国家标准 GB/37015.1一2018 柔性直流输电系统性能第1部分:稳态 Perfomaneeofhigholtugedireetcurremtpowertramsmtstionystemusing voltagesourcedconvertersVSC-HVDC)一Part1:Steady-state 2018-12-28发布 2019-07-01实施国家市场监督管理总局发布国家标准化管理委员会国家标准
GB;/T37015.1一2018 目次前言范围 2 规范性引用文件术语和定义运行适应性 4.1 -般要求 4.2交流电压 4.3负序电流 4.4交流频率 44.5 电能质量 4.6 交流电网强度 47交流侧短路电流基本设计要求 5.1一般要求对换流器拓扑的要求 5,2 5.3对一次系统主接线的要求 5.!对交、直流场设备的要求运行方式 6.1一般要求 6.2换流器运行方式 6.3直流系统运行方式控制系统 7.1 -般要求 7.2功能 7.3性能 7.4结构可靠性损耗附录A资料性附录模块化多电平换流器及其子模块典型结构附录B资料性附录)柔性直流换流站主要设备附录C资料性附录柔性直流输电控制系统结构
GB;/T37015.1一2018 前言 GB/T37015《柔性直流输电系统性能》分为2个部分第1部分:稳态; 第2部分;暂态本部分为GB/T37015的第1部分本部分按照GB/T1.1一2009给出的规则起草本部分由电力企业联合会提出本部分由全国高压直流输电工程标准化技术委员会(SAC/TC324)归口本部分起草单位:电力科学研究院有限公司、国网经济技术研究院有限公司、南瑞集团有限公司、全球能源互联网研究院有限公司、许继集团有限公司本部分主要起草人.卜广全、王姗娜、赵兵,郭贤珊、杜晓磊、孙华东,王铁柱、吴广禄、李英彪梅念、卢宇、阳岳希、王先为、汪楠楠、范征、苑宾、易俊、马士聪、吴萍
GB;/T37015.1一2018 柔性直流输电系统性能第1部分;稳态范围 GB/T37015的本部分规定了从电力系统安全稳定的角度对柔性直流输电系统稳态性能的要求. 包括运行适应性,基本设计要求、运行方式、控制系统、可靠性和损耗六个方面的要求本部分适用于仅采用模块化多电平电压源型换流器的直流背靠背,端对端、多端系统的稳态性能本部分对于采用电流源换流器的直流输电系统可参考使用本部分可用于指导柔性直流输电系统的规划、设计、建设及运行规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文件凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件 GB/T13498高压直流输电术语 GB/T20989高压直流换流站损耗的确定 GB/T30553基于电压源换流器的高压直流输电 GB/T34118高压直流系统用电压源换流器术语 GB/T34139柔性直流输电换流器技术规范 GB/T35702.1高压直流系统用电压源换流器阀损耗第1部分:一般要求 GB/T35702.2高压直流系统用电压源换流器阀损耗第2部分;模块化多电平换流器 EEE1204直流接人弱交流系统设计导则(GuideforPlanningDCLink、TerminatingatACL.o cations HavingLowshorCin Capaeities ircuit 术语和定义 GB/T13498、GB/T30553,GB/T34118,GB/T34139,IEEE1204界定的以及下列术语和定义适用于本文件 3.1 submodwle 半桥型子模块half-bridge 由两个串联开关单元和直流电容器并联构成的子模块注:参见附录A中图A.1 3.2 全桥型子模块I-hridgesubmodule 由一个半桥型子模块再与两个串联开关单元并联构成的子模块注参见图A.2 3.3 半桥型模块化多电平换流器half-bridgeMIMcconverter 桥臂由若干半桥型子模块串联构成的多电平换流器
GB/T37015.1一2018 注:参见图A.3 3.4 全桥型模块化多电平换流器IH-bridgeMceoverter 桥臂由若干全桥型子模块串联组成的多电平换流器注参见图A.4 3.5 混合型模块化多电平换流器mixed-bridgeMIMICconverter 桥臂由若干半桥型子模块与若干全桥型子模块串联组成的多电平换流器注:参见图A.5 3.6 两端柔性直流输电系统tw0-term mminalVSC-HVDctransmissionsystem 在两个地理位置之间可以双向传输能量的柔性直流输电系统 3.7 多端柔性直流输电系统multi-terminalVsC-IHVDCtransmissionsystem 由多于两个独立的电压源型直流换流站和互连的直流输电线路组成的柔性直流输电系统 3.8 背靠背柔性直流系统back-to-backVSC-IHVDCsystemm 在同一地点的交流母线之间可以双向传输能量的柔性直流输电系统 3.9 新能源孤岛汇集系统standtalonerenewablegeneratonystem 无同步发电机组或同步交流电网支撑的新能源电源汇集系统 3.10 无源负荷受电系统 stanalonep0werloadsystem 无同步发电机组或同步交流电网支撑的受电系统运行适应性 4.1 般要求柔性直流输电系统接人交流系统含弱交流系统),或新能源孤岛汇集系统,或受端为无源负荷受电系统,在正常运行方式电压、频率运行范围内柔性直流输电系统应保持稳定运行,在交流系统事故后正常稳态运行方式电压、频率运行范围内柔性直流输电系统也应保持安全稳定运行 4.2交流电压柔性直流输电系统换流器在设计的PQ运行区间的交流电压允许变化范围内,应能满足有功输送能力和无功调节能力要求并保持稳定运行对于接人新能源孤岛汇集系统,柔性直流输电系统的稳态电压范围应给予风电和光伏场站自动调整的区间 4.3负序电流柔性直流输电系统应具备对交流电流负序分量的抑制能力 4.4交流频率柔性直流输电系统对交流频率变化范围的适应性应参考GB/Z20996.1一2007中8.3和
GB;/T37015.1一2018 GB/T35703一2017中5.3.2.2的规定对于接人新能源孤岛汇集系统,柔性直流输电系统的稳态频率范围应给予风电和光伏场站自动调整的区间 4.5电能质量柔性直流输电系统并网点的电压偏差、电压闪变、谐波应满足电能质量相关标准的要求 4.6交流电网强度柔性直流输电系统应具备在任一交流电网强度下稳定运行的适应性能力交流侧短路电流 4.7 柔性直流输电系统交流侧故障向系统提供短路电流,不应超过1.1倍负荷电流,同时不应超过交流系统可承受的短路电流范围基本设计要求 5.1 -般要求柔性直流输电系统换流器拓扑、一次系统主接线和交直流场设备的设计在接人新能源孤岛汇集系统、无源负荷受电系统、交流系统(含弱交流系统)时,应满足接人系统对输电和供电可靠性的要求 5.2对换流器拓扑的要求换流器拓扑结构的选择应充分考虑接人系统对柔性直流输电系统直流短路故障清除能力和耐受功率冲击能力,并综合占地、经济,运输等外部条件的要求换流器拓扑结构包括但不限于半桥型模块化多电平换流器,全桥型模块化多电平换流器、混合型模块化多电平换流器等形式 5.3对一次系统主接线的要求柔性直流输电系统一次系统主接线的选择应满足接人交流系统对输电和供电可靠性的要求,必要时可优先选择具备功率转带和不间断供电功能的接线方式 5.4对交、直流场设备的要求换流站交直流场主设备的选择、布置及裕度设计,交直流母线接线方式应满足接人交流系统对输电和供电可靠性的要求如果交流系统需要,换流器等设备应具备相应的过负荷能力交直流场设备需满足相关试验要求,需通过型式试验(换流器可参照DL/T1513一2016),例行试验,出厂试验,再进行联调试验,现场设备、分系统、站系统、系统调试(可参照DL/T1526一2016) 交、直流场的主要设备参见附录B. 运行方式 6.1 般要求柔性直流输电系统在连接新能源孤岛汇集系统、无源负荷受电系统,交流系统(含弱交流系统),稳
GB/T37015.1一2018 态运行应连续稳定输出有功功率,并向接人系统提供适当且必要的无功支撑在规定的运行条件下,换流站直流系统宜在额定运行能力的基础上考虑适当的过负荷能力,满足接人交流系统对输电和供电可靠性的要求双极额定直流功率应以极数和每个极功率为基础确定除有特殊要求外,不考虑直流降压运行 6.2换流器运行方式 6.2.1充电柔性直流输电系统应具备直流电压从零上升至目标电压的能力,电压目标值宜在额定直流电压以下 6.2.2PQ四象限柔性直流输电系统换流器应具备同时输出有功功率和无功功率的能力,可以在PQ运行区间设计范围内的任意一点运行,并具有不低于其额定容量1.1倍的过负荷能力柔性直流输电系统换流器的PQ运行区间由设备容量、接人交流系统条件和换流阀稳态调制范围共同决定换流器应具备仅输出感性/容性无功功率的能力,可以为交流系统提供动态无功补偿 6.3直流系统运行方式 6.3.1空载加压柔性直流输电系统应具备直流电压从充电终止电压上升至额定电压的能力 6.3.2空载备用空载加压结束后,柔性直流输电系统应具备立即带负荷的能力 6.3.3额定运行柔性直流输电系统应具备负荷端换流站直流端口长期稳定输出额定直流功率的运行状态 6.3.4最大直流功率柔性直流输电系统所具备负荷端换流站直流端口输出最大直流功率的能力能保持长时间稳定运行直至恢复直流额定运行状态 63.5直流短时过负荷柔性直流输电系统换流站应具备直流功率短时过负荷能力,宜具备1.1倍不短于lmin的运行能力控制系统 7.1一般要求柔性直流输电系统的控制应适应但不限于以下场合新能源孤岛汇集系统并网向无源负荷受电系统供电、接人交流电网(含弱交流系统)等控制的结构、功能配置和总体性能应与工程的主回路结构和运行方式相适应,以保证柔性直流输电
GB;/T37015.1一2018 系统在有通信和无通信的情况下均能安全稳定运行,并满足系统可用率的要求控制设备采用双重化冗余配置分布式1/0宜采用模块化结构,易维护和更换,任何一个模块故障应不影响其他模块的正常工作控制设备所采用的网络应具有良好的开放性,网络通信规约应采用标准的通用协议网络的抗干扰能力、传输速率及传输距离应满足现场运行环境及控制性能的要求宜配置内部高精度故障录波功能测量装置的配置和精度需要满足控制系统的要求 7.2功能柔性直流输电系统控制应具备系统监视、数据采集、顺序时间记录、联锁和顺序控制、直流双极控制、有功功率控制、无功功率控制、直流电压控制交流电压控制,无源电压频率控制、控制模式切换等功能柔性直流输电系统控制死区应充分考虑交流系统对其调节能力的要求柔性直流输电系统应具备有功功率、无功功率,频率和电压等调制功能,响应交流系统对柔性直流输电系统电气量调节的要求 7.3性能控制系统应具有高速控制性能和快速远动控制通信系统柔性直流输电系统应具备无通信情况下运行的能力,并应最大限度地保持其性能控制系统的设计应能达到稳定无漂移的运行要求,并能在全部稳态运行范围内,把被测有功和无功功率的误差保持在额定功率的士1%之内,把被测直流电压的误差保持在额定电压值的士1%之内对于换流站其他设备的控制功能和性能应确保设备及系统运行的安全性 7.4结构 7.4.1总体结构柔性直流换流站的各控制回路应为分层结构,具备自动运行能力,具备但不限于与D5000系统、安全稳定控制系统的接口,参见附录C中图C.1 7.4.2站间协调控制对于柔性直流输电系统或多端柔性直流输电系统,应配置站间协调控制实现多个换流站间的控制模式协调以及运行特性优化 7.4.3换流站控制应实现换流站交流场和直流场的设备、站用电,换流站辅助系统的监控联锁控制,并实现与所需监控的其他设备的接口功能 7.4.4双极控制双极控制层应接收调度机构的调度控制指令,或者接收站内运行人员控制指令,并向调度机构反锁有关运行信息双极控制层的功能是根据调度机构或运行人员的控制执行产生极控制层的控制指令 7.4.5极控制极控制应接收双极控制下发的有功功率指令,无功功率指令,直流电压指令、,交流电压指令、,频率指
GB/T37015.1一2018 令,运行方式控制、控制模式选择、顺序控制等指令,实现有功功率控制、无功功率控制直流电压控制、交流电压控制、频率控制,向阀控制下达电压参考值指令极控制应接收安全稳定控制系统下发的直流紧急功率控制指令,换流器闭锁指令,换流器控制方式切换指令和切机指令 8 可靠性柔性直流输电系统应达到高水平的可用率和可靠性在直流系统的设计中应避免由于换流站设备缺陷、控制保护系统误动作或运行人员误操作引起的系统强迫停运柔性直流输电系统的可靠性指标主要考查换流站设备强迫停运率、故障强迫停运次数、强迫能量不可用率损耗柔性直流输电系统的损耗主要应计及换流器,柔直变压器桥臂电抗器限流电抗器、直流断路器输电线路等换流阀的损耗计算应按GB/T34139.,GB/T35702.1和GB/T35702.2的规定进行,其余设备的损耗按GB/T20989进行计算换流站设备总损耗(不含输电线路)不应超过其额定容量的3%,换流器的损耗不应超过其额定容量的1%
GB;/T37015.1一2018 录附 A 资料性附录模块化多电平换流器及其子模块典型结构已实现工程应用的模块化多电平换流器以半桥型子模块串联的拓扑结构为主,半桥型子模块的基本拓扑结构见图A.1,由两个串联开关单元和直流电容器并联构成,实际应用时还会根据需要配置有均压电阻、保护晶闸管,旁路开关等辅助设备半桥型模块化多电平换流器的拓扑结构见图A.3,每个桥臂由N个半桥型子模块串联构成具备工程应用条件的是全桥型模块化多电平换流器(见图A.4)和混合型模块化多电平换流器(见图A.5) 全桥型模块化多电平换流器的桥臂由N个全桥型子模块(见图A.2)串联构成,全桥型子模块由一个半桥型子模块再与两个串联开关单元并联构成混合型模块化多电平换流器的桥臂由N个全桥型子模块和半桥型子模块串联构成,全桥型子模块和半桥型子模块的比例依据工程设计需要确定 VT VT D 图A.1半桥型子模块 D 图A.2全桥型子模块
GB/T37015.1一2018 半桥半桥子模块子模块子模块 N个平平桥平桥子模块子楼块子模块半桥半桥子模块子模块子模块 N个平桥桥平桥子楼块子模块子模块相单元图A.3半桥型模块化多电平换流器全桥丽全杯子模块主达主达 N个全桥子模块全桥全桥全桥模块子模块极块全B 桥乐王达子热相单元图A.4全桥型模块化多电平换流器
GB;/T37015.1一2018 全桥全桥全桥快块热热平桥所模块王板块全桥全桥失腿热子 N个平杯半桥达块相单元图A.5混合型模块化多电平换流器
GB/T37015.1一2018 录附 B 资料性附录) 柔性直流换流站主要设备柔性直流换流站主要设备由图B.1示出,包括交流母线(A)、,柔直变压器(B),启动电阻器(C)、桥臂电抗器(D)、换流器(E),直流母线(F),直流断路器(G)(架空线路系统中可以选择应用、限流电抗器 H)(电感值的选择应兼顾直流断路器开断能力和系统响应时间、接地极/接地电阻器/接地电抗器 I),中性母线(J 未在图中示出的辅助设备包括测量设备、隔离刀闸、不间断电源、站用电系统、水冷系统、穿墙套管等女子丁个一- 上桥臂下桥臂接地图B.1交、直流场主要设备示意图 0
GB;/T37015.1一2018 录附 C 资料性附录柔性直流输电控制系统结构总体结构 C.1 柔性直流输电控制系统的各控制回路通常为分层结构见图C.1),正常情况下自动运行以下从最低的层次开始对各控制层次进行说明 D5000、安全稳定控制系统等外部系统控制指令整定有功类外环控制有功指令有功功率控无功指令直流电压控制交流电压指令频率控制直流电压指令率指令无功类外环控制站间势无功功率控制阀控制调拉制交流电压控制运行方式控制内环控制内环电流控制控制模式选择锁相环控制顺序控接口双极控制层极控制层换流站控制层图c.1柔性直流输电控制系统总体结构 C.2极控制极控制给每个极的换流器提供具有调制度M和相位两个自由度的电压参考值电压参考值送至换流阀的阀控制,由阀控制产生换流阀的触发脉冲 1
GB/T37015.1一2018 极控制是闭环控制,它包括使柔性直流输电系统稳定运行所要求的基本控制功能换流器的控制模式根据其控制量的性质可以分为三类有功类控制模式,包括但不限于下列控制模式 1 有功功率控制; 22 直流电压控制 b 无功类控制模式,包括但不限于下列控制模式无功功率控制 1 22 交流电压控制 c 孤岛控制模式通常换流站每个极均需配备一个极控制换流站接人联网系统时,极控制对象为由换流阀逆变电压的调制度和相位所决定的换流器的有功功率和无功功率极控制测量实际值和整定值的差别,并且相应地调整换流器逆变电压的幅值或相位换流站接人孤岛系统时,极控制对象为由换流阀逆变电压的调制度和相位所决定的交流母线电压极控制测量实际值和整定值的差别,并且相应地调整换流器逆变电压的幅值和相角通常通过适当控制柔性直流变压器分接开关保持换流器的调制度在适当范围内 C.3换流站控制含双极控制换流站控制是一个闭环控制它包括通过运动通信系统进行两端或多端换流站控制模式的配合,通常以极为基础进行 a 全站有功功率控制 b) 全站无功功率控制; c 换流站极之间的配合(如果是多极时; d 附加控制 e 附加控制策略包含但不限于以下方面: 换流站可控制换流器的无功功率,因此柔性直流输电在其无功调节范围内可以用来维持交流母线电压在限定范围内换流站控制可以和外部控制相配合,例如与发电厂的调速器配合换流站还可以提供避免汽轮机轴系次同步谐振的控制极平衡控制可以使地电流最小在双极高压直流输电系统中,地电流等于两极之间的不平衡电流) 从而避免由于地电流通过地下设备而产生的腐蚀问题功率控制的精度取决于分压器,电流传感器的精度以及功率整定值的分辨率站间协调控制 C.4 对于多端柔性直流系统,通常应配置站间协调控制实现多个换流站间的控制模式协调以及运行特性优化站间协调控制是独立于站控之上的控制级别 12

柔性直流输电系统性能第1部分：稳态GB/T37015.1-2018解析

随着电力系统的不断发展，柔性直流输电系统因其高效、可靠、环保等特点，逐渐成为电力传输领域中备受关注的技术。而柔性直流输电系统的性能表现，尤其是稳态性能的优劣，直接关系到整个系统的运行效率、安全性和经济性。

针对这一问题，国家标准委员会于2018年发布了GB/T37015.1-2018《柔性直流输电系统性能第1部分：稳态》标准，旨在规范和评价柔性直流输电系统在稳态下的性能指标和测试方法。该标准从基本概念、系统分类、性能指标、测试方法等方面进行详细阐述，为柔性直流输电系统的稳态性能评估提供了科学的依据。

柔性直流输电系统的稳态性能指标

根据GB/T37015.1-2018标准，柔性直流输电系统的稳态性能可以从以下几个方面进行评价：

功率传输能力：包括最大输出功率、最大输入功率、平衡功率等；
电压和电流波动：主要指电压和电流的幅值和频率偏差；
稳定性：指系统在外部扰动下的稳定性表现；
控制特性：包括响应速度、调节范围、稳态误差等。

柔性直流输电系统的稳态测试方法

为了保证评估结果的可靠性和准确性，GB/T37015.1-2018标准提出了一系列规范化的测试方法，如下：

最大功率输出测试：通过逐步增加负载电流，测量输出功率与负载电流之间的关系，以确定最大功率输出点；
最大功率输入测试：通过逐步增加输入电流，测量输入功率与输入电流之间的关系，以确定最大功率输入点；
平衡功率测试：在最大功率输出点和最大功率输入点之间，测量系统的平衡功率；
电压和电流波动测试：通过变化负载电流，观察电压和电流的波动情况，并计算幅值和频率偏差；
稳定性测试：通过加入外部扰动，观察系统的响应和稳态表现；
控制特性测试：通过改变控制参数，观察系统的响应速度、调节范围和稳态误差。

总结

柔性直流输电系统是一种具有广阔发展前景的技术，而稳态性能评价则是其运行效率、安全性和经济性的重要保障。GB/T37015.1-2018标准从稳态的角度，详细阐述了柔性直流输电系统的性能指标和测试方法，为该领域的科学研究和实践提供了重要参考。通过规范化的测试方法，可以全面、客观地评估柔性直流输电系统的稳态性能，并为其优化设计、运行调控和技术创新提供支撑。