±1 100 kV準(zhǔn)東—四川特高壓直流輸電工程主回路參數(shù)設(shè)計(jì)

鄧 旭,王東舉,沈 揚(yáng),周 浩,陳錫磊,孫 可

（1.浙江大學(xué) 電氣工程學(xué)院,浙江 杭州 310027；2.浙江省電力設(shè)計(jì)院,浙江 杭州 310014；3.浙江省慈溪市供電局,浙江 慈溪 315300；4.浙江省電力公司,浙江 杭州 310007）

0 引言

由于我國的能源資源和經(jīng)濟(jì)逆向分布，通過遠(yuǎn)距離、大容量輸電將西部大型能源基地的能源向能源匱乏的中東部地區(qū)輸送已成為一種趨勢。特高壓直流輸電作為一種遠(yuǎn)距離、大容量輸電技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)我國能源資源優(yōu)化配置的有效途徑[1-6]。目前我國已有2條±800 kV特高壓直流輸電工程正式投運(yùn)，此外還有多條特高壓直流工程正在規(guī)劃建設(shè)中[7-10]。隨著±800 kV特高壓直流輸電工程的順利開展和實(shí)施，以及為了滿足未來更大容量、更遠(yuǎn)距離的輸電需求，有必要進(jìn)一步研究更高電壓等級的直流輸電技術(shù)?！?100 kV直流是我國正在研究的一個(gè)全新輸電電壓等級，對于提高我國直流輸電技術(shù)的自主創(chuàng)新能力具有重大意義[11-16]。準(zhǔn)東—四川特高壓直流輸電工程計(jì)劃采用±1100 kV電壓等級，輸送容量達(dá)10 450 MW，建成后將成為世界上電壓等級最高、輸送容量最大的直流輸電工程，目前國內(nèi)外均無設(shè)計(jì)和實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)可供借鑒。

直流系統(tǒng)主回路參數(shù)設(shè)計(jì)是特高壓直流輸電工程研究的重要組成部分，是進(jìn)一步開展特高壓直流輸電各項(xiàng)研究的基礎(chǔ)[17-21]。主回路參數(shù)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括：換流站主接線及運(yùn)行方式的確定；直流系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行參數(shù)的計(jì)算，如直流電壓、電流、輸送功率以及換流站消耗的無功功率等；換流器和換流變壓器等關(guān)鍵設(shè)備的基本參數(shù)。這些計(jì)算結(jié)果將為直流輸電系統(tǒng)的深入研究，如無功功率補(bǔ)償與控制、換流站的過電壓與絕緣配合等提供基礎(chǔ)條件。

本文依托準(zhǔn)東—四川±1100 kV特高壓直流輸電工程，對該工程的主回路參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，得到了換流器和換流變壓器等關(guān)鍵設(shè)備的基本參數(shù)，并計(jì)算了典型運(yùn)行工況下兩端換流站的無功消耗以及直流系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行特性。

1 系統(tǒng)基本參數(shù)

1.1 換流站主接線及運(yùn)行方式

在我國常規(guī)±500 kV高壓直流輸電工程中，換流站主回路接線采用每極1個(gè)12脈動(dòng)換流器的接線方式，即單12脈動(dòng)接線。對于±800 kV特高壓直流工程，由于受系統(tǒng)過電壓和換流變壓器制造和運(yùn)輸條件的限制，換流器接線與常規(guī)±500 kV高壓直流輸電工程不同，在我國已投運(yùn)的云南—廣東和向家壩—上海±800 kV特高壓直流輸電工程中，換流站均采用2個(gè)12脈動(dòng)換流器串聯(lián)（400 kV+400 kV）的接線方案，即雙12脈動(dòng)接線。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)條件和制造水平，特高壓直流換流站采用雙12脈動(dòng)換流器串聯(lián)的接線方案已基本成熟。對于±1100 kV特高壓直流輸電工程，電壓等級更高、輸送容量更大，換流站換流器的接線方案主要有每極2個(gè)12脈動(dòng)換流器串聯(lián)和每極3個(gè)12脈動(dòng)換流器串聯(lián)2種接線方案，本文針對每極采用2個(gè)12脈動(dòng)換流器串聯(lián)的接線方案進(jìn)行研究，每組12脈動(dòng)換流單元的額定電壓為550 kV。

由于每極采用2個(gè)12脈動(dòng)換流器串聯(lián)接線，系統(tǒng)運(yùn)行方式靈活多樣，有雙極和單極等多種運(yùn)行方式[18-19]，具體主要有：完整雙極平衡運(yùn)行方式，每站每極2個(gè)12脈動(dòng)換流器均串聯(lián)投入運(yùn)行；不完整（1/2極）雙極平衡運(yùn)行方式，每站每極均投入1個(gè)12脈動(dòng)換流器；完整單極大地回路運(yùn)行方式，一極停運(yùn)，另一極2個(gè)12脈動(dòng)換流器串聯(lián)運(yùn)行，經(jīng)大地返回；不完整（1/2極）單極大地回路運(yùn)行方式，一極停運(yùn)，另一極1個(gè)12脈動(dòng)換流器運(yùn)行，經(jīng)大地返回；完整單極金屬回路運(yùn)行方式，一極停運(yùn)，另一極2個(gè)12脈動(dòng)換流器串聯(lián)運(yùn)行，經(jīng)金屬回線返回；不完整（1/2極）單極金屬回路運(yùn)行方式，一極停運(yùn)，另一極1個(gè)12脈動(dòng)換流器運(yùn)行，經(jīng)金屬回線返回；不完整雙極運(yùn)行方式，雙極中一極2個(gè)12脈動(dòng)換流器串聯(lián)運(yùn)行，另一極只有1個(gè)12脈動(dòng)換流器運(yùn)行。其中，直流系統(tǒng)單極金屬回線運(yùn)行方式下，逆變站為接地站。

計(jì)算工程主回路參數(shù)時(shí)需同時(shí)考慮以上各種運(yùn)行方式，在計(jì)算系統(tǒng)額定參數(shù)時(shí)，應(yīng)以完整雙極平衡運(yùn)行方式且準(zhǔn)東換流站作為整流站（即功率輸送方向?yàn)闇?zhǔn)東至成都）為基礎(chǔ)。

1.2 交直流系統(tǒng)基礎(chǔ)條件

準(zhǔn)東—四川±1100 kV特高壓直流工程雙極額定輸送功率為10 450 MW，直流額定運(yùn)行電壓為±1 100 kV，直流額定電流為4.75 kA，送端位于新疆準(zhǔn)東煤電基地，受端位于成都，送電距離約為2 418 km。換流站內(nèi)平波電抗器按戶外干式絕緣考慮，每極平波電抗器電感量按240 mH考慮，并采用分置于直流極母線與中性母線（簡稱平抗分置）的布置方式，各為 120 mH（60 mH+60 mH）。

為方便敘述，下文中下標(biāo)R表示整流側(cè)，下標(biāo)I表示逆變側(cè)，下標(biāo)N表示額定，如drNI為逆變側(cè)6脈動(dòng)換流器的額定相對阻性壓降。

換流站接入交流系統(tǒng)的電壓參數(shù)為：送端換流站和受端換流站的額定運(yùn)行電壓分別為770 kV和525 kV；送端換流站和受端換流站的最高穩(wěn)態(tài)電壓分別為800 kV和550 kV；送端換流站和受端換流站的最低穩(wěn)態(tài)電壓分別為750 kV和500 kV；送端換流站和受端換流站的最高極端電壓分別為800 kV和550 kV；送端換流站和受端換流站的最低極端電壓分別為713 kV和475 kV。

特高壓設(shè)備在制造中會產(chǎn)生與設(shè)計(jì)參數(shù)間的誤差，這些誤差確定了系統(tǒng)各運(yùn)行參數(shù)極值，而這些極值是直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要參考依據(jù)。根據(jù)現(xiàn)階段特高壓設(shè)備的研制生產(chǎn)能力，該特高壓直流輸電工程中采用的控制系統(tǒng)參數(shù)、設(shè)備制造公差和測量誤差如下。

控制系統(tǒng)參數(shù)：

a.額定觸發(fā)角αN=15°，觸發(fā)角α的穩(wěn)態(tài)波動(dòng)范圍 Δα=±2.5°，最小觸發(fā)角 αmin=5°；

b.額定熄弧角 γN=17°；

c.分接頭變化一檔對應(yīng)的整流側(cè)直流電壓變化ΔUd=±1.25%UdRN/2，分接頭變化一檔對應(yīng)的整流側(cè)直流電流變化ΔId=±0.86%IdRN/2，其中，UdRN為整流側(cè)額定直流電壓，IdRN為整流側(cè)額定直流電流。

設(shè)備公差和測量誤差：

a.正常直流電壓運(yùn)行范圍內(nèi)換流變壓器相對感性壓降dx的最大制造公差δdx為-7%dxN～5%dxN；

b.直流電壓 Ud的測量誤差 δUdmeas=±0.5%UdN，直流電流Id的測量誤差δIdmeas=±0.3%IdN；

c.逆變側(cè)熄弧角的測量誤差 δγI=±1.0°，整流側(cè)觸發(fā)角的測量誤差 δαR=±0.5°；

d.電容式分壓器電壓互感器測量誤差δUdio=±1.0%UdioN。

1.3 直流電壓、電流

該工程雙極額定直流電壓為±1100 kV，額定輸送功率為10 450 MW，額定直流電流為4.75 kA?？紤]到換流變壓器分接頭檔位和電壓測量誤差，直流電壓的誤差范圍為：

故考慮誤差的最大直流運(yùn)行電壓Udmax為：

小于規(guī)定的直流電壓最大值1122 kV。

工程額定直流電流為4.75 kA，送端換流站的整流器一般作為直流電流的控制端，考慮到在恒功率控制方式下當(dāng)直流電壓低于額定值時(shí)，控制系統(tǒng)會發(fā)出一個(gè)大于額定電流值的直流電流指令，且存在電流測量誤差。因此，雙極額定運(yùn)行方式下，最大連續(xù)直流電流Idmax為：

同理，在輸送功率最小，即Pdmin=1 045 MW（即0.1 p.u.）時(shí)，對應(yīng)的最小直流電流Idmin為：

Idmin=4.75×（0.1-0.004 3-0.003）=0.44 （kA）

在1.1倍連續(xù)過負(fù)荷時(shí)，UdioR不應(yīng)超過其在額定功率時(shí)的值，保持整流器觸發(fā)角、換流器相對感性壓降和整流側(cè)空載直流電壓為額定值，計(jì)算得到UdR將下降至1080.8 kV，故過負(fù)荷運(yùn)行時(shí)直流電流為：

考慮誤差后，過負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)最大直流電流Idmax_overload為：

2 換流器基本參數(shù)設(shè)計(jì)

2.1 換流器直流電壓降

特高壓直流輸電工程中采用6英寸晶閘管換流閥，在主回路計(jì)算中需考慮各種電阻性損耗和壓降。每個(gè)6脈動(dòng)換流器的額定相對阻性壓降drN定義為：

其中，Pcu為換流變壓器和平波電抗器在6脈動(dòng)換流器額定運(yùn)行工況下的負(fù)載損耗；Rth為晶閘管上與電流相關(guān)的電壓降；UdioN為換流變壓器閥側(cè)額定空載直流電壓；因子2是由于在6脈動(dòng)換流器中，總是有2個(gè)換流閥同時(shí)導(dǎo)通。

根據(jù)換流閥特性及以往工程經(jīng)驗(yàn)，并考慮各種阻性損耗，換流站的相對阻性壓降dr和換流閥前向壓降UT的取值分別為0.3%和0.6 kV。

換流器額定相對感性壓降dxN定義為：

其中，Xt為換相電抗，包括換流變壓器漏抗和其他在換相電路中可能影響換相過程的電抗。

換流器額定相對感性壓降dxN與換流變壓器短路阻抗uk之間的關(guān)系如下：

其中，uPLC為回路中PLC濾波電抗器的相對電壓降。不采用PLC濾波器時(shí)，，在本工程主回路參數(shù)設(shè)計(jì)時(shí)暫不考慮PLC濾波器。根據(jù)下文3.1節(jié)給出的換流變壓器短路阻抗值，可得兩端換流站的相對感性壓降：

其中，dxNR和dxNI分別為整流站和逆變站的額定相對感性壓降。

2.2 換相角

換相角是指換流器換相過程所經(jīng)歷的時(shí)間用相應(yīng)的相角表示，是換流器的重要參數(shù)之一。整流器換相角μR的的計(jì)算公式為：

逆變器換相角μI的計(jì)算公式為：

其中，UdioR和UdioI分別為整流器和逆變器的理想空載直流電壓。額定雙極平衡運(yùn)行方式下，式（6）、（7）中的UdioR、UdioI和Id均為額定值，故由計(jì)算公式可得μR=28.5°、μI=27.2°。

2.3 換流變閥側(cè)空載直流電壓

由于特高壓直流輸電工程中采用了雙12脈動(dòng)換流器的接線方案，主回路參數(shù)設(shè)計(jì)中需要確定6脈動(dòng)換流器的空載直流電壓，包括整流站和逆變站的額定空載直流電壓、空載直流限值等，這些參數(shù)的計(jì)算是確定換流變相關(guān)參數(shù)的基礎(chǔ)，同時(shí)也可以為換流站過電壓與絕緣的配合提供依據(jù)。

根據(jù)直流輸電的基本理論可知，每個(gè)6脈動(dòng)換流器兩端的直流電壓計(jì)算公式為：

其中，UdR和UdI分別為整流側(cè)和逆變側(cè)雙12脈動(dòng)換流器兩端的直流電壓；n為每站每極6脈動(dòng)換流器的數(shù)量，在該特高壓直流工程中n=4。

2.3.1 額定空載直流電壓

對式（8）、（9）進(jìn)行變換整理，可得兩端換流站的額定空載直流電壓。

整流側(cè)準(zhǔn)東換流站的額定空載直流電壓為：

逆變側(cè)成都換流站的額定空載直流電壓為：

目前我國發(fā)展的重要目標(biāo)之一就是建設(shè)節(jié)約資源與環(huán)境友好型社會。隨著城市化的建設(shè)進(jìn)程不斷加快，地下水污染、固體廢棄物隨意丟棄、河流污染等情況日益加重，對人們的日常生活與生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生重要危害。

其中，RdN為直流輸電線路額定直流電阻。

2.3.2 整流站空載直流電壓限值

整流站換流變最大空載直流電壓UdioRmax為：

其中，ΔUdoLTC、ΔIdoLTC分別為分接頭變化一檔對應(yīng)的直流電壓和電流變化。

可得UdioRmax=328.61 kV。

將UdioRmax的值作為分接頭開關(guān)選擇的閥側(cè)最大空載直流電壓，用于設(shè)計(jì)換流變分接頭負(fù)的最大檔位。

整流站換流變最小空載直流電壓UdioRmin的計(jì)算公式同式（12），其計(jì)算條件如下：

將上述參數(shù)代入式（12）得UdioRmin=289.71 kV。

將UdioRmin的值作為分接頭開關(guān)選擇的閥側(cè)最小空載直流電壓，但是在換流變分接頭設(shè)計(jì)時(shí)，此值只用于確定可接受的最小正向換流變分接頭檔位，最大正向分接頭檔位數(shù)由降壓運(yùn)行方式下的最小空載直流電壓確定。

空載直流電壓Udio限制器是為了防止穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)設(shè)備的過電壓，它優(yōu)先于正常的換流變壓器分接頭控制，其動(dòng)作邏輯包含2個(gè)限值：禁止分接頭動(dòng)作以降低空載直流電壓的上限值UdioG和使分接頭動(dòng)作以降低空載直流電壓的下限值UdioL。動(dòng)作邏輯[18-19]具體如下：當(dāng)UdioG＜Udio＜UdioL時(shí)，限制器禁止提高換流變閥側(cè)換相電壓Udio的分接頭動(dòng)作；當(dāng)Udio＞UdioL時(shí)，限制器調(diào)節(jié)換流變分接頭動(dòng)作，以降低Udio。

此外，UdioL的值應(yīng)足夠大，以防止換流變壓器分接頭頻繁動(dòng)作。

在確定這2個(gè)限值時(shí)，UdioGR應(yīng)選為換流變最大空載直流電壓328.61 kV，UdioLR計(jì)算公式為：

其中，Δη為換流變分接頭檔距，整流側(cè)取0.86%。

考慮測量誤差的絕對最大直流空載電壓UabsR為：UabsR=（1/δUdio）UdioLR=（1+0.01）×332.82=336.15 （kV）

因此，整流站絕對最大直流空載電壓設(shè)計(jì)值可選為337.0 kV。

2.3.3 逆變站空載直流電壓限值

逆變站換流變最大空載直流電壓UdioImax為：

可得UdioImax=322.49 kV。

取如下計(jì)算條件代入式（13）：

可得逆變站分接頭開關(guān)選擇的最大空載直流電壓為317.69 kV。

取如下計(jì)算條件代入式（13）：

可得UdioImin=296.57 kV，直流回路電阻乘以2是因?yàn)橛?jì)算該參數(shù)時(shí)所選取的系統(tǒng)運(yùn)行方式為單極金屬回線運(yùn)行，2條直流線路均接入回路，此時(shí)逆變側(cè)對應(yīng)的空載直流電壓最小。逆變站分接頭開關(guān)選擇的最小空載電壓也取296.57 kV。

逆變側(cè)空載直流電壓Udio限制器選取如下：

考慮測量誤差的絕對最大空載直流電壓計(jì)算值UabsI為：

因此，逆變站絕對最大空載直流電壓的設(shè)計(jì)值可選為326.0 kV。

綜上所述，兩端換流站的換流變壓器閥側(cè)空載直流電壓如表1所示。

表1 換流變閥側(cè)空載直流電壓Tab.1 No-load DC voltage of converter transformer

3 換流變壓器參數(shù)設(shè)計(jì)

換流變壓器是特高壓直流工程換流站內(nèi)最重要的關(guān)鍵設(shè)備之一，其設(shè)計(jì)、制造技術(shù)難度較大，設(shè)備費(fèi)用昂貴，并且其可靠性對整個(gè)直流輸電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用[18]。換流變壓器型式的選擇需要綜合考慮設(shè)備制造能力、運(yùn)輸條件和投資費(fèi)用等各個(gè)因素，由于受到單臺單相三繞組變壓器容量生產(chǎn)能力和運(yùn)輸條件的限制，目前特高壓直流工程均采用了單相雙繞組變壓器[22-23]。與±800kV特高壓直流工程相比，±1100 kV特高壓直流工程換流變的容量更大，絕緣水平也更高，因此本工程換流變推薦采用單相雙繞組形式。

換流變壓器的基本參數(shù)包括短路阻抗、有載調(diào)壓分接頭范圍、額定線電壓和額定容量等，下面分別對這些參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3.1 換流變壓器短路阻抗

換流變壓器短路阻抗的選取對直流系統(tǒng)故障時(shí)閥所承受的最大閥側(cè)短路電流、換流器消耗的無功以及換流變壓器相關(guān)設(shè)備的制造成本和運(yùn)輸條件等都有影響[17-18，23]。短路阻抗的確定首先需要確保換流閥短路后的閥側(cè)短路電流不超過換流閥允許的最大短路電流值。但是短路阻抗過大，會使換流器消耗的無功功率增大，換流器換相過程中的換相壓降過大。綜合考慮換流變壓器的設(shè)計(jì)優(yōu)化，并結(jié)合實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)以及設(shè)備的制造水平、運(yùn)輸條件等因素，該工程換流變壓器短路阻抗uk選為24%。

3.2 換流變壓器分接頭設(shè)計(jì)

換流變壓器分接頭是調(diào)節(jié)直流系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)直流電壓的主要手段之一，當(dāng)交流電壓和直流功率在給定范圍內(nèi)變化時(shí)限制換流器觸發(fā)角或熄弧角在一定范圍。換流變壓器分接頭的設(shè)計(jì)包括分接頭調(diào)節(jié)步長和檔位選擇。

分接頭調(diào)節(jié)步長的選擇與直流系統(tǒng)的控制策略密切相關(guān)，需要考慮換流變壓器分接頭調(diào)節(jié)一檔所引起的換流器控制角度的變化大小，在角度控制范圍內(nèi)要防止分接頭頻繁動(dòng)作。結(jié)合已有或在建特高壓直流工程的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，整流側(cè)準(zhǔn)東換流站交流側(cè)接入為750kV系統(tǒng)，換流變分接頭調(diào)節(jié)步長取為0.86%，逆變側(cè)成都換流站交流側(cè)接入為500 kV系統(tǒng)，換流變分接頭調(diào)節(jié)步長取為1.25%。換流變壓器分接頭調(diào)節(jié)范圍的確定需要綜合考慮換流母線電壓穩(wěn)態(tài)波動(dòng)范圍、直流系統(tǒng)運(yùn)行方式、全壓以及降壓運(yùn)行要求、換流閥允許的最大觸發(fā)角（關(guān)斷角）限制和換流變壓器的制造能力等方面的要求。

相對于0分接頭位置的額定換流變壓器變比nnom計(jì)算如下：

其中，U1N為換流站交流母線額定運(yùn)行電壓。

換流變壓器最大變比nmax計(jì)算如下：

其中，U1max為換流站交流母線最高穩(wěn)態(tài)運(yùn)行電壓。

換流變壓器最小變比nmin計(jì)算如下：

其中，U1min為換流站交流母線最低穩(wěn)態(tài)運(yùn)行電壓。

換流變壓器有載調(diào)壓分接頭檔位數(shù)Tstep計(jì)算如下：

其中，Δη為分接頭調(diào)節(jié)步長，整流側(cè)取0.86%，逆變側(cè)取1.25%；nT為換流變壓器變比。

將式（15）、（16）中的變比數(shù)據(jù)代入式（17），計(jì)算得準(zhǔn)東站換流變壓器的分接頭檔位數(shù)為+21/-4，成都站換流變壓器的分接頭檔位數(shù)為+9/-5。但是，在實(shí)際工程中，由于直流降壓運(yùn)行的要求，需要增加換流變壓器正向分接頭檔位數(shù)，來達(dá)到降壓運(yùn)行要求，并且滿足換流器的控制角在規(guī)定范圍之內(nèi)?！?100 kV特高壓直流系統(tǒng)的降壓運(yùn)行水平最低為70%，即為770 kV，在此工況下對換流變壓器分接頭檔位數(shù)重新進(jìn)行計(jì)算，可得到兩端換流站換流變壓器的最大正分接頭數(shù)。最終得到兩端換流站換流變壓器的分接頭檔位數(shù)分別為：整流站+28/-4，逆變站+20/-5。

3.3 換流變閥側(cè)額定線電壓和額定容量

換流變壓器閥側(cè)線電壓計(jì)算如下：

由于特高壓直流工程中采用單相雙繞組變壓器，其額定容量應(yīng)為三相容量額定值的1/3。故可得

兩端換流站換流變壓器額定容量的計(jì)算如下：

綜合上述各節(jié)計(jì)算結(jié)果，±1100 kV準(zhǔn)東—四川特高壓直流輸電工程兩端換流站換流變壓器的主要參數(shù)如下，閥側(cè)繞組為星三角接線，以閥側(cè)繞組（Y）和閥側(cè)繞組（△）表示。

整流站換流變壓器參數(shù)如下。

a.額定相電壓：網(wǎng)側(cè)繞組，444.56 kV；閥側(cè)繞組（Y），139.78 kV；閥側(cè)繞組（△），242.11 kV。

b.最大穩(wěn)態(tài)相電壓：網(wǎng)側(cè)繞組，461.88 kV；閥側(cè)繞組（Y），144.07 kV；閥側(cè)繞組（△），249.54 kV。

c.額定容量：網(wǎng)側(cè)繞組，542.11 MV·A；閥側(cè)繞組（Y），542.11 MV·A；閥側(cè)繞組（△），542.11 MV·A。

d.雙極運(yùn)行、分接頭在額定位置時(shí)額定電流：網(wǎng)側(cè)繞組，1.219 kA；閥側(cè)繞組（Y），3.878 kA；閥側(cè)繞組（△），2.239 kA。

e.分接頭檔位數(shù)為+28/-4，分接頭調(diào)節(jié)步長為0.86%，分接頭在額定位置時(shí)的阻抗為24%。

逆變站換流變壓器參數(shù)如下。

a.額定相電壓：網(wǎng)側(cè)繞組，303.11 kV；閥側(cè)繞組（Y），134.49 kV；閥側(cè)繞組（△），232.94 kV。

b.最大穩(wěn)態(tài)相電壓：網(wǎng)側(cè)繞組，317.54 kV；閥側(cè)繞組（Y），139.37 kV；閥側(cè)繞組（△），241.40 kV。

c.額定容量：網(wǎng)側(cè)繞組，521.59 MV·A；閥側(cè)繞組（Y），521.59 MV·A；閥側(cè)繞組（△），521.59 MV·A。

d.雙極運(yùn)行、分接頭在額定位置時(shí)額定電流：網(wǎng)側(cè)繞組，1.721 kA；閥側(cè)繞組（Y），3.878 kA；閥側(cè)繞組（△），2.239 kA。

e.分接頭檔位數(shù)為+20/-5，分接頭調(diào)節(jié)步長為1.25%，分接頭在額定位置時(shí)的阻抗為24%。

4 直流系統(tǒng)無功消耗及穩(wěn)態(tài)特性

4.1 換流站無功消耗

換流站在換相過程中會消耗大量的容性無功功率，通常整流器、逆變器消耗的無功功率達(dá)直流輸送功率的30%～50%、50%～60%。換流站消耗的無功功率大小與直流輸送功率、直流電壓、直流電流及換相角等運(yùn)行參數(shù)有關(guān)[24-25]，換流站的無功消耗計(jì)算可為換流站的無功補(bǔ)償設(shè)計(jì)提供依據(jù)。整流側(cè)1個(gè)12脈動(dòng)換流器所消耗的容性無功功率可根據(jù)式（21）計(jì)算：

其中，Udio取換流器理想空載直流電壓。

對于逆變站，將上述公式中的觸發(fā)角α換成熄弧角γ即可。

由于特高壓直流輸電系統(tǒng)中換流器采用雙12脈動(dòng)換流器串聯(lián)接線方式，每個(gè)換流站2極共4個(gè)12脈動(dòng)換流器，因此換流站消耗的無功功率是式（21）的4倍。根據(jù)上述公式，分別對換流站額定運(yùn)行工況、長期過負(fù)荷運(yùn)行和雙極最小輸送功率3種運(yùn)行方式下的無功消耗進(jìn)行計(jì)算。由計(jì)算結(jié)果可知：直流輸送額定功率10450 MW時(shí)，整流站、逆變站消耗的無功功率分別為6 916 Mvar和6 693 Mvar；直流1.05倍過負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，直流輸送功率為10972.5 MW，兩端換流站的無功消耗分別增至7 407 Mvar和7147 Mvar；直流10%小負(fù)荷運(yùn)行方式下，直流輸送功率為1045 MW，兩端換流站消耗的無功功率分別為 295 Mvar和 344 Mvar。

4.2 直流系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)特性計(jì)算

特高壓直流輸電系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性參數(shù)是進(jìn)一步分析特高壓直流輸電系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為以及進(jìn)行系統(tǒng)暫態(tài)過電壓分析計(jì)算的基礎(chǔ)。在計(jì)算直流系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行參數(shù)時(shí)，整流側(cè)交流母線電壓采用770 kV，逆變側(cè)交流母線電壓采用525 kV，并且需要確保在各種運(yùn)行方式下，整流側(cè)空載直流電壓UdioR不大于326.96 kV，逆變側(cè)空載直流電壓UdioI不大于314.58 kV。表2列出了直流系統(tǒng)雙極平衡運(yùn)行方式下幾種典型運(yùn)行工況的系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行參數(shù)，其中輸送功率為標(biāo)幺值，0.90p.u.為反送功率，其他為正送功率。

表2 雙極平衡運(yùn)行方式下系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行參數(shù)Tab.2 Steady-state operating characteristics of system under bipolar operation

5 結(jié)語

對準(zhǔn)東—四川±1100 kV特高壓直流輸電工程的主回路參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，根據(jù)交直流系統(tǒng)基本條件，計(jì)算確定了換流器、換流變壓器等關(guān)鍵設(shè)備的基本參數(shù)，以及換流站消耗的無功功率。計(jì)算結(jié)果可為該工程設(shè)備設(shè)計(jì)、選型等后續(xù)研究提供重要依據(jù)，也可為相關(guān)特高壓直流工程主回路參數(shù)設(shè)計(jì)提供參考。