DL／Z 1697-2017  柔性直流配电系统用电压源换流器技术导则

电压源换流器使用环境的温度和湿度应满足以下要求： a）最高温度：+45℃； b）最低温度：一25℃； C）最大相对湿度：≤95%（装置内既不应凝露，也不应结冰）

电压源换流器在海拔1000m及以下使用。 当产品用于海拔高于1000m的地区时，应考虑空气冷却作用和绝缘水平的下降，对 缘强度的影响，设计修正方法由生产厂家与用户协商确定

电压源换流器耐受地震烈度的要求： a）地面水平加速度（g)：0.20； b）地面垂直加速度（g）：0.13； c）正弦三个周波档案标准，安全系数1.67以上

电压源换流器耐受地震烈度的要求： a）地面水平加速度（g)：0.20； b）地面乘直加速度（g）：0.13 c）正弦三个周波，安全系数1.67以上。

电压源换流器安装场所应满足以下要求： a）安装场所无剧烈机械振动和冲击，无火灾、燥炸危险的介质，无腐蚀、破坏绝缘的气体及导电 介质，无有害气体及蒸汽； 6） 安装场所为户内时，应全封闭，带通风或空调系统； c）安装场所为户外时，应配备防御雨、雪、风、沙的设施。

4.3.1交流系统条件

与电压源换流器连接的交流系统在满足以下条件时，电压源换流器应能正常运行。 a）电压偏差满足GB/T12325要求； b）频率偏差为一2.5Hz～+1.5Hz； c）三相电压不平衡度满足GB/T15543要求； d）背景谐波满足GB/T14549要求； e）暂时过电压和瞬态过电压满足GB/T18481要求。

4.3.2直流系统条件

电压偏差为0.95（标幺值）~1.1（标幺值），电压源换流器应能正常运行。

5.1.1直流额定电压

压源换流器的直流额定电压可采用： ±6kV、±10kV、±20kV、±35kV。 直流额定电压有特殊要求时，由生产厂家与用户协商确定。

5.1.2交流额定电压

电压源换流器的交流额定电压可采用：6（7.2）kV、10（12）kV、20（24）kV、35（40.5）kV。 对交流额定电压有特殊要求时，由生产厂家与用户协商确定。 注：括号内的参数为设备对应电压等级下的最高电压。

根据具体工程要求选取电压源换流器的额定功率。

根据电压源换流器直流额定功率、直流额定电压，以及可供选取的可关断阀器件的参数，共同硕 定电压源换流器的直流侧额定电流值。 目前，电压源换流器可选用的IGBT功率器件参数参见附录B

电压源换流器的额定频率为：50Hz（60Hz）。

电压源换流器应满足以下总体技术要求： a）直流稳态电压允许偏差范围（标幺值）：0.951.1； b）直流稳态电压控制精度：<1%； c）交流稳态电压允许偏差范围（标幺值）：0.9~1.1； d）交流稳态电压控制精度：<1%； e）交流频率允许偏差范围：一2.5Hz～十1.5Hz； f 谐波电流耐受能力：额定电压、输出额定功率条件下，谐波电流叠加输出有效值不超过0.2倍 额定电流： g）其他条件按具体工程条件要求，由生产厂家与用户协商确定。

电压源换流器的设计寿命不低于30年。

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根据可靠性要求，基于系统总体失效率估算电压源换流器功率部件穴余度。电压源换流器功率部 件的穴余度不宜小于10%，VSC桥臂的穴余级应不少于1个。 为提高系统可靠性，电压源换流器控制、保护和测量系统宜采用双穴余形式。电压源换流器的冷 却系统宜采用几余设计，单一风扇或水泵（如有）停运不影响装置的正常运行

根据运行需要和设备技术水平，由生产厂家与用户共同协商确定装置年利用率和年强迫停运 饮数。 用户可以要求生产厂家提供产品的可靠度或满足用户的可靠性目标，计算方法由生产厂家与用户协陷 确定。

6.4电压源换流器设计

6.4.1常规设计内容

电压源换流器的设计条件因工程而异，设计的系统条件由用户提供，有特殊要求可由生产厂家与 用户协商确定。 电压源换流器设计内容主要包括： a）运行方式； b）主接线方案； c）拓扑结构； d）接口； e）参数选择； f) 控制和保护配置： g）冷却方式选择； h）辅助系统。

电压源换流器应具有足够的绝缘水平，满足各种类型过电压（直流、交流、操作冲击和雷电冲击 等）要求。电压源换流器的绝缘耐受水平根据系统绝缘配合研究报告要求确定。 电压源换流器绝缘配合研究包括以下内容： a）系统过电压分析： b）绝缘水平的确定： c）避雷器配置； d）爬电与空气净距设计。

电压源换流器的结构和安装箱体（ 合下列要求： a）电压源换流器宜采用模块化设计，根据情况可以采用户内屏柜安装或者户外集装箱安装

b）电压源换流器应能承受由于各种故障产生的电动力； c） 箱体内应该有必要的安全措施，以防止操作人员直接接触电极部分（包括交直流接线端子及各 种电气元件的电极）； d）箱体组装所使用的零部件均应符合相应的技术要求，推荐采用模块化装配方式，以便于运 行维护； e) 电压源换流器的触发系统如采用光纤，其布置应便于光纤的插拔和更换，同时应避免安装时对 光纤造成的机械损伤。

图1给出了电压源换流器有功功率和无功功率的包络线。电压源换流器的最大功率主要取决于其 允许通过的最大电流，以及其他限制条件，如最大无功功率容量等。 当输出有功功率P为正时，电压源换流器作为逆变器运行；当P为负时，电压源换流器作为整 流器运行；当无功功率Q为正时，电压源换流器运行在容性模式；当9为负时，电压源换流器运行 在感性模式。 电压源换流器交流接口处可能的运行范围见图1。在最小（Umin）和最大（Umax）交流系统电压 下，不考虑滤波器的简化PO运行曲线见图1。电压源换流器可在PO平面的所有四个象限内运行。

图1电压源换流器的PO示意图

压源换流器的功率传输能力取决于交流电网电压。在较低的交流电压下，需要较大的电流以转 的功率，且输出容量受电压源换流器允许通过的电流的限制。 联接变压器配置了有载调压开关时，可通过调整联接变压器的变比优化电压源换流器白

PQ特性。 PQ运行曲线的圆心位置与电压源换流器的设计相关，不一定在示意图的

6.6.2.1交流系统扰动类型

电压源换流器设计和运行时需要考的交流系统扰动类型包括如下方面： a）短时间电压暂降； b） 电网电压非全相运行： c）三相电压不平衡； d）负载突变： e）三相电流不平衡； f) 谐波电流注入； g）电压波动。

6.6.2.2直流系统故障类型

电压源换流器设计和运行时需要考虑的直流系统故障类型包括如下方面 a）母线或线路极间短路故障； b）母线或线路单极接地故障； c）断线故障； d）交直流碰线故障。

6.6.2.3电压耐受能力

电压源换流器的电压耐受能力见表1

表1电压源换流器的电压耐受能力

6.6.2.4电流耐受能力

电压源换流器应能承受额定电流、过负荷电流以及各种暂态冲击电流，其电流耐受能力的具体要 求如下： a）1.1（标幺值），长期： b) 1.3 (标幺值), 5s。

6.6.2.5支撑能力

电压源换流器可通过下述方式向交流配电系统提供支撑： a）紧急功率控制； b）电压支持：

电压源换流器可通过下述方式向交流配电系统持 a）紧急功率控制； b）电压支持：

DL/Z1697—2017 c）注入短路电流。 电压源换流器可以快速调整有功功率传输方向和功率水平，向失去交流电源的交流配电线路提供 功率支撑。 电压源换流器可以作为静止同步补偿器（STATCOM）运行，向与其连接的交流配电线路提供快速 的电压支撑，限制电压暂降，改善电能质量。 当电压源换流器作为交流系统电源时，为了得到可靠的过电流保护，如需要换流器提供一定的短 路电流，其能承受的最大短路电流通常由换流器的动态运行范围决定。

6.6.2.6交流系统故障下电压源换流器的耐受能力

电压源换流器能够穿越。对于持续时间大于500ms的交流系统故障，或故障产生的暂态电压、电流超 过VSC阀的耐受能力，允许电压源换流器闭锁。 VSC阀应能够在电压源换流器交流母线电压恢复后20ms内解锁。 交流系统发生严重故障时，能够通过继续触发VSC阀维持运行状态，从而改善交流系统的恢复性能，

1.6.2.7直流侧故障下电压源换流器的耐受能力

当直流系统发生单极接地故障而不要求停运时，从故障发生到故障切除的这段时间内，电压源换 流器应能够承受一定范围内的故障电流和暂态电压。 在某些电压源换流器拓扑结构中，续流二极管（FWD）可作为不可控整流桥运行，可能会直接承 受严重的暂态过电流。续流二极管应能够耐受电压源换流器直流侧发生短路故障时的故障电流。

6.6.3电压源换流器的损耗

电压源换流器的损耗取决于不同的运行工况，可分为运行损耗、空载运行损耗、备用态损耗等。 电压源换流器的损耗主要受输送的有功功率，以及吸收或发出的无功功率的影响。 额定运行条件下，两电平或三电平电压源换流器的运行损耗不宜超过额定容量的2.5%，MMC电 压源换流器的运行损耗不宜超过额定容量的1.5%。 电压源换流器损耗的计算方法见IEC62751的规定。

电压源换流器在配电系统中产生的谐波电压计

计算电压源换流器交流谐波电压时，可将各单次谐波视为电压幅值为E，的谐波源。电压源换流器 和交流系统的公共连接点（PCC）的等效电路见图2，其中Zs（n）是n次谐波的系统阻抗，Z(n）是电压 源换流器的谐波阻抗，包括联接变压器（如果有）、相电抗器和交流滤波器（如果有）。如果把并联滤 波器看作电网的一部分，或看作电压源换流器的一部分，那么它应包括在相应的阻抗中。

图2电压源换流器和交流系统的公共连接点（PCC）的等效电路

由于Zs（n）和Z(n）都是复阻抗，可能会发生谐振。因此，用户必须知道在PCC处的实 波阻抗。

6.6.4.2电压源换流器在配电系统中产生的谐波电压/电流

6.6.4.3谐波滤波器的配置

如果评估表明在交流或直流连接点处电压源换流器产生的谐波超出了许可范围，那么应设计并安 装谐波滤波器，以保持谐波在规定的限值内。 电压源换流器可采用以下形式的滤波器或谐波抑制方法： a）交流侧滤波器。对于两电平和三电平电压源换流器，可采用三阶交流低通滤波器（LCL型交 流滤波器）；如果考虑联接变压器漏抗的滤波作用，在漏抗参数匹配的条件下，也可采用二 阶交流低通滤波器（LC型交流滤波器）。 对于模块化多电平电压源换流器，可采用优化的阀触发控制配合优化桥臂电抗器参数来限制诺 波电流。 交流侧滤波器设计时的滤波容量应考虑交流系统背景谐波和VSC换流器谐波的共同影响。 b）直流侧滤波器。在直流总谐波畸变率不满足要求的情况下，可配置共模抑制电抗器、直流电抗 器或直流滤波器。

6.6.5电磁环境指标

6.6.5.1可听噪声

在额定功率下，距离噪声源（户外安装为集装箱壳体，户内安装为屏柜壳体）水平距离1m，垂直 高度1.5m处测量，可听噪声不应大于70dB（A）。

.6.5.2电磁场（EMF）

电磁场的分布情况直接关系装置的绝缘配合和电磁兼容设计，应分析VSC阀功率回路的电磁场， 提供装置电磁场分析报告，以核定装置电气设计的合理性。

6.6.5.3电磁兼容（EM

应通过电磁兼容试验验证相邻阀之间的电磁干扰不会引起如下故障： a）可关断阀器件出现误触发； b）保护回路出现误动作； c）监控回路出现错误指示或错误信号。 在开展电磁兼容试验时，应至少选择5个VSC阀级进行测试，用于测试的VSC阀级按照正常运 行状态布置。 电磁兼容除考虑对内部不造成影响外，还应考虑对外部其他设备不造成影响。

电压源换流器的控制单元应保证阀在一次系统正常或故障条件下正常工作，在任何情况下都不能 因为控制系统的工作不当而造成阀的损坏。在穴余级全部损坏后，阀控制单元应能发出警报。如有更 多的阀级损坏，应及时向控制保护系统发出信息来闭锁换流器。控制单元单一元件故障，不能引 起系统停运。 阀控制单元还应具备如下监控功能：

a）能够正确响应控制保护系统发出的控制命令； b）能够正确反馈换流器及阀控制单元状态信息； c）满足系统对阀控的其他要求，例如环流抑制、功率阶跃、保护换流器和电压波动等。 对于直流配电系统使用的电压源换流器，换流器级控制和阀控制设备可使用同一控制硬件，并具 备本节规定的全部功能。

为保护电压源换流器，通常配置如下的保护： a）交流侧过电压保护； b）交流侧过电流保护； c） 交流侧接地故障保护； d）直流侧过电压保护； e）直流侧过电流保护； f）差动保护； g）驱动故障保护； h）冷却系统故障保护； i） VSC阀级元余保护； j）冷却系统进、出水温度保护（使用水冷时）。 保护系统单一元件故障，不能引起系统停运。当需要配置特殊保护时，由生产厂家与用户之间协 确定，并与系统级保护配合

电压源换流器应配有必要的冷却系统，以确保换流器正常运行时不因温度过高而损坏。冷却方式 采用自然冷却、空气冷却、水一水冷却和水一风冷却等。 冷却系统的控制/保护/测量系统应满足以下基本要求： a）应能在各种运行条件下确保冷却系统安全、正确、可靠地运行； b）应采用基于温度控制的闭环控制模式，对VSC阀实施有效冷却； c）应能准确检测冷却系统的各种故障，并正确产生报警或跳闸信号： d）宜采用双穴余设计，包括电源与通信，主备系统切换时，不应引起传输功率的下降； e）冷却系统供电电源消失时，应发出报警信号，并降低传输功率或者跳闸，以保证VSC阀不因 过热而损坏。

电压源换流器接口包括 制/保护接口和功率回路接口两部分： a）控制/保护接口主要包括： 1）电源接口； 2）通信接口； 3）测量接口； 4）控制接口。 b）功率回路接口主要包括： 1）直流侧接口； 2）交流侧接口： 3）控制接口。 在开展接口设计时，电压源换流器相关设备的生产厂家应互相配合，接口的规格和规约应由电压 换流器成套设计方与相关设备制造商协商确定

6.12辅助电源设备和系统要求

在每一项型式试验之前和之后，都要对被试的多重阀单元、阀、阀级和可关断阀器件进行检验， 以确认可关断阀器件及其辅助电路中的元部件，以及试品中的其他任何元部件是否在试验中发生劣 化。对每一可关断阀器件至少应进行下述检验： a）耐受电压检验； b）触发检验。 在阀的绝缘型式试验以及运行特性型式试验后，除上述一般性检查外至少还应对可关断阀器件进 行以下检验： a）触发和监视检验； b）过电压保护触发检验； c）正向恢复保护检验：

d）额定反向阻断电压和正向及反向操作冲击波耐受电压检验（可选）； e）均压回路阻抗检验。 这种检验可以用监视系统进行，通常不要求从阀段中拆除元部件。 如果在上述试验中发现可关断阀器件或其相关元部件的特性发生改变，所测得的参数不应超过设 计允许公差，否则视为不合格。 完成型式试验后，要对阀或阀段进行一系列的检查试验，其中至少包括以下几项： a）检查阀级耐受电压； b）检查门极电路； c）检查监测电路； d）检查所有与阀形成整体的保护电路； e）检查均压电路

7.2.2型式试验项目及要求

7.2.2.1通用要求

型式试验由绝缘试验和运行试验组成。试验应按照DL/T1513的要求进行。 机械性能方面的型式试验内容，根据电压源换流器的结构设计、安装场所、抗震要求等具体情 况，由生产厂家与用户协商确定。

7.2.2.2绝缘试验项自及对象

绝缘试验项目及试验对象见表2。

表2绝缘试验项目及试验对象

7.2.2.3运行试验项目及对象

运行试验是检测电压源换流器运行性能的试验，参加运行试验的VSC阀段数应不少于1个。运行 试验项目及试验对象见表3。

表3运行试验项目及试验对象

.4型式试验方法和判据

试验方法和判据见DL/T15132016中5.1.8的

7.2.2.5试验报告

成后，应提供型式试验推

例行试验涵盖阀、阀段，以及用于阀或阀段保护、控制和监测的辅助电路的元件装配试验。试验 不涉及阀、阀支架或阀结构所使用的单个元件的试验。例行试验的目的是检验生产厂家是否按要求进 行生产制造，主要包括： a）用于阀的所有元件和部件的安装符合设计要求； b）阀设备功能正常，预设参数末超限； c）阀段和阀级（视情况而定）的绝缘性能符合设计要求； d）产品的一致性和均匀性满足设计要求。

7.3.2例行试验项目及

排水标准规范范本例行试验项目及要求见表4。

例行试验项目及要求见表4。

表4例行试验项目及要求

现场交接试验的目的是检验是否具备投运条件计算机标准，具体包括： a）阀段或阀级在运输过程中部件无损坏或无松动； b）水冷系统满足投运要求； c）阀支架的绝缘能力充足； d）电压源换流器与阀基电子设备的通信正常。

7.4.2现场交接试验项目及要求

总共对3%的产品进行抽样试验。 抽样试验应该包括，但不局限于下述项目： a）故障电流承受能力检验； b）开通/关断检验。