GB Z 20996.3-2007 高压直流系统的性能 第3部分 动态.pdf
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1、ICS 29200;2924099K 46 a雪中华人民共和国国家标准化指导性技术文件GBZ 209963-2007IECTR 609 1 93:1 999高压直流系统的性能第3部分:动态Performance of highvoltage direct current(HVDC)systemsPart 3:Dynamic conditions2007-0621发布(IECTR 609193:1999,IDT)中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局台布中国国家标准化管理委员会及哪!GBZ 209963-2007IECTR 609193:1999目 次前言引言1范围2规范性引用文件3高压直流动态
2、性能规范概要4交流系统潮流和频率控制5交流动态电压控制及与无功源的相互影响6交流系统暂态和静态稳定性一7较高频率下高压直流系统的动态性能8次同步谐振9与电厂的相互影响参考文献I111258uH船GBZ 209963-2007IECTR 60919-3:1999刖 吾GBZ 20996高压直流系统的性能是国家标准化指导性技术文件,共包括以下3个部分:第1部分:稳态;第2部分:故障和操作;第3部分:动态。本部分为第3部分,等同采用IECTR 60919 3:1999高压直流系统的性能第3部分:动态。有关技术内容和要求的规定完全相同,编辑格式按我国国家标准GBT 11 2000规定。本部分由中国电器
3、工业协会提出。本部分由全国电力电子学标准化技术委员会(SACTC 60)归口。本部分负责起草单位:中国电力科学研究院、北京网联直流输电工程技术有限公司。本部分参加起草单位:西安电力电子技术研究所、西安高压电器研究所、西安西电电力整流器有限公司、南方电网技术研究中心、机械工业北京电工技术经济研究所。本部分主要起草人:王明新、陶瑜、周观允、程晓绚、李侠、饶宏、孟庆东、马为民、蔚红旗、苟锐锋、方晓燕、曾南超、赵畹君、田方。本指导性技术文件是首次发布。本指导性技术文件由全国电力电子学标准化技术委员会负责解释。GBZ 209963-2007IECTR 60919-3:1999引 言高压直流输电在我国电网
4、建设中,对于长距离送电和大区联网有着非常广阔的发展前景,是目前作为解决高电压、大容量、长距离送电和异步联网的重要手段。根据我国直流输电工程实际需要和高压直流输电技术发展趋势开展的项目在引进技术的消化吸收、国内直流输电工程建设经验和设备自主研制的基础上,研究制定高压直流输电设备国家标准体系。内容包括基础标准、主设备标准和控制保护设备标准。项目已完成或正在进行制定共19项国家标准:(1)高压直流系统的性能第一部分稳态(2)高压直流系统的性能第二部分故障与操作(3)高压直流系统的性能第三部分动态(4)高压直流换流站绝缘配合程序(5)高压直流换流站损耗的确定(6)变流变压器第二部分高压直流输电用换流变
5、压器(7)高压直流输电用油浸式换流变压器技术参数和要求(8)高压直流输电用油浸式平波电抗器(9)高压直流输电用油浸式平波电抗器技术参数和要求(io)高压直流换流站无间隙金属氧化物避雷器导则(11)高压直流输电用并联电容器及交流滤波电容器(12)高压直流输电用直流滤波电容器(13)高压直流输电用普通晶闸管的一般要求(14)输配电系统的电力电子技术静止无功补偿装置用晶闸管阀的试验(15)高压直流输电系统控制与保护设备(16)高压直流换流站噪音(17)高压直流套管技术性能和试验方法(18)高压直流输电用光控晶闸管的一般要求(19)直流系统研究和设备成套导则GBZ 209963-2007IECTR 6
6、0919-3:1999高压直流系统的性能第3部分:动态1范围GBZ 20996的本部分提供了高压直流系统动态性能的综合导则。本部分中的动态性能是指其特征频率或时间区域覆盖暂态条件到稳态条件之间范围的事件和现象。它涉及到的动态性能应属于在稳态或暂态条件下,两端高压直流输电系统与相连的交流系统或其部件,如电厂、交流线路和母线、无功源等之间的相互影响。两端高压直流输电系统采用由三相桥式接线(双路)组成的12脉动(波)换流器单元构成,具有双向功率传输能力。换流器采用由无间隙金属氧化物避雷器进行绝缘配合的晶闸管阀作为桥臂。本部分中未考虑二极管换流阀。对于多端高压直流输电系统虽未特别提及,但本部分中的许多
7、内容也适用于多端系统。GBZ 20996由三个部分组成。第1部分稳态,第2部分故障和操作,第3部分动态。在制定与编写过程中,已经尽量避免了三部分内容重复。因此,当使用者准备编制两端高压直流系统规范时,应参考三个部分的全部内容。对系统中的各个部件,应注意系统性能规范与设备设计规范之间的差别。本部分没有规定设备技术条件和试验要求,而是着重于那些影响系统性能的技术要求。本部分也没有包括详细的地震性能要求。另外,不同的高压直流系统可能存在许多不同之处,本部分也没有对此详细讨论,因此,本部分不应直接用作某个具体工程项目的技术规范。但是,可以以此为基础为具体的输电系统编制出满足实际系统要求的技术规范。本部
8、分涉及的内容设有区分用户和制造厂的责任。2规范性引用文件下列文件中的条款通过GBZ 20996的本部分的引用而成为本部分的条款。凡是注明日期的引用文件,其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本部分。然而,鼓励根据本部分达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件,其最新版本适用于本部分。GBZ 2099612007高压直流系统性能第1部分:稳态(IECTR 609191:1988,IDT)GBZ 2099622007高压直流系统性能第2部分:故障和操作(IECTR 60919 2:1991,IDT)3高压直流动态性能规范概要31动态性能规范高压直流系
9、统完整的动态性能规范应包括以下章节:交流系统潮流和频率控制(见第4章);交流动态电压控制及与无功源的相互影响(见第5章);交流系统暂态和静态稳定性(见第6章);较高频率下高压直流系统的动态性能(见第7章);次同步振荡(见第8章);与电厂的相互影响(见第9章)。第4章涉及利用高压直流系统的有功功率控制影响相关交流系统潮流和或频率,以改善交流系统的性能。在设计高压直流有功功率控制模式时应考虑以下几点:GBZ 209963-2007IECTR 60919-3:1999a)稳态运行时,使交流系统损耗最小;b)稳态运行和扰动时,防止交流输电线过负荷;c) 与交流发电机调速器控制配合;d)稳态运行和扰动时
10、,抑制交流系统频率偏差。在第5章中,当采用交流母线电压控制时,应考虑高压直流换流站和其他无功源(交流滤波器、电容器组、并联电抗器、静止无功补偿装置、同步调相机)的电压和无功功率特性,以及它们之间的相互作用。在第6章中,对通过控制高压直流有功和无功,以阻尼机电振荡来提高互联交流系统的静态和或暂态稳定性的方法进行了讨论。第7章涉及一个高压直流系统。由于换流器产生的特征谐波和非特征谐波所引起的在二分之一工频以上频率范围内的动态性能;也讨论了防止失稳的措施。在第8章中,考虑了由于高压直流控制系统(定功率和定电流调节方式)与火电厂的涡轮机在它们的自然频率下,发生扭矩放大和机械振荡的现象;定义了次同步振荡
11、阻尼控制的规范。在第9章中,考虑了一个电厂与电气距离较近的高压直流系统之间的相互影响,考虑了核电站的一些特点和对高压直流系统可靠性的要求。32一般说明对于所要考虑的高压直流系统,其任何设计要求均应在稳态性能(GBZ 209961)和暂态性能(GBZ 209962)所覆盖的设计限制之内。在制定高压直流系统动态性能规范时,应以详细的电力系统研究为基础,确定正确的高压直流系统控制策略;并规定输入信号的优先级和处理方法。4交流系统潮流和频率控制41概述高压直流系统的有功控制能够用于控制相连交流系统的潮流及频率,以改善交流系统在稳态运行和扰动下的性能。该章说明高压直流有功功率运行方式可用于改善交流系统性
12、能,以达到如下目的:稳态运行时,高压直流功率控制用于使电力系统总损耗最小f扰动以及稳态条件下,高压直流功率控制用于防止交流线路过负荷i高压直流功率控制与交流系统发电机调速器控制配合在稳态运行以及扰动时,高压直流功率控制用于抑制交流系统频率偏差。使用有功和或无功的方式来改善交流系统动态和哲态稳定性,或改善交流电压控制,在第5章和第6章论述。42功率潮流控制421稳态功率控制要求高压直流系统的功率控制通常可用于使电力系统总损耗最小、防止交流输电线过负荷、或与交流发电机的调速器控制配合。随着高压直流系统在整个电力系统中的作用变化,对直流功率控制的要求也有所不同。当高压直流系统用于输送远端发电站功率时
13、,高压直流传输功率控制需与发电厂发电机调速器控制配合,此时发电机的电压、频率、或转速可以作为高压直流功率控制系统的参考值。当一个高压直流系统连接两个交流系统时,在常规条件下按预定方式控制高压直流功率;但可在此高压直流功率控制上附加一个功能,以便控制任何一端或两端交流系统的频率。当其中一个交流系统是一个独立系统时,如向孤岛供电,此时该独立交流系统就必须由高压直流系统实现频率控制。在43中讨论由高压直流系统控制交流系统频率。当两个交流系统通过一个以上的直流系统相连,或同时由直流和交流线路连接时,或当一个直流系统处于一个交流系统中时,均可对高压直流功率进行控制,以使整个互联系统的总输送损耗最小。在上
14、述交直流系统结构的一些工况下,控制高压直流系统功率的变化,能够防止电力系统中一条2GBZ 209963-2007IECTR 60919-3:1999或多条输电线路过负荷。在某些特殊的高压直流控制方案中,例如方案设计为扰动过程中或扰动后增加直流功率以改善交流系统的性能,稳态直流传输功率必须设置在一限定范围内,以便此控制被启动时,直流功率就不会超出直流额定功率或过载能力。此时还必须考虑为高压直流换流器和交流系统提供所需的无功功率。在稳态控制要求的规范中应考虑以下a)到g)项的需要。在制定规范时应注意,由于完整的稳态控制要求可能还没有设计或决定,因此,应为将来可能的输人留有裕度。a) 当设计的潮流控
15、制系统有多个功能时,包括交流系统频率控制,则应对这些控制功能设置优先权。b)在稳态条件下,防止交流线路过负荷控制的优先级通常高于其他潮流控制。对于使电力系统损耗最小的控制,或是通过电力系统数据确定的预置直流功率参数控制实现,或是根据负荷调度中心的在线计算执行操作,通常它的控制响应较慢,达几秒或几分钟甚至更长。c) 在孤岛系统或有大型直流输电接人的系统,频率通常由高压直流功率维持。此时,高压直流频率控制优先于系统损耗最小控制,但它可能受到过负荷保护的限制。d)无功需求随着功率变化而改变,这可能导致频繁切换无功补偿装置。此时,需要特殊的交流电压控制措施,例如通过换流单元的无功控制,或对高压直流功率
16、变化幅值设置限制等。e) 应对电力系统所需的特殊功率指令调节信号加以确定、研究和规范。不允许这些信号引起直流电流或功率、或交流电压偏差超过装置和系统的额定值和限制值。当两个或更多的输入信号同时要求直流系统功率调节时,必须对其建立优先级并进行协调。f)双极直流系统通常要求直流功率和电流在各极之间有效均分;当一个极退出,剩余极的过负荷应能使交流系统的潮流、电压和频率的扰动最小。g)直流系统送、受端之间通信中断不应引起对交流系统的扰动。规范至少应要求:在通信中断时,保持输送功率不变。如果在通信线路暂时中断时仍需要如频率控制这样的辅加功能,均应在规范中规定。422功率阶跃变化的要求在某些条件下,电力系
17、统在扰动中或扰动后,要求高压直流系统功率阶跃变化以改善交流系统的性能。有时,这种功率阶跃变化也包括直流功率反转。通常通过改变设置的直流系统功率指令定值,或通过改变功率范围以响应输入信号,来实现直流功率阶跃变化。阶跃变化需要的功率变化率和直流功率变化的限制量,应被限制在交流系统要求的范围内进行调节。例如,对于不同的事件可以要求不同的变化率。当功率阶跃变化包括功率反转时,应特殊考虑。在规范直流功率阶跃变化时,所应考虑的电力系统扰动包括:交流线路跳闸、失去大的供电电源、交流系统频率大幅度降低、突然增加或减少电力系统负荷导致的大幅度频率偏移等。在上述一些电力系统扰动中,交流系统也将由直流系统提供的交流
18、频率控制来支持。在设计和规定高压直流控制功能时,应针对各种电力系统条件,详细考察功率阶跃功能的影响。最好规定功率变化的限制和范围,以及变化率,而不是规定定值。可以在直流系统运行时进行定值调整。高压直流功率阶跃变化的启动信号包括:过负荷继电器信号;或送到高压直流换流站特别的输电线路跳闸信号,或在高压直流换流站以及交流系统某些点测得的交流系统频率等。传输这些启动信号的通信系统延时将影响直流或交流系统的性能。因此,对某些情况,需要高速通信系统。当信号传输延时太长时,应考虑其影响。某些情况,信号要同时送给两个高压直流换流站或一个高压直流换流站需要接受多个信号,此时必须设置控制功能的优先级。直流功率阶跃
19、变化量可能受交流和直流系统条件的限制,因此需要在特定工况下检测系统条件的变化,更新其限制值。3GBZ 209963-2007IECTR 60919-3:1999特别是当直流系统功率阶跃变化很大时,可能会使交流电压产生相当大的变化。因此,需研究交流电压允许波动的范围进而决定功率阶跃变化的限制,或是提出一种特殊的交流电压控制方法。在稳态运行和暂态条件下,允许的交流电压偏移限制可能不同,应分别予以规定。当高压直流系统与一个高阻抗和或小惯性的交流系统相连时,直流功率阶跃变化对交流系统电压稳定、暂态稳定和频率都有不利的影响。在此情况下,必须限制功率的变化率和变化量,或是提出其他特殊的方法来阻止交流系统动
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