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Q／GDW 11730-2017 统一潮流控制器技术规范.pdf

图5三端UPFC系统典型

UPFC的主要设备包括： a）一次设备，主要包括换流阀及冷却系统、串联变压器、并联变压器、桥臂电抗器、机械旁路开 关、晶闸管旁路开关、接地装置、启动电阻、避雷器、交流开关设备、电磁式电压电流互感器、 电子式电压电流测量装置： b）二次设备，主要包括控制保护系统、监控系统、远动通信装置等。

6.1系统应用一般原则

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GB/T 4214.15-2021 家用和类似用途电器噪声测试方法储热式室内加热器的特殊要求/GDW117302017

电线路、断面焊 分布不均、区域内潮流复杂多变、 成电通道和断面能力木信 有效利用，不能满足电力输送需求。 潮流及无功电压等问题长期存在的地 在采用常规方案难以解决或代价较 系统输送能力

典型应用场景包括： a) 电网潮流复杂多变，应用UPFC优化区域潮流分布； b) 输电断面潮流分布不均匀，应用UPFC提高断面输电能力： 输电线路潮流分布不均匀，应用UPFC提高通道输电能力： d) 远距离大容量交流输电存在的动态稳定问题，应用UPFC提高系统阻尼： 电网存在电压稳定问题，应用UPFC提供动态无功支撑，提高电压稳定性

7.4短路电流计算要求

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根据输电线路、输电断面、区域电网的运行要求，通过调节串联注入电压，控制线路的有功功率、 无功功率、功率因数，实现输电线路、输电断面、区域电网的潮流灵活控制。

8.1.2无功电压控制

根据系统无功功率和电压运行要求，通过调节并联换流器注入电流，控制母线无功功率和电压，实 现系统无功电压的灵活控制。

8.2.1故障穿越功能

8.2.2阻尼功率振荡控制

根据交流系统不同要求，UPFC通过开关切换可实现UPFC、STATCOM、SSSC不同运行模

.1.1单位容量调节系数

单位容量调节系数用于衡量UPFC的调节效果，可从线路、通道的输电能力提高值和安全稳定控制措 量变化值方面考虑。在论证UPFC应用技术方案时，应比较UPFC的调节效果，尽量选取单位容量调节系 高的技术方案

9.1.2稳态误差计算

计算稳态误差时，应在UPFC及交流系统处于稳定运行状态下进行测量计算。线路功率、并联侧无功 功率或交流电压等测量计算值(M)可通过一定宽度时间窗口的平均值确定，测量计算时间可为1min，时 间窗口可为10个周波，每个时间窗口与紧邻的时间窗口接近而不重叠。按下式（1）计算获得稳态误差 (E）：

一对应测量计算值的设定参考值，为额定值的80%

9.1.3潮流控制误差要求

9.1.4无功电压控制误差要求

9.1.4.1无功功率控制误差

9.1.4.2交流电压控制误差

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换流阀过载能力取决于阀的损耗、冷却条件、环境条件、功率器件等部件的温度限值。应依据工程 技术规范对过载能力的要求，设计换流阀的部件及冷却系统。换流阀、桥臂电抗器、串联变压器和并联 变压器的设计都应满足连续或短时过载耐受要求。 超出过载能力时，装置应具备可靠保护

9.2.1线路潮流阶跃响应

线路潮流阶跃响应以有功功率阶跃进行试验，要求如下： a）在UPFC或SSSC模式下进行有功功率阶跃试验。进行实时仿真闭环测试时，阶跃量为装置零输出 到额定输出；进行现场试验时，根据现场运行情况，阶跃量宜不小于线路功率的10%。阶跃响 应时间宜不超过40mS； b 特殊需求应由供需双方协商确定。

9.2.2并联侧无功功率阶跃响应

UPFC并联侧无功功率阶跃响应要求如下： a 在UPFC或STATCOM模式下进行无功阶跃试验，并联侧处于无功控制模式。进行实时仿真闭环测 试和现场试验时，阶跃量为装置零输出到额定输出。阶跃响应时间宜不超过50mS； 试验时应在串联侧与并联侧不交换有功功率的情况下进行； 特殊需求应由供需双方协商确定

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冷却系统应进行基本电磁兼容试验，满足表2所列相

表2电磁兼容基本试验标准

UPFC中的串联变压器、并联变压器、换流阀、冷却系统、桥臂电抗器等设备会产生噪声，其可听噪 水平应控制在GB12348和GB3096等标准所要求的限制值以内

UPFC中换流阀的损耗参考标准IEC62751进行计算

根据运行需要和设备技术水平，由供需双方协商 确定UPFC的年利用率和年强迫停运次数。

换流阀应满足如下通用要求： a）UPFC所用换流阀应为空气绝缘、水冷却的多电平户内式IGBT阀； b）IGBT阀结构宜采用基于半桥型子模块（SM）级联的MMC拓扑结构： 阀每桥臂由多个子模块串联构成，每个子模块中至少应包含两个IGBT元件与一个直流储能电容 器； d 阀桥臂中的各子模块应被设计成可独立控制或隔离型，运行期间故障模块可以被高速旁路开关 隔离； e） 阀必须设计成故障容许型，子模块余度的确定应满足如下要求，特殊需求应由制造厂与用户 协商确定： 1）在两次计划检修之间的12个月运行周期内，如果在此运行周期开始时没有损坏的子模块 并且在运行期间内不进行任何子模块更换，允余子模块全部损坏的桥臂不超过1个： 2）各桥臂中的余子模块级数应不小于12个月运行周期内损坏的子模块级数的期望值的 2.5倍，也不应少于每阀子模块总数的5%

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阀体可采用散开式布置或模块化布置，模块化布置可采用单列式或双列式。阀的布置应考虑方 便运行人员的维护检修； 阀的损耗计算参考标准IEC62751进行，特殊需求应由供需双方协商确定： 交流系统故障时，串联侧换流阀子模块机械旁路开关不应动作； 换流阀机械性能应满足满足静态载荷和抗震要求

D.1.2过电压防护及绝维

换流阀的过电压防护及绝缘应满足如下要求： 换流阀的绝缘设计应考虑换流阀和阀支架耐受交流电压、直流电压、操作冲击电压、雷电冲击 电压、陡波前冲击电压的能力，并满足标准IEC62501规定的要求： b 应结合工程实际情况，考虑适当的绝缘裕度系数，在假定所有穴余模块化多电平换流阀标准组 件都损坏的情况下，确定换流阀的绝缘裕度： C 换流阀的过电压能力设计应考虑足够的安全系数，且承受各种过电压的要求。安全系数的确定 需考虑串联子模块或可关断半导体器件的电压不均匀分布、过电压保护水平的分散性，以及换 流阀内其他因素对换流阀耐压能力的影响。换流阀过电压耐受设计应满足以下要求： 1）子模块电压小于1.3p.U.时宜允许正常触发； 2）瞬态闭锁电压（保护出口）的电压定值宜不小于1.3p.u.。 d 在所有穴余子模块都损坏的条件下，阀内各点的绝缘应具有以下安全系数：阀内各点的绝缘应 具有以下安全系数： 1）对于操作冲击电压，超过避雷器保护水平的15%； 2）对于雷电冲击电压，超过避雷器保护水平的15%； 3 对于陡波头冲击电压，超过避雷器保护水平的20%。

10.1.3电流耐受能力要求

换流阀电流耐受能力应满足如下要求： 换流阀的电流耐受能力设计应考虑换流阀的部件（可关断阀器件、电容器等）承受正常运行电 流和暂态过电流的水平，包括幅值、持续时间、周期数、电流上升率等，同时还应考虑足够的 安全裕度； 换流阀的暂态过电流时，应考虑故障类型、交流系统短路容量、直流系统电压、模块化多电平 换流阀子模块的数量和电容值以及桥臂电抗值等因素： C 换流阀的暂态过电流计算时，应考虑交流系统故障（三相短路、相间短路及接地故障）和直流 系统故障（极间短路、桥臂短路及接地故障）等都会产生暂态过电流： d 在某些工况下，暂态过电流远远超过换流阀的部件（功率器件、电容器等）的过电流能力。例 如桥臂短路时（不经桥臀电抗器，相当于电容器经故障回路放电），若未采取措施，将会产生 幅值非常大的暂态过电流，远远超过换流阀的部件本身的过电流能力，将对模块化多电平换流 阀标准组件造成破坏。换流阀的设计应考虑这种工况； 短时过载电流取决于换流阀的损耗、冷却条件、环境条件、功率器件等部件的温度限值。应依 据工程技术规范对短时过载电流的要求，设计换流阀的部件（主要有可关断阀器件、电容器等） 及冷却系统。

阀控系统应满足如下要求！

阀控系统应满足如下要求：

& 阀控系统应设计为完全余系统，并具有完善的自检功能和符合规范要求的接口，用于触发和 监测阀，阀控系统的故障不应造成阀损坏： b 功能要求如下： 1）阀基控制器（VBC）应能接收上层控制保护系统发送的控制信号，将其转换为控制脉冲后 分配给子模块控制板，对子模块的状态进行监测并上报至上级控制保护系统： 2 子模块控制板实现子模块单元的控制、电容电压监测和子模块状态监测，并将电容电压， 模块状态等信息回报给VBC： 3） 任一子模块损坏时，VBC应发出报警信号。如果子模块损坏数超过余数，应向上级控制 保护系统发出跳闸请求； 4） 调制功能，应将上层控制系统发来的桥臂电压参考值根据子模块额定电压转化为投入的 子模块数目，或者是电平台阶数目： 5） 环流控制功能，应将桥臂环流控制到不大于3%（环流/桥臂电流）： 6）子模块电容电压平衡控制功能，应确保子模块电容电压维持在一个合理的范围： 7） 阀保护功能：应根据子模块回报的状态信息，进行故障判断，并根据故障等级进行相应 的处理，不发生误动作； 8） 录波功能：应将阀控系统自身状态和一些相关量录波本地存储； 9）与上层保护系统配合执行保护功能：应能执行上层保护系统发来的闭锁子模块指令： 10）穴余切换功能：与上层控制系统配合，实现功能完备的主从切换逻辑； 11）工作时序同步功能：预留与控制保护系统的时序同步接口，保证阀控系统与主控制保护 系统的控制周期保持一致。 阀控系统应具备（但不限于）与上级控制保护系统、时钟同步系统、故障录波系统和测量系统 的通讯接口。

10.2换流阀冷却系统

10. 2. 2. 1水冷室

阀厅应满足以下条件： a) 全封闭户内，微正压，带通风和空调； b) 温度为10℃~50℃； c) 相对湿度不大于60%； 无导电或爆炸性尘埃，无腐蚀金属或破坏绝缘的气体或蒸汽； e）无剧烈振动或冲击。

10.2.2.2内冷却水的水质

内冷却水米用密团式循环的去离于水。 部分内冷却水经劳路由去离子装置去除杂质离子。内冷却水 其补充水的水质应满足表3要求

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表3内冷却水的电导率和pH值

10.2.2.3内冷却水的流量

内冷却水流量应在换流阀设计提出的最小流量和最大流量之间选取。内冷却水进入每个换流阀塔 流量宜保持一致。如户外热交换器不止一组，内冷却水进入每组热交换器的流量也宜保持一致

10. 2. 2. 4 去离子装置

去离子装置要求如下： a）部分内冷却水流经去离子装置去除水中的杂质离子，以维持内冷却水的电导率在规定范围内； b） 应设置不少于两套去离子装置，采用至少一套备用的工作方式。每个去离子装置中的离子交换 树脂的使用寿命至少应为一年。

10.2.2.5主循环过滤器

冷却设备应设置网孔 滤器应能在不中断达行的情况 洗或更换，其滤芯应具有足够的机

10. 2. 2. 6噪声测量

0.2.2.7控制和保护功能

模拟运行模式和故障情况，验证冷却设备的控制和保护功能。试验结果应符合控制及保护系统中所 有规定。

10.3.2串联变压器绝缘水平

串联变压器的绝缘水平要求如下： a 串联变压器网侧绕组端对地额定操作冲击耐受电压、额定短时工频耐受电压应不低于所接入线 路的绝缘水平： b) 串联变压器网侧绕组首末端间雷电冲击耐受电压与额定操作冲击耐受电压应根据系统绝缘配 合要求确定： C 串联变压器网侧绕组端间额定短时工频耐受电压应根据运行过电压和试验传递过电压确定，宜 就高选取，若由于串联变压器特殊结构原因无法试验验证的，可由用户与制造厂商讨确定； 1 串联变压器阀侧绕组与稳定绕组绝缘水平应根据系统设计参照GB/T311.1的较高标准执行，还 宜满足网侧绕组绝缘试验时传递过电压要求

10.3.3承受短路能力要求

10.3.4承受过励磁能力

变压器应承受以下故障工况所产生的变压器过励磁冲击： a 网侧绕组一端短路或接地，流过变压器设计的最大短路电流，阀侧开关闭合，持续时间为网侧 旁路开关切除串联变压器时间； b) 网侧绕组一端短路或接地，流过变压器设计的最大短路电流，阀侧开关断开，持续时间为阀侧 晶闸管旁路开关触发导通的时间。

开联变压器通用技不要求如下 a) 并联变压器绕组型式、联结组标号、短路阻抗应根据所接入系统的电压等级，根据系统设计与 技术经济比较后优化选取： b 额定电压比应根据系统设计确定： C 网侧绕组与阀侧绕组的额定容量应根据系统设计确定； d 阀侧绕组中性点接地方式宜经高电阻接地：

e）并联变压器其他要求应符合GB1094.1的规定

10. 4. 2直流偏磁

并联变压器中性点直流偏磁满足DL/

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1晶闸管旁路开关（TB

晶闸管旁路开关（TBS）应满足下列要求： a）安装于阀侧时，TBS的额定电压应与串联变压器阀侧绕组额定电压一致，其对地绝缘水平应与 串联变压器阀侧对地绝缘水平保持一致，其阀端电压应与串联变压器阀侧绕组端间电压一致； b TBS阀故障电流耐受能力应大于UPFC所接入线路最大短路电流时所对应的串联变压器阀侧电 流，且其故障电流耐受时间应大于串联变压器两侧机械旁路开关的合闸时间：TBS阀的触发导 通延时宜小于1mS：TBS阀应耐受机械劳路开关操作引起的过电压： TBS应配置限流电抗器或饱和电抗器，将晶闸管在开通前2μs内最大电流上升率限制在不超过 晶闸管充许的最大电流上升率的0.2倍： 1 TBS中晶闸管、阻尼电阻、静态均压电阻、饱和电抗器或限流电抗器宜采用自然冷却的方式： TBS中晶闻管的触发方式应采用连续脉冲群触发和击穿二极管（BOD）触发的混合触发方式，脉 冲持续时间不小于故障电流耐受时间，BOD的触发电压应由系统过电压水平确定； f 单相阀中串联晶闸管级穴余度宜不小于1.03，TBS阀组余级数宜按年损坏率的2.5倍配置； 正常运行时要求能监测阀组每一级晶闸管的工作状态，如果有晶闸管发生损坏能准确定位并告 警； TBS阀组的噪声宜小于50dB

10.6.2机械旁路开关（如有）

机械旁路开关应满足下列要求： 机械旁路开关应与TBS并联，机械旁路开关的额定电压应不小于串联变压器阀侧绕组的额定电 压，则其对地绝缘水平不小于串联变压器阀侧对地绝缘水平，其断口耐压水平不小于串联变压 器阀侧绕组端间电压： b） 机械旁路开关故障电流耐受水平应根据UPFC所接入系统的短路水平进行选择：

C 机械旁路开关合闸时间宜小于60ms，合闸时间离散度宜不大于10ms；对分闸时间要求一般小于 40ms或不做具体要求； 机械旁路开关应具备三相机械联动或三相电气联动功能； e）机械旁路开关宜双重配置。

10.6.3配合要求（如有）

晶闸管旁路开关与机械旁路开关的配合应满足下列要求： a）在触发TBS导通的同时给并联的机械旁路开关发出合闸命令，机械开关合闸时间宜小于60mS， 且机械开关应能承受TBS的转移电流； b）在任一机械开关合闸后，应闭锁TBS的触发脉冲

接地装置的一般要求如下： a）UPFC并联变压器网侧绕组应根据其接入的系统运行情况选择中性点的接地方式，如并联变压器 接入110kV及以上的交流系统，网侧宜采用Y型接线，中性点直接接地或者经小电阻接地方式 如并联变压器接入35kV及以下的交流系统，网侧宜采用D型接线方式； 6） UPFC的并联变压器和串联变压器的阀侧绕组中性点宜采用电阻接地方式，接地电阻大小宜根据 阀侧的电压以及UPFC直流系统电压的大小选择

启动电阻主要参数及一般要求如下： a 启动回路的电阻阻值的选择需根据启动过程中换流阀功率模块对取能电压的要求及限制启动 冲击电流等因素确定，电阻阻值偏差根据系统设计确定： 充电电流包括启动过程中的瞬态电流，以及冲击后的稳态电流，稳态电流持续时间不短于60s 启动电阻单次充电时间应不短于直流母线电压达到交流线电压峰值的0.9倍以上所需的时间： 电阻能量不小于单次充电时间内电阻能量消耗，并满足温升要求： 应能满足连续5次间隔30分钟再次充电，5次以后间隔2个小时再次充电的能力，并满足温升要 求： f 电阻及支撑绝缘子的绝缘性能应根据并联变压器阀侧电压，按照GB/T311.1的较高标准执行

避雷器的配置应遵循以下原则： a) 交流侧产生的过电压应由交流侧避雷器加以限制； b) 直流侧产生的过电压应由直流侧避雷器限制： c） 关键的设备，应由与其相连的避雷器加以保护： d) 兼顾可靠性和经济性，换流阀等核心设备需要多级保护，多级保护之间应充分考虑参数配合关 系； e) TBS跨接避雷器和TBS的保护BOD应相互配合。

10.10交流开关设备

10.10.1网侧旁路开关

NY/T 2388-2013 农作物优异种质资源评价规范 甜瓜网侧旁路开关应满足如下要求：

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a）网侧旁路开关应满足GB1985的相关规定； b） 网侧旁路开关应能关合线路故障电流； C) 网侧旁路开关可不开断线路故障电流： d) 网侧旁路开关应具有双合闸线圈： e) 网侧旁路开关的合闸时间应与串联变压器的过励磁能力相配合

10.2网侧旁路隔离开关

网侧旁路隔离开关应满足如下要求： a）网侧旁路隔离开关满足GB1985的相关规定； b）旁路隔离开关应具有足够的转换电流开合能力，转换电流不应低于串联变压器被旁路情况下线 路电流。

NB/T 42003-2013 高压电机铁心（冲片）绝缘试验方法10.10.3网侧串联隔离开关

a）网侧串联隔离开关满足GB1985的相关规定； 串联隔离开关应具备开合小电容电流能力，电容电流由串联变压器对地电容及阀侧设备对地电 容电流确定： 串联隔离开关应设置接地开关