TCSEEXXXXYYYY海上风电柔性直流输电系统成套设计导则

ICS19.020

CCSK85

团体标准

T/CSEEXXXX—YYYY

代替T/XXXX

海上风电柔性直流输电系统成套设计导则

GuideofSystemDesignforVSC-HVDCTransmissionSystemforOffshore

WindFarmIntegration

（送审稿）

20XX-XX-XX发布20XX-XX-XX实施

中国电机工程学会发布

1

T/CSEEXXXX-YYYY

目次

1范围...........................................................................1

2规范性引用文件..................................................................1

3术语和定义......................................................................2

4符号、代号和缩略语..............................................................2

5总体要求.......................................................................2

5.1系统设计....................................................................3

5.2设备或子系统技术规范........................................................4

6设计条件.......................................................................4

6.1环境条件....................................................................5

6.2大件运输条件................................................................6

6.3交流系统条件................................................................6

6.4直流电缆参数................................................................8

7系统设计.......................................................................9

7.1额定值......................................................................9

7.2稳态性能要求................................................................9

7.3运行方式和控制模式设计.......................................................9

7.4电气主接线（含接地方式）....................................................10

7.5主回路参数.................................................................16

7.6过电压与绝缘配合要求.......................................................17

7.7暂态电流要求...............................................................20

7.8动态性能要求...............................................................21

7.9无功补偿和电压控制.........................................................24

7.10谐波性能要求..............................................................24

7.11系统抗扰度与通信干扰.......................................................24

7.12可听噪声..................................................................25

7.13设计损耗..................................................................26

7.14可靠性....................................................................26

8换流站一次设备要求.............................................................27

8.1柔直换流阀.................................................................27

8.2柔直变压器.................................................................28

8.3桥臂电抗器.................................................................29

8.4直流电抗器.................................................................29

8.5启动电阻器.................................................................29

I

T/CSEEXXXX-YYYY

8.6直流卸荷装置...............................................................30

8.7接地设备...................................................................30

8.8避雷器.....................................................................31

8.9穿墙套管...................................................................32

8.10测量装置..................................................................32

8.11直流开关设备..............................................................33

8.12交流开关设备..............................................................35

8.13交直流支柱绝缘子..........................................................35

9换流站控制保护系统.............................................................35

9.1概述......................................................................35

9.2换流站运行人员控制系统与一体化监控系统.......................................36

9.3直流控制系统...............................................................38

9.4直流保护系统...............................................................40

9.5换流站主时钟系统...........................................................42

9.6保护及故障录波信息管理子站..................................................43

9.7调度自动化和直流远动系统....................................................44

9.8故障录波系统...............................................................44

9.9直流线路故障定位系统.......................................................46

9.10可靠性要求................................................................46

9.11接口要求..................................................................47

9.12试验要求..................................................................48

10辅助系统设计要求..............................................................49

10.1站用电系统................................................................49

10.2冷却系统..................................................................50

10.3消防系统..................................................................51

10.4采暖、通风和空气调节.......................................................51

II

T/CSEEXXXX-YYYY

海上风电柔性直流输电系统成套设计导则

1范围

本文件规定了海上风电送出用柔性直流输电系统成套设计的术语和定义、总体要求、设计条件、系

统设计要求、换流站一次设备要求、换流站控制保护系统和辅助系统要求。

本文件适用于±500kV及以下直流电压等级基于模块化多电平换流器拓扑结构的海上风电送出用柔

性直流输电系统成套设计，其他拓扑结构的柔性直流输电系统或某些有特殊要求的柔性直流输电工程可

参照使用。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，

仅该日期对应的版本适用于本文件；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。

GB311.1-2012绝缘配合第1部分：定义、原则和规则

GB3096-2008声环境质量标准

GB12348-2008工业企业厂界环境噪声排放标准

GB50016-2014建筑设计防火规范

GB50019-2015工业建筑供暖通风与空气调节设计规范

GB50116-2013火灾自动报警系统设计规范

GB50140-2005建筑灭火器配置设计规范

GB50229-2019火力发电厂与变电站设计防火标准

GB50974-2014消防给水及消火栓系统技术规范

GB/T311.2-2013绝缘配合第2部分：使用导则

GB/T311.3-2017绝缘配合第3部分：高压直流换流站绝缘配合程序

GB/T1984-2014高压交流断路器

GB/T1985-2014高压交流隔离开关和接地开关

GB/T7260(所有部分)不间断电源设备

GB/T13498-2017高压直流输电术语

GB/T14549-1993电能质量公用电网谐波

GB/T16927.1-2011高电压试验技术第1部分：一般定义及试验要求

GB/T20989-2017高压直流换流站损耗的确定

GB/T25091-2010高压直流隔离开关和接地开关

GB/T26216.1-2019高压直流输电系统直流电流测量装置第1部分：电子式直流电流测量

装置

GB/T26217-2019高压直流输电系统直流电压测量装置

GB/T26218(所有部分)污秽条件下使用的高压绝缘子的选择和尺寸确定

GB/T30553-2014基于电压源换流器的高压直流输电

GB/T34118-2017高压直流系统用电压源换流器术语

1

T/CSEEXXXX-YYYY

GB/T35702-2017(所有部分)高压直流系统用电压源换流器阀损耗

GB/T35703-2017柔性直流输电系统成套设计规范

GB/T37011-2018柔性直流输电用变压器技术规范

GB/T50064-2014交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范

GB/T51381-2019柔性直流输电换流站设计标准

GB/T51397-2019柔性直流输电成套设计标准

DL/T620-1997交流电气装置的过电压保护和绝缘配合

DL/T1193-2012柔性输电术语

DL/T5044-2014电力工程直流电源系统设计技术规程

DL/T5218-2012220kV～750kV变电站设计技术规程

DL/T5222-2005导体和电器选择设计技术规定

DNVGL-ST-0145Offshoresubstations

3术语和定义

GB/T13498-2017，GB/T34118-2017，DL/T1193-2012界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

3.1

柔性直流输电VSC-HVDCtransmission

基于电压源换流器的直流输电技术。

3.2

柔直换流阀converterforVSC-HVDC

基于电压源换流器的换流阀。

3.3

柔直变压器transformerforVSC-HVDC

在交流系统连接点与一个或多个电压源换流器单元之间传输电能的变压器。

3.4

直流卸荷装置DCchopper

用于消耗海上和陆上换流站的有功功率差额，在直流侧设置的具备能量吸收能力的电力电子装置。

4符号、代号和缩略语

下列缩略语适用于本文件。

STATCOM：静止同步补偿器（StaticSynchronousCompensator）

5总体要求

2

T/CSEEXXXX-YYYY

5.1系统设计

海上风电柔性直流输电系统成套设计应将海上风电送出系统作为一个整体进行系统设计，海上风电

送出系统包括海上风电集电系统和柔性直流输电系统，以实现柔性直流系统整体性能的优化。系统设计

应包括下列内容：

a)运行方式和控制模式设计

1)运行方式及其转换过程；

2)控制模式和控制策略。

b)电气主接线设计

1)直流系统接线形式选择；

2)换流器型式选择；

3)换流站交流侧接线及主设备配置。

4)换流站直流侧接线及主设备配置。

c)换流站接地方式

1)接地位置及接地设备型式选择；

2)接地方式对系统和设备运行性能的影响；

3)接地设备技术参数计算；

4)满足不同运行和调试状态的接地方式选择。

d)主回路设计

1)确定换流站功率运行曲线；

2)根据运行方式要求进行主回路参数计算；

3)关键设备负载能力研究。

e)过电压和绝缘配合计算

1)直流过电压计算；

2)暂时过电压和铁磁谐振过电压计算；

3)雷电过电压计算（如有）；

4)避雷器位置和参数配置方案；

5)设备绝缘水平选择。

f)暂态电流计算

1)换流站设备承受的峰值耐受电流和短时耐受电流；

2)换流站设备承受的电流平方时间积（如需）。

g)柔性直流系统性能设计

1)接入交流系统潮流稳定及附加控制研究；

2)孤岛运行方式研究，含与风电场调频调功配合研究（如需）；

3)交直流并联系统性能研究（如需）；

4)多回直流相互影响研究（如需）；

5)用于确定换流器的控制功能和控制参数的动态性能研究；

6)换流站损耗计算；

7)可靠性和可用率计算；

8)换流站可听噪声计算；

9)电磁干扰研究；

10)交流谐波性能计算；

11)直流谐波性能计算；

12)故障穿越性能研究；

3

T/CSEEXXXX-YYYY

13)无功功率和电压控制。

14)过负荷能力研究（如需）；

h)直流控制保护系统设计

1)系统分层结构设计；

2)控制系统及功能设计；

3)保护系统及功能设计；

4)对其他二次子系统的设计要求。

i)直流电缆要求

1)确定对直流电缆的通流和短路电流、电压和绝缘水平要求。

根据具体工程要求可增减相关研究项目。

5.2设备或子系统技术规范

在系统设计的基础上完成相关设备或子系统技术规范，包括但不限于：

a)柔直换流阀（含阀控、阀冷）；

b)柔直变压器；

c)桥臂电抗器；

d)启动电阻器；

e)接地设备（包括对称单极系统用柔直变压器中性点接地电阻器、接地电抗器等；双极系统用中

性线接地电阻）；

f)直流卸荷装置；

g)直流电抗器（如有）；

h)测量装置；

i)避雷器；

j)穿墙套管；

k)直流断路器（如有）；

l)交直流开关设备；

m)直流支柱绝缘子；

n)运行人员控制系统及一体化监控系统；

o)直流控制系统；

p)直流保护系统；

q)故障录波系统；

r)保护及故障录波信息管理子站；

s)调度自动化和直流远动系统；

t)电能量计费系统终端；

u)直流线路故障定位系统；

v)换流站主时钟系统；

w)电能质量系统；

x)宽频同步测量系统。

6设计条件

4

T/CSEEXXXX-YYYY

6.1环境条件

6.1.1应取得换流站的环境资料或数据，包括气象数据、污秽水平、地震条件、海拔高度、站址地下

水深度及土壤电阻率，并确定设备使用条件。

6.1.2换流站的气象数据主要包括：

a)气温：

2)极端最高气温(℃)；

3)极端最低气温(℃)；

4)年平均气温(℃)；

5)最热月的月平均气温(℃)；

6)最热日的日平均气温(℃)；

7)最冷月的月平均气温(℃)；

8)最冷日的日平均气温(℃)。

b)气压：

多年平均气压[hPa]。

c)湿度：

1)最高月平均相对湿度(%)；

2)最小相对湿度(%)。

d)风向、风速：

1)多年平均风速（m/s）；

2)50年或100年一遇离地面10m高的10min平均最大风速（m/s）；

3)经常性风向。

e)降水量：

1)年降水量(mm)；

2)最大月降水量(mm)；

3)24h最大降水量(mm)。

f)其他：

1)太阳辐射强度（W∕cm2）；

2)平均雷暴天数；

3)最大雷暴天数；

4)累年最大积雪深度(cm)；

6.1.3换流站的污秽水平：应取得换流站的自然积污水平，对于户外设备，综合考虑伞形、直径、绝

缘材质、布置方式等因素确定具体的爬电比距。对于户内设备，根据密封程度和通风气压等因素确定具

体的爬电比距。

6.1.4换流站的地震水平条件包括地震基本烈度和动峰值加速度，8度及以下地震烈度地区的设备抗

震设防烈度按提高1度设计。

6.1.5陆上换流站的户外设备使用条件主要包括：周围空气温度（最高气温、最低气温、最大日温差）、

海拔、太阳辐射强度、爬电比距、覆冰厚度、风速、湿度（日相对湿度平均值、月相对湿度平均值）、

耐受地震能力（水平加速度、垂直加速度）。

6.1.6户内设备使用条件主要包括：是否正压、通风和空调情况、最高温度、最低温度、最大湿度、

爬电比距、耐受地震能力（水平加速度、垂直加速度）。

5

T/CSEEXXXX-YYYY

6.1.7海上换流站的户外设备环境条件主要包括：

a)大气压力(最大值和最小值)[hPa]

b)雨量(最大值及平均值)[毫米/年]

c)风速(甲板标高[m]，平均10分钟，10秒阵风)[m/s]

d)雪荷载(kg/m2)

e)温度范围(℃)

f)相对湿度(不凝结)[%]

g)闪电次数〔平均每平方公里每年的闪电次数〕

h)月平均日水平面上总太阳辐射[MJ/m2]

i)电磁干扰，考虑天线或高频部分的影响。

用于室外安装的电气设备的设计还应考虑到环境条件，如紫外线辐射、高盐度和空气腐蚀性。除非

另有说明，环境温度范围为-25℃至+45℃，相对湿度为95%，太阳辐射为1000W/m2为设计依据。如有滴

水、水珠、冰、沙、尘埃及鸟粪，亦应加以考虑。

6.1.8海上换流站的户内设备环境条件需要考虑：

a)环境受控的户内安装设备温湿度范围，包括温度范围[℃]和相对湿度(不凝结)[%]。

b)户内安装电气设备的设计还应考虑到通过渗透水分、盐分和灰尘而改变环境受控的安装条件的

可能性。

c)在调试前阶段或由于加热、通风和空调系统设备故障而无法获得环境受控的安装条件，应予以

考虑。

d)在大海浪条件下平台可能的运动/加速情况。

6.1.9其他

a)如有空间限制，应加以规定。

b)应考虑海上换流站平台在装船、运输、就位等各阶段的设备受力、震动和其他特殊要求对电气

设备进行设计。

c)应对安装位置的地震活动性和平台受风、海浪影响的振动(加速度、挠度)及其对电气设备的影

响应进行评估，以验证电气设备的适用性。

6.2大件运输条件

应提供大件设备到陆上换流站、海上换流站平台建造点的运输条件，包括运输方式、距离以及对设

备最大尺寸和重量的限制等。柔直变压器、电抗器等设备应满足大件运输条件。

6.3交流系统条件

6.3.1交流系统概况

由于在系统设计中要考虑交流、直流输电系统的不同运行方式，因此需要明确相关交流系统的概况。

应明确工程投产年、设计水平年及远景年的系统情况，主要包括：

a)本海上风电柔性直流输电工程投产计划；

b)陆上换流站所在区域电网与主网的联系；

c)换流站投产年与远景年的接入系统方案和风电场接入方案，包括出线规模、线路参数及长度、

与换流站相关的风电场装机进度计划(机组功率、台数)等。

6

T/CSEEXXXX-YYYY

6.3.2交流系统数据

6.3.2.1交流母线电压变化范围

换流站交流母线稳态电压变化范围，包括：正常运行电压范围、正常连续运行电压范围、极端连续

运行电压范围。

6.3.2.2交流母线电压频率变化范围

系统正常及扰动后的频率变化，包括：换流站交流母线频率的正常波动范围、事故时频率变化范围、

故障清除后波动范围的上下限值。

6.3.2.3负序及背景谐波

应提供交流系统背景负序工频电压和背景谐波电压。

6.3.2.4交流母线短路电流水平

应提供换流站交流母线短路电流水平，包括最大三相短路电流、最大单相短路电流、最小三相短路

电流、短路电流对应的短路容量(包括计算短路容量的基准电压水平)以及系统电抗和电阻的比值。对于

分阶段建设的工程，换流母线的短路电流水平应根据不同阶段分别明确。

6.3.2.5故障清除时间

应提供主保护故障清除时间和后备保护故障清除时间，一般可按表1选取。

表1故障清除时间单位为毫秒

6.3.2.6陆上交流线路单相重合闸时序

应提供陆上交流线路单相重合闸时序，一般可按表2选取。

表2单相重合闸时序单位为毫秒

6.3.2.7海上交流系统条件

7

T/CSEEXXXX-YYYY

海上换流站交流侧通过海上电缆系统与海上升压站或风电场相连。入口功率的特性取决于风力发电

机和阵列间电缆。为了正确评估海上换流站设备电流和电压谐波含量，风电机组制造商应提供风电机组

变流器的谐波模型，作为串联谐波阻抗的电压谐波源。

海上升压站的电气特性与高压直流系统密切相关，应提供下列网络特性：

a)正、负稳态电压变化[%]

b)正、负稳态频率变化[%]

c)最大和最小短路功率[MVA]

d)背景谐波含量与网络阻抗轨迹[%]

e)网格惯性(以其加速度时间常数表示)[s]

f)故障排除时间[s]

g)无功功率调节要求[MVar]。

说明：并非所有列出的网络特性都适用于连接到直流链路的交流变电站。

6.3.3等值交流系统

需要在等值交流系统上进行仿真分析时，应对等值系统的适用范围做出明确界定，每种等值系统仅

用于指定的研究项目。

等值系统所考虑的运行方式应综合柔性直流工程的投产年、设计水平年的各种典型运行方式选取。

等值系统可通过静态等值方法得到。为保证等值系统与原始网络在关心的换流站附近范围内具有相

同或近似的特性，应对等值系统与原始网络的保留部分进行如下校验：

a)有功潮流和无功潮流结果的一致性；

b)等值系统内保留节点的电压水平的一致性；

c)保留范围内各母线短路电流与原网络误差不超过10%；

d)换流站近区交流系统故障时，交流母线的动态电压恢复特性与原网络基本一致。

6.4线路参数

给出直流输电线路和交流侧线路的起止点、电压等级、回路数、额定电流、线路长度等，并应取得

直流输电线路参数。

6.4.1电缆线路参数应包括但不限于下列内容：

a)电缆型号；

b)结构；

c)电缆导体总截面积(mm2)；

d)正常运行时导体最高允许温度(℃)；

e)电容值(uF/km)；

f)导体层、绝缘层、屏蔽层、护套等各层（如有）的外径和厚度(mm)；

g)各层的相对磁导率；

h)绝缘层介电系数；

i)导体层电阻率(Ω•m)；

j)单位质量(kg/km)；

k)计算拉断力(N)。

6.4.2架空线路参数应包括但不限于下列内容：

8

T/CSEEXXXX-YYYY

a)导线型号；

b)结构，含导线铝、钢部分各自的根数/直径(mm)；

c)截面积(mm2)，含导线铝、钢部分各自的截面积和总截面积；

d)外径(mm)；

e)20℃时的直流电阻(Ω/km)；

f)相对磁导率；

g)每极/相导线分裂根数及分裂间距(mm)；

h)弧垂(m)；

i)单位质量(kg/km)；

j)计算拉断力(N)；

k)地线（或OPGW）型号及具体参数。

l)换位情况（如有）

6.4.3应取得沿线杆塔尺寸和接地电阻值，以及避雷线保护角、导线平均高度、地线平均高度及弧垂

（如有）。

7系统设计

7.1额定值

7.1.1海上风电送出用柔性直流输电系统换流站的额定值在下列条件下应得到保证：

a)各端换流站交流母线电压处于稳定运行电压范围之内；

b)各端换流站接入交流系统频率处于稳态频率变化范围之内；

c)换流站所有的环境温度条件下；

d)除柔直变压器外的所有备用设备退出运行。

7.1.2系统的额定功率定义点宜为海上换流站直流母线处，额定直流电压定义点为海上换流站直流母

线处。

7.1.3对于送端多端柔性直流输电系统，系统的额定功率定义为所有送端换流站额定功率之和。

7.2稳态性能要求

7.2.1在系统零功率至额定功率之间任意功率点，系统应均能够保持稳定运行。

7.2.2稳态运行下，柔性直流输电系统由设备公差和控制误差导致的直流电压偏差不宜超过±2%。

7.2.3海上换流站传输额定有功时的无功输出能力应结合电力系统相关研究确定，通常不超过额定功

率的20%。陆上换流站传输额定有功时的无功输出能力应结合电力系统相关研究确定，通常为额定功率

的20%~40%。

7.3运行方式和控制模式设计

7.3.1运行方式

海上风电柔性直流输电系统有多种可能的运行方式，可根据工程的具体要求在以下方式中选择：

a)按照功率传输方向分为：

9

T/CSEEXXXX-YYYY

1)由海上换流站向陆上换流站功率正向传输方式；

2)由陆上换流站向海上换流站功率反向传输方式，用于系统启动使海上换流站及风电场必要

设备带电；

3)陆上换流站单端STATCOM运行方式；

4)陆上换流站带直流线路的空载加压运行方式。

b)按运行接线方式可分为：

1)对称单极运行接线方式；

2)双极运行接线方式；

3)单极金属回线运行接线方式。

7.3.2运行控制模式

a)陆上换流站有功类控制模式为直流电压控制，无功类控制模式存在以下三种：

1)交流电压控制模式；

2)无功功率控制模式；

3)功率因数控制模式。

b)海上换流站有功类控制模式为频率控制，无功类控制模式为交流电压控制。

7.4电气主接线（含接地方式）

7.4.1直流系统接线形式

7.4.1.12000MW及以下输送容量海上风电柔性直流输电系统可采用对称单极接线，示意图见图7.4-1。

对称单极接线适用的输送容量限值可根据换流器功率器件能力和电缆输送能力实际情况进行调整。

7.4.1.2容量较大或对可靠性要求高时可经技术经济比较采用双极接线。双极接线包括双极金属中线

接线以及双极单端接地接线，示意图见图7.4-2、7.4-3。

图7.4-1对称单极接线

图7.4-2双极金属中线接线

10

T/CSEEXXXX-YYYY

图7.4-3双极单端接地接线

7.4.2接地方式

7.4.2.1采用对称单极接线的海上风电送出柔性直流换流站接地方式选择宜遵循下列原则：

海上风电送出柔性直流输电系统宜将接地点设置在陆上换流站。

陆上换流站宜采用柔直变压器阀侧绕组中性点经大电阻接地方式，示意图见图7.4-4(a)。当换流器

采用三次谐波注入调制策略时，陆上换流站宜采用柔直变压器阀侧绕组中性点经大电阻和大电抗串联接

地方式，或采用柔直变压器阀侧星形电抗器中性点经大电阻接地方式，示意图见图7.4-4(b)、(c)。

[说明：接地方式涉及专利ZL202021136406.X。]

7.4.2.2采用双极接线的海上风电送出柔性直流换流站接地方式选择宜遵循下列原则：

当采用双极金属中线接线时，陆上换流站侧中性线经站内地网接地。

当采用双极单端接地接线时，陆上换流站侧中性线经站内地网接地，单极故障（除直流电缆故障）

后海上换流站停运并重启为单极金属回线运行方式。

当采用双极金属中线或双极单端接地接线时，直流中性线可根据故障电流峰值抑制以及衰减时间的

要求采用接地电阻器接地，示意图见图7.4-5。

a)b)c)

图7.4-4对称单极接线接地方式

(a)柔直变压器阀侧中性点经大电阻接地

(b)柔直变压器阀侧中性点经大电阻和大电抗接地

(c)柔直变压器阀侧星形电抗器中性点经大电阻接地方式

图7.4-5双极接线接地方式

11

T/CSEEXXXX-YYYY

7.4.3换流器接线选择

a)在满足系统要求的前提下，换流器接线应根据柔直换流阀的制造能力，结合直流系统电压等级

和输送容量情况，通过技术经济比较后确定。

b)对称单极接线采用单个换流器接线。

c)换流器可采用半桥型模块化多电平换流器，也可根据系统要求，经技术经济比较选择其他类型

换流器，如半桥和全桥混合型模块化多电平换流器。

7.4.4换流站交流侧接线

a)柔直变压器接线组别应根据接地方式、站用电源选择、零序电流隔离、正常通流、暂态电流等

要求，并经技术经济比较后确定。

b)海上换流站柔直变压器可设置第三绕组，以提供站用电，示意图见图7.4-6（a）。

c)海上换流站风电进线侧电压较低时，海上换流站柔直变压器宜采用网侧分裂绕组变压器，示意

图见图7.4-6（b）。此时，海上换流站宜配置独立的站用变压器。

d)对称单极接线下，陆上换流站柔直变压器阀侧绕组宜选择Yn接线，以配合接地方式选择，示

意图见图7.4-7。

e)对称单极接线下，海上换流站应采用两组（或多组）柔直变压器经阀侧母线汇集后接入单极换

流器，提升海上换流站运行可靠性。

f)双极接线下，海上换流站可采用一组（或多组）柔直变压器经阀侧母线汇集后接入单极换流器。

g)陆上换流站可采用一组（或多组）柔直变压器接入单极换流器，应考虑可靠性要求和设备制造

能力，经技术经济比较后确定。

h)两组（或多组）柔直变压器接入单极换流器时，各组柔直变压器阀侧应配置断路器和隔离开关。

i)柔直变压器第三绕组需提供站用电时，柔直变压器阀侧应配置断路器和隔离开关。

j)启动回路一般仅在陆上换流站设置，有特殊要求时也可在海上换流站设置。

k)启动电阻可设置在柔直变压器的网侧或阀侧，启动电阻旁路开关可选用断路器或隔离开关。

l)根据运行和检修需求设置交流侧开关设备。

m)根据过电压和绝缘配合要求设置交流侧避雷器。

n)根据控制保护要求设置交流侧测量装置。

7.4.5换流站直流侧接线

a)桥臂电抗器可设置在换流器桥臂上的交流侧或直流侧，应考虑暂态电流和具体布置确定，宜设

置在直流侧。

b)当桥臂电抗器设置在换流器直流侧，可根据暂态电流计算结果确定是否设置直流电抗器。

c)在对称单极系统的陆上换流站直流极母线间设置直流卸荷装置，在双极系统的陆上换流站每极

直流极母线和中性母线间设置直流卸荷装置。

d)根据运行和检修需求设置直流侧开关设备。

e)双极接线系统的换流站直流中性线应设置NBS（NeutralBusSwitch）开关，陆上换流站应设

置NBGS（NeutralBusGroundingSwitch）开关，有金属中线的双极接线宜设置直流转换开

关MRTB（MetallicReturnTransferBreaker）。无金属中线的双极接线宜设置BPS（Bypass

Switch）和PBS（PoleBusSwitch）开关。

f)根据过电压和绝缘配合要求设置直流侧避雷器。

g)根据控制保护要求设置直流侧测量装置。

12

T/CSEEXXXX-YYYY

7.4.6换流站典型接线

采用对称单极接线的海上换流站典型接线示意图见图7.4-6。

采用对称单极接线的陆上换流站典型接线示意图见图7.4-7。

采用双极接线的海上换流站典型接线示意图见图7.4-8。

采用双极接线的陆上换流站典型接线示意图见图7.4-9。

图7.4-6（a）采用对称单极接线的海上换流站典型接线示意图

图7.4-6（b）采用对称单极接线的海上换流站典型接线示意图（采用分裂式柔直变压器）

13

T/CSEEXXXX-YYYY

图7.4-7采用对称单极接线的陆上换流站典型接线示意图

图7.4-8（a）采用双极接线的海上换流站典型接线示意图（有金属中线）

14

T/CSEEXXXX-YYYY

图7.4-8（b）采用双极接线的海上换流站典型接线示意图（无金属中线）

15

T/CSEEXXXX-YYYY

图7.4-9（a）采用双极接线的陆上换流站典型接线示意图（有金属中线）

图7.4-9（b）采用双极接线的陆上换流站典型接线示意图（无金属中线）

7.5主回路参数

7.5.1主回路主要参数计算包括以下内容：

a)额定直流电压和最大直流电压；

b)额定直流电流和最大直流电流；

c)柔直变压器的额定容量、额定变比、短路阻抗、分接头档位范围、过负荷能力等，柔直变压器

采用两台（或多台）三相变压器并联时，变压器容量设计应结合可靠性要求和设备制造能力，

考虑单台变压器故障时的功率损失。

d)桥臂电抗器的电感值、最大持续运行电流、端间电压；

e)开关器件的电压和电流等级；

f)桥臂级联子模块数目，子模块冗余比例可按3%~8%选择，应保证在检修周期内不因冗余模块耗

尽导致跳闸；

g)子模块电容的电容值；

h)直流电抗器的电感值、最大持续运行电流（如有）。

i)启动电阻器的电阻值和冲击能量；

j)接地电阻器的电阻值、稳态功率和冲击能量（如有）；

k)接地电抗器的电感值（如有）；

16

T/CSEEXXXX-YYYY

7.5.2确定主回路参数后应给出系统有功无功运行范围，需要考虑的因素包括变压器稳态电压电流允

许值、桥臂电流允许值、电网电压波动范围与分接头调节能力、调制比限制、设备制造偏差。

7.5.3确定主回路参数应计算系统各项运行参数，按照偏严考虑，若没有相关数据，计算运行参数时

可忽略变压器、桥臂电抗器、换流阀等设备的损耗，运行参数包括：

a)系统交流侧有功无功功率；

b)直流端口电压及直流母线对地电压；

c)直流母线电流及直流线路电流；

d)换流器上、下桥臂输出的电压及换流器的调制比；

e)桥臂电流的直流分量和交流分量；

f)柔直变压器阀侧交流电压和交流电流；

g)换流器出口的交流电流；

h)柔直变压器网侧交流电压和交流电流。

i)柔直变压器分接头的档位；

j)接地电抗器消耗的无功功率（如有）；

7.5.4对于海上换流器侧，若采用两台（多台）变压器并联，应分别给出单台、两台（多台）变压器

运行时的有功无功区间和运行特性。

7.5.5主回路参数计算可按以下流程开展：

a)综合考虑工程容量、换流站设备和电缆制造能力及工程造价确定额定直流电压与额定直流电

流。

b)根据额定直流电压和额定直流电流选择开关器件的电压电流等级及桥臂级联子模块数目。通常

开关器件的集电极电流和系统的额定直流电流相当，工作电压不超过开关器件集电极-发射极

电压的一半。开关器件的集电极峰值电流应满足暂态电流计算要求，耐压能力应满足绝缘配合

要求。

c)考虑电压、频率波动范围综合设计变压器、桥臂电抗器及子模块电容器参数，子模块电容容值

可根据以下公式估算：

1

CV26N/S30~40kJ/MVA

2subsubconverter

其中N为不考虑冗余时每个桥臂模块个数，Csub为模块电容容值（mF），Vsub为模块电压（kV），Sconverter

为换流器容量（MVA）。

d)根据暂态电流要求和直流回路谐振要求确定直流电抗器（如有）参数。

e)启动电阻参数应考虑充电过程对系统的冲击、换流阀设备耐受能力和充电时间要求。

f)根据接地方式要求确定接地电阻器、接地电抗器等接地设备（如有）参数。

g)如采用多台柔直变压器并联，主回路参数设计时应考虑部分变压器退出运行的工况。

7.6过电压与绝缘配合要求

7.6.1绝缘配合程序

a)明确海上风电柔性直流输电系统接线结构和换流站避雷器配置；

b)计算海上风电交流、直流系统各种典型故障下换流站的代表性过电压；

17

T/CSEEXXXX-YYYY

c)确定避雷器保护水平、配合电流、能量要求；

d)选取换流站各关键节点的规定耐受电压。

7.6.2避雷器配置方案

7.6.2.1避雷器配置原则

交流侧产生的过电压应由装在交流侧的避雷器限制，直流侧产生的过电压应由装在直流侧的避雷器

限制，关键部件的过电压应由与该部件紧密相连的避雷器直接限制。

应合理选择避雷器的参考电压，不应使换流阀通流超过换流阀的过流能力。

7.6.2.2换流站避雷器配置方案

对称单极接线换流站典型的避雷器配置方案如图7.6-1所示。双极接线换流站典型的避雷器配置方

案如图7.6-2所示。

A型交流母线避雷器：用于限制交流缓波前（操作）过电压和快波前（雷电）侵入波过电压，保护

柔直变压器网侧。

A1型柔直变阀侧避雷器：用于限制缓波前（操作）过电压和快波前（雷电）过电压，保护柔直变压

器阀侧及阀底。

DL型直流母线避雷器：用于限制缓波前（操作）过电压和快波前（雷电）过电压，保护直流极线。

DB型直流母线避雷器：用于限制缓波前（操作）过电压和快波前（雷电）过电压，保护直流电抗器

阀侧（如有）。

D1型直流阀顶避雷器：用于限制缓波前（操作）过电压和快波前（雷电）过电压，保护阀顶。

BR型桥臂电抗器避雷器：用于限制快波前（雷电）过电压，保护桥臂电抗器端间。

DR型直流电抗器避雷器（如有）：用于限制快波前（雷电）过电压，保护直流电抗器端间。

NE型柔直变阀侧中性点避雷器（如有）：对称单极系统中，用于限制缓波前（操作）过电压和快波

前（雷电）过电压，保护变压器中性点接地设备和变压器中性点对地绝缘。

如果柔直变压器安装在户外，且阀侧套管不直接进入阀厅，需要在柔直变阀侧户外装设A1型避雷器，

以防止站内绕击雷在柔直变阀侧产生的过电压。

对于双极直流系统，还需要设置V型、E型、EM型、EH型避雷器。

V型换流阀避雷器：用于限制缓波前（操作）过电压，保护柔直换流阀高压桥臂端间。

E型中性母线避雷器：用于限制缓波前（操作）过电压和快波前（雷电）过电压，保护中性母线和

阀底。

EM型金属回线避雷器：用于限制缓波前（操作）过电压和快波前（雷电）过电压，保护金属回线。

EH型低压桥臂电抗器阀侧避雷器：用于限制缓波前（操作）过电压和快波前（雷电）过电压，保护

低压桥臂电抗器阀侧。

18

T/CSEEXXXX-YYYY

图7.6-1对称单极接线交直流避雷器典型配置方案