正式版 GB/T 20996.3-2020 采用电网换相换流器的高压直流系统的性能 第3部分：动态

ICS29.200:29.240.99 K46
中华人民共和国国家标准
GB/T20996.3-2020/IEC TR60919-3:2016
代替GB/Z20996.3-2007
采用电网换相换流器的高压直流系统的性能第3部分：动态
Performance of high-voltage direct current (HVDC)systems with line-commutated converters-Part 3:Dynamic conditions
(IEC TR60919-3:2016,IDT)
2020-12-14发布
2021-07-01实施
国家市场监督管理总局
国家标准化管理委员会发布

GB/T20996《采用电网换相换流器的高压直流系统的性能》分为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GB/T20996的第3部分。
本部分按照GB/T1.1一2009给出的规则起草。
本部分代替GB/Z20996.3一2007《高压直流系统的性能第3部分：动态》，与GB/Z20996.3一2007相比，除编辑性修改外主要技术变化如下：
修改了范围（见第1章，2007年版的第1章）；
修改了规范性引用文件（见第2章，2007年版的第2章）；
增加了“零功率设置的频率控制”的规定（见4.3）；
修改了高压直流换流器的有功功率/无功功率相关因素中“换相阻抗”的表述（见5.2.2,2007年版的5.2.1)；
增加了满足稳态条件下的无功功率需求需安装设备的规定（见5.2.5）；
增加了“静止同步补偿装置(STATCOM)的电压特性”及相关内容（见5.2.7）；
增加了静止同步补偿装置抑制暂态电压变化的表述（见5.4.2）；
增加了同步调相机缺点的表述（见5.4.3）；
增加了“高压直流换流器、可投切的无功功率源和静止同步补偿装置”及相关内容（见5.4.4）；
增加了基于电力电缆的两端高压直流系统限制功率反转的相关规定（见6.2.2）；
增加了实时仿真装置对于控制系统验证的表述（见6.6）；
增加了较高频率下高压直流系统动态性能设计的外部条件需考虑“阻抗频率特性，包括并联电容器数量的改变”和“近区发电机组（从交流主网隔离出来）形成孤岛的可能性。”（见7.3）；
增加了实时仿真装置的重要性和测试要求的规定（见7.6）；
修改了扭振的自然频率，（见8.1,2007年版的8.1）；
增加了次同步扭振的表述（见8.1）；
“SSR”修改为“SSTI”(见8.2,2007年版的8.2)；
增加了当UIF大于0.1时，需要进一步开展研究的内容（见8.3）；
修改了发电机组的相互作用系数的表达式（见8.3,2007年版的8.3）；
删除了“因此，对于每个有潜在扭振不稳定的涡轮发电机组，都应设有次同步谐振(SSR)保护继电器。”（见2007年版的8.4）；
增加了安装次同步阻尼控制器的高压直流输电系统中对涡轮发电机控制保护的相关规定（见8.6);
增加了直流重启顺序时的表述（见9.2.6）；
全文中的“直流电抗器”修改为“平波电抗器”。
本部分使用翻译法等同采用ECTR60919-3:2016《采用电网换相换流器的高压直流系统的性能第3部分：动态》。
与本部分中规范性引用的国际文件有一致性对应关系的我国文件如下：
GB/T3859.1一2013半导体变流器通用要求和电网换相变流器第1-1部分：基本要求规范(IEC60146-1-1:2009,MOD);
GB/T3859.2一2013半导体变流器通用要求和电网换相变流器第1-2部分：应用导则(IEC/TR60146-1-2:2011,MOD);
GB/T3859.3一2013半导体变流器通用要求和电网换相变流器第1-3部分：变压器和电抗器(IEC60146-1-3:1991,MOD);
GB/T20996.1一2020采用电网换相换流器的高压直流系统的性能第1部分：稳态(IEC TR60919-1:2020,IDT);
GB/T20996.2一2020采用电网换相换流器的高压直流系统的性能第2部分：故障和操作(IEC TR60919-2:2020,IDT)。
本部分还做了下列编辑性修改：
根据IEC TR60919-1:2010,将文中的“图16”修改为“图18”（见5.2.2）；
增加了发电机组相互作用系数表达式中第讠台发电机组的额定功率的文字符号的说明(见8.3)。
本部分由中国电器工业协会提出。
本部分由全国电力电子系统和设备标准化技术委员会(SAC/TC60)归口。
本部分起草单位：中国电力科学研究院有限公司、南方电网科学研究院有限责任公司、西安高压电器研究院有限责任公司、西安西电电力系统有限公司、全球能源互联网研究院有限公司、国网经济技术研究院有限公司、中国南方电网有限责任公司超高压输电公司、南京南瑞继保电气有限公司、许继电气股份有限公司、西安电力电子技术研究所、西安端怡科技有限公司。
本部分主要起草人：李新年、李岩、周会高、任军辉、高冲、傅闯、申笑林、林少伯、严喜林、王永平、王明新、李亚男、杨晓辉、洪波、王高勇、李婧靓、张晋华、董添华、吴战锋。
本部分所代替标准的历次版本发布情况为：
GB/Z20996.3-2007。

1范围
GB/T20996的本部分给出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。它涉及的动态性能应属于在稳态或暂态条件下，两端高压直流系统与相连的交流系统或其部件，如电厂、交流线路和母线、无功功率源等之间的相互影响。设定两端高压直流系统采用由三相桥式接线（双路）组成的12脉动换流器单元构成，具有双向功率传输能力，而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，但本部分中的许多内容也适用于多端系统。
本部分仅涉及电网换相换流器，包括电容换相电路结构的换流器。IEC60146-1-1、IEC TR60146-1-2和1EC60146-1-31)中给出了电网换相半导体变流器的一般要求，不包括电压源换流器。
GB/T20996由三个部分组成。第1部分稳态，第2部分暂态，第3部分动态。当使用者编制两端高压直流系统规范时，三个部分都宜考虑。
对系统中的各个部件，注意系统性能规范与设备设计规范之间存在差异。本部分没有规定设备规范和试验要求，而是着眼于影响系统性能规范的那些技术要求。不同的高压直流系统可能存在许多不同之处，本部分没有对此详细讨论。本部分不宜直接用作具体工程项目的技术规范。但是，可以此为基础为具体的输电系统编制满足实际系统要求的技术规范。本部分涉及的内容没有区分用户和制造厂对规定工作的责任。
2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是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。
IEC60146-1-1半导体变流器通用要求和电网换相变流器第1-1部分：基本要求规范(Semi-conductor converters-General requirements and line commutated converters-Part 1-1:Specification of basic requirements)
IEC/TR60146-1-2半导体变流器通用要求和电网换相变流器第1-2部分：应用导则(Semi-conductor converters-General requirements and line commutated converters-Part 1-2:Application guidelines)
IEC60146-1-3半导体变流器通用要求和电网换相变流器第1-3部分：变压器和电抗器
(Semiconductor converters-General requirements and line commutated converters-Part 1-3:Trans-formers and reactors)
IEC TR60919-1:20102采用电网换相换流器的高压直流系统的性能第1部分：稳态[Per-formance of high-voltage direct current (HVDC)systems with line-commutated converters-Part 1: Steady-state conditions]
IEC TR60919-1:2010修正案1：2013(AMD1:2013)
IEC TR60919-2:20083采用电网换相换流器的高压直流系统的性能第2部分：故障和操作
[Performance of high-voltage direct current (HVDC)systems with line-commutated converters-Part2:Faults and switching]
IEC TR60919-2:2008修正案1：2015(AMD1:2015)
3高压直流动态性能规范概要
3.1动态性能规范
高压直流系统完整的动态性能规范宜包括以下章条：
一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功率源的相互影响（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）；
—次同步振动（见第8章）；
—与发电厂的相互影响（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宜考虑以下几点：
a)稳态运行时，使交流系统损耗最小化；
b)稳态运行和扰动时，防止交流输电线路过负荷；
c)与交流发电机调速器控制配合；
d)稳态运行和扰动时，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，考虑高压直流换流站和其他无功功率源（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功率和无功功率，以阻尼机电振荡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章涉及由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及以上频率范围内的高压直流系统动态性能，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动的现象。定义了次同步振动的阻尼控制的规范。
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。
3.2一般说明
对于所要考虑的高压直流系统，其任何设计要求均宜在稳态性能(IEC TR60919-1)和暂态性能(IEC TR60919-2)所覆盖的设计限值之内。在制定高压直流系统动态性能规范时，宜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
4.1概述
高压直流系统有功功率控制能用于控制相连交流系统的潮流及频率，以便改善交流系统在稳态运行和扰动下的性能。
本章将涵盖用于改善交流系统性能的高压直流有功功率运行方式，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化；
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；
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。
使用有功功率和/或无功功率的方式改善交流系统动态和暂态稳定性，或改善交流电压控制，在第5章和第6章论述。
4.2功率潮流控制
4.2.1稳态功率控制要求
高压直流系统的功率控制用于使电力系统总损耗最小、防止交流输电线过负荷，并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厂功率时，高压直流传输功率控制与发电厂发电机调速器控制相配合。此时发电机的电压、频率或转速可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一定要由高压直流系统实现频率控制。
在4.3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，能防止电力系统中一条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或扰动后增加直流功率改善交流系统的性能，稳态直流传输功率一定要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负荷能力。此时还要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需要考虑到下列a)~g)。在制定规范时要注意，由于完整的稳态控制要求可能还没有设计或决定，因此，有必要为将来可能的输入留有裕度：

内容索引：

前言Ⅲ
1范围1
2规范性引用文件1
3高压直流动态性能规范概要2
3.1动态性能规范2
3.2一般说明2
4交流系统潮流和频率控制3
4.1概述3
4.2功率潮流控制3
4.3频率控制5
5交流动态电压控制及与无功功率源的相互影响6
5.1概述6
5.2高压直流换流站及其他无功功率源的电压和无功功率特性……6
5.3高压直流换流站母线电压偏移…………10
5.4换流站与其他无功功率源的电压和无功功率的相互作用…………11
6交流系统暂态和稳态稳定性…12
6.1概述…12
6.2有功功率和无功功率调制的特点13
6.3网络状态分类……17
6.4交流电网与高压直流系统并联…17
6.5相连交流电网内稳定性的改善……….18
6.6阻尼控制特性的确定18
6.7阻尼控制器的实现及通信要求19
7较高频率下高压直流系统的动态性能…19
7.1概述……19
7.2不稳定性类型20
7.3设计所需信息21
7.4抑止不稳定的有效措施21
7.5通过控制作用阻尼低次谐波……22
7.6满足较高频性能要求的验证……22
8次同步谐振……………22
8.1概述………………….22
8.2与高压直流系统相关的次同步振动判据23
8.3确定发电机组对扭振影响敏感性的筛选判据…………23
8.4采用次同步阻尼控制器(SSDC)的性能要求24
8.5性能试验24
8.6涡轮发电机的保护24
9与发电厂的相互影响………25
9.1概述25
9.2特殊影响25
9.3核电站的特殊考虑27
参考文献28

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