北极星智能电网在线讯:摘要：为了解决位于苏格兰北部Shetland岛的可靠供电问题，规划设计了英国Shetland柔性直流输电工程。英国Shetland工程是中国将柔性直流输电技术应用于海外的第一个工程。为了满足柔性直流换流站运行的需要，研究提出了换流站的主接线方案。开展了柔性直流系统主回路参数研究，确定了换流站主设备选型及主参数计算。通过交、直流过电压研究提出了换流站绝缘配合方案。提出的应用于海外工程的柔性直流系统设计方法，为柔性直流技术发展及海外工程应用提供了有力支撑。
关键词 : Shetland工程;柔性直流;主参数设计;绝缘配合
0 引言
英国Shetland岛位于苏格兰最北部200多公里的海上，未与英国大陆电网相连，岛上用电的主要来源勒威克(Lerwick)发电厂和萨洛姆湾(Sullom Voe)发电厂将在未来几年完成服役年限。为了解决岛上的可靠供电问题，规划了英国Shetland柔性直流输电工程，新建Dounreay和Scalloway两座换流站，直流电压±88 kV，额定容量80 MVA，输电距离约250 km，计划2020年年底投运。
柔性直流输电技术是以电压源换流器为核心的新一代直流输电技术，相比其他输电技术，可以独立控制有功功率和无功功率，没有传统直流输电的换相失败问题，具有电压无功调节灵活快速、可向无源电网供电等技术优势，非常适合于偏远海岛供电[1-3]。同时，柔性直流输电在应对可再生能源发电间歇性带来的电网扰动问题等方面也具有出色表现，广泛适用于大型城市供电、大规模可再生能源并网等场合[4-6]。在可再生能源发电比例日益增加的趋势下，柔性直流输电技术已成为未来输电网建设的重要技术选择[7-8]。
英国Shetland柔性直流输电工程标志着中国柔性直流输电技术第一次走向国际。本文基于英国Shetland柔性直流输电工程背景，开展了柔性直流系统主参数设计，确定了换流站主设备选型，并根据英方业主对故障清除时间的要求，设计了直流电缆放电电阻。通过过电压分析提出了换流站绝缘配合方案。所提出的柔性直流系统设计方法，为推动柔性直流输电技术在海外工程中的应用以及全球能源互联网的快速发展提供了支撑。
1 直流系统主接线
英国Shetland柔性直流工程连接Scotland大陆和Shetland岛，新建Dounreay和Scalloway 2座±88 kV柔性直流换流站，换流站额定容量为80 MVA，工程规划如图1所示。其中Dounreay站接入132 kV电压等级交流电网，Scalloway站接入33 kV电压等级交流电网。换流站间采用直流电缆连接，Dounreay站和Scalloway站间线路长约250 km。
Dounreay站主接线如图 2所示。换流阀采用模块化多电平设计，每个桥臂由120个半桥子模块串联而成。
图1 工程规划图
Fig. 1 Roadmap of project
图2 Dounreay站主接线示意图
Fig. 2 Single line diagram of Dounreay converter station
2 主回路参数设计
应用于海外柔性直流输电工程的主回路参数设计方法是基于英国Grid Code标准，根据功率运行范围的要求确定换流站的功率圆，计算换流阀、联结变压器、桥臂电抗器、直流电抗器、放电电阻等主设备的参数，并根据工程实际进行优化设计[9-12]。
2.1 功率运行范围
根据工程中对公共连接点(point of common coupling，PCC)有功功率60 MW、整流侧直流电压±88 kV的要求，并考虑换流站损耗、交直流电缆参数、公差等，设计了系统容量如图3所示。需要指出，系统设计中的PCC点一般在换流站的交流母线上，但针对英方业主要求，系统的PCC点设定在换流站经过一段交流电缆后的变电站处，因此在设计时考虑了交流电缆的损耗和压降。
根据英国Grid Code并网准则Operating Code No.2中关于有功和无功功率的规范要求，交流电压在[0.95 pu,1.05 pu]的范围内，换流站的功率运行范围设计如图4所示。当交流电压超出范围时，可调整变压器的负载分接头。
图3 系统电压功率整定
Fig. 3 DC voltage and MVA rating
图4 有功无功容量
Fig. 4 PQ capability
