2.1 幾種可行的構成方式

2.1.1 不同多端直流技術對比

根據傳統直流輸電和柔性直流輸電技術的發展，烏東德工程特高壓多端直流輸電系統在技術上可行的構成方式可以有四種形式，見表2.1。

2.1.2 受端交流故障對多端直流系統的影響

傳統直流輸電采用晶閘管換相技術，其逆變站需要強交流系統支撐。當逆變站接入交流系統發生短路故障時，由于換流母線電壓下降，逆變站會發生換相失敗。在交直流并聯運行大電網中，換相失敗使得直流功率將轉移至交流線路，可能導致關鍵交流斷面潮流越限，引起系統暫態失穩。柔性直流輸電技術采用全控型電力電子器件，不依賴電網換相，當逆變站接入交流系統發生短路故障時，不會發生換相失敗。交流系統故障期間，柔性直流輸電系統可持續向交流系統提供有功功率支援，同時還可以向故障交流系統提供動態的無功功率支撐，有利于交流系統保持穩定。

對于多端系統而言，當某一個逆變站采用傳統直流技術時，多端系統換相失敗問題依然存在。下面以方案2為例對此進行分析。當廣東側交流系統發生故障時，廣東側換流站發生換相失敗，直流電壓跌落為零，其輸出功率將大幅度下降，甚至短時中斷。由于直流電壓下降，廣西側換流站直流電流急劇降低，即使廣西側換流站未感受到交流系統故障，其有功功率輸送也將大幅度下降甚至短時中斷。同理，廣西側交流系統故障也會引起廣東側有功功率大幅度下降甚至短時中斷。

對于方案3和方案4而言，直流系統對交流故障響應的特性是相同的。當采用傳統直流技術的逆變站發生換相失敗時，其有功功率輸送依然會大幅度下降甚至短時中斷。同時，由于直流電壓急劇下降，采用柔性直流技術的逆變站會檢測到“直流線路短路故障”，其有功功率輸送也將受到影響甚至可能短時中斷。

由此可見，對于方案2、方案3和方案4來說，采用傳統直流技術的逆變站發生換相失敗時，整個直流系統的有功功率輸送都將受到影響，出現大幅度下降甚至短時中斷。對于方案1而言，其兩個逆變站均采用柔性直流輸電技術，從根本上消除了交流系統故障引起的逆變站換相失敗問題。當逆變站側交流系統發生故障時，直流系統輸送功率不會中斷，甚至換流站還可以向故障的交流系統提供動態無功功率支撐。

綜上，從交流系統故障對多端直流系統的影響程度來講，方案1受到的影響最小，方案2、方案3、方案4次之。

2.1.3 受端交流故障清除后多端直流系統的恢復特性

根據前述分析，受端交流系統故障對不同多端直流方案的影響程度是不同的，方案3和方案4的受端交流系統故障后，直流系統的響應特性、故障恢復特性基本相似，本節以方案3為例重點分析。下面以受端換流站交流系統接地故障為例，主要對比方案1、方案2和方案3的直流恢復特性。

1.方案2：云南側LCC+廣東側LCC+廣西側LCC

其控制模式可有表2.2所示的組合選擇。

以上三種控制模式，通過原理分析和仿真驗證均是可行的。

對于模式1，整流側控制直流電壓，需要對傳統直流整流站控制保護策略進行較大的改動，推薦該模式僅在LCC最小觸發延遲角模式下適用。

對于模式2，廣西側逆變站的容量遠小于廣東側逆變站，按照通常的設計原則，不推薦采用容量較小的換流站控制直流電壓。因此推薦該模式僅在廣東輸電能力受限，已無法控制直流電壓時使用。

對于模式3，廣東側逆變站可穩定地控制直流電壓；在故障工況下，采用電壓裕度控制，可將直流電壓控制權切換到其他換流站。

需要說明的是，三端直流輸電系統每站均配置有低電壓限流控制環節，當直流電壓降低時對直流電流指令進行限制，以幫助直流系統在交直流故障后快速可控地恢復。

2.方案3：云南側LCC+廣東側VSC+廣西側LCC

經過初步研究，該方案的主控制模式推薦如下：云南側換流站控制直流電流，廣西側換流站控制直流電流，廣東側換流站控制直流電壓；同時廣西側配置定關斷角控制，廣東側配置定直流電流控制。需要說明的是，三端直流輸電系統每站均配置有低電壓限流控制環節，當直流電壓降低時對直流電流指令進行限制，以幫助直流系統在交直流故障清除后快速可控地恢復。

3.方案1：云南側LCC+廣東側VSC+廣西側VSC

其控制模式可有表2.3所示的組合選擇。

以上四種控制模式，通過原理分析和仿真驗證均是可行的。

對于模式1，云南側的LCC站作為整流側控制直流電壓，需要對傳統直流整流站控制保護策略進行較大的改動；另一方面，LCC動態響應速度遠小于VSC，這會導致在故障工況下LCC難以跟隨VSC進行快速調節，直流電壓會出現較大波動；同時由于VSC功率調節的響應速度遠快于LCC，會導致送受端功率不匹配，子模塊電容電壓大幅波動。而且，LCC在啟動過程中，通過直流側給MMC充電，會出現較長時間電流斷續的現象，導致設備承受較大應力。

對于模式2，廣西側的容量比廣東側的更小，按照通常的設計原則，不推薦采用容量更小的換流站控制直流電壓。因此推薦該模式僅在廣東側輸電能力受限，已無法控制直流電壓時使用。

對于模式3，廣東側、廣西側采用下垂控制同時控制直流電壓。然而下垂特性設計復雜，安全工作區小，運行方式受限較多；且穩態工作點易受外部擾動影響。因此不推薦采用。

對于模式4，廣東側可穩定地控制直流電壓；在故障工況下，可采用電壓裕度控制，將電壓控制權切換到云南側或廣西側。綜合考慮，推薦采用模式4作為系統的主要控制模式。

綜上所述，本節提出的四種特高壓多端直流輸電構成方式均是可行的。但是，四種方案的技術特性有所不同。根據分析，交流系統發生故障時，混合三端直流受到的影響最小，交流系統故障后直流系統的功率擾動最小，反過來對交流系統的沖擊最小。因此，混合三端直流方式具有較明顯的技術優勢。