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 GB∕T20996.3-2020 标准压缩包解压密码：www.bzxz.net

ICS 29.200;29.240.99
中华人民共和国国家标准
GB/T20996.3—2020/IECTR60919-3:2016代替GB//20996.32007
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 withline-commutated convertersPart 3:Dynamic conditions(1ECTR60919-3:2016.IDT)
2020-12-14发布
国家市场监督管理总局
国家标准化管理委员会
2021-07-01实施
-riKacerKAca-
2规范性引用义件
3高压直流动态性能规范概要
3.1动态性能规范
3.2一般说明
4交流系统潮流和频率控制
功率潮流控制
4.3频率控制
5交流动态电压控制及与无功功率源的相互影响5.1
GB/T 20996.3—2020/1EC TR 60919-3:2016次
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5.2
5.3高压占流换流站母线电压偏移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6交流系统暂态和稳态稳定性.
有功功率和无功功率调制的特点网络状态分类
交流电网与高压直流系统并联
6.5相连交流电网内稳定性的改善·阻尼控制特性的确定
阻尼控制器的实现及迪信要求，7较高频率下高压占流系统的动态性能7.1
不稳定性类型
7.3设计所需信息
7.4抑止不稳定的有效措施
7.5通过控制作用阻尼低次谐波·7.6满足较高频性能要求的验证
8次同步谐振·
8.2与高压占流系统相关的次同步振动判据-rrKaeerKAca-
GB/T 20996.3—2020/IEC TR 60919-3:20168.3
确定发电机组对扭振影响敏感性的筛选判据8.4采用次同步阳尼控制器(SSDC)的性能要求8.5
性能试验
8.6涡轮发电机的保扩：
9与发电厂的相五影响
9.2特殊影响
9.3核电站的特殊考虑
参考文献
-rrKaeerKa-
GB/T 20996.3--2020/1EC TR 60919-3:2016前言
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（G13/T11—2009给出的规则起草，本部分代替GB/Z20996.32007《高压直流系统的性能第3部分：动态》，与GB/Z20996.32007相比、除编辑性修改外主要技术变化如下：一修改「范围（见第1章，2007年版的第1章）；修改了规范性引用义件（见第2章，2007年版的第2章）；一增加了“零功率设置的频率控制”的规定（见4.3）；一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）：
-增川「满足稳态条件下的无功功率需求需安装设各的规定（见5.2.5）：一增加了\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5.1.4)；增加了基丁电力电缆的两端高压占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患\阻抗频率特性，包括并联电容器数量的收变\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）：一增川了实时仿真装置的重要性和测试要求的规定（见7.6）；修改了扭振的白然频率，（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人于0.1时需要进一步开展研究的内容（见8.3）：修收了发电机组的相万作用系数的表达式（见8.3，2007年版的8.3）；删除广“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）：一增加广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）；一全文中的“古流电抗器”修改为“平波电抗器”，本部分使用翻译法等同采用IECTR60919-3：2016《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》。
与本部分中规范性可用的国际文件有致性对应关系的我国文件如下：第1-1部分：基本要求
-G3/T3859.1一2013半导体变流器用要求和电网换相变流器-rrKaeerkAca-bzxz.net
GB/T20996.3—2020/1ECTR60919-3:2016范(IEC 6014611:2009,MOD);
—(G[3/T3859.2—2013半导休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/TR 60146-1-2:2011,MOD):GB/T3859.32013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(IEC6014613:1991.MOD);
GB/T20996.1一2020采用电网换朴换流器的高压古流系统的性能第1部分：稳态(1EC TR 60919-1:2020.,HDT):
G3/T20996.22020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 TR 60919-2:2020.IDT).
本部分还做了下列编辑性修收：—根据IECTR609191.2010.将文巾的\图16\修改为\图18”（见5.2.2)：一增加了发电机组相五作用系数表达式中第：台发电机红的额定功率的义字符号的说明(见8.3）。
本部分由中国电器工业协会提出。本部分山全国电万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、西安高压中器研究院有限责任公司、西安西电电力系统有限公司、全球能源五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，四安电万电子技术研究所、四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、征军辉、高冲、傅闯、市笑林、林少伯、严克林、干永平、王明新、李业男、杨晓辉、洪波、土高勇、李婧靓、张晋华、董添华、关战锋，本部分所代替标准的历次版本发布情况为：G3//20996.32007。
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1范围
GB/T20996.3—2020/1ECTR60919-3:2016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
GB/T20996的本部分给出厂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筱盖暂态条件到稳态条件之间范围的事件和现象。它涉及的动态性能成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，无功功率源等之问的相亏影响：设定两端高压占流系统来用山一相桥式接线（双路）组成的12脉动换流器单儿构成，其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品管阀作为桥臂，本部分中末考二极管换流阀。对于多端高压流输电系统呆未特别提及，们！本部分中的许多内容也适用丁多端系统，
本部分仪涉及电网换杆换流器，包括电容换相电路结构的换流器：IEC6014611.IECTR6014612和IEC60146-1-3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。G3/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。当使用名编制两端高压直流系统规范时，三个部分都亢考虑。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问存在差异。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未要求。不同的高压百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休工程项的技术规范。们是，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下作的责任：
2规范性引用文件
下列文件对于本文件的成用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仪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(包括所有的修政单)适用丁本文件。IEC6014611半导体变流器通用要求和电网换朴变流器第11部分：基本要求规范（Semicondluctor convertcrs-Gcncral rcquircmcnts and linc commutated convertcrs-Part I-l : Spccificatiorof basicrequirements)
IEC/TR6014612半导体变流器通用要求和电网换相变流器第12部分：应用导则（Semiconductor convcrtcrs-Gencral rcquircments and linc commutated convcrtcrs—Part 1-2:Applicatiorguidelines)
IEC6014613半导体变流器通用要求和电网换相变流器第13部分：变压器和电抗器(Scmiconductor converters(cncral rcquiremcnts and linc: commutatcd converters—Part [-3:Translormers and reactors)
IECTR609191:20102采用电网换朴换流器的高压直流系统的性能第1部分：稳态[Performance of high-voltagc: direct current (HVDc) systems with linc-commutatcd convcrtcrs Part 1 :1）IEC6014613已俊止：被IEC61378系列和IFC/TEEE6007657129覆盖，2）现行有效版本IECTR609191:2020。1
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GB/T 20996.3—2020/1EC TR 60919-3:2016Steady state conditions
IEC TR 60919-1:2010修正案1:2013(AMD)1:2013)IFCTR60919-2:2008°采用电网换相换流器的高压占流系统的性能第2部分：故障和操作[Perlormance of high-voliage direct current (HVDC) syslems with line-romnutated converlers Part2: Faults and switehing]
IECTR609192:2008修止案1:2015(AMD1:2015)3高压直流动态性能规范概要
动态性能规范
高白流系统完整的动态性能规范宜包括以下草条：交流系统激流和频率控制（见第4竞）：一交流动态电压控制及与无功功率源的朴互影响（见第章）；交流系统暂态和静态稳定性（见第6章）：较高频率下高压占流系统的动态性能（见第7章）；一次同步振动（见第8章）：
一与发电厂的朴互影响（见第9章）：第1章泌及利用高压直流系统的有功功率控制影响朴美交流系统潮流和/或顺率，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亢考虑以下几点：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.抑制交流系统顾率偏差在第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，以及它们之问的相作用。
在第6章中，对通过控制高压古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「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「频率范国内的高压点流系统动态性能·也讨论了防止失稳的措施。在第8章中，考急了山工高压百流控制系统（定功率和定电流调节方式）与火电！的涡轮机个它们的自然频率下，发生扭矩放大和机械振动的现象。定义厂次同步振动的阻尼控制的规范在第9章巾，考虑了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古流系统，其任何设计要求均宜在稳态性能（IECTR609191)和暂态性能（1E(）TR609[9-2)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，亢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，并规定输人信号的优先级和处理方法。3）现行有效版本IFCTR 60919-2:20202
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4交流系统潮流和频率控制
4.1概述
GB/T 20996.3—2020/1EC TR 60919-3:2016高压占流系统有功功率控制能用丁控制相连交流系统的潮流及频率，以使改善交流系统作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.以达到如下且的稳态运行时.高压白流功率控制用丁使电力系统总损耗最小化；一扰动以及稳态条件下，高压占流功率控制用丁防止交流线路过负荷：一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丁抑制交流系统频率偏差使用有功功率和/或无功功率的方式收善交流系统动态和暂态稳定性，或收善交流电压控制，作第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手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：随者高压占流系统在整个电力系统中的作用变化，对占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、赖率或转速可作为高压占流功率控制系统的参考值。当个高压古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1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，如间孤岛供电，此时该独立交流系统就一定要山高压白流系统实现频率控制在4.3市讨论由高压古流系统控制交流系统顾率：当两个交流系统通过一个以1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丁一个交流系统中时.均对高压占流功率迹行控制，以使整个万联系统的总输送损耗最小：在上述交/直流系统结构的-些工沈下·控制高压直流系统功率的变化能防止电力系统中条或多条输电线路过负荷
在某些特殊的高压占流控制方案中，例如方案设计为扰动过程或扰动后增加占流功率收善交流系统的性能，稳态古流传输功率，定要设置在限定范围内，以使此控制被启动时·古流功率就不会超出直流额定功率或划负微能力。此时还要考虑为高压古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，出丁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人留有裕度：a）当设计的潮流控制系统有多个功能时.包括交流系统频率控制.宜对这些控制功能设置优先级。
b）作稳态条件下，防止交流线路过负荷控制的优先级通常高丁其他潮流控制。刘丁使电力系统损耗最小的控制，或是通过电力系统数括确定的预置直流功率参数控制实现，或是根挪负荷调度中心的在线计算执行操作，通常它的控制响应较慢，达儿秒或儿分钟甚至要长）在孤岛系统或有大型占流输电接人的系统，频率通带山高压占流功率维持。此时，高压占流频率控制优先于系统损耗最小控制.但它可能受到过负荷保护的限制，d）无功功率需求随着功率变化而改变·这可能导致频繁切换无功补偿装置。此时·需要特殊的交3
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GB/T 20996.3—2020/IEC TR 60919-3:2016流电压控制措施.如道过换流器单元的无功功率控制，或对高压古流功率变化幅估设置限制等。
c）亢对电力系统所需的特殊功率指令调节信号加以确定、研究和规范。不准许这些信引起直流电流或功率或交流电压偏差超过装置和系统的额定值和限制值。当两个或史多的输入信号同时要求点流系统功率调节时.宜对其建立优先权并迹行协调。f）双极直流系统通常要求直流功率和电流在各极之间有效均分。当个极退出，剩余极的过负荷能使交流系统的潮流、电压和频率的扰动最小。直流系统送端和受端之间通信中断不它引起对交流系统的扰动。规范至少应要求：在通信中g）
断时，保持输送功率不变。如果在通信线路暂时中断时仍需要如颊率控制这样的辅加功能，均宜在规范中规定：
4.2.2功率阶跃变化的要求
在某种条件下，电力系统在扰动中或扰动后，可能要求高压直流系统功率阶跃变化以改善交流系统的性能。有时，这种功率阶跃变化也包括白流功率反转。通常，通过政变设置的白流系统功率指令值或政变功率范围以响应输人信号，实现直流功率阶跃变化。阶跃变化需要的功率变化率和直流功率变化的限制量，宜被限制在交流系统要求的范围内进行调节。例如.对于不同的事件可能要求不同的变化率。当功率阶跃变化包括功率反转时.可能需要特殊考患。
在规范占流功率阶跃变化时，可考的电力系统扰动包括：交流线路跳闸、失去大的供电电源，交流系统频率大幅度降低、突然增加或减少电万系统负荷导致的大幅度频率偏移等：在上述-些电力系统扰动巾，交流系统也将由古流系统提供的交流频率控制支持。在设计和规定高压直流控制功能时.宜针对各种电力系统条件.详细考察功率阶跃功能的影响。最好规定功率变化的限值、范围以及变化率，而不是舰定定值。在直流系统运行时能进行定值整定。高压直流功率阶跃变化的启动信号包括：过负荷继电器信号，或送到高压直流换流站特别的输电线路跳闸信号，或在高压点流换流站以及交流系统某些点测得的交流系统频率等：传输这些启动信号的通信系统的延时可能影响流或交流系统的性能，因此，对某些情况，需要高速通信系统。当传输延时太长时，亢考虑其影响。某些情况，信号要同时送给两个高压直流换流站或一个高压直流换流站需要接受多个信号，此时应设置控制功能的优先级：
占流功率阶跃变化量可能受交流和流系统条件的限制.因此需要在特定工况下检测系统条件的变化.史新其限制值。
特别是当直流系统功率阶跃变化很人时.可能会使交流电压产生相当人的变化，因此，需研究交流电压允许波动的范围进而决定功率阶跃变化的限值，或是提出一种特殊的交流电压控制方法。在稳态运行和渐态条件下，允许的交流电压偏移限值可能不同，宜分别予以规定。当高压占流系统与一个高阳抗和/或小惯性的交流系统相连接时，点流功率阶联变化对交流系统电压隐定、暂态稳定和频率可能会有不利的影响。在此情况下，宜限制功率的变化率和变化量.或是提出其他特殊的方法阻止交流系统动态性能的恶化。当一个高压直流系统和两个交流系统互联时一定要详细评定直流功率阶跃变化的影响，不仅要考虑发生扰动的交流系统，而几要考患刃一个未发生故障的交流系统的情况
当占流功率阶跃变化会造成占流电流低丁高压直流系统允许运行的最小值时（通常是额定电流的5%～10%），换流器运行宜不小于最小电流。否则，经过-段充许时间的低电流运行后换流器宜被闭锁，或规定运行电流穴降到零。解决最小允许运行电流的一种可能的措施是当高压直流系统设计为双被结构时设置两被的潮流方向相反并几使两搬的潮流互相抵消。两极潮流的差额是整个高压直流系统KaeerkAca-
的实际运行潮流
GB/T 20996.3—2020/1EC TR 60919-3:2016在失去通信时，因为逆变器控制的限制和可能对交流系统运行带来的危害，除非采特殊的控制策略：否则电流的阶跃变化一般不建议大于电流裕度。当高压占流系统需从空载备用状态起动以响应一个功率阶跃变化指令时（见IECTR60919-1：2010的第7章），叫能还需要考虑某些条件。4.3频率控制
利用高压直流系统控制交流系统频率，能用于以下情况：a）一个从远端电源送电的占流系统，送端和/或受端所连接交流系统的频率控制：b）一个孤岛或小的交流系统，当它通过占流系统与一个大交流系统互联时的频率控制；）通过高压古流系统互联的任·端交流系统的频率控制.同时要考虑另端系统的频率。交流系统频率控制是指稳态条件下频率的持续控制功能，或是当交流系统的频率偏差超出了某一限值时执行的控制功能。频率控制可能仅在某些情况下才起作用，例如，当与高压直流换流站连接的局部交流系统与主交流系统无联系时（形成孤岛）。因此规范宜规定频率控制功能的任务和性能要求。如果利用改变或调节占流系统输送功率控制受端的频率，占流系统的频率控制就一定要与其连接的任·台相关交流发电机的调速器控制进行协调，有可能利用异步的送端系统暂态频率偏差能力支持受端系统-进而提出交流发电设备的设计要求。当高压直流换流站在电气1远离交流系统中心时，高压直流换流站的交流电压相角完全随功率变化而改变，此时频率信号的响应速度将减慢。为了避免这种低速的响应，可在交流系统中心检测频赖率信号，并将其传输给高压占流换流站：在频率控制时，为广使交流系统电压的波动维持在允许的范围内，要求提供功率变化和功率变化率的限制，或者采用特殊的电压调节法，例如利用换流器或静态无功补偿装置控制无功功率。亢规定在稳态频率控制期间，充许的电压波动限值当百流系统承担交流系统题率控制时，如果配合不当，川能使发电机频率控制减弱。当两个不同的电力系统可联时，可能需要对高压占流系统的频率控制规定适当的死区或选择适当的增益，以通过占流功率控制补偿大的或快速的顺率波动，而通过属于独立交流系统的电厂控制小的，慢速的频率波动对于频率控制被设计为应对严重扰动，例如.人型发电机组跳闹引起的扰动，如果发电机组的跳闹信号传输给高压直流换流站去启动控制作用，可更有效地实现频率控制。频率控制时直流功率的快速和大幅度变化，可能引起交流系统的过电压或电压降低。这种情况可通过限制功率变化率或采用快速无功补偿缓解：宜规定充许的过电压或电压降低的数值，以及充许的持续时间，
当直流输电系统是双被配置时.为了使频率控制更加平稳，一种可行的方案是在两被设置相反的潮流方向，使两极的潮流相五抵消。这种特殊的运行模式称为“零功率设置的频率控制。然而，在穿越最小电流适界的时候，需要注意会有额外的系统损失和伴随的极性反转。出丁电力系统的结构常常会随着输电线路停电和/或变电站的检修而改变，有时很难设置最优的频率控制参数，因此需要采用多变量频率控制，当实施直流功率控制实现频率控制时，通常需要提供快速通信通道，例如在两个高压直流换流站间安装微波通道或光纤通道：当两个直流换流站间通信中断时，频率控制通常受到实施电流控制的换流站侧交流系统限制。
当频率检测点远离高压占流换流站控制端时，或准备利用交流系统提供的特殊信号启动频率控制作用时，要求使用道信通道，
在任何工况下,都计及通信延时的影响。对于通信通道的说明，参见IECTR60919-1：2010的第13章。5
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GB/T20996.32020/IECTR60919-3:20165交流动态电压控制及与无功功率源的相互影响5.1概述
负荷收变倒闸操作或故障时孔起的无功功率潮流变化，会在交流电网中生电压波动：对工高阳抗交流电万系统，即短路容量小、电压波动大的系统，电压控制的需要就儿为明显宜对电网电压的突然变化量规定个适当的限值.例如，经常发牛的电压波动小于3%.偶尔发牛的电压波动小于10%。
在短路容量小的电网中，由于人的负荷变化及甩负荷会造成超过正常运行范围的高暂态过电压，它可能危及变电站设备，此时可切除无功功率源对其进行限制。亢规定可接受的暂态过电压限值和持续时问。
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5.2.1概述
采用不同的设备能实现高压直流换流站交流母线的动态无功功率和电压控制，图1给出个高压百流换流站的光功补偿设备小意图。无功补偿设备的选最收决丁交流电网特性和高压占流换流站有关数据的要求，以及刘各种川能方案的经济评估10
说明：
交流系统：
同调相机：
静止无功补偿装置：
交流电批器：
电容器；
交流滤波器：
换流变压器；
换相电容器：
换流器：
平波电抗器：
正流器。
图1高压直流站无功补偿元件
5.2.2换流器作为有功功率/无功功率源高压古流换流器的有功功率/无功功率与以下因素有关：换相阻抗（若适用·需包含换相电容）：换相电压：
rKaeerkca-
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