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随着我国柔性直流技术不断发展，海上风电装机容量不断增大，海上柔性直流输送电压已达到±400kV，海上换流站首次应用成功。中广核新能源南通有限公司、华润广东新能源有限公司的乔美、江海涛、丁海峰，在2023年第11期《电气技术》上撰文，通过研究江苏如东±400kV海上风电柔性直流输电示范工程，重点提出海上换流站系统试验方法，以期为后续海上风电直流输电工程应用奠定技术基础。
江苏如东±400kV海上风电柔性直流输电示范工程，额定输送功率1100MW，额定直流电压±400kV，额定直流电流1375A，海缆长度约为99km，直流出线1回海缆输送至海上换流站。该工程是我国目前海上风电输送容量最大的柔性直流输电工程，对华东地区电力结构配置具有重要战略意义。
直流输电工程系统试验是工程建设的最后一道工序，试验的目的是全面考核直流工程的系统性能、设备性能及二次控制保护功能，验证直流输电系统各项性能指标是否达到技术规范的要求，以确保工程投入运行后，系统和设备的安全可靠运行。
结合±400kV高压柔性直流示范工程的可行性研究成果及工程特点，借鉴陆上柔性直流输电工程系统试验研究成果，本文开展针对±400kV海上风电高压柔性直流输电工程系统试验方法的研究，以期为后续工程现场系统试验提供技术支撑。
1海上换流站±400kV柔性直流输电示范工程特点
1.1直流系统条件
根据示范工程可行性研究成果，海上风电场远距离、大容量采用柔性直流输电。结合江苏省海上风电工程规划，该示范工程采用海、陆换流器分层接入华东电网，满足±400kV直流系统对称单极额定功率的运行要求。
1.2换流站一次系统
如东海上柔性直流输电系统采用对称单极主接线方式，直流极线正负极桥臂按极配置极线隔离开关、极线避雷器、极线测量元件、海缆终端等设备，换流站一次系统如图1所示。
换流阀为三相六桥臂结构，每桥臂由阀组件及桥臂电抗器组成。桥臂由若干阀塔串联而成，每个阀塔一般分层布置多个模块化多电平换流器（modularmultilevelconverter,MMC）标准组件。
海上换流站交流进线侧220kV配电装置交流海缆进线6回、联接变出线2回，采用3/2接线方式。陆上换流站逆变为500kV交流电后，通过1回500kV线路送出。
图1换流站一次系统
1.3换流站二次系统
换流站的交、直流系统合建一个统一平台的计算机监控系统。换流站内所有交、直流电气设备的监视、测量、控制等功能均由计算机监控系统实现，计算机监控系统采用模块化、分层分布式、开放式结构。
直流控制与保护主机配置相互独立。直流控制系统采用分层分布式结构，按完全双重化原则配置。直流保护分区配置重叠，以保证所有设备都能得到全面保护。直流保护按三重化配置，每套保护装置的测量、电源、出口跳闸及通信接口等回路均按完全独立的原则设计。
交流场控制设备按间隔和串双重化配置，站用电系统控制和保护系统分开，站用电系统控制主机独立，双重化配置。
1.4换流阀
根据±400kV直流系统试验经验，采用不同生产厂商制造的换流阀，换流阀与阀控直流系统满足技术规范要求。
2直流一次系统带电试验
2.1试验条件
1）设备条件
换流阀直流侧充电试验涉及的设备主要有换流阀、直流电流测量装置、直流电压测量装置、直流避雷器、500kV气体绝缘金属封闭开关设备（gasinsulatedswitchgear,GIS）、电缆、内外冷却系统、直流控制保护柜、阀控柜、直流电源等一、二次设备。阀厅红外、紫外系统投入运行。
2）保护配置
2.2试验方法
换流阀直流侧充电试验涉及的主要设备有换流阀、直流控制保护柜、阀控柜及控制系统。试验过程如下。
1）直流电源装置接线如图2所示，连好一次、二次接线，验证直流电源装置传动无问题。
图2直流电源装置接线
2）直流电源装置空载加压到±400kV，稳定5min；空载加压后，直流电源降压为零，分开直流电源开关S1，合入放电杆开关S2和S3，直流电源装置各部位充分放电。
3）海上站换流阀通过临时接线与直流电源装置连接如图3所示，海上平台直流侧充电带电范围如图4所示。设定换流阀运行方式，直流场WP-Q21、Q22、Q23、Q24接地开关处于分位，WP-Q11、Q12隔离开关处于合位；阀厅P1.VH-Q21、Q22，P2.VH-Q21、Q22，联接变压器阀侧配电装置WS-Q21、Q22、Q23、Q25、Q26接地开关处于分位，Q24、Q27接地开关处于合位，Q11、Q13隔离开关处于分位，Q12、Q14隔离开关处于分位，开关Q1和Q2处于分位。
图3海上站换流阀与直流电源装置临时接线
4）直流电源装置打开开关S2和S3，合上电源开关S1，给换流阀缓慢加压，加到最小取能电源700V，检查模块状态是否正常；直流电压加到额定电压后，稳定5min；加压结束后，断开直流电源进线开关S1，退出直流电源。
5）解锁换流阀20ms，检查换流阀输出的交流电压波形是否与控保下发波形一致。
图4海上平台直流侧充电带电范围
6）解锁换流阀100ms，检查换流阀输出的交流电压波形是否与控保下发波形一致。
7）解锁换流阀500ms，检查换流阀输出的交流电压波形是否与控保下发波形一致。
8）闭锁换流阀，拉开直流出线的WP-Q11、Q12，换流阀拉开相应隔离开关，合上接地开关。
9）直流电源装置合上S2、S3，直流电源装置放电。
10）试验结束。
2.3试验判据
1）试验启动和停止操作顺序应能正确执行；2）换流阀子模块电源正确取能，直流侧电容电压均衡；3）监控系统设备状态、遥测、遥信等信息正确；4）控制保护装置无异常，控制系统运行稳定；5）换流阀输出的交流电压符合要求。
3交流一次系统带电试验
江苏如东海上风电柔性直流输电工程电气设备安装及分系统试验过程中，交流一次系统带电试验顺利完成，为后续海上风电柔性直流输电系统试验提供了宝贵经验。
3.1试验应具备的条件及带电范围
1）试验应具备的条件
图5阀室500kV系统与阀体连接的一次导线断引点
3）带电范围
3.2换流变、站用变带电试验
1）试验步骤
（2）2号站用变充电如图6所示，具体如下。
图62号站用变充电
（3）2号联接变充电如图7所示，具体如下。
图72号联接变充电
（4）1号站用变充电如图8所示，具体如下。
图81号站用变充电
（5）1号联接变充电如图9所示，具体如下。
图91号联接变充电
（6）220kV第一串、第四串设备充电如图10所示，具体如下。
图10220kV第一串、第四串设备充电
2）试验判据
（1）电压、油温等数据正常；（2）换流变绝缘满足要求，无异常放电现象；（3）换流变无异常报警、无保护跳闸等情况。
3.3一次通流向量测试试验
1）试验说明
（1）一次通流向量测试系统如图11所示，本次试验设置2个短路点：K1点，10kV工作Ⅱ段进线10K23间隔断路器接地隔离开关；K2点，2号联接变高压侧断路器Q2所属Q25接地开关。试验采用零起升压方式，经计算，试验设备及容量满足试验要求。
图11一次通流向量测试系统
（2）为了验证试验方法的正确性，采用仿真模型进行试验判断。在换流变阀侧施加试验电源、站用变10kV侧接地时建立仿真模型如图12所示，仿真测试结果符合实际要求。
图12仿真模型示意图
换流变阀侧416kV施加10kV试验电源（相电压峰值8.16kV）时，仿真波形如图13所示，220kV侧交流电压有效值为5.37kV，10kV侧交流电压为0；416kV侧一次电流峰值为6.7A，220kV侧一次电流峰值为11.8A，10kV侧一次电流峰值为270A。
图13仿真波形
2）试验步骤
（1）确认220kV第一至第四串Q1、Q2、Q3断路器，500kVQ1、Q2断路器，10kV工作Ⅰ段进线10K12间隔断路器、10kV工作Ⅱ段进线10K22间隔断路器、10kV工作Ⅱ段进线10K23间隔断路器，10kV10K14间隔母联断路器，10kV10K24间隔隔离开关在冷备用状态。
（2）1号站用变低压侧短路试验如图14所示，具体如下。
图141号站用变低压侧短路试验
（3）1号站用变低压侧短路试验（第一串）如图15所示，具体如下。
图151号站用变低压侧短路试验（第一串）
（4）1号站用变低压侧短路试验（第四串）如图16所示，具体如下。
图161号站用变低压侧短路试验（第四串）
（5）2号站用变低压侧短路试验如图17所示，具体如下。
图172号站用变低压侧短路试验
（6）2号联接变高压侧短路试验如图18所示，具体如下。
图182号联接变高压侧短路试验
3）试验判据
交流站系统启动过程中，要求交流采样回路正确，无电压短路、电流开路情况，各电气元件电压正确、向量正确。
4结论
通过上述对±400kV海上风电柔性直流输电示范工程交、直流系统关键试验方法的研究分析可知，在现有试验条件和基础上，所做的交、直流一次系统带电试验有效地检验了试验流程、试验方法的正确性和完整性，满足了±400kV海上风电柔性直流输电试验的要求。本文给出的试验方法在如东海上换流站工程中的应用证明了其可行性和有效性。
本工作成果发表在2023年第11期《电气技术》，论文标题为“海上换流站交直流系统关键试验方法”，作者为乔美、江海涛、丁海峰。