2.1 几种可行的构成方式

2.1.1 不同多端直流技术对比

根据传统直流输电和柔性直流输电技术的发展，乌东德工程特高压多端直流输电系统在技术上可行的构成方式可以有四种形式，见表2.1。

2.1.2 受端交流故障对多端直流系统的影响

传统直流输电采用晶闸管换相技术，其逆变站需要强交流系统支撑。当逆变站接入交流系统发生短路故障时，由于换流母线电压下降，逆变站会发生换相失败。在交直流并联运行大电网中，换相失败使得直流功率将转移至交流线路，可能导致关键交流断面潮流越限，引起系统暂态失稳。柔性直流输电技术采用全控型电力电子器件，不依赖电网换相，当逆变站接入交流系统发生短路故障时，不会发生换相失败。交流系统故障期间，柔性直流输电系统可持续向交流系统提供有功功率支援，同时还可以向故障交流系统提供动态的无功功率支撑，有利于交流系统保持稳定。

对于多端系统而言，当某一个逆变站采用传统直流技术时，多端系统换相失败问题依然存在。下面以方案2为例对此进行分析。当广东侧交流系统发生故障时，广东侧换流站发生换相失败，直流电压跌落为零，其输出功率将大幅度下降，甚至短时中断。由于直流电压下降，广西侧换流站直流电流急剧降低，即使广西侧换流站未感受到交流系统故障，其有功功率输送也将大幅度下降甚至短时中断。同理，广西侧交流系统故障也会引起广东侧有功功率大幅度下降甚至短时中断。

对于方案3和方案4而言，直流系统对交流故障响应的特性是相同的。当采用传统直流技术的逆变站发生换相失败时，其有功功率输送依然会大幅度下降甚至短时中断。同时，由于直流电压急剧下降，采用柔性直流技术的逆变站会检测到“直流线路短路故障”，其有功功率输送也将受到影响甚至可能短时中断。

由此可见，对于方案2、方案3和方案4来说，采用传统直流技术的逆变站发生换相失败时，整个直流系统的有功功率输送都将受到影响，出现大幅度下降甚至短时中断。对于方案1而言，其两个逆变站均采用柔性直流输电技术，从根本上消除了交流系统故障引起的逆变站换相失败问题。当逆变站侧交流系统发生故障时，直流系统输送功率不会中断，甚至换流站还可以向故障的交流系统提供动态无功功率支撑。

综上，从交流系统故障对多端直流系统的影响程度来讲，方案1受到的影响最小，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统的恢复特性

根据前述分析，受端交流系统故障对不同多端直流方案的影响程度是不同的，方案3和方案4的受端交流系统故障后，直流系统的响应特性、故障恢复特性基本相似，本节以方案3为例重点分析。下面以受端换流站交流系统接地故障为例，主要对比方案1、方案2和方案3的直流恢复特性。

1.方案2：云南侧LCC+广东侧LCC+广西侧LCC

其控制模式可有表2.2所示的组合选择。

以上三种控制模式，通过原理分析和仿真验证均是可行的。

对于模式1，整流侧控制直流电压，需要对传统直流整流站控制保护策略进行较大的改动，推荐该模式仅在LCC最小触发延迟角模式下适用。

对于模式2，广西侧逆变站的容量远小于广东侧逆变站，按照通常的设计原则，不推荐采用容量较小的换流站控制直流电压。因此推荐该模式仅在广东输电能力受限，已无法控制直流电压时使用。

对于模式3，广东侧逆变站可稳定地控制直流电压；在故障工况下，采用电压裕度控制，可将直流电压控制权切换到其他换流站。

需要说明的是，三端直流输电系统每站均配置有低电压限流控制环节，当直流电压降低时对直流电流指令进行限制，以帮助直流系统在交直流故障后快速可控地恢复。

2.方案3：云南侧LCC+广东侧VSC+广西侧LCC

经过初步研究，该方案的主控制模式推荐如下：云南侧换流站控制直流电流，广西侧换流站控制直流电流，广东侧换流站控制直流电压；同时广西侧配置定关断角控制，广东侧配置定直流电流控制。需要说明的是，三端直流输电系统每站均配置有低电压限流控制环节，当直流电压降低时对直流电流指令进行限制，以帮助直流系统在交直流故障清除后快速可控地恢复。

3.方案1：云南侧LCC+广东侧VSC+广西侧VSC

其控制模式可有表2.3所示的组合选择。

以上四种控制模式，通过原理分析和仿真验证均是可行的。

对于模式1，云南侧的LCC站作为整流侧控制直流电压，需要对传统直流整流站控制保护策略进行较大的改动；另一方面，LCC动态响应速度远小于VSC，这会导致在故障工况下LCC难以跟随VSC进行快速调节，直流电压会出现较大波动；同时由于VSC功率调节的响应速度远快于LCC，会导致送受端功率不匹配，子模块电容电压大幅波动。而且，LCC在启动过程中，通过直流侧给MMC充电，会出现较长时间电流断续的现象，导致设备承受较大应力。

对于模式2，广西侧的容量比广东侧的更小，按照通常的设计原则，不推荐采用容量更小的换流站控制直流电压。因此推荐该模式仅在广东侧输电能力受限，已无法控制直流电压时使用。

对于模式3，广东侧、广西侧采用下垂控制同时控制直流电压。然而下垂特性设计复杂，安全工作区小，运行方式受限较多；且稳态工作点易受外部扰动影响。因此不推荐采用。

对于模式4，广东侧可稳定地控制直流电压；在故障工况下，可采用电压裕度控制，将电压控制权切换到云南侧或广西侧。综合考虑，推荐采用模式4作为系统的主要控制模式。

综上所述，本节提出的四种特高压多端直流输电构成方式均是可行的。但是，四种方案的技术特性有所不同。根据分析，交流系统发生故障时，混合三端直流受到的影响最小，交流系统故障后直流系统的功率扰动最小，反过来对交流系统的冲击最小。因此，混合三端直流方式具有较明显的技术优势。