近年来，基于柔性直流输电的海上风电并网技术在国内外迅猛发展。由于柔直系统阻尼低，直流侧暂态过电压、过电流发展快，需要采取必要的暂态应力抑制措施，降低对海上平台设备的技术要求。本文重点围绕暂态过电压应力，首先总结了海上柔直换流站直流侧暂态过电压应力的类型和关键指标，分别针对对称单极和对称双极结构系统，介绍了直流侧设备上承受过电压应力的机理，并梳理了影响直流侧过电压应力的主要因素。其次，总结了海上换流站直流侧过电压抑制策略，将其分为主动型抑制和被动型抑制两大类，其中主动型抑制措施包括功率不平衡抑制策略、直流耗能装置、电缆放电策略、保护加速和断路器快速跳闸策略以及组合策略等，被动型抑制措施包括优化接地方式、优化避雷器参数以及调整桥臂电抗位置等。最后，对相关暂态过压应力抑制措施进行了适用性、有效性和优缺点评估。

海上风电技术是实现能源转型的重要手段，随着绿色能源发展需求的提出和海上风电建设规模的日益扩大，如何保证海上风电安全、平稳、高效接入电网，是新能源技术应用和发展的关键一环。柔性直流输电技术相比于交流输电，在长距离输电、新能源消纳、成本控制等方面有一定优势，因此海上风电经柔直送出将成为未来风电消纳的重要途径。

开展设备的电气设计是设备研制的基础，设备的暂态电气应力主要分为过电流应力和过电压应力。开展直流侧设备的暂态应力机理分析，降低直流侧设备的暂态电气应力，对于设备制造、维护和系统的安全稳定运行意义重大。

由于避雷器配置是过电压与绝缘配合设计的关键，本文综述的过电压抑制策略均考虑了直流避雷器的作用。根据换流站投运前后，将抑制措施分为被动型抑制措施和主动型抑制措施。

被动抑制措施一般在工程投运前，主要通过优化设备参数、设备布局等方法从电气设计角度进行改进，包含以下几个方面。

1）优化接地方式

对于对称单极系统，考虑到海上平台空间有限，通常将接地点设置在陆上换流站。某文献从接地方式角度研究了降低直流侧暂时过电压的措施，如图1所示，即将原接地方式中的电阻替换为避雷器，利用了避雷器正常情况下为高阻，过压大电流情况下为低阻的特性，该方法未见实际工程应用报道。

2）优化避雷器参数

当极线避雷器被用来限制瞬态过电压时，需要优化避雷器参数，如提高其荷电率或多柱并用，但这会对避雷器的能量吸收能力要求较高，从而提高设备成本、增大占地面积，因此为了限制避雷器能量水平，需要加快断路器跳闸时间。更进一步地，避雷器参数的优化需要综合考虑其他系统条件及参数，如接地方式、电网电压水平和换流变压器匝数比、潮流水平、设备耐受等。

3）优化桥臂电抗器配置

常规直流一般将桥臂电抗配置在换流阀交流侧，平波电抗可全部配置在极线侧，或分别配置在极线和中性线以降低直流极线上平波电抗的绝缘水平。在目前已投运的柔性直流工程中，桥臂电抗多配置在换流阀交流侧以保护换流阀不受故障电流的冲击，如图2(b)所示。目前欧洲在建的海上风电柔直并网工程多采用桥臂电抗直流侧配置方案，我国如东海上风电工程也采用该方案，如图2(a)所示。

研究显示，桥臂电抗的位置对直流侧过电压的影响与故障位置、故障类型和故障时刻有关。当在换流阀与桥臂电抗之间发生接地故障时，桥臂电抗器交流侧配置方案将在海上站直流侧产生尖峰电压。在直流侧接地故障下，两种方案差异不大。除了在故障特性方面有一定差异，不同配置方式对于套管数量、占地面积和工程造价等也有影响。

主动型抑制措施指的是在系统运行过程中可以针对故障情况调整的方法，以以下几个方面为例进行介绍。

1）直流耗能装置

直流耗能装置一般由大功率电力电子开关器件和耗散电阻构成，开关器件用来控制电阻的投入和切除，通过投入电阻消耗系统中的不平衡功率。诸多文献提出了基于不同拓扑的直流耗能装置，结果显示对于对称单极和双极结构站直流侧极线上的暂时过电压抑制效果显著。直流耗能装置动作时序图如图3所示。

2）极线功率平衡控制

功率平衡控制策略仅在故障未触发健全级保护导致换流阀闭锁时使用，即应用场景是：抑制保护动作值以下的瞬态过电压。该措施不需增加新设备，经济性好，且可在工程投运过程中进行软件层面优化，易于实现，但是仅在换流站未闭锁时有效，暂时过电压抑制效果有限。

3）直流电缆加速放电策略

直流电缆放电策略可通过直流侧经接地电阻紧急接地的方法实现，本质是为故障电流提供通路，通过降低暂时过电压和减少暂时过电压持续时间来降低过压应力，但是在紧急接地瞬间直流电缆可能承受峰值较大的反极性电压，在电缆设计中需要考虑该参数。直流电缆的紧急接地动作时序如图4所示。

总结来看，对于对称单极拓扑系统，被动型抑制策略主要用来限制瞬态过电压，主动型主要用来抑制直流极线的暂时过电压；对于对称双极拓扑系统，接地方式优化对结果影响不大，对于直流极线侧上的过压抑制类似于对称单极系统。相比于直流极线，金属回线上的过压应力较低。

表1汇总了本文提到的海上换流站直流侧过电压抑制措施的优点、缺点和工程应用情况。目前国内外的海上风电柔性直流并网工程多为对称单极结构，在建工程中用于抑制海上站直流侧暂态过压应力的措施有优化避雷器参数、保护加速和断路器快速跳闸策略；欧洲海上风电项目多采用桥臂电抗在直流侧的配置方案，且均要求具备直流电缆紧急接地和直流耗能装置加速放电功能，降低电缆的过压应力耐受时间；功率平衡控制在实际工程中得到了普遍应用。

⬇ 表1 海上换流站直流侧过电压抑制措施汇总（点击查看大图）