基于无变压器型电压源换流器的柔性多状态开关零序抑制策略

无变压器型柔性多状态开关(FMS)具有设备紧凑化、高效化等特点,但由于缺少隔离变压器,存在故障后供区间的零序分量交互传递叠加、相互影响等问题。文中首先对无变压器型两电平电压源换流器(VSC)的回路特性进行了分析,并在此基础上利用对称分量法建立了正序、负序和零序系统,揭示了交直流系统间零序分量传递的原因和关键要素。然后,基于理论分析结果,从直流波动抑制和交流零序抑制两方面入手,提出了故障端和非故障端VSC的两种零序抑制策略。最后,在PSCAD/EMTDC内建立了一个两端背靠背型FMS仿真模型,仿真结果验证了理论分析的正确性,以及两种零序抑制策略的有效性。

电压源换流器高压直流输电系统中换流器故障仿真分析及其诊断

电压源换流器(VSC)是电压源换流器高压直流输电(VSC-HVDC)系统中的重要组成部分,其过压和过流能力差,容易发生各种故障,且受传输功率影响故障信号特征提取复杂、故障诊断困难。针对此问题,基于所建立的VSC-HVDC系统的PSCAD/EMTDC仿真模型,首先分析了系统在发生各种故障时所输出直流电压的基本特性,在充分考虑传输功率影响的条件下,根据直流电压故障信号幅值波动的范围,判断系统故障的性质,然后再通过小波分析方法提取特征向量,并结合人工神经网络方法实现系统故障的识别。仿真结果表明,这种方法能对VSC-HVDC的故障进行有效诊断和识别,且准确度不受传输功率的影响,具有良好的应用前景。

适用于电压源换流器型高压直流输电的模块化多电平换流器最新研究进展

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)为多电平换流器家族中的一员,其技术特点非常适用于电压源换流器型高压直流(voltage source converter high voltage direct current,VSC-HVDC)输电领域。为了分析MMC的最新研究进展,首先介绍了MMC的拓扑电路及其工作原理,分析了其技术特点和应用领域,比较了其相对于传统2电平和3电平VSC拓扑的优势所在。然后分别从MMC的数学模型、调制策略、子模块电容均压、预充电、内部环流、控制方面、换流阀试验以及其在VSC-HVDC系统中的工程应用等方面,回顾了MMC目前在国内外的最新研究进展和工程应用现状,并指出了MMC自身的缺点和今后亟待研究的关键问题。已有的研究表明,MMC在电力系统中有着广阔的应用前景,是未来高压直流输电技术的一个重要发展方向。

电压源换流器型直流输电换流器损耗分析

电压源换流器型直流输电(voltage source converter based HVDC,VSC-HVDC)应用于大容量功率传输的主要障碍之一是其相对较高的换流器损耗。因而,换流器损耗的准确计算对系统设计、器件参数及冷却装置的选择非常重要。通过分析换流器IGBT器件的开关特性,同时考虑结温、死区效应的影响,提出一种基于曲线拟合理论的通用换流器损耗计算方法。该方法能够有效利用厂家提供的器件特性参数,适合于实际工程应用。在此基础上,分析了正弦脉宽和最小开关PWM两种调制方式下的换流器损耗特性,建立了基于PSCAD/EMTDC的通用的损耗计算模块。

新型多电平电压源换流器模块的拓扑机制与调制策略

揭示一种新型多电平电压源换流器(voltage source converter,VSC),即模块化多电平VSC的起源与工作机制;介绍其子模块与VSC拓扑及相应工作原理;针对此新型换流器拓扑,并结合基于VSC的高压直流输电领域(high voltage direct current transmission system based on VSC,VSC-HVDC),提出一种基于幂和理论的改进型多电平基频开关调制策略。与通常策略中所使用的数字迭代技术,如"牛顿-拉夫逊"法相比,该文所提算法可显著简化运算、降低计算量,且能求出开关角的所有解;而通常算法仅能求出单一解,忽略了可能存在的其他解,最后进行了仿真验证。理论分析与仿真结果均说明关于模块化多电平VSC本质揭示的正确性及所提调制策略的优越性。

电压源换流器开关器件损耗建模

IGBT在电力电子装置中得到了大量应用,尤其是在高压大功率电压源换流器领域,而电压源换流器损耗分析一直是电力电子领域的一个研究热点。为了能对电压源换流器损耗进行精确分析,提出一种基于波形拟合理论的绝缘栅双极晶体管与二极管的损耗分析模型。建立的损耗模型充分考虑了电压源换流器不同开关里导通电流变化对于二极管反向恢复过程参数及损耗的影响,该模型还考虑了二极管与IGBT器件相互关系,器件电压、电流、结温变化对损耗的影响,特别计入了电流拖尾过程、电路杂散电感参数的影响。搭建了2.5kV输出Boost实验电路对该损耗模型进行验证,实验结果对比证明了该损耗模型的正确性和有效性。提出的损耗模型适用于电压源换流器型直流输电(voltage sourceconverter high voltage direct current,VSC-HVDC)、静止无功补偿器(static synchronous compensator,STATCON)、统一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)等高压大功率应用场合的电压源换流器损耗分析。

电压源换流器高压直流输电不平衡控制策略研究

针对常规控制下电压源换流器(voltage source converter,VSC)对交流系统电压不平衡敏感特性,避免电网不平衡引起的直流侧电压二次脉动通过直流线路传播到相邻换流站,该文对VSC进行功率分析并研究其不平衡控制策略。在对换流站进行功率特性分析的基础上,采用了网侧与VSC侧复合功率控制策略,推导了不平衡条件下功率外环指令电流模型,设计了αβ静止坐标下离散滑模内环控制器。基于电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC建立了VSC-HVDC模型及其离散化内环滑模控制器,两侧换流站分别发生电网不平衡故障,仿真结论验证了该控制策略的有效性。

高压直流输电电压源换流器的等效模型及混合仿真技术

文章提出了混合仿真的概念和实现以及高压直流输电电压源换流站(Voltage source converter based HVDC,HVDC-VSC)的等效仿真模型,该模型忽略了VSC的开关纹波。采用混合仿真技术和等效仿真模型既能提高仿真速度又能很好地反映HVDC-VSC的动态特性。文章提供的仿真结果证明了HVDC-VSC的等效仿真模型和混合仿真技术的有效性。

电压源换流器高压直流输电换流阀的试验方法

对柔性直流换流阀进行型式试验可保证其安全可靠运行,型式试验通常采用等效试验的方法。介绍了串联阀和模块化多电平换流器阀2种柔性直流换流阀的结构,指出阀试验方法研究应包括试验对象分析、应力分析、应力数学模型的建立、试验要求及试验内容分析、等效试验方法研究等,并针对上述2种柔性直流换流阀试验方法的各项内容进行了研究,以期为可关断器件阀等效试验的理论研究奠定基础。

三相电压不对称时带有电压源换流器的HVDC系统的控制策略

在三相电压不对称的情况下,电压源换流器(VoltageSourceConverter,VSC)的传输功率会发生波动,从而影响高压直流系统的稳定运行。作者根据瞬时功率理论推导出了消除VSC传输功率波动需要满足的正、负序输出电压间的关系式。并通过坐标变换简化了VSC的功率传输方程,还采用不对称触发策略设计了VSC的传输功率控制系统。仿真结果表明,所设计的三相电压不对称条件下的控制系统具有良好的控制品质,有效地消除了有功功率的波动,并实现了有功、无功功率的独立调节。

基于电压源换流器型直流输电拓扑结构和调制策略

作为新一代直流输电技术,基于电压源换流器型直流输电由于采用全控电力电子器件,能够灵活实现有功功率和无功功率的独立控制,动态补偿交流母线无功功率进而实现交流电压控制,因此在新能源并网和交流电网互联等方面越来越显示出其独特的优势。而换流器作为直流输电系统中的核心部件,其不同的拓扑结构和调制方式会对换流器的输出性能带有一定的影响。以ABB公司和Siemens公司所提出的拓扑结构为例,对比分析了电压源换流器型直流输电两电平和模块化多电平的拓扑结构以及优缺点,并通过仿真分析了载波移相和最近电平逼近调制策略对输出电压电流波形的影响以及ABB公司CTL拓扑结构在环流抑制上的优越特性。

电压源换流器高压直流输电的动态等效电路及其特性分析

电压源换流器高压直流输电(voltage source convertorHVDC,VSC-HVDC)系统通常采用脉宽调制(pulse width modulation,PWM)技术进行控制。PWM的高频开关特性造成VSC-HVDC系统是一个强非线性、时变的耦合系统,直接对其进行动、静态特性分析的难度较大。通过分析VSC-HVDC系统的数学模型,在忽略开关函数高频分量的基础上,建立VSC-HVDC系统的一种动态等效电路。该电路不仅便于VSC-HVDC系统的动、静态特性分析,而且为VSC控制器的设计提供了一个简便的平台。由于不需要考虑开关管的开关动作和VSC的拓扑结构,因而加快了仿真速度。仿真结果验证了该等效电路的有效性。

不同调制策略下两电平电压源换流器损耗分析

首先分析讨论了电压源换流器的功率损耗组成,提出各部分损耗的数学计算方法,在此基础上对电压源换流器在正弦脉宽调制、空间矢量脉宽调制、优化脉宽调制等几种典型脉宽调制策略下的功率损耗进行数学分析推导,并使用电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC对电压源换流器损耗进行仿真计算。数学分析及仿真计算验证了脉宽调制策略及开关频率对于功率损耗大小的影响,并从损耗最优的角度提出1050 Hz的建议开关频率,以及优化脉宽调制策略是目前损耗最低的调制方式。

电压源换流器式高压直流输电的动态建模与暂态仿真

基于节点电流注入法建立了交直流统一基准值下的电压源换流器式高压直流输电(VSC-HVDC)的详细动态模型。该模型包括电压源换流器模型、直流系统内部动态模型以及控制系统三个部分,具有一般性。利用电力系统分析综合程序提供的用户自定义功能(PSASP/UD)对VSC-HVDC交、直流并联输电系统进行的暂态仿真分析验证了VSC-HVDC动态模型的正确性。仿真结果还表明,VSC-HVDC的直流侧电容以及换流变压器漏抗的大小对抑制功角振荡无明显效果;两端VSC采用定交流电压控制方式时系统具有较好的电压稳定性,但在这种控制方式下,在系统受扰期间VSC的过载程度较两端定无功功率控制方式下更为严重。

电压源换流器高压直流输电装置中IGBT的过电流失效机制

为满足电压源换流器高压直流输电(voltage source converter high voltage direct current,VSC-HVDC)装置可靠性及其试验方法和试验等效机制研究的需要,重点研究了该装置中绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)阀在过电流故障状态下的失效机制。介绍了VSC-HVDC系统及其阀的结构,将IGBT阀过电流故障分为3种不同的类型,分析IGBT阀在不同过电流故障状态下的电压和电流应力及其在故障应力下的内部物理过程。最终得到了IGBT阀在3种过电流故障下的失效机制。

基于电压源换流器HVDC系统稳态控制及仿真

对基于电压源换流器的直流输电(VSC-HVDC)系统的数学模型和有功、无功功率独立控制策略进行了研究。根据VSC具有2个控制自由度的特点,导出了VSC-HVDC系统的稳态数学模型,并根据相对灵敏度的概念确定了VSC-HVDC系统两端换流站的4个被控变量与相应控制变量之间的对应关系,在此基础上设计了基于VSC-HVDC稳态模型的控制器。仿真结果表明所设计的控制器具有良好的控制性能,为硬件实验模型的建立提供了理论指导。

电网换相换流器和电压源换流器串联组成的混合直流换流器控制和保护研究

基于电网换相换流器和电压源换流器串联的混合直流换流器在克服交流故障时的换相失败和直流故障时的重启动具有优势。分析了该混合直流换流器运行方式、控制策略、电压源换流器保护原理、抵御换相失败原理和直流线路重启过程,认为由该混合直流换流器组成的高压直流输电系统,可克服传统直流和柔性直流输电的主要缺点。当逆变侧的交流系统发生故障时,电压源换流器可提供电压支撑来抑制直流电流增加,缓解电网换相换流器换相失败效应。当直流线路发生故障时,逆变侧电网换相换流器可阻断电压源换流器产生的故障电流,具备直流线路故障重启能力。另外,电压源换流器还为电网换相换流器提供无功功率,从而减少换流站无功设备配置。

一种优化控制策略在基于电压源换流器的HVDC系统中的应用

文章阐述了基于电压源换流器(VSC)和脉冲宽度调制(PWM)技术的直流输电与传统的直流输电相比具有的诸多优点。在建立交/直流(AC/DC)并联输电系统模型基础上,提出一种优化控制策略,该控制策略将直流输电本身的控制与发电机励磁控制相综合,在系统发生故障时能同时稳定发电机和直流输电系统。还在相同的条件下对基于VSC的HVDC和传统的HVDC进行了仿真比较,仿真结果表明,在该优化控制策略指导下,前者在系统发生故障时体现了较好的阻尼特性,且该HVDC系统本身在该控制策略下也有较高的稳定性。

基于电压源换流器的光伏并网系统暂态特性研究

在分析VSC基本原理的基础上建立了采用SPWM控制的基于VSC的光伏并网系统暂态数学模型,分析了其开关特性和暂态运行机理;并通过仿真得到了光伏并网系统输送功率突变和发生短时故障时的暂态运行特性,为进行基于VSC的光伏并网系统深入暂态分析建立了基础。

识别模型参数的电压源换流器型直流输电线路纵联保护

针对电压源换流器型直流(VSC-HVDC)输电线路主保护耐过渡电阻能力差、后备保护动作速度慢的问题,提出了一种识别模型参数的VSC-HVDC输电线路纵联保护新原理。该原理将区外故障等效为正的电容模型,区内故障等效为负的电容模型。对于电压等级为±60kV、电缆线路长为300km的VSC-HVDC仿真模型,发生区外故障时,识别出的线路对地电容约为80μF;发生区内故障时,识别出的并联电容负值约为-1 000μF。通过判别识别出的电容值的正负,即可区分区内和区外故障。结果表明,该原理不受过渡电阻、线路分布电容和控制方式的影响,灵敏度较高,在各种工况下均能在发生故障后10ms内准确区分区内和区外故障,具有一定的实用价值。