一种改进型混合式直流耗能装置

混合式直流耗能装置是一种技术经济性较高的抑制远海风电柔直送出系统受端交流故障直流母线过电压的技术方案。为解决典型混合式直流耗能装置投切工作过程中子模块向直流系统反馈能量问题,研究了一种投切过程具备子模块过电压可控自泄放的改进型混合式拓扑方案,分析了拓扑的工作原理,提出了控制逻辑和子模块电压均衡策略,明确了关键参数的设计方法,基于PSCAD仿真模型验证了所提控制策略和设计方法的正确性。最后研制了原理样机,搭建实验平台,验证了所提方案具备工程可实施性。

IGCT-MMC子模块设计与试验验证

随着IGCT器件技术发展,IGCT器件关断电流逐步增大,使得IGCT器件应用至柔性直流输电成为可能,与IGBT器件相比,IGCT具有电压等级更高、损耗更低、价格便宜等优势。在此介绍了IGCT-MMC子模块拓扑结构,研究了IGCT-MMC子模块开通关断电气特性,并对子模块吸收回路参数进行了设计,基于6 500 V/3 800 A IGCT器件子模块样机,完成了相关试验验证,试验结果表明了IGCT-MMC方案的可行性。

5 kA IGBT并联MMC子模块设计与试验验证

随着清洁能源的大规模开发,未来清洁能源基地的容量将普遍达到千兆瓦级及以上,这对柔直换流器容量提出更高要求。国家电网公司联合各换流阀厂家正在开展大容量柔性直流换流阀的研制,绝缘栅双极型晶体管(IGBT)器件电流等级达到5 kA,并且采用IGBT并联,基于5 kA IGBT并联的柔直换流阀研制在世界范围内尚处于空白。通过研究攻克了5 kA IGBT并联子模块驱动设计、杂散电感优化、结构设计等多项关键技术,设计了基于5 kA IGBT器件并联的模块化多电平换流器(MMC)子模块,并对子模块开展了双脉冲、连续运行和过负荷试验,验证了5 kA IGBT并联子模块运行可靠性。

柔直换流器单滑模观测器电网电压观测方法

常规柔直换流器电网电压观测方法需要设计多个观测器,使用多个滤波器,且受直流偏置的影响。为此,提出了一种基于单滑模观测器和单三阶广义积分器的柔直换流器电网电压观测方法。首先介绍了基于滑模观测器的电网电压观测方法。然后通过充分利用二阶广义积分器的优点,提出了一种基于单滑模观测器和单二阶广义积分器的电网电压观测方法。为了实现直流偏置抑制,进一步分析了三阶广义积分器的输入输出关系,并最终提出了一种基于单滑模观测器和单三阶广义积分器的电网电压观测方法。所提方法仅需使用1个滑模观测器和1个三阶广义积分器即可实现电网电压观测,并消除直流偏置的影响。对比仿真和实验研究验证了所提方法的有效性。

混合式高压直流断路器快速限流优化方案及仿真分析

混合式高压直流断路器分断速度快且通态损耗低,能够保证不闭锁换流站的情况下实现线路故障的快速隔离,减小故障范围,是直流电网保护的关键设备之一。首先研究了含混合式直流断路器的柔直系统直流故障限流机理,分析影响直流故障电流峰值以及故障电流持续时间的关键因素,并在现有混合式高压直流断路器基础上,提出一种快速限流的优化技术方案,在转移支路加入故障限流子模块(fault current limiter submodule,FCL_SM),FCL_SM由二极管桥、限流电阻以及限压电路组成,通过在故障过程中投入FCL_SM来降低故障电流峰值以及MOV吸收能量。最后通过PSCAD/EMTDC仿真分析,验证了所提优化方案的可行性与有效性。仿真结果表明,优化方案可有效降低直流故障电流峰值(降低幅度达14%)、故障电流持续时间以及直流断路器MOV吸收能量(降低幅度达16.2%),并可有效降低设备设计成本。

±500 kV柔性直流换流阀电场分布及绝缘特性研究

采用静电场有限元数值方法,对自主研发的±500 kV柔性直流换流阀的内绝缘和外绝缘特性进行了分析计算。按照子模块最大保护电压,校核换流阀的内绝缘特性;按照阀支架雷电冲击试验,校核换流阀的外绝缘特性。计算结果表明,自主化±500 kV柔性直流换流阀阀塔内部空气中最大电场强度为1.017 kV/mm,屏蔽系统最大电场强度为1.619 kV/mm,底部支撑绝缘子处最大电场强度为2.941 kV/mm。以3 kV/mm作为起晕场强判据,雷电冲击试验下,阀支架无起晕现象。试验结果表明,采用当前换流阀设计方案,换流阀顺利通过型式试验,无闪络、击穿放电现象,冷却系统无损坏。研究结果为±500 kV柔性直流输电系统换流阀绝缘设计提供了参考。

新型电磁推力机构设计与仿真分析

电磁推力机构是一种利用涡流原理制作的新型快速操动机构,在电力系统故障限流、电能质量控制以及相控开关等诸多领域具有广阔的应用前景。本文通过对电磁推力机构的原理和结构进行分析,提出并设计了一台12kV断路器用配永磁保持的新型电磁推力机构,并利用有限元分析软件Maxwell对设计模型进行仿真分析。计算出保持力数值与设计值基本相符,此外,得到该机构的动态参数:仅需1.25ms就可完成合闸,平均速度可达8.8m/s,满足设计要求,从而验证了设计的合理性。

±800kV滇西北至广东特高压直流输电工程阀厅空气净距研究

以±800kV滇西北至广东特高压直流输电工程为背景,基于工程的交直流系统条件和高压直流输电换流站绝缘配合原则,提出了换流站绝缘水平。在上述研究基础上,提出了采用理论计算和数据拟合相对比的方法来获取阀厅最小空气净距。最后,从工程应用的角度计算了换流站阀厅空气净距。

混合直流输电及其物模试验

基于晶闸管的常规电网换相直流输电(LCC-HVDC)系统损耗小、可靠性高、技术成熟,电压源型换流器直流输电(VSC-HVDC)滤波容量小、控制灵活且可向无源网络送电,而混合直流输电兼具LCC-HVDC和VSC-HVDC的优点。对其运行方式、控制策略、协调控制进行了研究,并构建混合直流输电物模试验系统进行了验证。

基于桥臂阻尼阀组的模块化多电平换流器故障快速清除与系统恢复技术

针对柔性直流故障快速清除与系统快速恢复技术难题,介绍了基于桥臂阻尼阀组的故障快速清除与系统恢复技术方案。在分析柔性直流双极短路和桥臂短路2种故障机理的基础上,提出适用于工程的桥臂阻尼阀组的具体电气拓扑和阻尼阀组的控制保护策略以及桥臂阻尼参数的选取原则和工程参数设计流程。以某多端柔性直流输电工程为例进行了仿真验证,仿真结果表明,在直流双极短路故障条件下,所提方案可加快直流短路电流的衰减,实现故障清除后系统快速重启动;在桥臂短路条件下,所提方案可加速阀侧交流电流中直流分量的衰减,加快交流开关的开断过程,降低了换流阀故障损坏的风险。仿真结果验证了所提方案的有效性和可行性。

柔性直流阻尼换流阀充电过程子模块均压特性

针对柔性直流阻尼换流阀系统,研究了充电过程中子模块的均压特性。并以舟山柔直桥臂阻尼恢复装置加装工程为研究背景,基于桥臂阻尼换流阀的设计原理,构建了能反映子模块取能电源及板卡功耗的子模块数学模型。通过理论分析阻尼换流阀充电过程子模块的不均压机理及影响因素,提出了相应的解决措施。仿真与试验结果验证了理论分析的正确性以及解决措施的有效性,为舟山柔性直流阻尼恢复系统加装工程的顺利实施提供了技术支撑。

一种柔直换流阀阻尼模块设计方法

以国内±200 kV/100 MW柔直换流阀工程为研究背景,介绍了阻尼模块主要应用场合与工作原理。并采用理论分析和数学推导的方法,分别研究了IGBT及阻尼电阻的选型设计方法。同时,也对IGBT及阻尼电阻的散热设计方法进行阐述。在上述研究分析的基础上,以实际±200 kV/100 MW柔直换流阀工程为例,采用仿真计算与试验对比的方法对设计结果进行论证。结果表明,设计的阻尼模块与工程设计初衷吻合,具有工程应用意义。