IGBT串联阀混合式高压直流断路器分断应力分析

混合式高压直流断路器分断操作是体现断路器本质特征的核心功能。断路器分断故障大电流这一暂态过程中产生的应力是断路器电气特性研究的重点。应力分析是断路器电气、结构和试验系统设计的理论基础,其相关研究尚属空白,需要进行全面详细的解析。该文首先在断路器拓扑结构和分断运行分析的基础上研究混合式高压直流断路器毫秒级分断全过程和微秒级换流过程相关应力特性,并论述两种时间维度暂态过程之间的联系。然后,建立的断路器PSCAD/EMTDC器件级运行数字仿真电路验证毫秒级分断过程和微秒级换流过程相关应力特性及其影响因子。最后,实施的200kV断路器整机,100kV、50kV断路器单元以及单一电力电子模块分断试验结果验证仿真电路和数学分析的准确性。该文结果可指导IGBT串联阀混合式高压直流断路器电气结构和试验系统的设计。

云广±800kV直流输电工程双12脉动串联阀组同时解锁特性分析

云广±800kV直流输电工程两端换流站均为双极配置,每极采用双12脉动阀组串联结构。双12脉动串联阀组同时解锁是该工程实现800kV额定直流电压运行的直接方式,因而成为现场系统调试中非常重要和备受关注的试验项目。基于现场调试结果,分析了不同解锁条件下双12脉动阀组同时解锁的特性,并对云广直流工程的双12脉动阀组同时解锁性能进行了评估。

FHMMC特高压直流输电系统中串联换流阀组启动充电策略

800k V昆柳龙直流工程在两个受端换流站采用对称双极高低端阀组串联的全半桥子模块混合型模块化多电平换流器。在不同的充电工况下,因全桥子模块(fullbridgesub-module,FBSM)和半桥子模块(halfbridge sub-module,HBSM)器件及其模块化串联的桥臂支路充电特性不同,造成两种子模块电容电压难以平衡,导致阀组及系统无法启动解锁。提出了特高压柔直系统中全半桥子模块混合式模块化多电平换流器(full and half bridge hybrid modular multilevel converter,FHMMC)串联阀组在直流侧不短接和短接两种方式下的启动充电策略,针对不同工况下相应导通FBSM T_(3)、T_(4)管和HBSM T_(2)管,强制转换充电路径和充电对象,实现两种子模块电容均衡充电。针对直流侧不短接时后充电阀组FBSM感应带负压问题,研究并提出了极充电顺控策略,通过缩短阀组充电时间间隔来减少后充电阀组负压幅值。上述启动充电策略经过现场试验验证并用于工程实际。

高低阀串联型特高压柔性直流不控整流异步充电时分压特性及其对系统的影响

乌东德特高压多端混合直流输电工程是目前世界电压等级最高、容量最大的柔性直流输电工程,具备无闭锁直流故障穿越能力,然而该工程为全桥+半桥混连结构,不控整流异步充电时交流断路器未合闸的阀组全桥模块被动充电,阀组直流端口呈现感应电压,某些接线方式甚至出现感应电压过高而引起系统跳闸停运。针对异步充电问题,从几种主要接线方式分析了阀组异步充电的分压特性和感应充电对系统的影响,提出了通过直流短接充电隔离阀组的方法解决阀组分压的问题,并根据异步充电特性提出了缩短异步充电时间间隔的方法解决阀组分压的问题。

基于双速缓冲阀推移系统的压力特性研究

综采工作面液压支架推移系统的定位控制由智能化开采的关键技术支撑,井下高压大流量工况下,现有支架开关换向阀启闭瞬间会引起系统压力流量突变,影响元件寿命以及执行机构运动的精度和平稳性。为此,设计了用于液压支架推移回路的双速缓冲阀结构。首先,展开了对推移系统及双速缓冲阀的理论研究,分析了双速缓冲阀对系统启动、运行过程压力的影响;其次,建立了阀及推移回路的SimulationX模型,仿真分析了关键参数对阀压降以及液压执行系统速度的影响;最后,搭建了模拟实验台,研究了不同供液压力流量下双阀串联推移系统的压力特性。研究结果表明:启用双速缓冲阀后,减小了系统的压力和速度变化幅值,降低了阀前压力波动及其对系统压力的影响;在不同的系统压力、流量下,改善了阀后压力特性,增强了稳态压力抗干扰性;验证了方案的有效性,为井下阀控缸方案及后续阀的优化提供依据。

可控避雷器晶闸管阀串联均压方法

可控避雷器晶闸管阀主要由反并联晶闸管对串联而成,为保证各个晶闸管承受电压的一致性,必须采取适当的均压措施。根据晶闸管阀串联均压的技术要求,利用电力电子系统设计程序,对传统RC均压方法的可行性进行了计算分析。研究得出RC均压方法可能严重破坏可控避雷器的静态电位分布,不适用于晶闸管阀。提出采用晶闸管与金属氧化物电阻片一对一并联的均压方法,利用金属氧化物电阻片良好的非线性伏安特性限制晶闸管的过电压,并对电阻片的均压效果进行了仿真计算。结果表明,合理选择电阻片的串、并联数和尺寸参数,可以将串联晶闸管的开通过冲电压均限制在要求的范围内。

特高压混合多端直流输电系统中串联换流阀组间的电压平衡控制策略

特高压混合多端直流输电系统结合了电网换相换流器(line commutated converter,LCC)与模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的优势,可以实现多电源供电、多落点受电的远距离大容量输送要求。针对特高压混合多端直流输电系统中同一换流站内串联换流阀组之间的电压不平衡问题,分析了电压不平衡的原因,并提出了一种基于串联换流阀组间电压–功率偏差量的电压平衡控制策略,该控制策略简单有效便于工程实现。然后基于PSCAD/EMTDC搭建了特高压多端混合直流系统的仿真模型,通过对比切除/投入电压平衡控制时系统的动态特性验证了电压平衡控制策略的有效性。为进一步分析该控制策略对系统动态性能的影响,研究了特高压混合多端系统在功率阶跃变化和交流故障情况的动态响应,结果表明所提出的控制策略简单有效,且在不同运行工况下均可以实现串联换流阀组之间的电压平衡。

二调速阀串联两工进速度换接回路的改进及其应用举例

在分析现有回路的基础上 ,文中提出了二调速阀串联两工进速度换接的新回路 ,且对其来源、组成、原理、特点及应用进行了阐述。新回路具有各调速阀可独自调节及能耗低等新特点而现有回路则不具备。

串联二调速阀两工进速度换接新回路及其在动力滑台双泵供油液压系统中的应用

在分析教材中典型现有基本回路的基础上 ,提出了一种二调速阀串联两工进速度换接新回路 ,本文对其来源、组成、原理、特点及其应用进行了阐述。新回路具有各调速阀可独自调节及能耗低等新特点 (而现有回路则刚好相反 )

基于阀组串联的柔性直流单阀组在线投入/退出控制方案

高压大容量柔性直流系统采用高低阀组串联方案时,单阀组在线投入/退出控制是一项重要环节。首先基于系统主接线方式及直流场开关配置方案,以直流电流连续不中断为要求,研究了阀组在线投退过程中直流场开关的顺控操作。其次分析了开关操作对阀组直流电压、直流电流控制的要求,并提出了MMC定直流电流均压控制策略。之后研究了系统内各站之间的配合关系,基于各站同步投退的方案设计了直流电压调节过程中2种功率调节方案。最后,综合得出了单阀组投退时系统的整体控制方案并进行了仿真,结果验证了所设计的阀组投退方案的有效性和可行性。

10kV固态切换开关中串联晶闸管阀均压分析

针对10kV固态切换开关中晶闸管阀串联电压不均问题,分析了串联电压不均原因和串联均压技术要求及均压方法,研究了晶闸管阀两端并联静态均压电阻Rp和动态均压电路RC。运用Saber软件搭建仿真电路,验证了均压方法的有效性和均压参数计算的准确性。

基于Fluent的纯水溢流阀结构设计及优化

针对纯水溢流阀阀芯与阀套存在的气蚀、冲蚀问题,设计一种具备高压引流孔与多级串联阀口结构的阀芯。介绍阀芯与阀套关键配合尺寸的设计思路,利用Fluent简要分析了微射流与冲蚀的发生机制,并推导多级串联阀芯的抗气蚀原理;依据改进阀芯的实际结构推导建立纯水溢流阀的数学模型。为验证改进式阀芯的抗气蚀、冲蚀性能,建立两种阀芯的Fluent流体仿真模型,探究高压引流口与多级串联阀口对气蚀、冲蚀现象的影响机制。仿真结果表明:同等压力等级下,新式阀芯的射束流速更低、气蚀现象更轻,有助于纯水溢流阀长期稳定的运行。

混合串联换流阀抑制换相失败的作用原理及动态均压电路参数设计

采用全控型电力电子器件改造电网换相换流器高压直流输电技术(line commutated converter high voltage direct current,LCC-HVDC)来抑制换相失败(commutation failure,CF)是目前研究热点,但忽略器件差异性会对拓扑作用原理和器件电气应力分析产生关键影响,降低了工程应用的参考意义。文中研究一种由晶闸管与可关断管串联构成的混合换流阀(hybrid series converter valve,HSCV),考虑器件特性的差异。设计HSCV的工作状态,分析HSCV的抵御CF的作用原理。对HSCV器件进行合理选型并设计关断时序。分析关断过电压现象,并基于电压电流应力提出可关断管动态均压支路参数的设计原则。SABER和PSCAD/EMTDC仿真结果表明,HSCV能够增大晶闸管恢复正向阻断能力的时间,防止该阀重新导通和倒换相;提出的参数设计原则可以合理设计动态均压支路,有效解决可关断管的过电压问题,满足器件参数要求;相较于LCC-HVDC系统和其他经全控型电力电子器件改造的LCC-HVDC系统,基于HSCV的高压直流输电系统具备更强的CF抑制作用。

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。

适用于直流开断的IGCT串联均压技术

电力电子器件的串并联是目前解决和实现高压、大功率直流断路器、电力电子变换器的主要组合方式。为此,围绕适用于高压直流开断的电力电子器件串并联技术,开展了面向瞬态开断的多器件静态及动态均压技术研究。首先,分析了集成门极换流晶闸管（integrated gate-commutated thyristor,IGCT）串联不均压原因及IGCT串联均压技术,以给出适用于直流开断的IGCT串联均压方案;其次,分析了缓冲电容、缓冲电阻和关断触发时间的差异对均压特性的影响;最后,搭建4个IGCT串联的电力电子阀组并进行实验验证。研究结果表明：（1）适用于直流开断的IGCT串联静态均压可通过并联静态均压电阻实现,负载侧动态均压可通过并联缓冲阻容电路的无源缓冲方法实现;（2）缓冲电容越大、缓冲电阻越小,过电压就越小;触发信号时间差越大,不均压程度就越大;（3）10.5 k V/1.5 k A阀组开断实验不均压系数为5.71%,均压效果良好;（4）基于模块化电力电子串联阀组,进行了混合式直流断路器整体联调实验,3.0 ms时间后关断短路电流为3.6 k A,关断产生过电压为21 k V。通过实验验证了适用于高压直流开断的IGCT串联阀组均压方案的可行性,可以为实现瞬态开断的模块化电力电子串联阀组工程应用提供技术基础。

灵活用于SVC阀和HVDC阀运行试验的新型联合试验装置

为了便于大功率串联晶闸管阀的运行试验,在分析现有大功率串联晶闸管阀试验技术和IEC标准对试验装置的要求的基础上,通过对新型联合试验装置原理电路的分析,提出了一种适用于多种阀试品的联合试验装置。该装置可提供多种灵活用于以SVC阀为主的双向阀试品和以HVDC阀为主的单向阀试品运行试验的试验方式,并且试验能力高、适用试品范围广,为大功率串联晶闸管阀技术的研究提供了很好的试验平台。

阀泵联合大功率液压调速方案分析

为进一步提高其控制性能,在对比分析目前阀泵串联、并联控制方案的结构、工作原理及特点的基础上,提出了阀泵并联分时变结构调速方案-控制结构依调速要求而变、阀控与泵控分时参与、协调控制,并分为补油式与泄油式两种形式,应用于煤矿液压提升机,可形成补油式/泄油式阀泵并联分时变结构液压提升机,同时对比分析了这两种形式各自的特点。阀泵并联分时变结构调速方案,建立了调速方式依调速要求而变的灵活的控制机制,将丰富液压系统的控制方式,有望解决大功率液压调速系统中效率与响应的矛盾,并兼顾系统的低速稳定性和加减速平稳性。

高压大容量半导体阀设备技术研究

首先介绍了柔性输电领域的高压大容量半导体阀设备及其应用,分析并研究了功率器件技术,半导体阀拓扑结构,以及如何通过多物理场仿真分析和校核半导体阀设备的设计。然后,对比研究具有工程实用价值的几种阀设备拓扑,控制设计和试验技术。最后,结合国内一些工程应用的实施经验,指出其当前存在的问题和今后研究的方向。

基于直流调制度的特高压柔直阀组在线投入策略

为简化阀组在线投入的顺控操作流程,特高压柔性直流输电系统要求柔直阀组具备在直流侧短接状态下完成在线投入的能力。首先,阐述基于混合型MMC特高压柔直阀组的在线投入过程,分析过程中的关键技术难点;然后,结合混合型MMC阀组控制特性及直流侧等效回路,对在线投入过程的关键策略进行详细分析,提出基于直流调制度的特高压柔直阀组在线投入策略实现方案,该策略方案在直流侧短接状态下可实现柔直阀组平稳解锁、直流电流快速转移、旁路开关可靠分断以及子模块均压等关键目标;最后,通过实时数字仿真平台试验,验证所提策略具有良好的控制性能。

柔性直流输电系统同极双阀组直流电压平衡控制方法

采用同极双阀组串联拓扑结构的特高压直流输电系统中,阀组的电气参数差异、电压/电流测量装置的误差都可能导致同极双阀组直流电压的不平衡,严重时将造成设备过压损坏。文中针对柔性直流换流站双阀组串联拓扑结构,在柔性直流阀组基本控制策略基础上,增加阀组均压调整量计算环节,并对有功外环控制及直流侧控制进行了改进,对功能投切逻辑进行分析,之后提出了柔性直流输电系统同极双阀组电压平衡控制方法。搭建了PSCAD/EMTDC模型进行仿真分析,结果表明所提控制方法在稳态和暂态工况下均具有较好的电压平衡控制效果,验证了其正确性和有效性。