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。

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。

电压源换流器高压直流输电的控制策略及其参数优化(英文)

提出一种电压源换流器高压直流输电(voltage source converter based on high voltage direct current,VSC-HVDC)的新型控制策略。基于VSC-HVDC的稳态模型,通过坐标变换和变量代换推导出一组功率传输方程。结合PI控制器和非线性逆系统的思想设计了相应的控制器,并推导出在该控制器下VSC-HVDC的有功功率和无功功率的传输极限。从圆特性出发,在理论上证明所设计的控制器可以实现有功功率和无功功率的完全独立控制。采用Hooke-Jeeves算法对控制器的参数进行了优化。PSCAC/EMTDC下的仿真结果表明:采用优化后的PI参数,系统性能得到很大改善;而且所设计的控制器可以实现有功功率和无功功率的独立控制,并具有快速的响应速度、良好的稳定性和较好的鲁棒性。

特高压直流输电系统中送端LCC换流站的电压平衡控制策略

与高压直流输电相比,特高压直流输电拥有更高的电压等级,能够以更低的经济成本实现稳定、高效的大规模电力输送。该文针对特高压直流输电系统中送端换流站的高低压阀组所存在的电压不平衡问题,分析电压不平衡现象产生的机理,并提出一种基于电压变化量对换流阀组电流参考值进行动态修正的电压平衡控制策略。然后,基于PSCAD/EMTDC搭建特高压直流输电系统的电磁暂态仿真模型,通过在稳态时切除/投入电压平衡控制策略及送端功率阶跃和送端交流系统故障3种不同工况,观测系统的动态响应特性。结果表明,所提电压平衡控制策略简单有效,且在不同工况和不同交流系统强度下都具备较好的控制效果。

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。

基于电压源换流器的三端直流输电系统运行特性

为了研究不同直流网络拓扑结构下电压源换流器型三端直流(VSC-TTDC)系统的运行特性,建立环形和星形两种网络拓扑结构的电磁暂态分析模型,利用Matlab和PSCAD/EMTDC分别实现了不同拓扑结构下VSC-TTDC系统的直流潮流计算和电磁暂态分析,并对两种不同拓扑结构进行全面的对比。结果表明:环形结构具有可靠性高、星形结构经济性好;输电任务较重的场合应优先选择环形结构,对系统电磁暂态特性要求较高的场合应选择星形结构。

高压直流换流阀过电压分布及其影响因素分析

换流阀是实现高压直流输电的核心设备,其在运行过程中承受来自内部和外部的各种过电压。通过提取换流阀内的寄生电容参数和寄生电感参数,建立了过电压作用下换流阀的宽频等效电路模型。在此基础上,计算了换流阀在各种过电压(操作、雷电、陡波过电压)作用下阀层的电压梯度以及阀组件的电压分布,并对其影响因素进行了分析,得到了换流阀在各种过电压作用下电压分布的一般规律。研究结果表明,换流阀系统的寄生电容参数能够影响过电压分布的电压梯度,而换流阀内各元件的参数能够影响晶闸管两端过电压的大小。最后提出了一些改善措施。

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。

高压直流输电系统换流器技术综述

作为高压直流输电核心设备的换流器容量巨大、可控性强,对可靠性的要求很高。传统晶闸管换流器容量很大,但投资大、谐波严重。电压源换流器能弥补传统晶闸管换流器的部分缺点,其发展十分迅速。为了进一步推动换流器技术在高压直流输电系统中的改进研究和应用,针对传统晶闸管换流器、每极2组12脉动换流器、电容换相换流器以及电压源换流器等适合于高压直流输电的换流器,在详细介绍这些换流器的拓扑结构、基本工作原理、控制策略的基础上,对其技术特点和应用领域进行了评述。研究结果表明:长距离大容量高压直流输电仍然适合采用传统晶闸管换流器;电压源换流器在HVDC中有广泛的应用前景,是未来高压直流输电技术的重要发展方向。

直流输电换流阀杂散电容和冲击电压分布的计算

速变电压下的电压分布性能是高压直流输电换流阀的重要电气特性之一,而换流阀的杂散电容是导致速变电压不均匀分布的主要原因,因此对杂散电容的准确计算具有重要意义。提出一套换流阀杂散电容的计算方法,包括窗口截断技术、屏蔽效应和复用技术等。完成了相关理论推导,证明该方法的计算结果比实际电容值更大,结果是趋于保守和可信的。利用场路结合原理建立等效电路,并对冲击电压分布进行了计算。试验和计算结果表明,所提的杂散电容和电压分布计算方法是可行的。

±800kV/4750A特高压直流换流阀宽频建模及电压分布特性研究

直流输电换流阀的电压分布性能是其重要电气特性之一。它不但影响换流阀的可靠性,甚至也影响阀的成本。而电压性能的计算不但与分析方法有关,也受电路模型精确度的影响。针对±800kV/4750A特高压换流阀建立宽频电路模型,试验和仿真结果表明所建的宽频模型是可行的,并具有较高的精确度。此外,也就电路元件参数和杂散电容对该特高压换流阀电压分布的影响进行分析,并总结其中的关键因素。结果表明对于阀的电压分布性能来说,饱和电抗器设计和阀层对地杂散电容尤为重要。

高压直流输电系统换流阀保护技术分析

换流阀为换流站的核心设备,为确保实现高压直流输电安全、稳定、可靠实现整流与逆变功能,了解换流阀的控制保护系统十分重要。介绍了换流阀的各种保护技术,包括换流阀内部均压缓冲保护回路、正向过电压保护、反向过电压保护、电气量保护及外部保护,对换流阀保护的设计与运行维护有一定的参考。

伪双极LCC-VSC型混合高压直流输电系统向无源网络供电的研究

电网换相换流器高压直流输电系统(Line Commutated Converter based High Voltage Direct Current,LCC-HVDC)在功率传输特性、线路故障时的自防护能力、过负荷能力等方面均优于交流输电,但却无法向弱交流系统和无源网络供电。电压源换流器高压直流输电系统(Voltage Source Converter based HVDC,VSC-HVDC)可实现向无源网络供电的目的,但由于电力电子技术的局限性,VSC-HVDC系统投资成本过高。结合两者的优势,提出了一种新型混合高压直流输电系统(Hybrid High Voltage Direct Current,H-HVDC)。该系统的整流侧为两个6脉动LCC接一交流网络,逆变侧为三相二电平VSC接无源网络。在此基础上,对该H-HVDC的稳态数学模型、启动特性、稳态特性与暂态特性、单极闭锁进行了研究。仿真结果表明,该H-HVDC系统能实现向无源网络供电,且具有较高的稳定性,为混合直流的进一步发展提供了理论基础。

模块化多电平换流器型直流输电的建模与控制

分析了模块化多电平换流器(MMC)的电路结构和运行特性,指出了MMC每相上、下2个桥臂交流输出端是等电位点。将三相等电位点虚拟短接后,每相上、下2个桥臂换流电抗可以并联成一个电抗,与交流系统相连,其结构与传统电压源换流器(VSC)类似。文中据此得到了MMC的简化等效电路理论模型。根据该等效电路理论模型,MMC的控制可以直接使用传统VSC的控制策略。将传统VSC常用的矢量控制策略应用于MMC型直流输电系统。时域仿真结果表明,MMC每相上、下2个桥臂交流输出端的电位非常接近,验证了所提出的MMC等效电路理论模型的正确性。仿真结果也表明所设计的MMC型直流输电系统的矢量控制策略控制性能良好。

柔性直流输电系统换流阀无线电干扰特性仿真分析

为了对柔性直流换流站运行时产生的无线电干扰(RI)水平进行预测,以某柔性直流输电工程为背景,采用仿真计算的方法,首先分析了模块化多电平换流器(MMC)物理拓扑结构和运行机理,结合Hertz偶极子模型搭建了柔直换流阀阀塔FEKO电磁辐射模型。采用直接频域计算方法,通过PSCAD电力系统仿真软件仿真获得了换流阀上、下桥臂电压和电流的时域波形,通过快速Fourier变换计算得到换流阀在稳态运行时各点的阻抗频率特性,得到了仿真计算的阻抗参数。最后将典型IGBT导通关断时的波形作为仿真激励参数,利用基于以矩量法为核心算法的FEKO软件,分析了柔性直流换流阀在运行期间无线电干扰特性。研究结果表明:随着频率升高,阀塔产生的RI在数值上逐渐减小,方向性逐渐增强,阀塔横向侧场强明显高于阀塔纵向侧场强,仿真计算得到最大干扰值约75.10 dB,数值上未超出规定的干扰限值。该研究对实际的柔性直换流阀电磁兼容设计和电磁干扰防护具有参考价值。

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。

特高压直流换流阀分布电容分析与测试

分布电容是影响特高压直流换流阀冲击电压特性的重要因素,在换流阀设计过程中需要进行优化控制。提出特高压换流阀系统多导体分布电容复杂电路网络的等效简化方法,研究分布电容影响冲击电压特性的机理,分析通过改善分布电容实现多级串联单元均压设计的方法。在此基础上,提出特高压工程双12脉动换流阀多阀塔分布电容简化分析模型和理论计算方法。研究大尺寸、多分立导体装备的分布电容测试方法,提出实验室条件下阀厅边界条件等效方法,测量引线误差控制方法和测量导体排列组合方法,在特高压直流换流阀真型阀塔上开展分布电容测试,验证了理论分析方法的准确性,获得了分布电容特性。

高压直流输电系统开路电压的解析计算

高压直流开路试验是高压直流工程的一项重要试验,准确的原理分析及开路电压的计算是十分必要的。从换流阀的基本模型入手,详细分析了不带直流线路和带直流线路的开路试验中换流阀的导通情况,建立了开路电压可定量计算的等效电路。通过列写换流阀开通时等效电路的微分方程,建立换流阀关断时的拉氏变换电路,对不带直流线路和带直流线路工况下的开路电压进行解析计算,并阐述开路电压建立的基本过程和物理本质。最后,在PSCAD/EMTDC软件中利用CIGRE高压直流标准测试模型验证了所提公式的准确性。

用晶闸管宏模型分析换流阀内电压分布特性

晶闸管器件性能和缓冲电路参数会影响换流阀内电压分布特性。在晶闸管断态情况下进行换流阀电路参数选择,其结果明显具有局限性。用考虑二次效应、温度特性和反向恢复过程的晶闸管宏模型,对换流阀内的一个晶闸管模块与饱和电抗器的串联电路进行了动态仿真,分析了晶闸管器件参数分散性和缓冲电路参数对换流阀内电压分布特性的影响;同时还考虑了换流器换流时换流阀内电压振荡特性。