一种新型五电平逆变器及其电容预充电方法

文章提出一种新型五电平并网逆变器,相比于其他五电平逆变器,在该逆变器中当输出电压为高电平时,电流只流经两个开关管,因此可以减小导通损耗。而且,文章提出针对该逆变器的改进型调制策略,可实现开关损耗的最小化。更进一步地,为避免在启动时由于悬浮电容电压未达到额定电压而导致的部分开关管应力过大的潜在风险,文章提出针对该逆变器的直流充电方法,可保证给各个电容安全充电的同时,使得所有开关管的电压应力都不超过其正常运行时所承受的电压应力。通过试验,该新型五电平逆变器拓扑和电容预充电方法的可行性都得到验证。

基于预充电电容的新型混合直流断路器

混合型直流断路器技术因速度快、可靠性高,是目前直流领域断路器的重要研究方向,但现有方案存在成本高、限流效果差等缺陷。为解决上述问题,该文提出一种基于预充电电容的新型混合直流断路器,故障转移支路主要采用晶闸管代替传统的IGBT,预充电电容的投入一方面可使得晶闸管强迫关断,另一方面可有效抑制故障电流。该方案在短路线路切除过程中,较好地抑制了故障电流,同时减少了全控器件的使用,大大降低了设备成本。文中详细描述该混合直流断路器的拓扑结构、工作原理、控制策略及与现有方案的经济技术性对比,并最终通过在PLECS软件中搭建仿真模型验证其可行性和有效性。

基于预充电换相电容的直流故障限流器

直流电网在电力系统中所占的比重越来越高,而直流电网中故障清除一直是研究的热点和难点。该文提出一种基于预充电换相电容的直流故障限流器,该限流器通过预充电换相电容实现限流电阻和限流电感的投入,合理利用电路原理和元器件特性实现限流器投入电网。同时,通过创新拓扑结构实现双向限流。该文对该限流器的拓扑结构、工作原理、控制模式和电气应力进行研究,阐明故障电流在限流器作用下发展的整个过程。并利用PSCAD/EMTDC仿真验证方案的可行性。研究结果表明,该文所提限流器能够有效抑制故障电流增长,减缓故障电流上升速度,并具有较好的经济性,适用于高压直流输电。

基于预充电换相电容的直流故障限流器

随着社会的发展,我国的科学技术水平不断进步。目前,直流电网在电力系统中所占的比重越来越高,而直流电网中故障清除 一直是研究的热点和难点。该文提出一种基于预充电换相电容的直流故障限流器,该限流器通过预充电换相电容实现限流电阻和限流电感 的投入,合理利用电路原理和元器件特性实现限流器投入电网。同时,通过创新拓扑结构实现双向限流。该文对该限流器的拓扑结构、工 作原理、基金项目:国家重点研发计划项目(2018YFB0904600);国家自然科学基金项目(51607065);科学技术项目(5500-201946135A-0-0-00)。 NationalKeyR&DProgramofChina(2018YFB0904600);ProjectSupportedbyNationalNaturalScienceFoundationofChina(51607065);ScienceandTechnolo gyProject(5500-201946135A-0-0-00).控制模式和电气应力进行研究,阐明故障电流在限流器作用下发展的整个过程。并利用 PSCAD/EMTDC 仿真验证方案的可行性。研究结果表明,该文所提限流器能够有效抑制故障电流增长,减缓故障电流上升速度,并具有 较好的经济性,适用于高压直流输电。

适用于MMC直流电网的源网配合式电容型直流断路器

为充分发挥模块化多电平换流器(modularmultilevel converters,MMC)的控制能力,解决直流断路器(direct current circuit breaker,DCCB)开断电流和开断速度要求高、造价昂贵等问题,文中提出一种适用于MMC直流电网的源网配合式电容型DCCB。预充电电容是该DCCB最主要的部分,安装于每条直流出线上。所提DCCB利用MMC主动调压控制策略,在故障期间自适应调节子模块投入数量,使换流器直流出口电压与预充电电容电压相等,从而为快速机械开关提供低电压、零电流分断条件。文中详细介绍所提DCCB的拓扑结构、MMC主动调压控制原理、所提DCCB工作原理及其控制时序,并给出所提DCCB元件参数的设计方法。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建四端MMC柔性直流电网模型,通过仿真及对比验证该方案的有效性。

组合电容型混合高压直流断路器的研究

为解决目前大多数混合式直流断路器的成本高、故障电流抑制效果差等缺陷,提出了一种组合电容型混合高压直流断路器。该断路器主要采用预充电电容构成站端部分和线路部分,其中站端部分安装于直流电网的换流站直流出口侧,线路部分安装于每条直流出线上。通过两部分预充电电压给载流支路提供无弧分断条件,同时有效抑制故障电流。在详细描述了所提方案的拓扑结构、工作原理、控制策略以及与现有方案对比后,通过在PLECS中搭建三端环网模型对其进行了验证。结果表明：该方案可实现故障线路的可靠切除,同时预充电电容的存在避免了母线电压崩溃,保证非故障线路的正常运行。特别地,在未来日益复杂的多端直流电网中,站端部分的公用将大幅降低电网的断路器设备成本,具有较好的经济技术特性。

适用于直流配电网的组合电容型直流负荷开关

直流负荷开关是构建直流配电网的关键设备。针对现有直流负荷开关附加设备多、体积大、控制复杂等缺点,文中提出组合电容型直流负荷开关拓扑,并分析所提拓扑工作原理、控制策略和参数设计。该负荷开关利用预充电电容构成源侧部分和荷侧部分。且多条直流母线出线上的负荷开关共用源侧部分,降低了设备体积和成本。切负荷过程中,通过源、荷侧电容的配合,给机械开关提供一个低电压、零电流的关断条件。最后在Matlab/Simulink中搭建仿真模型,对所提拓扑的可行性与有效性进行验证。结果表明,文中直流负荷开关能够可靠无弧关断负荷电流,保障直流配电网的安全运行,且所需设备成本低,有助于提高直流配电网的经济性。

基于电容换流的限流型混合式直流断路器

直流断路器是直流电网线路故障切除的重要装置,为提高直流电网在直流故障下运行的可靠性,针对断路器开断能力的高要求及成本较高、限流能力不强、故障隔离速度慢等问题,提出一种基于电容换流的限流型混合式直流断路器(capacitor commutation,current-limited hybrid DC circuit breaker,CC-CL-DCCB)拓扑,所提方案有正常及故障两种工作模式,依靠电容反向充电及阻感限流支路综合限流,有效抑制故障电流增长,使断路器跳闸时故障电流降低至3.71k A。所提方案具备故障清除后的重合闸判定能力,设有使电感短路及电容自然再放电的二极管组,可缩减故障隔离时间1.6ms,并降低避雷器吸收能量18.44MJ。对所提断路器拓扑进行了原理解析及理论推导,并在PSCAD/EMTDC中将其应用于四端直流电网进行仿真分析,与现有的直流故障保护方案进行性能及经济性对比分析,结果表明所提断路器具备一定优越性及可行性。

基于电容电压的并补输电线路自适应三相重合闸策略

并补的储能特性会增大三相跳闸后二次电弧持续时间的不确定性,尤其对于高阻故障而言,线路残余电气量衰减速度过快,将严重影响已有故障性质判据的可靠性,甚至导致线路重合失败。针对上述问题,摒弃以往以线路残余电气量为依据的思路,利用预充电电容对线路放电,根据电容放电电压变化特性判定线路故障类型。基于PSCAD/EMTDC平台的仿真结果表明,在不同故障类型、故障位置、过渡电阻下,所提自适应三相重合闸策略均能保证其判定准确性。

电容型直流断路器拓扑结构研究

高压直流断路器是多端直流输电及直流电网技术中的核心设备之一。文中对现有的各类电容型直流断路器进行了比较分析,指出了各类电容型断路器方案的优缺点及其应用场合;在此基础上,提出了一种基于预充电电容的组合式直流断路器方案;在详细描述了所提方案的拓扑结构、工作原理及控制策略后通过在PLECS中搭建三端环网模型对其可行性和有效性进行了验证;最后指出了电容型直流断路器未来的研究方向和需要解决的问题。

一种新型的n＋1混合式模块化多电平换流器拓扑结构及其控制策略

针对中压应用场合,提出一种新型的n+1混合式模块化多电平换流器(HMMC)拓扑结构。在传统单桥臂n个子模块的模块化多电平换流器(MMC)基础上,加入1个全桥子模块,使其电容电压控制为半桥子模块的一半,实现输出电压电平数由原先的n+1增长至2n+3。针对其结构提出一种混合式调制方式,在保证HMMC稳定工作的基础上,降低HMMC子模块的工作开关损耗。由于全桥、半桥子模块电容电压不一致,采用一种电容预充电方式,并对子模块电容电压建立数学模型,提出一种子模块电容电压平衡的控制策略。在MATLAB/Simulink软件中搭建仿真模型,仿真结果验证了所提拓扑结构和控制策略的有效性和正确性。

适用于直流电网的新型机械式直流断路器

直流断路器是保证直流电网安全稳定运行的关键器件。为此,提出了一种新型机械式直流断路器拓扑,并介绍了其工作原理以及参数设计方法。利用PSCAD/EMTDC仿真平台搭建了四端直流电网模型,仿真验证该直流断路器的故障电流和负荷电流开断能力。最后,将该直流断路器与其他3种典型的直流断路器进行了对比。仿真结果表明:快速机械开关的分闸时间为3.5ms时,该直流断路器开断时间<4ms。与传统机械式直流断路器相比,所提新型机械式直流断路器无需额外的预充电电源,可以更好地应用于直流电网。

一种具备自适应重合闸能力的混合式直流断路器

当柔性直流电网中的直流线路发生短路故障时,混合式直流断路器可以快速切断故障电流,从而实现故障隔离。然而,传统的混合式直流断路器的主断支路需要串联大量的绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT),使得经济成本较高,并且现有的混合式直流断路器多不具备故障性质判别能力。为了解决混合式直流断路器的成本高以及盲目重合闸问题,该文设计了一种具备自适应重合闸能力的混合式直流断路器。该断路器通过预充电电容电压与避雷器动作电压配合,降低了避雷器的动作电压,从而减少了避雷器两端并联的IGBT数量。此外,该断路器利用永久性故障和瞬时性故障情况下充放电支路中电流幅值的差异,实现了自适应重合闸。该文首先介绍了所提混合式直流断路器的拓扑结构及工作原理,然后对故障发展过程进行分析计算并给出了断路器元件参数和数量设计的方法,最后在PSCAD/EMTDC中搭建了四端柔性直流输电系统进行仿真验证,并与现有相关方案进行了性能与经济性对比,表明了该文方案具有较好的综合性能。

基于强迫过零技术的自换向高压直流断路器

为了提高混合式直流断路器开断能力、降低直流短路故障对系统的危害,提出了一种基于强迫过零技术的自换向高压直流断路器。该断路器利用晶闸管与二极管代替了关断支路的IGBT元件,并通过单个预充电电容和强制过零技术实现了切除断路器两侧故障,减少系统的安装成本。详细描述所提直流断路器的拓扑结构、工作原理,并通过动作时序和等效电路分析元件的参数取值方法,最后应用PSCAD仿真软件搭建三端环网模型对其进行仿真验证。结果表明,该方案可以实现故障线路的可靠切除,断路器经过一次预充电后无须再次充电即可恢复切除能力,具有较好的经济性。

一种改进型限流式直流断路器拓扑

针对目前已有混合式直流断路器拓扑中存在的成本高、故障工况下电流过大的问题,本文基于传统直流断路器拓扑提出一种改进型限流式直流断路器拓扑结构。该拓扑的限流支路在故障发生后接入电路,可有效限制故障电流上升;转移支路由晶闸管和IGBT串联组成,减小IGBT使用数量;采用预充电电容给晶闸管提供反压使其关断,并提出一种电容预充电方案。首先分析所提拓扑的工作原理,然后对其进行参数设计,最后在PSCAD/EMTDC中搭建仿真模型,与传统断路器拓扑进行对比,验证所提拓扑的可靠性和经济性。

适用于柔性直流电网的新型限流式直流断路器

混合型高压直流断路器凭借损耗低、速度快、高可靠性等优势,成为直流领域中的重要方向.而现有断路器在减少电力电子器件冗余方面的贡献有限,并且未充分挖掘断路器的故障限流潜力.为解决上述问题,文中提出一种兼备限流及开断功能的直流电网保护动作设备.利用晶闸管来替代传统断路器中IGBT的大规模使用;通过主动短路的方式进行引流,达到减小故障时线路开关的电压电流应力的效果;通过加入限流电感抑制故障电流的上升速率.最后,在PSCAD软件中将所提拓扑应用于四端柔性直流电网,并与传统直流断路器进行对比,验证了所提拓扑的有效性与经济性.