高压换流器辐射效应在线测试系统设计及应用

针对高压换流器类器件的电特性参数,设计了一种适合辐射效应在线测试的自动测试系统,适用于剂量率、总剂量与中子注量辐照试验中的参数测试。本文简述了系统测试功能和软硬件组成,并利用高压换流器SWM012RH完成了辐照试验测试验证。测试结果表明,检测系统能够完成主要参数的测试,高压测试精确度满足1%的要求,为开展高压换流器相关类型器件的辐照试验验证和抗辐射性能评估能力奠定了基础。

基于马尔可夫模型下的高压换流器运行的可靠性评估

柔性直流输电技术是未来输电技术发展方向,其具有占地面积小,谐波小,模块化等优点,因此受到广泛的关注。高压换流器作为高压柔性输电的关键器件,对其可靠性的研究具有十分重要的意义。本文在分析高压换流器中关键器件的结构以及其可靠性评价的基础上,利用马尔可夫模型对高压换流器的可靠性进行建模分析,得出其可靠性评估方法。

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系统的精确线性化变结构控制器设计

建立电压源换流器高压直流输电系统在同步旋转dq坐标系下的暂态非线性数学模型。为实现对这个非线性系统的控制器的直接设计,采用状态反馈精确线性化的方法,将非线性的数学模型转化成线性的形式。然后,运用变结构的控制方法,设计整流侧和逆变侧的控制器,从而实现直流侧电压恒定和有功、无功功率的独立解耦控制。最后,建立Matlab的仿真模型进行仿真分析,仿真结果表明所设计的控制器具有良好的暂态控制性能和较强的鲁棒性。

基于定量反馈理论的电压源换流器高压直流输电系统鲁棒控制器

PI控制是基于电压源换流器高压直流输电(VSC-HVDC)系统控制器的主流,但面对系统的不确定性时,PI控制器表现出较弱的运行性能。针对这一问题,在传统矢量控制策略的基础上,结合定量反馈理论,提出了一种新的鲁棒控制策略。该策略在设计中可以考虑相位信息,直观地权衡控制器复杂性与性能指标,设计方法简单,易于工程人员现场调节和操作。在不同的运行条件下,用PSCAD软件对控制系统进行了仿真,并与PI控制器下的系统性能进行对比。仿真结果表明,所设计的控制器具有良好的鲁棒性和动态性。

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。

电网故障时模块化多电平换流器型高压直流输电系统的分析与控制

电网故障条件下模块化多电平换流器型高压直流输电系统的控制策略是目前亟需进行的一个研究课题。为此,基于Kirchhoff定律,给出了描述模块化多电平换流器(MMC)交流侧和直流侧动态特性的通用动态数学模型。该模型不仅适用于交流电网对称状态,而且适用于交流电网不对称故障状态,并考虑了换流变压器漏感的影响。根据对称分量法将换流器的通用动态数学模型分解为包含正序和负序分量的2个子系统,引入了换流器的正序和负序电流矢量解耦控制器以及外环功率控制器,可以实现在交流电网正常以及故障状态下对模块化多电平换流器型高压直流(MMC-HVDC)输电系统的有效控制。设计了电网故障期间MMC输送功率的动态限幅控制,可以根据故障的种类和程度调节输送功率的限幅值,防止开关器件过载。指出了总直流电流在3个相单元之间的分配在交流系统对称状态下是基本均匀的,而在交流系统不对称故障状态下是不均匀的。仿真结果验证了所设计的电网故障时MMC-HVDC控制器的有效性和正确性。

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。

模块化多电平换流器型高压直流电缆过电压仿真计算和分析

在海底电缆运行中确保电缆安全是第1要务。为了更好地分析海底电缆过电压,依托舟山多端柔性直流输电示范工程,在PSCAD仿真软件中搭建了两端模块化多电平换流器型高压直流(MMC-HVDC)仿真模型,采用统计法对定海—岱山直流电缆操作过电压进行了仿真计算,确定了其最大过电压。针对MMC-HVDC输电工程的特点,分析了闭锁延时时间、直流电缆长度和中性点接地电阻对直流电缆过电压的影响。结果表明:闭锁延时时间<2 ms可以有效降低电缆过电压,电缆长度与铅套-铠装、铠装-地之间的过电压呈正相关性,中性点接地电阻对电缆过电压无明显影响。

基于状态方程的高压直流换流器直流回路阻抗计算及直流谐振抑制

基于状态方程的方法建立了高压直流换流器直流回路谐波阻抗的解析计算方法,采用MATLAB和PSCAD/EMTDC软件对直流谐波阻抗进行了建模和仿真计算,验证了所提方法的正确性,得到了换流器直流谐波阻抗的典型频谱。分析了直流谐波阻抗频谱与各控制参数的耦合关系,提取了影响直流谐波阻抗的关键控制参数,形成了基于控制参数调制的直流谐波阻抗调整和直流谐振抑制的方法,提升了高压直流换流器抑制直流谐振问题的效率和灵活性。

基于谐波状态空间的高压直流输电系统SISO阻抗建模及稳定性分析

近年来,电网换相换流器型高压直流输电(line commutated converter based on high voltage direct current,LCC-HVDC)系统的稳定性问题得到广泛关注,多位专家学者建议采用谐波状态空间(harmonic state space,HSS)等线性周期时变建模方法对其分析。然而,HSS不可避免地提高了建模的复杂度与维数,在面对大规模交直流系统时具有局限性。同时,LCC-HVDC包含多类型谐波耦合,各部分耦合对稳定性的影响大小尚未得到充分论证。为此,文中以HSS为底层理论建立LCC-HVDC的耦合阻抗矩阵,揭示高压直流输电系统内部的谐波耦合机理。进一步,通过多频电路等效思想,提出三相系统多维阻抗的降维方法,将耦合阻抗矩阵无损降维成单入单出阻抗,以此分析不同次数的谐波耦合对阻抗特性与稳定性的影响。结果表明,考虑到13次谐波截断可以有效提升高压直流输电系统阻抗模型精度,但对稳定性分析结果的影响小于忽略工况变化、简化逆变侧带来的误差。

基于R^2LC^2的中高压多电平UPQC拓扑评估体系

构建了一种基于R^2LC^2(可靠、冗余、损耗、特性、成本)的中高压多电平统一电能质量调节器(Unified Power Quality Conditioner,UPQC)拓扑评估体系。选定多种应用于UPQC的多电平拓扑结构类型,建立多电平UPQC拓扑结构的损耗模型、故障模型、仿真模型、冗余模型和器件模型,分别用以分析并形成损耗与拓扑关系、拓扑可靠性、暂稳态特性、系统稳定性、结构与成本关系的评价指标。结合五种评价指标的相互影响关系,建立层次分析模型,定量得到五种评价指标的权重系数,构造成对比较矩阵,计算排序权向量,全面分析多种多电平UPQC拓扑结构的整体性能,实现多电平UPQC拓扑结构的综合准确评估,提供多电平UPQC变流器拓扑结构类型的选择依据。选取级联H桥、模块化多电平变流器和换桥臂多电平变流器为实际应用范例,验证了所提评估体系的可行性。

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。

HVDC换流器采样—数据模型的改进

在研究高压直流(HVDC)系统的次同步振荡时通常采用换流器的准稳态模型,但其适用性尚存在争议。HVDC换流器的采样—数据模型能够反映开关电路的动态特性,但现有采样—数据模型中尚未对触发控制系统和触发小扰动延迟进行详细建模,为此文中建立了12脉冲换流器的改进采样—数据模型。基于等间隔触发方式和锁相环触发相位控制,给出了HVDC系统模型的具体形式。在小扰动分析时,触发控制系统输出的小扰动变化不能立刻作用于换流桥,而存在一定的延时,文中对此进行了详细分析,并由此改进了采样—数据模型。基于EPRI直流系统,分别采用特征值分析法和复转矩系数法将HVDC换流器的准稳态模型、采样—数据模型与PSCAD时域仿真进行了对比验证。结果表明,改进后的采样—数据模型更为准确,其计算结果与PSCAD仿真结果非常接近,适用于HVDC系统的次同步振荡研究。

一种实用的电压源型换流器及直流电网机电暂态建模方法

提出一种在大规模机电暂态仿真中建立电压源型换流器和直流电网模型的实用方法。阐述建立该模型的原则、各部分实现方法以及主要功能,并通过如下步骤实现所提方法。VSC换流器模型与机电暂态网络分别采用不同积分步长的模型接口;无源孤岛的频率控制方法;换相阻抗支路d、q轴电流解耦计算;考虑电磁特性的直流网络积分处理方法以及保证调节快速平稳的措施。给出完整的VSC换流器和直流电网解算流程。最后通过与PSCAD中搭建的MMC-HVDC电磁暂态模型对比等算例证明了所提方法的有效性。

基于动态相量法的改进多端模块化多电平换流器HVDC小干扰稳定模型

针对含多端模块化多电平换流器高压直流(MMC-HVDC)交直流混联系统的稳定问题,提出一种基于动态相量法的改进小干扰稳定分析模型。由于传统小干扰稳定模型均基于准稳态假定,因此难以反应电力电子型器件的快速动态过程。综合考虑多端MMC-HVDC有源及无源网络下的控制策略,推导并建立基于动态相量法的改进小干扰模型。建立含海上风电场的多端MMC-HVDC测试系统,并对比分析电磁暂态模型、传统小干扰模型及改进小干扰模型在动态响应下的精度及仿真时间。根据仿真结果,所提改进小干扰模型能够较好地跟随系统动态响应,预测系统振荡过程,并能显著削减仿真时间,其有效性和适应性得到了证明。

模块化多电平换流器电容电压的分布式均衡控制方法

子模块电容电压的均衡控制是模块化多电平换流器(MMC)的关键问题,通常的做法是在中心控制器通过排序法或附加控制量法集中实现电容电压的均衡控制,当级联的子模块数目巨大时,中心控制器存在占用计算资源过多甚至难以实现的问题。提出一种MMC子模块电容电压的分布式均衡控制方法,将电容电压的均衡控制环分散到各子模块控制器中实现,每个子模块控制器仅需要完成自身电容电压追踪桥臂电容电压平均值的控制,均衡控制环简单且占用计算资源小,当级联的子模块数目大幅增加时,中心控制器的计算资源变化较小。通过对基于MMC的双端柔性直流输电系统的RT-LAB仿真结果和物理试验结果验证了所提出的分布式均衡控制方法的正确性和有效性。

基于换流角的桥臂交替导通多电平换流器电容电压控制

桥臂交替导通多电平换流器(AAMC)的桥臂由多个全桥子模块和带有反向并联二极管的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)串联,通过上下桥臂轮流导通来输出多电平的正弦波。如何维持AAMC子模块电容电压稳定是AAMC研究的难点。从桥臂能量平衡的概念出发,建立了在特定角度进行上下桥臂换流实现桥臂子模块电容电压控制的能量平衡方程,提出了换流角的计算方法。通过桥臂最大导通电压的研究,提出了两个换流角的解与无功功率的互补特性。依据无功方向优化选择换流角,有效降低了桥臂最大导通电压,减少了桥臂所需子模块的数量。通过换流角与电容电压耦合机理研究,提出了局部线性化的电容电压一阶模型,以此为基础提出了换流角前馈与比例—积分(PI)控制相结合的电容电压控制策略,既提高了控制响应的快速性,又保证了电容电压的稳定性。通过PSCAD/EMTDC仿真验证了基于换流角的子模块电容电压控制方法的有效性。

基于暂态能量流的模块化多电平高压直流电网接地优化配置

对于采用架空线的基于模块化多电平换流器的高压直流(MMC-HVDC)电网,直流侧接地短路故障发生率高,严重危害电网安全。在各类影响因素中,接地方式对故障电流演化影响明显。该文从系统的宏观能量转移与耗散的角度提出了基于暂态能量流(TEF)分析的接地参数优化方法,对接地电阻、电抗参数及接地点位置等因素对MMC-HVDC电网直流短路故障电流的演化影响进行了分析。该方法以TEF抑制率和抑制效率为优化目标,以直流电网中接地阻抗参数取值、接地点为优化变量,同时考虑了中性线电抗和故障点的影响。该文选取四端双极MMCHVDC电网中的直流单极接地故障(PTGF)算例,基于PSCAD/EMTDC搭建了仿真模型进行分析和优化。仿真结果表明该参数优化方法能有效地指导接地参数的设计,抑制直流故障电流和健全极过电压。