基于IGCT抑制换相失败的关键控制策略

针对基于电网换相换流器的高压直流(LCC-HVDC)输电系统因以晶闸管作为换流器件而存在的换相失败问题,以集成门极换流晶闸管(IGCT)在中国某背靠背高压直流工程中的应用为基础,首先介绍了IGCT型高压直流的拓扑及基本运行原理。接着,从兼顾换相失败抵御效果和IGCT阀的关断应力角度,提出了适应IGCT阀的关断策略。在此基础上,研究了不同类型交流故障对故障电流峰值的影响,提出了利用故障扰动系数动态调整电流控制器参数的策略,实现故障电流抑制和故障期间直流功率的稳定输送。最后,通过实时数字仿真(RTDS)验证了所提策略的正确性和有效性。

HVDC换流阀复合等效电路模型研究

高压直流输电(HVDC)近年来在我国的电力系统中所占比重呈现显著增长,针对HVDC换流阀的相关研究成为其中的重点。晶闸管的结温及其冷却变化影响其工作特性及其使用寿命,然而结温和冷却温度由于模型复杂难以直接测定。因此本文提出通过改良和完善考尔(Cauer)网络模型,将晶闸管自身的热阻抗特性和冷却系统结合成为一个等效电路,分别模拟了晶闸管内的铜、钼、钨、硅等热阻抗体特性以及常用的水冷套阻抗。此外,增加了散热器的暂态阻抗特性分析,补充了晶闸管在暂态过程中散热的情况。计算结果显示新的模型能够更好地反应晶闸管真实的阻抗特性,验证了新模型的精确性。

SVC/TCSC和HVDC之间交互影响分析

SVC和TCSC属于两种不同连接类型的FACTS装置,它们与HVDC系统之间可能的交互作用是人们所关心的。以3机9节点交直流系统作为试验系统,通过改变电气距离和直流传输功率,采用稳态的和动态的相对增益矩阵(RGA)方法分析串联型TCSC和HVDC、并联型SVC与HVDC两种交互影响,找出出现RGA峰值的系统敏感频率。研究结果表明,TCSC对直流功率的变化较为敏感;SVC/TCSC与HVDC交互影响随着电气距离的增大和直流传输功率的减小而减小。。

用于HVDC晶闸管模块运行试验的新合成试验回路

现代晶闸管阀的高额定容量使其难以在试验室用背靠背试验回路进行试验,用合成试验回路对晶闸管阀的设计进行验证是一种替代方法。设计合成试验回路的核心在于,如何正确地再现作用在晶闸管阀上的负荷。为此,重点描述了换流阀在4种运行状态下的电压和电流负荷。ABBPowerSystems开发了一种新的合成试验回路,正确地再现了运行中施加在HVDC晶闸管阀上的电压和电流负荷。验证试验表明,该回路的设计是成功的。

HVDC换流阀非周期触发试验方法

高压直流输电(HVDC)换流阀单阀非周期触发试验是换流阀绝缘型式试验中的难点。按照IEC 60700-1标准要求,通过对实际应力的分析及试验电路拓扑的设计,给出了满足工频补能型换流阀要求并可兼容换流阀抗电磁干扰试验的试验电路。在上述研究的基础上,顺利完成了宁东-山东直流输电工程±660kV HVDC换流阀的非周期试验,复现了工程中的非周期触发电压、电流应力。试验电压峰值达685kV,电流峰值为8.1kA,最大电流变化率达到1.4kA/μs,均满足实际工程中非周期触发试验应力的要求,并考验了换流阀的电流和电压耐受能力。试验结果表明宁东工程换流阀能够耐受规定的非周期触发应力。该试验电路设计合理,准确反映了晶闸管导通后前10μs的电压、电流应力,并实现了各强应力源μs级的时序配合。

基于晶闸管的高压直流输电(HVDC)仿真系统研究

本文在介绍高压直流输电(HVDC)的结构和工作原理基础上,利用Simulink模块对基于晶闸管HVDC系统进行实验仿真与建模,并分析其稳态特性,对稳态和直流线路故障建模分别进行实验仿真,并得出相应的仿真波形,以此来验证模型的准确性。

抑制直流输电换相失败方法研究

通过剖析换相失败机理,分析发生换相失败的主要原因是基于电网换相换流器的高压直流输电采用的换流元件晶闸管为半控型器件。当关断角小于其固有极限关断角时便会发生换相失败,换相失败会引起换流变压器直流偏磁、换流阀过热、送端电网过压和发电机组脱机等问题,严重情况下可能进一步导致直流闭锁,存在引发大面积停电的风险。整理并总结已有的抑制换相失败的措施,并对这些措施进行分类阐述,一是通过修改控制器定值,二是通过增加额外的组件或设备抑制换相失败,三是进行换流器拓扑局部改造,最后指出了亟待研究的问题,为当前及今后的研究提出可行的技术思路。

高压直流换流阀阻尼电容全工况试验方法研究

阻尼电容是直流换流阀的重要组成部件,起着抑制晶闸管关断过电压和提供晶闸管控制单元能量等作用,其运行可靠性决定着换流阀的安全稳定运行,需要对其全工况下运行性能进行考核,而电压、电流及其变化率峰值的复现是关键。为此,提出了一种基于全桥子模块级联的电路拓扑及其控制方法,实现了输出电压波形可实时控制,仿真验证了整流、逆变和90°暂态运行工况下阻尼电容电气应力。基于所提出的电路拓扑,研制了波形可编程控制电压源,试验复现了整流、逆变和90°暂态运行工况下阻尼电容电气应力。提出的试验方法和研制的试验平台能验证直流换流阀阻尼电容全工况下的长期运行可靠性,为换流阀安全稳定运行提供了支撑,同时还可验证其它应用场景下的电容全工况下的长期运行可靠性。

背靠背直流换流站晶闸管换流阀的选择

介绍了一种背靠背常规直流换流站的接线方式,重点分析了换流站核心设备换流阀的选取方法。通过调研分析和技术方案比较,从晶闸管换流阀的组部件组成、投资占比、损耗等方面,对比了6英寸/5000 A晶闸管换流阀和5英寸/3125 A晶闸管换流阀的技术差异。从空气净距选择、阀厅尺寸选取、换流区布置方案及造价投资等方面进行方案比较。最终确定采用6英寸/5000 A晶闸管换流阀的技术方案,在布置方案、造价投资、运行损耗等方面均更具优势。

直流输电用大功率逆阻型IGCT器件关键技术研究

受限于大功率可关断器件的发展,高压直流输电用可控关断的电流源型换流器(current source converter,CSC)一直未取得实质性进展。该文首先介绍基于换流器级联的CSC拓扑方案,搭建250kV/750kW的直流输电仿真系统,提取逆阻型集成门极换流晶闸管(revere blocking integrated gate commutation thyristor,RB-IGCT)器件应用于直流输电系统所应满足的技术要求;其次,分析低通态压降、损耗优化和高du/dt和di/dt的RB-IGCT器件关键设计方法。最后,对研制的4500V/3000ARB-IGCT关键核心参数进行实验验证。研究结果表明,所研制的RB-IGCT器件可以满足CSC的要求,是构建CSC的可行路线。

特高压直流输电换流阀运行试验合成回路研究

为了确保特高压直流输电用换流阀运行的可靠性,建立合成试验回路对换流阀组件进行运行试验非常重要。根据IEC60700-1标准,运行试验仅需对≥5个晶闸管级实施即具有足够的代表性。在用PSCAD仿真研究中国第1个能满足±500kV/3000A直流输电换流阀运行试验的50kV/3600A合成回路的基础上,根据其设计参数,搭建了按比例缩小的物理模型,在该物理模型上成功地通过了所有试验方式的调试,充分验证了设计的正确性;该合成试验回路能实现IEC标准规定的所有型式试验项目,即:最大连续运行方式试验、最大临时运行方式试验(α=90°)、最小交流电压试验、暂时欠电压试验、断续直流电流试验、恢复期间的瞬态正向电压试验、阀故障电流试验。基于此,仅需通过对电流源部分的扩容改造,就能实现±800kV直流输电换流阀的运行试验项目。

高压直流输电晶闸管阀开通的电流应力分析

高压直流输电晶闸管阀开通产生的电流应力是其电气特性研究的重要内容之一。对阀开通电流应力分析的原有电路模型进行了改进,并对阀开通的暂态过程进行较为详尽的分析。分析把把开通过程分为3个阶段进行,并推导出各阶段晶闸管阀开通电流应力计算的非线性微分方程组,采用龙格-库塔法对方程组进行计算;此外对晶闸管阀换相开通的电流应力及其影响因素进行较为全面深入的分析,最后得到各种运行条件和各类电路参数变化时开通电流应力的变化情况,并总结出其中的关键因数。

高压直流晶闸管阀故障电流下反向电压特性的分析

为分析高压直流晶闸管阀故障电流下的反向电压特性,采用电路拓扑模型分析法,建立了故障电流下反向分析的数学模型,并建立相应的试验模型对分析方法进行验证。对晶闸管结温、阻尼电阻电容参数、电流变化率和正向电流4个参数的影响进行了分析,并用数学模型进行仿真计算。分析结果表明:晶闸管结温、电流变化率和正向电流均可导致反向恢复电荷的改变,从而对反向恢复电压造成影响;阻尼电阻电容一定时,有唯一阻尼电阻使反向电压最小。结果验证了该仿真分析方法的可行性,且具有较高的精确度。

载流子寿命与高压晶闸管反向恢复特性的关系

掌握晶闸管反向恢复特性对改进晶闸管换流阀电压分布、降低换相失败具有重要意义。为研究晶闸管的反向恢复特性,文中从外部电路条件和内部物理设计参数两个方面,通过实验方法对高压晶闸管的反向恢复特性作了较为深入的探讨。实验研究了工频电流对高压晶闸管反向恢复过程的影响,并将器件的外特性与内部物理过程相联系,通过分析反向恢复时间与载流子寿命的关系,得到少数载流子(简称少子)寿命对高压晶闸管反向恢复特性的影响规律,并分析了反向恢复特性对晶闸管阀暂态特性的影响。结果表明,在正弦电流波形和大注入的情况下,少子寿命与反向恢复存储时间相近;影响反向恢复特性的主要因素是少子寿命,高压晶闸管串联应满足少子寿命相等或近似的条件。

晶闸管换流阀冲击电压特性研究

以灵宝背靠背高压直流输电用120kV光控晶闸管换流阀为研究对象,应用现代电路理论的状态方程分析方法,求解了单阀在冲击电压激励下阀内电抗器和晶闸管的电压特性,并给出了仿真结果。试验结果表明,仿真研究是成功的。

晶闸管换流阀特殊运行试验项目实施方法与故障分析

大功率晶闸管换流阀试验的目的在于验证其符合设计准则与标准要求,并确保晶闸管换流阀在正常与故障条件下均能完成即定的工作目标而不致于损坏或影响到所接入的电网系统。合成试验回路法因接入方式灵活、环保节能等优点成为各试验机构及生产厂家首选的试验方法。笔者基于合成试验回路介绍了晶闸管换流阀特殊试验项目的实施方法并比较了不同方法之间的差异。得出断续直流电流试验中,电流源法等价性好,但电压源法严酷性及零电流持续时间的可调节性好;暂态欠电压试验中,电压源法的等价性及可控性优于水电阻法;最后介绍了故障电流试验可能出现的故障现象并分析了故障原因,为晶闸管阀生产制造与试验技术人员提供参考。

反向恢复电荷分散性对直流换流阀的影响

直流换流阀是直流输电的核心设备,它的设计性能直接影响整个直流系统的优劣。而晶闸管的反向恢复特性是阀设计时考虑的重要因素之一。为满足耐压要求,换流阀需多只晶闸管串联,但每只晶闸管的反向恢复电荷均不同,这种电荷分散性将引起晶闸管级端电压的不同。首先分析直流换流阀关断时刻反向恢复电荷差异对晶闸管级端电压的影响。在此基础上,分别分析反向恢复电荷分散性对阀最小触发电压和最小关断角的影响,推导其理论公式,并通过仿真验证公式的准确性。最后,得出在系统条件一定的情况下,阀设计时对所选用晶闸管的反向恢复电荷分散性的一般要求。

大区电网互联对电力系统动态稳定性的影响

研究了由区域电网间互联形成的互联电网动态稳定性的特点、低频振荡产生的原因,提出了互联系统动态稳定性的控制策略,并提出以下结论:励磁系统中自动电压调节器的负阻尼作用仍然是互联电网发生低频振荡的主要原因;PSS已被证明是阻尼低频振荡的最有效、经济的装置,对本地振荡模式和区域间振荡模式均有很好的效果;直流调制、可控串补及可控静补对改善系统阻尼可有重要作用,今后应对这些领域进行更多的研究。

用于换流阀运行试验的新型控制保护系统

介绍了一种应用于直流换流阀运行试验的新型控制保护系统。该系统由人机接口、调节、保护、阀基电子等11个功能单元组成。在该系统内部有3条独立工作的CAN总线,用于在各功能单元之间传输大规模的数据。通过控制一次电路中的晶闸管阀及球隙,该系统能在试品阀上产生各种电气和热应力条件,从而完成IEC60700-1要求的全部运行试验。同时,该系统还实时监视一次电路电压、电流的数值,断路器、水冷系统及本控制保护系统自身的工作状态,一旦发现异常,将采取措施,保护一次电路的安全。基于该系统成功完成了宁东—山东±660kV直流输电工程的换流阀运行试验,试验结果验证了系统的可靠性和有效性。

直流换流阀抗震分析技术的研究

直流换流阀是直流输电的核心设备,它的结构抗震性能直接影响整个直流输电系统的地震安全性。而阀结构的抗震性能是阀结构设计时考虑的重要因素之一。阀结构采用避震设计,建立阀三维有限元模型,考虑铰接处旋转刚度影响,建立理想阀结构和改进阀结构模型,且对理想模型用两种程序计算。首先计算两种阀结构的动力特性,分析影响动力特性的主要因素;其次利用时程分析研究了它们在水平和竖直激励下的阀结构响应。结果表明,阀结构具有较好的避震能力,在水平地震作用下可能发生低频振荡现象,改进的阀结构改善了阀体在水平地震作用下的结构位移变形。