柔直旁路开关误动试验

柔性直流换流阀运行时,因旁路开关误动引起的故障例如不能触发IGBT短路保护或IGBT短路保护失效,会造成直流输电系统换流阀旁路开关瞬间承受短路电流。此处根据乌东德工程换流阀的研制过程,首次提出一种利用换流阀旁路误动试验验证旁路开关承受瞬间短路电流后能够长期稳定通流,实现柔直旁路开关误动防爆和稳定通流。首先阐述了柔直换流阀旁路开关误动故障机理及其带来的危害,在此基础上提出了旁路开关误动换流阀试验验证方法,并通过试验原理分析和换流阀试验验证,评估了旁路开关耐受短路电流的能力。最后,设计试验电路进行了试验验证,成功在乌东德工程中实现工程化应用。

海上风电柔性直流输电及变流器技术研究

简要回顾国内外海上风电场研究开发与建设状况,分析了海上风电场柔性直流输电应用技术、变流器技术特点、技术关键及应用,结合上海风力资源情况,提出了海上风电柔性直流输电大功率变流器设计开发技术关键,以及海上风电场电气输送与并网技术等。

大容量柔性直流换流站阀厅联合建筑结构选型及优化

大容量柔性直流换流站工艺复杂,布置紧凑。由于阀厅联合建筑体量大且各区域使用功能不用,造成联合建筑不同区域的跨度、层高及荷载差别巨大。厦门柔性直流换流站阀厅联合建筑通过概念设计,合理设置结构缝,使整个建筑各单体结构明晰,受力合理,提高了结构的抗震性能,减小温度应力影响。同时,根据阀厅跨度大、高度高、荷载重的特点,联合建筑阀厅采用综合效益最优的全钢结构,满足规范对结构承载力和位移要求。此外,屋面采用以压型钢板为底模表面浇筑混凝土的组合屋面以利于抗风防水。

一种适用于远海风电直流汇集送出换流阀的拓扑及其技术经济性分析

高压直流送出技术是大规模、远距离海上风电开发的重要手段,送出换流阀是其核心装备。基于模块化多电平换流器(MMC)的交流汇集送出换流阀存在成本高、体积和重量大等问题,海上平台工程建设成本高,而基于直流变压器(DCT)的直流汇集送出换流阀有望解决这一问题。首先,通过分析直流汇集送出换流阀的技术特征和可行的拓扑结构,明确了采用容性能量转移型直流变压器(CET-DCT)构成直流汇集送出换流阀,具有成本低、体积和重量小、效率高等特点。然后,进一步将CET-DCT拓扑改进为适用于工程应用的双极拓扑,介绍了所提拓扑的基本工作原理,并搭建了仿真模型和实验平台,仿真结果和实验结果充分验证了拓扑的可行性。最后,与基于MMC的交流汇集送出换流阀拓扑综合对比表明,基于CETDCT的直流汇集送出换流阀技术经济性更好。

机组协同-分布卸荷的风电场-柔直并网系统故障穿越方法

为降低风电场-柔性直流并网系统在交流主网发生低电压故障时的穿越成本,提出一种直流耗能装置与风电机组卸荷电路协同作用的电网故障穿越策略,在电网故障时送端换流器配合风电场快速降低直流功率输出。由于直流耗能装置仅在故障发生的前期、风电场输出功率下降前起到限制直流电压升高的作用,该策略能够显著降低直流耗能装置的体积。在此基础上,该策略将直流耗能装置中的耗能电阻分散置入到受端模块化多电平换流器中,进一步降低了卸荷成本。最后,在PSCAD/EMTDC仿真软件中,构建了风电场-柔性直流并网系统的仿真算例,对所提出的故障穿越方法的正确性和有效性进行了验证。

基于MMC的柔性直流输电换流阀试验系统设计

换流阀是柔性高压直流输电工程中完成电能变换的核心模块,其运行可靠性直接关系到整个直流输电系统的稳定性,因此需对换流器阀进行严格的型式试验。运行试验是型式试验的重要一环,主要检测换流阀对电流、电压和温度应力的耐受情况。依据模块化多电平换流器(MMC)型电压源换流阀实际工程运行工况,采用等效试验的方法,设计了一种基于MMC的柔性直流输电换流阀试验系统,可对换流阀的稳态工况和暂态工况进行模拟,进而实现对换流器阀的导通、关断和有关电流特性的检验。详细介绍了基于MMC的柔性直流输电换流阀试验系统的主回路和控制系统设计,并以实际工程换流阀组件为试验对象,验证了所设计的基于MMC柔性直流输电换流阀试验系统的正确性和实用性。

一种柔直换流阀及阀控运行状态智能监测方法

设计了一套智能监测分析系统,用于采集柔性直流换流阀及阀控系统的运行状态数据,并对采集到的数据进行缓存、故障特征提取、特征分析处理,并具备人机交互功能。通过数据采集及处理、分析,该系统能将柔性直流换流阀及阀控的运行状态以图形的方式呈现,突出展示故障点,进而达到提升换流阀及阀控运行状态的智能化监测水平的目的。同时,将故障分析的评估方法量化,有利于更好地观察换流阀及阀控运行状态。此分析系统已完成软硬件设计,并在渝鄂直流背靠背工程上进行了测试验证。测试结果表明,该系统可实现对柔性直流输电换流阀及阀控系统运行参数的在线监测和智能分析,为换流阀可靠运行提供了一种有效的监测手段。

海上柔直换流阀塔运行期间的振动性能研究

海上换流阀在运行期间的安全性关系到海洋风电的有效输送。为研究支撑式海上换流阀塔运行期间的结构响应,依据某工程中的海上柔直换流阀建立有限元模型,通过模态分析和时程分析,研究了换流阀塔的自身振动特性和在环境荷载作用下的动力响应。结果表明,换流阀塔弱轴振动方向为连接前后两个单塔的方向,外荷载作用下将在此方向产生较大动力响应,换流阀塔运行期间的最大位移和最大应力均满足安全要求。

海上风电柔直系统送端电网故障过电压机理分析及抑制策略

为应对送端交流电网故障时的过电压问题,分析了风场-柔性直流输电系统送端交流电网故障过电压产生机理,并提出了过电压抑制策略。首先,建立了不同电网故障下换流变压器网侧及阀侧电压的数学模型,研究了模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)控制策略对于电网电压的影响机理,及电网过电压导致MMC出现的过调制问题对于系统控制性能的影响;在此基础上,提出了一种过电压抑制策略,能够在不引入负序电流的条件下有效抑制系统的过电压水平,且能够在故障线路切除后加快电网电压的恢复速度;最后,基于PSCAD/EMTDC仿真平台构建了风场-柔性直流输电系统模型并进行了仿真研究。研究结果表明:所提出的送端交流电网电压数学模型能够准确反映系统的故障特性,所提出的过电压抑制策略能够实现预期控制效果,有利于系统在故障发生及恢复过程中的稳定运行。

电容放电装置研究

以柔直系统断电后,换流阀子模块电容存在残余电荷,如何快速放电这一难题为研究对象,进行了电容放电原理研究、放电方案对比,并进行了整个放电系统和放电装置的设计,对电阻、气缸及接插件进行了选型设计。最后,制作了电容放电装置,并进行了放电对比试验,结果表明:引入电容放电装置可以快速达到放电的目的,放电速率是自然放电的20~25倍,满足使用要求。

±525 kV/2 GW海上风电柔性直流送出系统海上换流站设备选型探讨

随着海上风电向大容量、远距离的不断发展,送出系统采用柔性直流将逐渐成为一种主流方案。文中基于荷兰TenneT电网公司IJmuiden Ver±525 kV/2 GW海上风电柔直送出技术咨询项目,结合海上换流站的布局特点、环境条件和运维要求,介绍了海上换流站主要电气设备的结构及运行方式,并重点分析海上换流站内主要电气设备的选型方案,对同类型工程设计和应用提供了参考。

基于Flowmaster的柔性直流换流阀水路仿真研究

冷却水路是柔性直流(柔直)换流阀的重要组成部分,各支路流量分布是否均匀将直接影响柔直换流阀的可靠运行。此处基于一维流体仿真软件Flowmaster对柔直换流阀塔主进出水管分布进行研究,并与试验结果进行对比,验证了仿真计算的准确性,并为柔直换流阀冷却水路设计提供一种设计验证依据。

高压柔性直流换流阀工业设计

为提升柔性直流换流阀的产品质量和附加值,研究其工业设计方法具有重要意义。分析±320 kV柔性直流换流阀子模块、阀模块、阀塔的设计方案,从功能、结构、造型、人机、装配、成本、涂装等方面提出合理的设计方法。采用技术和设计并行的设计流程,基于功能和人机工程学的“减法”设计方法对±500 kV换流阀进行工业设计创新,通过分析与实验验证,设计方案应用于工程样机。通过对比分析总结出的工业设计方案,可以从知识角度保证设计方案具有更优的质量;同时将工业设计融入高新技术研发过程,对产品设计创新和新技术产业化具有重要影响力。

竖向地震对柔性直流换流站大跨度阀厅结构影响分析

柔性直流换流站阀厅常常采用大跨度钢结构,由于阀厅结构的复杂性和重要性,应对其竖向地震响应进行分析。依托厦门柔性直流换流站工程,采用弹性时程分析法对大跨度阀厅结构的竖向地震响应进行计算分析。结果表明,不同于水平地震,竖向地震对阀厅屋盖弦杆及钢柱的轴力影响较大,其对重型屋盖阀厅结构的影响比轻型屋盖阀厅结构更为显著。此外,通过对不同跨度的重型屋盖阀厅钢结构在不同场地类别下的竖向地震响应的试算,推荐该类结构在7度0.15g时竖向地震影响系数可偏安全的取0.08。

基于MPC局部约束的压接式复合绝缘子建模研究

目前国内柔直换流阀全部采用支撑结构型式,支柱绝缘子是支撑结构的核心部件,其力学性能对柔直换流阀整体结构特性影响显著。由一次整体拉挤成型的大直径芯棒和法兰压接而成的复合支柱绝缘子强度高、韧性好,在现有柔直换流阀中广泛应用。对于压接式支柱绝缘子有限元模型的构建大多采用法兰面与芯棒表面直接刚性连接,这使得仿真模型刚度与实际模型偏差过大,模型失真。基于此,本研究提出了一种基于MPC(Multi-Point Constraints,多点约束)的新型压接复合支柱绝缘子有限元简化模型,准确的模拟出工程实际中芯棒与法兰的压接区域,并通过静力试验以及振动特性试验验证模型的可靠性。研究表明,有限元仿真结果与试验结果相差均在5%以内,可见基于MPC局部约束的有限元建模方法应用在压接复合支柱绝缘子上是十分可靠的。基于所提出的模型,进一步探究了法兰的高度和厚度对复合支柱绝缘子力学性能的影响。结果表明,在绝缘子加强筋高度(非压接区域)一定时,法兰高度的变化对力学性能的影响作用可以忽略;而在法兰压接工艺允许的厚度范围内,法兰厚度增加会大幅降低绝缘子的最大弯曲应力,增加其安全裕度。这为压接复合绝缘子的设计提供了较好的设计思路。

海上柔直换流阀塔海上运输的加固措施

为研究海上柔直换流阀塔在海上运输过程中的强度及加固措施的有效性,依据某工程中的海上柔直换流阀塔建立有限元模型,结合自身振动特性研究换流阀塔在海上运输过程中的动力响应,分析了采取加固措施后的减振效果.结果表明,换流阀塔在连接前后两个单塔的弱轴方向顶部接线端子处出现较大位移,沿该方向采取加固措施后,同方向位移明显减小,各部位应力在满足安全要求的基础上进一步降低,加固措施效果明显.