同步调相机对分层接入特高压直流输电系统的暂态过电压抑制作用研究

目前已有特高压直流工程采用分层接入方式,同时随着新能源发电占比的提高,送端电网面临着暂态过电压的问题,同步调相机可以抑制过电压,有必要深入研究同步调相机对分层接入特高压直流输电系统暂态过电压的抑制效果。建立了含同步调相机的分层接入特高压直流输电系统模型,理论分析了同步调相机对暂态过电压的抑制机理,针对降功率运行、双极运行双极闭锁、双极运行单极闭锁和高低端换流器同时换相失败4种不同工况,研究了不同台数同步调相机对暂态过电压的作用效果,最后提出了基于暂态过电压的短路比增量指标,定量评估了同步调相机对暂态过电压的作用效果。结果表明所提指标可有效定量评估同步调相机抑制暂态过电压的作用效果,当分层接入特高压直流输电系统整流侧交流系统短路比在3~8变化,投入1台同步调相机后整流侧交流系统基于暂态过电压的短路比增量为0.106~0.396,投入2台同步调相机后基于暂态过电压的短路比增量为0.251~0.788,因此,投入同步调相机可等效提高交流系统短路比,有效抑制送端暂态过电压。

直流电网用直流断路器短时电流试验方法研究

直流电网技术对设备提出了新的要求,具有快速开断能力的高压直流断路器是直流电网的核心设备,现有试验技术在功率方面不能满足直流断路器短时电流耐受试验的要求。为解决该问题,该文分析了在直流电网中直流断路器耐受的短时电流应力,提出了基于损耗及结温等效的试验方法及试验电路拓扑,搭建了PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真模型。并以张北工程康宝站为例,对直流断路器短时电流耐受试验进行了仿真验证。仿真结果表明:该试验电路能够有效地实现短时电流对直流断路器的应力考核,为试验平台的设计提供指导作用。

应用于海上风电接入的VSC-HVDC系统主网侧交流故障穿越的新型直流耗能装置拓扑

直流耗能装置用于海上风电系统主网侧交流故障时吸收风场注入的盈余功率。该文将现有直流耗能装置拓扑归纳为集中式和分布式电阻技术路线,并总结其电路结构、工作机理和控制策略。在此基础上,提出一种混合式耗能装置拓扑,它将2种现存的主流拓扑结合,兼具二者优点却避免了各自的缺点。新拓扑具有功率控制精度高、系统扰动小、子模块内部集成电阻功率低和开关器件损耗小等优点。其具有良好的EMI特性,并且子模块内分布式电阻的功耗降低了75%。最后,通过PSCAD/EMTDC仿真对比和RT-LAB实验证明了上述内容的正确性,同时也验证了所提控制策略的有效性。

500 kV高压直流断路器支架绝缘设计

我国正在建设500 kV张北柔性直流电网试验示范工程,500kV高压直流断路器是张北柔性直流电网的核心装备,其支架绝缘设计决定了断路器的经济性及安全性。根据经验设计了支架初始结构,建立了其电场仿真三维模型,采用ANSYS有限元仿真软件计算了初始支架表面电场分布,获得了支架表面场强集中点,针对场强集中点提出了电场分布优化方案。搭建了断路器支架试验平台(海拔约50 m),开展了不同电极和电压极性下支架操作冲击50%放电试验,获得了不同电极下支架的间隙系数,验证了电场优化方案的正确性。结合支架操作冲击50%放电试验结论,针对张北直流电网工程绝缘水平要求,估算了支架对地最小空气间隙,最小空气间隙设计为4.7 m。论文工作为工程样机设计提供了参考。

巴西美丽山Ⅱ期直流工程用饱和电抗器铁心损耗优化与特性分析

巴西美丽山II期直流工程在工作频率、换流器拓扑、环境温度等方面与国内直流工程存在较大差异,若直接套用国内工程用饱和电抗器存在铁心损耗大、温升过高等问题。此外,饱和电抗器运行时温度较高一直是影响换流阀可靠性的潜在隐患。因此,亟需开展饱和电抗器的损耗优化研究,保证工程长期运行的可靠性。以巴西直流工程为切入点,开展了饱和电抗器铁心损耗研究,给出了一种通过调整铁心气隙减小铁心损耗的优化方法,分析了损耗降低机理,研制了饱和电抗器样机,结合仿真和试验分析手段,研究了调整电感值后饱和电抗器电气特性,验证了该方法的有效性。该优化方法不会影响饱和电抗器的外部结构和阀塔的整体结构设计,因此具有工程兼容性高、成本低的优点。同时,提供的优化思路不仅适用于巴西直流工程,也为不同直流工程用饱和电抗器的可行性分析提供理论指导,支持特高压直流工程换流阀前期设计以及技术改造。

基于FPGA的直流断路器仿真建模与延时补偿算法

作为保证柔性直流系统安全可靠运行的关键设备之一,直流断路器在建立直流电网,提高电网运行灵活性和供电可靠性等方面发挥着重要的作用,对直流断路器的仿真建模研究十分有必要。为在节约计算资源的同时准确模拟断路器各部分的特性,提出了一种基于后退欧拉法的直流断路器等效简化方法。首先,在电力系统仿真软件PSCAD/EMTDC上验证了该等效简化方法的精确性。在此基础上,建立了基于现场可编程门阵列（field-programmable gate array,FPGA）的混合直流断路器等效模型,并在电力系统数模混合仿真平台上搭建了整套测试系统,同时采用了一种基于数据传输指数衰减的延时补偿方法,仿真结果表明此方法可以增加仿真系统的精度,并能满足电力系统数模混合多时间尺度多速率的实际仿真验证需求。

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。