高电压大容量IGBT换流阀设计与试验

IGBT换流阀是柔性直流工程的核心设备,在此梳理IGBT换流阀运行的典型问题,以渝鄂工程的±420 kV/1 250 MW IGBT换流阀为例,介绍了换流阀的电气设计、结构设计、冷却回路设计和防爆设计,对研制的±420 kV/1 250 MW IGBT换流阀开展了型式试验和爆炸试验。工程应用证明,所研制的IGBT换流阀设计合理,安全可靠,满足工程需求。     

柔性直流输电换流阀子模块现场测试装置设计

柔性直流输电的能量转换核心装置是柔性直流输电换流阀,柔直换流阀的基本组成单元是子模块,柔直工程换流阀的子模块数量众多,按传统逐个测试的方法需耗费数周时间才能完成检测,因此目前的柔直换流阀检修一般采用抽检的方式,存在漏检的安全隐患。为了快速检测换流阀子模块,根据子模块检测实验需求,设计了一套柔直换流阀子模块现场批量自动测试装置,采用10 kV直流电压源为阀段供电、子模块轮流导通关断的方式自动完成测试,并在鲁西工程广西侧换流阀阀段上进行了实验验证,实验结果表明该套装置可快速实现对柔直换流阀阀段级子模块的IGBT、触发回路、控制板卡等主要组件的测试。     

±500 kV海上柔直换流阀轻型化设计及仿真分析北大核心CSCD

海上柔直换流阀的尺寸重量直接关系海上换流平台设计制造、制造成本,换流阀轻型化设计将是产品主要攻克技术之一。文中通过分析±500 kV 2 GW海上柔直换流阀常规设计,对比分析传统支撑式换流阀的结构特征;从功率模块、阀段和阀塔3个层面分析轻型化柔直换流阀设计方法,并通过采用有限元法仿真验证其工程可实施性,凸显其技术优势,对海上柔直换流阀推广应用具有重大影响。     

半全桥子模块混合型柔性直流换流阀的充电策略研究与样机实验验证

介绍了基于半桥和全桥子模块构建的混合型柔性直流输电换流阀的拓扑结构特点和在不控充电阶段中的子模块电压分布;分析了半桥子模块存在充电电压较低导致的取能失败及充电不成功的问题;提出了一种用于混合型柔直换流阀的充电策略,并搭建了±10 kV/60 MW半全桥混合型模块化多电平换流阀样机对该策略进行验证。实验结果表明,该充电策略可以有效解决基于半桥和全桥子模块构建的混合型柔直换流阀充电过程中半桥子模块自取能失败问题。     

基于有限元仿真的柔直子模块母排优化设计

随着柔性直流输电技术的不断发展,柔直换流阀的设计也趋向于更加精细化。柔直换流阀子模块内部母排连接着核心器件绝缘栅双极型晶体管(IGBT)与直流电容,其作为主要换流回路,杂散电感是影响IGBT可靠工作的关键因素。此处以优化母排杂散电感为目标,通过对激励源频率和母排结构尺寸灵敏度进行分析,实现母排的优化设计。     

锡盟—泰州±800kV/6250A特高压直流输电换流阀优化设计及型式试验

锡盟-泰州直流输电工程是世界上首个将±800 kV直流输电容量由8 000 MW提升到10 000 MW,额定电流提升至6 250 A直流输电工程。介绍了该工程泰州站6 250 A换流阀组件主要技术参数,并重点介绍6 250 A换流阀电抗器通流的优化设计,阻尼回路优化设计,光纤冗余触发系统优化设计,组件水路优化设计。优化后的±800 kV/6 250 A换流阀通过型式试验,满足工程应用要求。     

柔性直流阻尼换流阀充电过程子模块均压特性

针对柔性直流阻尼换流阀系统,研究了充电过程中子模块的均压特性。并以舟山柔直桥臂阻尼恢复装置加装工程为研究背景,基于桥臂阻尼换流阀的设计原理,构建了能反映子模块取能电源及板卡功耗的子模块数学模型。通过理论分析阻尼换流阀充电过程子模块的不均压机理及影响因素,提出了相应的解决措施。仿真与试验结果验证了理论分析的正确性以及解决措施的有效性,为舟山柔性直流阻尼恢复系统加装工程的顺利实施提供了技术支撑。     

特高压直流输电系统晶闸管换流阀和换流变压器设计审核及验证(英文)

中国目前正在建设两个打破世界纪录的特高压直流输电工程,一是±800kV5000MW云南—广东直流输电工程,二是±800kV6400MW向家坝—上海直流输电工程。KEMA作为独立监理参与了这两项工程。文章叙述了为这两项直流输电工程所做的±800kVUHVDC晶闸管换流阀和换流变压器设计审核和验证遇到的一些技术问题。从设计审核和验证中发现,UHVDC换流变压器由于其模块设计而比晶闸管换流阀更具挑战性。KEMA对晶闸管换流阀和换流变压器的试验方法提出了一系列建议。     

±500 kV柔性直流换流阀外绝缘最小安全距离及海拔校正试验研究

张北±500 kV柔性直流示范工程首次构建了四端柔性直流电网,±500 kV是世界上现有的柔性直流输电的最高电压等级,±500 kV柔性直流换流阀是柔性直流输电的核心设备,由于张北地处高海拔区域,确定柔直换流阀外绝缘在高海拔地区所需要的室内最小空气间隙距离,对本工程和未来换流阀阀厅建设及阀厅内电力装置的布置方式有重要意义。在中国北京某特高压直流试验基地对±500 kV柔性直流换流阀外绝缘进行了操作冲击放电试验,得到其操作冲击放电特性曲线。通过比较不同的海拔校正方法,探讨和提取适用于±500 kV柔性直流换流阀外绝缘的海拔校正因数。最后依据试验得到的±500 kV换流阀外绝缘操作冲击放电特性曲线计算其在张北2 100 m海拔高度下所需要的最小空气间隙距离。     

新闻

<正>西电特高压柔直换流阀取得世界性突破7月6日,随着阀端间交直流耐压试验的完成,中国西电集团所属企业西电电力系统自主研制的±800kV/5000MW特高压柔性直流输电换流阀顺利通过绝缘试验及运行试验,各项指标满足IEC62501要求,这标志着目前世界上电压等级最高、容量最大的特高压柔性直流输电换流阀研制成功。该产品研制依托于南方电网科学研究院牵头的国家重点专项"高压大容量柔性直流输电关键技术研究与工程示范应用",中国西电集团作为特高压柔性直流输电换流阀研制的负责单位,积极推进研发工作,在系统     

一种晶闸管换流阀技术改造及工程应用

当前特高压直流输电容量越来越大,±800 k V/5 000 A特高压直流输电工程的额定容量已经达到8 000 MW,规划建设的后续±1 100 k V特高压直流工程容量可达11 000 MW,传输容量在受端电网所占容量比重也越来越高。在当前受端电网"弱交强直"的基本局面下,特高压直流输电工程运行的可靠性尤为重要。国家电网公司在运直流输电工程存在多种换流阀方案,近年来,某国外品牌技术路线特高压换流阀在运行过程中出现多次事故,给电网安全稳定运行带来极大影响,因此亟需对该方案换流阀进行技术改造,以提升其运行的稳定性和可靠性。结合工程实际,详细阐明改造方案,围绕其关键问题——晶闸管触发检测单元设计的缺陷,给出改造意见,并对相配套的阻尼电阻和阀模块绝缘配合重新进行设计,为验证改造方案的可行性,给出验证结果及型式试验结论。工程投运结果表明,改造后换流阀可靠性得到提高。     

±500 kV柔性直流换流阀电场分布及绝缘特性研究

采用静电场有限元数值方法,对自主研发的±500 kV柔性直流换流阀的内绝缘和外绝缘特性进行了分析计算。按照子模块最大保护电压,校核换流阀的内绝缘特性;按照阀支架雷电冲击试验,校核换流阀的外绝缘特性。计算结果表明,自主化±500 kV柔性直流换流阀阀塔内部空气中最大电场强度为1.017 kV/mm,屏蔽系统最大电场强度为1.619 kV/mm,底部支撑绝缘子处最大电场强度为2.941 kV/mm。以3 kV/mm作为起晕场强判据,雷电冲击试验下,阀支架无起晕现象。试验结果表明,采用当前换流阀设计方案,换流阀顺利通过型式试验,无闪络、击穿放电现象,冷却系统无损坏。研究结果为±500 kV柔性直流输电系统换流阀绝缘设计提供了参考。     

±800 kV特高压直流输电用6英寸大功率晶闸管换流阀

现如今,中国有多条±800 kV特高压直流输电项目正在建设或正在规划之中。较高的输电电压及其较高的稳态、瞬态过压而产生的晶闸管换流阀绝缘设计难点已在云南—广东±800 kV/5 000 MW直流输电工程中得到了研究和解决,但是在向家坝—上海特高压直流输电±800 kV/6 400 MW工程中,必须采用更大功率的晶闸管,才能满足额定电流4 000 A的要求。为了满足实际工程需要,基于硅片的新一代6英寸大功率晶闸管应运而生,同时,为了满足更高直流电流的要求,在晶闸管换流阀设计中,应用了相关新的设计技术。笔者介绍了向家坝—上海特高压直流输电工程中复龙站晶闸管换流阀设计,包括阀的结构、电气设计、机械设计、阀内部电器件选择等,另外,对6英寸晶闸管的特点作了介绍。复龙站换流阀型式试验已分别在德国西门子、中国西安高压电器研究院有限责任公司完成,试验结果表明,基于6英寸晶闸管的向家坝—上海±800 kV特高压直流输电工程复龙站换流阀设计可靠,可保证向家坝—上海输电工程复龙站换流阀的长期、可靠运行。     

菲律宾±350 kV直流输电工程换流阀研制

菲律宾Mindanao-Visayas±350 kV/450 MW高直流输电工程是我国的企业走出国门,输出中国高压直流(HVDC)输电技术的又一成功范例.在此结合菲律宾电网的差异和工程特点,系统介绍了±350 kV/450 MW工程换流阀的研制工作,从换流阀的基本参数、电气设计和结构设计3个方面分析换流阀的技术特点和性能指标.最后对研制的±350 kV/450 MW工程换流阀开展了型式试验,试验严格按照IEC 60700-1-2015标准,在业主NGCP、国家高压电器质量监督检验中心(XIHARI)和意大利CESI专家的共同见证下通过全套型式试验并实现工程应用.     

±1100 kV/12 GW特高压换流阀关键技术研究

随着特高压(UHV)直流输电技术的不断成熟和完善,输送容量又达到了新高度,总结了±1 100 kV/12 GW UHV换流阀设计所采用的关键技术,此处仅从换流阀关断特性研究、结温控制技术研究和型式试验展开分析,首先结合晶闸管特性和试验数据,提出了换流阀不同运行工况下反向恢复电荷修正函数;在此基础上根据换流阀内部拓扑结构,提出了晶闸管结温计算方法,建立了换流阀应力分析模型。所设计制造的±1 100 kV/12GW晶闸管换流阀,根据IEC 60700-1标准通过了全套型式试验,并应用于世界上第一条电压等级最高、输送容量最大的“昌吉-古泉±1 100 kV/12 GW UHV直流工程”,为后续UHV换流阀精益化设计奠定了良好基础。     

6250A/±800kV特高压直流换流阀设计

当前我国在运的直流输电工程额定电流最高5 000A,额定功率最高8 000MW。更大容量的2个6 250A直流输电工程已经开工建设。换流阀是高压直流输电的核心设备,介绍了即将应用于某直流工程的6 250A/±800kV特高压换流阀的主要技术参数、电气设计方案、结构设计方案以及阀控系统设计方案等,并重点介绍针对电流提升的优化设计。优化后的6 250A/±800kV换流阀性能优良、可靠性高,满足工程应用要求。     

±1100kV特高压换流阀直流耐压试验方法研究

为满足±1 100kV特高压直流换流阀绝缘型式试验实施,针对±1 100kV特高压换流阀直流耐压试验实施方法进行了研究,通过理论分析,仿真计算以及利用ANSYS有限元软件进行电场强度计算,依据现有试验条件,计算得出电场强度最大值为22kV/cm,低于空气击穿场强30kV/cm。若不考虑气候条件的影响,现有试验室空间、试验方法设计及设备满足±1 100kV特高压换流阀直流耐压试验的要求。完成了满足IEC标准特高压换流阀直流耐压试验要求的试验原理及试验方法研究,为±1 100kV特高压换流阀直流耐压试验的实施提供了理论依据。     

信息动态

正世界最大容量中压柔性直流换流阀成功投运2018年12月25日,世界规模最大的多端交直流混合柔性配电网互联工程在我国广东省珠海市唐家湾成功投运,标志着许继集团研制的±10 kV/20 MW中压柔性直流换流阀(以下简称"换流阀")在世界最大规模多端柔性直     

模块化多电平柔性直流换流阀寄生电容提取及分布特性研究

模块化多电平柔性直流换流阀的寄生电容是构成换流阀宽频等效电路模型的重要参数,影响换流阀内部瞬态电压分布是否均匀。为此,需要准确提取出换流阀的寄生电容。该文提出寄生电容的提取方法,并验证方法准确性;此方法结合换流阀的结构对称性,简化离散电容矩阵,详细给出基于有限元理论的电容容值计算公式。以国内某±420kV/1250MW模块化多电平柔性直流换流阀为例,对换流阀的寄生电容进行详细分类和计算,并给出其典型的电容值;获得换流阀的均压环和子模块自身及相互之间、以及对阀厅的电容分布特性。结果表明同层同阀段相邻子模块之间的电容值最大,约为100pF。     

高岭背靠背工程换流阀电气设计

高压直流背靠背工程的主要用途就是使不同电压等级和频率的两大交流系统联网,其中换流阀是换流站中的主要设备,它的作用是把交流电力变换成直流电力,或者实现逆变换.针对高岭背靠背工程±125 kV换流阀电气设计主参数要求,依据换流阀技术规范,通过模拟仿真分析计算,优化了的晶闸管参数,计算出单阀晶闸管串联数、阻尼电阻、阻尼电容、...