柔性直流输电换流阀功率模块自动测试仪设计

换流阀是柔性直流输电工程中完成电能变换的核心单元,采用模块化多电平技术路线的换流阀由功率模块串联组成。由于功率模块数量庞大、电气拓扑复杂、电容容量大、电压高,因此对其关键元件参数的测量难度较大。为便于现场检修,功率模块的测试装置需要方便携带到阀塔上。根据柔性直流输电换流阀功率模块的特点,设计了一种便携式自动测试仪,可实现对功率模块电容、电阻、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、旁路开关等主要元器件的全面自动检测,详细介绍了测试仪的软件和硬件设计方案。以许继集团研制的功率模块为测试对象,验证了所设计的测试装置的正确性和实用性。     

一种柔性直流输电阀控测试系统设计与实现

设计了一种模块化多电平柔性直流输电阀控测试系统,包括极控模拟装置、换流站主电路信号发生装置、换流阀子模块模拟装置和监控后台等。该测试系统可以在不使用极控系统和换流阀本体的条件下,完成对模块化多电平柔性直流输电阀控系统的基本功能测试,包括子模块电容电压的读取和状态监视、均压控制、阀控对子模块故障处理逻辑、阀控自身故障处理逻辑、系统电压电流的采集等。仅需调整子模块模拟装置的接口数量,即可满足不同容量和电压等级的柔性直流输电阀控系统测试需要。对MVCE 300型柔性直流输电阀控系统进行了实际测试,测试结果表明,该测试系统可以满足柔性直流输电阀控设备厂内调试的需要。     

柔性直流输电换流阀运行状态在线监测系统设计

设计了一套柔性直流输电换流阀运行状态在线监测系统,通过对换流阀子模块的电容电压、IGBT开关频率、温度以及阀冷、阀控等运行参数的在线监测,实时分析并预测换流阀的运行状态。提出了一种基于专家数据库的故障预测方法,可根据在线监测到的换流阀运行参数来提前预测其异常发展趋势,有利于故障的及早发现和预防。完成了在线监测系统的软硬件设计,并搭建了小容量的柔性直流输电物理动模试验平台进行了测试验证,测试结果表明,该系统可实现对柔性直流输电换流阀运行参数的在线监测和分析,为换流阀可靠运行提供了一种有效的监测手段。     

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。     

适用于柔直动模平台的子模块故障模拟方法

与常规直流输电不同,柔性直流输电换流阀子模块具备更为复杂的本体控制保护功能。以往的柔性直流输电控制保护设备联调中,重心往往集中在极控、阀控等上层控制保护设备,对子模块本体控制保护功能以及阀控相关的配合控制保护功能验证较少,特别是对实际运行中的子模块的保护功能很难加以验证,给工程运行带来故障隐患。设计了一种柔性直流输电换流阀子模块故障模拟系统,可实现对子模块故障的在线模拟,以验证子模块中控板和阀控相关的控制保护功能正确性。     

LCC-FHMMC换流阀出口交流单相接地故障特性分析及保护方案设计北大核心CSCD

文中针对混合直流输电系统受端柔性直流换流阀交流出口处发生单相接地故障导致子模块电容过电压的问题展开研究。首先,详细剖析了故障后换流阀动态过程,并设计了提高换流阀故障穿越能力的保护方案及控制策略,建立了故障后换流阀等效电路,进而根据交直流电气量变化特性分析了子模块过电压机理。其次,为有效抑制子模块电容过电压,设计了一种分相导通晶闸管的旁路装置,故障时触发该支路将桥臂进行隔离,同时受端故障识别方案与送端换流站快速移相措施配合,可以有效抑制子模块电容过电压。最后在MATLAB/Simulink电磁暂态仿真软件中搭建了混合直流输电系统模型,通过仿真验证故障期间受端换流阀保护的两种方案,结果表明所提策略在发生瞬时性和永久性故障下对过电流和过电压均具有良好的抑制效果。     

基于k/n(G)模型的柔性直流输电系统换流阀可靠性建模与冗余性分析

采用电压源型换流器以及脉宽调制技术的柔性直流输电系统具有功率控制灵活、可向有源和无源网络输电、产生的谐波含量小等优点。文章主要对柔性直流输电换流器的换流阀进行可靠性建模与分析。首先介绍换流阀及其控制、冷却和保护系统的内部结构和功能。然后基于k/n(G)模型,以ABB公司StakPak IGBT换流阀为例,建立换流阀模块及其次级子模块的可靠性数学模型。通过计算,得到不同电压等级和不同冗余下的换流阀可靠性指标,最后选择合理的冗余方案。     

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。     

一种适用于柔直换流阀功率模块的改进型测试装置

柔性直流输电技术在国内外得到广泛应用,其容量和电压等级也在逐步提高。柔性直流换流阀通常采用功率模块级联方案,每个桥臂级联的功率模块数量众多,投运后会出现部分功率模块故障现象。传统的功率模块测试装置功能有限,测试效率低并且测试准确性不高。本文提出了一种改进型功率模块测试装置方案。该方案具有功能多、自动化程度高和测试准确率高等优点。     

柔直电网阀侧单相接地故障过电压产生及影响因素研究

在真双极柔性直流输电系统中,虽然换流变压阀侧交流单相接地故障出现的概率较低,但是一旦发生,直流侧会产生严重的过电压。文中研究了柔性直流输电系统模块化多电平换流器(MMC)阀侧发生单相接地故障时的过电压特性及产生机理。首先,分析闭锁前后MMC桥臂子模块电容的充放电回路,对桥臂过电压和健全极线过电压的产生机理进行研究。随后,基于厦门柔性直流输电系统,对阀侧单相接地故障特性分析的准确性进行验证,并仿真分析闭锁延时对过电压的影响。结果表明,桥臂子模块电压的升高是由于直流线路分布电容的放电作用,健全极线过电压是由于闭锁前子模块电容的放电以及闭锁后交流侧电压的充电作用,闭锁时间越短,健全极线和故障相子模块电容过电压幅值越低。     

一种柔性直流子模块测试装置的研制及应用

本文针对柔直输电系统缺乏调试手段的现状,提出一种用于模块化多电平柔直子模块自动调试的方法,设计了一种测试装置,包括管理单元、模块化多电平换流器(MMC)控制模拟单元、采集单元和能量输出单元。能量输出单元给子模块供电,MMC控制模拟单元模拟阀控协议控制子模块功能测试,采集单元采集子模块相关的电压状态,管理单元结合采集信息和通信状态信息共同辅助测试判断,从而完成柔直输电系统子模块的自动调试,工程实际表明该方法完全适用于现场验收测试以及出厂调试的需要。     

向无源电网供电的MMC-HVDC稳态运行区域分析

柔性直流输电能够为无源电网供电,连接无源电网时,MMC功率传输极限有待深入研究。基于开关函数推导了dq旋转坐标系下的MMC详细解析模型,定量分析调制信号、桥臂电流、子模块电容电压波动和自身容量限制等约束条件对换流器输送功率极限的影响。研究表明换流器的功率输送主要受最大调制比和电容电压最大允许波动约束,而且子模块电容过小会明显降低MMC功率输送极限。投入环流控制器可使MMC较大程度地摆脱子模块电容电压的限制,提高为无源电网供电的能力。最后在PSCAD/EMTDC上仿真验证了稳态运行区域计算方法的有效性。     

采用桥臂电抗投切控制的MMC降电容运行方法

随着柔性直流输电技术的发展,换流阀轻型化的需求日益迫切,对子模块电容电压纹波幅值的要求决定了电容值的降低比较困难,是影响换流阀轻型化的关键因素之一。根据基频、二倍频分量在子模块电容电压波动中占主导的特点,提出一种通过控制桥臂电抗值的方式降低子模块电容电压波动的策略。设计了桥臂电抗投切电路和投切控制策略,并从数学原理上对比分析了所提策略与现有环流抑制控制策略的不同之处与优势。在PSCAD/EMTDC仿真环境下搭建了双端直流输电模型,验证了所提降容策略的有效性。最后从经济性角度对所提策略及现有环流抑制策略进行了对比分析,表明所提策略具有良好的经济性。     

柔性直流换流阀改进运行试验方法

为了实现对柔性直流换流阀更准确的综合应力考核,针对换流阀中含有二次环流等分量的阀电流,提出了柔性直流换流阀改进运行试验方法,可满足不同功率等级下柔性直流换流阀含有不同特征电流运行工况的试验要求。首先,对柔性直流换流阀的典型运行工况进行了应力分析,重点分析了换流阀的电流特征;其次,结合应力分析,考虑到实际工程中换流阀运行时未投入环流抑制时的桥臂电流中包含较大的二倍频分量的工况,在柔性直流换流阀的阀段试验装置和不增加试验成本的基础上,通过调制控制策略,提出了针对含二次环流分量的阀电流应力和电压应力考核的试验方法,并阐述了其运行机理;最后,搭建了实际的试验系统,并进行了验证。试验结果表明,该柔性直流换流阀改进运行试验方法具有可行性和有效性。     

模块化多电平换流阀新型运行试验拓扑及其控制方法

为了考核模块化多电平换流阀应力及其运行可靠性,针对高压大容量柔性直流换流阀子模块电压逐步提高的情况,提出了一种模块化多电平换流阀新型运行试验拓扑及其控制方法。首先对柔性直流换流阀的典型运行工况进行了应力分析;其次,结合应力分析,提出一种模块化多电平换流阀新型运行试验拓扑,并建立了该试验拓扑的数学模型,阐述了其运行机理;同时,通过控制量的对称性,实时消去了交直流控制量中的直流分量;最后,搭建了仿真模型并进行了验证。结果表明,提出的模块化多电平换流阀新型运行试验拓扑及其控制方法具有正确性和有效性,所提试验拓扑降低了直流试验电源的电压需求,其控制方法简化了试验电路的控制。     

基于数学分析的抑制模块化多电平换流器电压波动的子模块电容参数设计

远海风电场经MMC-HVDC联网具有一定的技术优势,子模块是模块化多电平换流器(MMC)的重要组成部分,其参数关系到换流器的安全稳定运行。文中在MMC的稳态数学模型基础上,推导了子模块电容能量波动的关系式,以数学分析的方法证明了换流器工作在静止无功补偿方式时模块电压波动最大,设计了全工况下满足电压波动率要求的子模块电容取值,并指出了考虑风电功率波动的子模块电容取值。仿真以南汇柔性直流输电示范工程为背景,验证了发生直流电压极值时换流器的运行方式,以及所设计的电容参数对换流器工况的适应性。     

基于子模块电容能量波动的MMILC下垂控制策略

交直流混合配电网中,孤岛模式下互联换流器(interlinking converter,ILC)具有实现配网间功率平衡、维持交流频率和直流电压稳定的作用。模块化多电平互联换流器(modular multilevel interlinking converter,MMILC)作为ILC的拓扑之一,具有谐波特性好、波形质量高、开关损耗低等优势。文中提出一种适用于MMILC的两级式下垂控制策略,首先基于子模块电容能量波动特性建立了适用于MMILC的新型交直流侧统一下垂特性;然后推导得出了MMILC直流侧电压与等效子模块电容电压间的数学关系,使MMILC仍可通过直流电压偏差进行功率调节,同时设置了下垂特性曲线的死区和最低允许运行范围;最后,分别对MMILC在不同负载模式和过载情况下的控制性能进行了仿真。仿真结果表明,所提出的MMILC两级式下垂控制策略可以自动平衡不同负载模式下交直流侧配网的功率偏差,过载情况下可以瞬时闭锁,验证了控制策略的正确性和有效性。     

柔性直流换流阀监视系统关键技术及工程化应用

随着对柔性直流输电工程换流阀及阀控设备可靠性要求的提升,为了更加全面、直观、及时地监视换流阀及阀控设备运行状态,提高换流阀运行安全性,柔性直流换流阀监视系统的作用愈加重要。结合实际工程项目需求,兼顾现场分系统调试、换流阀检修、正常运行维护等不同使用场景,研发了双网双冗余架构的柔性直流换流阀监视系统。采用页面自动布局和参数自动匹配技术并且加以优化,采用“内存＋文件”相结合的数据缓存机制有效解决海量数据量的处理。该系统具备海量数据高速处理、遥信遥测报文显示存储、高频采样故障录波及波形处理功能,能够以微秒级精度实时记录事件,同时具备远程控制、换流阀及阀控设备状态和关键参数的修改功能。该系统已成功应用于张北可再生能源柔性直流电网试验示范工程,其性能完全满足该工程柔性直流换流阀和阀控设备状态在线监视以及系统调试等需求。     

模块化多电平换流器的三轴解耦控制策略

通过对采用传统dq两轴解耦控制器的模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的分析,揭示了直流端口电压和子模块电容电压的耦合效应,及其所引起的直流端口等效电容效应和子模块电容电压偏差效应.将上、下桥臂电压之和作为可变的直流内电势,并将直流电流作为新的内环状态量,提出了具有三个...