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。     

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.     

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。     

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。     

换流阀合成试验回路建模及仿真

为研究现代电力系统高功率等级晶闸管换流阀的性能测试问题,提出了一个换流阀合成试验回路模型,采用独立的电压源和电流源,通过电压引入电流源的方法完成了几个试验项目,在EMTDC/PSCAD下得到的仿真结果与理想结果一致,证明该合成试验回路能测试换流阀。     

±800 kV特高压直流锡盟站换流阀运行试验及特殊试验

±800 kV锡盟—泰州特高压直流输电工程是中国大气污染防治行动计划的12个重点项目之一,换流站直流额定电压±800 kV,额定电流6 250 A,输电能力达到1万MW,是世界上第1条千万千瓦级的特高压直流输电工程。为保障直流输电系统运行的安全性与可靠性,在换流阀安装投运前产品必须通过型式试验的验证。西安高压电器研究院利用换流阀运行试验合成回路,模拟特高压直流输电工程用换流阀在实际运行中的各种工况,完成了锡盟站晶闸管阀的运行型式试验和附加特殊试验,验证了锡盟工程换流阀的设计可靠性,相关试验数据为晶闸管和换流阀的生产商及相关技术人员提供了设计参考。     

±1100kV特高压直流输电工程换流阀研发产品运行试验

随着向家坝—上海、云南—广东等多项±800 kV特高压直流输电工程的顺利建成,中国在特高压直流输电线路的建设和工程运行过程中积累了丰富的经验。为了满足中国国民经济的飞速发展对电力能源的需求,建设更大输送容量的直流工程将成为下一步直流输电工程建设发展的必然趋势,而系统电压等级的提高又对换流阀产品性能提出了更高要求。用于±1 100 kV特高压直流输电工程的换流阀产品,其单级晶闸管元件运行试验最高触发电压和恢复电压分别达到5.5 kV和3.3 kV,试验电流和短路故障电流分别为5 332 A和50 kA。为保证系统运行安全,换流阀产品在投运之前,必须通过型式试验对其性能进行验证。西安高压电器研究院有限责任公司利用换流阀运行试验合成回路,模拟±1 100 kV特高压直流输电工程用换流阀在实际运行中的各种工况,完成了试品阀的运行型式试验,并对得到的试验数据进行了分析,为±1 100 kV特高压换流阀产品的设计、制造及工程运行和试验标准的制定提供了参考依据。     

用于高压直流输电的晶闸管换流阀短路故障分析及其试验方法研究

晶闸管换流阀作为传统高压直流输电的重要设备,其可靠性和故障耐受性能与高压直流输电工程的安全可靠运行密切相关。而短路故障是晶闸管换流阀可能出现的最严重的故障之一,有必要对其进行故障分析和试验验证。文章研究了相关标准中对于短路故障的试验要求,分析了高压直流输电晶闸管换流阀的各种典型故障特性和现有的分别采用短路发电机和电容器组作为短路试验电源的两种故障电流试验方法,并从故障电流热效应等效性和故障电流试验电压等效性方面分析了两种试验方法的特点。     

直流换流阀合成试验回路的仿真及其物理模型的建立

直流换流阀是高压直流输电工程的核心装置,其额定容量很大,在进行换流阀运行试验时,为降低试验容量,采用合成试验方法是一个合适的选择。提出了一种合成试验回路,能够正确地再现换流阀实际运行的电压与电流波形,符合运行试验的标准,而且能够满足运行试验的等效性要求。采用电力系统仿真软件Matlab/Simulink对该回路进行仿真研究,并搭建了按比例缩小的物理模拟试验回路进行验证,结果表明该合成试验回路的设计是可行的,可为高压换流阀运行试验装置的开发提供参考。     

用于60Hz电力系统的高压直流换流阀运行试验等效方法

为保证高压直流(HVDC)工程能够可靠运行,必须进行换流阀运行试验,而运行试验回路工作频率受制于电力系统的频率,如何对不同频率下的产品进行试验是亟待解决的问题。为满足60Hz电力系统的换流阀运行试验要求,以西安高压电器研究院50Hz频率的换流阀运行试验回路为基础,对换流阀的最小单元晶闸管级的结构、运行中各种过程、晶闸管级承受的电流和电压等电气参数及损耗特性进行了研究和比较,提出了进行60Hz换流阀运行试验的等效方法和折算系数。研究结果表明,在1种运行试验回路上进行不同频率的换流阀运行试验的方法可行,但需要根据不同的试验项目进行适当等效折算,以达到试验检测的目的。该方法的提出可为在世界范围内适用不同频率的直流输电工程的研究、检测等工作提供指导和参考的作用。     

基于LC振荡回路的晶闸管阀短路电流试验

晶闸管阀短路电流试验是考核直流输电晶闸管阀耐受短路电流能力的运行型式试验项目,要求试验结果跟实际运行工况具有等价性。本文使用LC振荡回路对直流输电晶闸管阀进行短路电流试验进行研究,并利用计算机仿真技术对其进行仿真研究,以确定回路参数准确性和试验方法的有效性。结果表明以LC振荡回路产生的短路电流,满足直流输电晶闸管阀短路电流标准要求,可做为进行直流输电晶闸管阀短路试验的有效方法。     

高压直流换流阀断续电流试验方法研究

换流阀作为直流输电系统的核心设备,考核其性能的试验方法至关重要。笔者依据高压直流换流阀试验标准,讨论了国内外著名实验室关于直流换流阀运行试验中周期性触发和熄灭试验内容之一的断续电流试验方法,给出目前西高院换流阀断续电流的几种经受了工程验证的试验方法,并对几种试验方法进行了比较,为感兴趣的工程科技人员更好地理解标准对断续电流试验要求、实际运行工况以及试验考核关键点之间的关系提供了参考。     

一种用于高压换流阀晶闸管TCU的取能装置关键技术研究

在高压直流输电系统中,换流阀是高压直流输电系统的核心设备,TCU作为换流阀功率器件晶闸管的触发控制单元,对晶闸管的可靠触发起到至关重要的作用,TCU工作时需要从外部获取能量。文中提出了一种高压换流阀晶闸管TCU取能装置,能量来源于市电,采用工频隔离变压器、高压绝缘电缆及绝缘套进行高低电位隔离;分析介绍了该取能装置的设计要点、总体设计结构及原理、磁环参数计算、晶闸管TCU内部取能回路的工作原理及使用外部电源为TCU提供取能电源的电源参数;最后通过换流阀运行试验合成回路对高压换流阀晶闸管TCU的取能装置进行了试验验证,试验结果显示文中提出的取能装置能够满足高压直流晶闸管阀TCU在晶闸管常规运行、雷电冲击环境下及低电压工作工况下的取能要求。     

用合成回路进行±800kV向家坝-上海工程换流阀运行试验

±800 kV直流输电工程电压等级高,额定电流大,并且采用世界上首次在工程中采用的6英寸晶闸管。为了对800 kV换流阀进行有效的试验,采用了利用新开发的一套合成回路对800 kV换流阀进行试验的过程,试验可以模拟换流阀在实际运行中的各种运行状态。得到了向上工程换流阀运行试验的相关结果。试验结果证明向上工程换流阀设计完全满足要求,所有参数均高于工程设计水平。     

直流输电系统逆阻型IGCT换流阀研究

换相失败是基于晶闸管换流阀的高压直流（HVDC）输电系统常见故障,严重威胁电网安全运行。为有效解决换相失败难题,此处从电力电子器件的基本特性出发,提出了基于逆阻型集成门极换流晶闸管（IGCT）换流阀的换相失败抑制方法和直流输电系统拓扑方案。搭建了系统仿真模型,对比研究了在直流系统逆变侧出现换相失败故障后,采用晶闸管换流阀和逆阻型IGCT换流阀对直流系统的影响情况。仿真结果表明,逆阻型IGCT换流阀对换相失败故障的抑制效果良好。根据目前IGCT器件的研制水平,设计了逆阻型IGCT换流阀,并提出了控制逻辑。基于研究成果,进行了逆阻型IGCT换流阀样机研制。为验证样机性能,搭建了合成试验回路系统,开展了逆阻型IGCT换流阀的通流试验和电流关断试验,试验结果证明IGCT换流阀的设计和研制满足要求。研究结果可为以后直流输电工程的系统研究和换流站关键设备设计提供参考。     

晶闸管换流阀反向恢复特性建模及阻容参数优化设计

晶闸管换流阀作为特高压直流输电的核心设备,其阻容参数设计关系到换流阀的性能乃至整个直流输电工程的安全可靠。基于晶闸管反向恢复电流的指数衰减模型,建立了换流阀关断时刻的数学模型,求解出晶闸管换流阀的反向恢复电压计算公式,总结出阻容参数对反向恢复电压过冲的影响规律。同时考虑关断时刻电压下降率、开通时刻电流上升率以及阻尼损耗等性能指标的限制,提出一种换流阀阻容参数的优化设计方法。在PSCAD/EMTDC中搭建12脉动换流器模型,对阻容参数的优化设计结果进行了仿真验证。     

直流输电系统换流变压器短路阻抗的选择

换流站主回路参数关系到整个直流输电系统的运行性能和技术经济指标,是直流输电系统设计的主要部分。为此,针对直流输电系统换流站主回路中换流变压器短路阻抗的参数选择原则及方法进行了相关研究。综合考虑各项制约因素,归纳出选择换流变压器短路阻抗时所需遵循的原则,即满足晶闸管换流阀的浪涌电流水平要求、换流器消耗的无功功率最小、及换流站成本最低。重点推导了表征晶闸管换流阀最大短路冲击电流与换流变压器短路阻抗之间关系的公式,并定性分析了换流变压器短路阻抗的大小对换流站总体费用的影响。研究结果表明,换流阀的浪涌电流水平是选择短路阻抗时的决定性因素,换流变压器最佳短路阻抗值应根据换流阀的浪涌电流水平进行选择。最后,葛南直流输电工程的实例验证了所提出的换流变压器短路阻抗选择原则的合理性。     

±1100kV/5000A特高压直流输电换流阀非周期触发试验仿真研究与试验验证

换流阀是直流输电工程中的核心设备,除电气设计及结构设计均比较复杂外,电器元件的选择也是核心工作,随着大功率电力电子器件的飞速发展,其技术的先进性和运行的可靠性也得到了大幅度提升,6英寸晶闸管现已在特高压直流输电换流阀上得到了普遍使用。换流阀在挂网运行之前需要对其进行绝缘型式试验,绝缘型式试验是对换流阀的绝缘性能进行全面的考核,文中将对±1 100 kV直流输电换流阀绝缘型式试验中的非周期触发试验进行研究,非周期触发试验是对换流阀考核最为严格和全面的一项试验,旨在考核换流阀在操作冲击电压下通过冲击电流的能力,同时也考核了VCM对换流阀晶闸管器件开通和关断的控制及保护能力。笔者利用PSCAD仿真软件对±1 100 kV换流阀的非周期触发试验进行了仿真分析,分析结果可知,给单阀施加规定的操作冲击电压574.4 kV时,单阀通过冲击电流的能力约为6 045 A,并得到试验验证。     

HVDC换流阀桥臂短路电流耐受分析

提出一种高压直流(HVDC)输电换流阀短路电流仿真模型和晶闸管承受短路电流的结温预测方法,可证明换流阀晶闸管在系统最大短路电流工况下的耐受能力.分析换流阀桥臂短路原理,得出短路电流计算方法,通过基于PSCAD/EMTDC的6脉动换流阀桥臂短路电流仿真,获得短路电流、暂态电压、恢复时间等关键参数,结合晶闸管瞬态热阻,采用数据拟合与迭代法,实现晶闸管在短路电流下结温曲线的预测,进而得出晶闸管承受阀桥臂短路电流后的暂态电压耐受能力.试验结果表明该方法有较高的可靠性.     

基于晶闸管反向恢复电流分段拟合的直流换流阀换相过冲电压计算方法研究

晶闸管、RC阻尼回路和阀避雷器是特高压直流换流阀一次回路主要组成部分,确定三类器件的参数匹配是特高压直流换流阀电气设计的主要工作。该文揭示了换流阀换相过冲电压的产生机理,确定了三类器件参数的交互影响规律,建立了换流阀工作电路微分方程。通过对晶闸管反向恢复电流分段拟合的方法求解电路方程,最后通过试验验证了计算方法的精确性。