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。     

中国特高压换流阀关键技术取得突破

正±1100kV直流换流阀研制项目形成了自主知识产权的±1100kV及以上电压等级特高压换流阀关键技术的理论体系、综合指标优化的流程化设计体系和试验体系,最终完成具有自主知识产权的±1100kV特高压换流阀的研发。该项目成功研制了±1100kV/5500A换流阀样机,     

±1 100 kV特高压直流输电换流阀研制及型式试验

为了研发更高电压等级、更高容量的直流输电线路及相关设备,中电普瑞电力工程有限公司完成了±1100kV特高压直流换流阀的研制。介绍了电气回路、触发与监控系统、换流阀冷却系统、阀塔结构设计,并给出了试验电路拓扑。所研制样机通过了型式试验验证。试验结果表明,该±1100kV／5000A特高压直流换流阀样机可满足工程应用,并具备一定的升级空间。     

模块化多电平换流阀系统天线模型及其辐射电磁骚扰特性分析

为准确预测柔性直流换流系统正常工作时产生的辐射电磁骚扰,采用矩量法与天线理论相结合的电磁场方法搭建了模块化多电平换流阀系统的天线模型,并计算了换流阀系统正常工作时产生的辐射电磁骚扰;通过测量实验和计算结果的对比证明了所提出的模块化多电平换流阀系统电磁辐射计算方法和计算模型的有效性。最后,采用柔性换流阀系统的天线模型计算并分析了换流系统正常运行时的辐射电磁骚扰特性,得到了阀厅巡视走廊的电场分布特性,换流阀厅内外的近场分布规律、远场传播特性等,求得了柔性换流阀系统无任何屏蔽措施时的安全巡视距离。该计算方法和结果对准确预测柔性直流换流系统电磁骚扰水平有指导作用。     

A5000型换流阀

锦苏工程在设计、设备、建设等诸多方面又一次刷新纪录,创造了多项中国之"首"、世界之"最"。A5000型换流阀是由中电普瑞自主研制的世界首个±800千伏/5000安培特高压直流换流阀。阀与阀控系统在锦苏工程中的成功应用,创造了世界直流重大装备研制的新标杆。2010年6月,A5000型换流阀首次面世,不足两年后,实现了从样机到工程化应用的巨大跨越。在研制过     

图像识别在特高压换流阀元件故障在线监测系统的应用

针对特高压换流阀元件众多、实时监测困难的问题,提出了一种基于图像识别技术的换流阀元件状态在线监测方法。介绍了图像数据提取及预处理的方法,分析了晶闸管门极线脱落及螺母力矩线偏移的图像特征,实现了晶闸管门极线脱落、螺母位移等故障的智能检测。基于图像识别及故障特征提取方法,设计了一套换流阀元件状态在线监测样机,详细介绍了样机的软件和硬件设计方法。在特高压直流输电阀塔上搭建试验环境,对图像分析和故障特征提取的方法进行测试,试验结果表明,所提出的图像分析和故障特征提取方法可有效识别换流阀元件的异常工况,对换流阀元件运行异常提前预警。     

图像识别在特高压换流阀元件故障在线监测系统的应用

针对特高压换流阀元件众多、实时监测困难的问题,提出了一种基于图像识别技术的换流阀元件状态在线监测方法。介绍了图像数据提取及预处理的方法,分析了晶闸管门极线脱落及螺母力矩线偏移的图像特征,实现了晶闸管门极线脱落、螺母位移等故障的智能检测。基于图像识别及故障特征提取方法,设计了一套换流阀元件状态在线监测样机,详细介绍了样机的软件和硬件设计方法。在特高压直流输电阀塔上搭建试验环境,对图像分析和故障特征提取的方法进行测试,试验结果表明,所提出的图像分析和故障特征提取方法可有效识别换流阀元件的异常工况,对换流阀元件运行异常提前预警。     

直流换流阀阻尼电阻脉冲功率试验方法研究

阻尼电阻作为直流换流阀的核心部件之一,其电气性能也直接决定了换流阀的可靠性.分析了阻尼电阻在换流阀实际运行中经受的电气应力以及产生的功率损耗.在此基础上,采用等效模拟的思想研究了对阻尼电阻稳态和暂态脉冲功率进行试验的方法.结合试验方法,提出了基于重频充电原理的试验电路拓扑,阐述了试验电路的工作方式,并进行了电路仿真波形的分析,最后用所研制样机验证了设计的合理性.     

高压直流换流阀用集成式阻尼电容器设计与验证

阻尼电容作为晶闸管换流阀的重要组成元件,与阻尼电阻串联构成阻尼回路,并联于晶闸管两端,实现串联晶闸管的动态均压,抑制换相过冲,其参数及结构设计是换流阀设计的重要环节。针对换流阀小型化设计需求,提出一种集成式阻尼电容器设计方法。首先建立换流阀关断简化模型,采用解析法求解晶闸管最优阻容参数,并代入实际电路分析电容工作时的电气应力。然后,综合阻尼回路特点,提出扁平化集成式阻尼电容结构,并通过静电场仿真确定其壳体结构参数。最后,结合实际工程参数,从电气、结构两方面详细阐述扁平化集成式方形阻尼电容设计方法,并通过电容本体试验及在换流阀样机中的应用试验验证了所提方法的可行性。     

动态电容器无功强补换流阀试验系统设计

依据动态电容器无功强补换流阀现场运行工况,采取等效试验方法,设计动态电容器无功强补换流阀试验系统。采取等效的方法复现换流阀现场功能运行试验、最大连续运行负载试验、短路电流试验。此处详细介绍了动态电容器无功强补换流阀试验系统主回路设计和控制系统设计,并且以样机组件为试验对象,验证了设计的动态电容器无功强补换流阀试验系统的等效性与正确性。     

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。     

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。     

一种VBE综合测试平台设计

阀基电子设备(VBE)是高压直流输电工程中专用于换流阀的驱动控制与保护的重要设备,用于实现换流阀中可控硅阀片的开关控制与运行监视,对换流阀的安全运行起到至关重要的作用。由于国外设备生产厂家对VBE技术的封锁,国内运维部门无法充分了解和掌握VBE的故障机理,VBE的故障诊断与维修方案依然依赖于国外设备供应商。笔者在分析VBE系统的硬件组成的基础上,给出了VBE系统的关键信号与数据流,设计与研制了一套VBE综合测试平台,包括模拟实际换流阀的换流阀仿真平台、控制与监视换流阀仿真平台的最小VBE系统和基于Labview语言编写的监控平台,该平台能够模拟正常与故障工况下VBE工作状态,复现故障情况下VBE系统的关键信号,便于捕捉和分析故障信号特征,为实际工程维修提供了有重要价值的参考。     

换流阀晶闸管电压监视单元综合测试系统研制*

作为光控换流阀的核心设备，晶闸管电压监视单元的运行状态直接影响了直流输电系统运行可靠性，然而对其进行测试的设备受限于进口测试仪，不利于换流阀运维，因此研制晶闸管电压监视单元综合测试系统具有重要工程价值。基于晶闸管电压监视单元的工作原理，结合IEC 60700 1标准，研制一种换流阀晶闸管电压监视单元综合测试系统，并应用于晶闸管换流阀试验。通过仿真分析和试验验证，证明该测试系统设计合理，满足工程应用需求。     

全桥柔性直流换流阀短路电流试验方法

为了验证所设计的全桥柔性直流换流阀的正确性及其短路电流耐受能力,研究了全桥柔性直流换流阀短路电流试验方法并研制了试验电路。首先介绍了全桥柔性直流换流阀的基本工作原理,分析了在直流双极短路工况下全桥柔性直流换流阀的电压、电流应力特性;然后,根据全桥柔性直流换流阀的电气应力特性设计了基于LC结构的合成试验电路;最后,对全桥柔性直流换流阀开展短路电流试验。试验结果表明,所设计的试验电路可以有效模拟电网特性,能对试品施加合适的电压、电流应力,有效验证了全桥柔性直流换流阀的短路电流耐受能力。     

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。     

祝贺“±800kV/5000A特高压直流换流阀关键技术研究产品研制及工程应用”顺利通过中国电机工程学会技术成果鉴定

正2015年3月11日,中国电机工程学会在京主持召开了"±800kV/5000A特高压直流换流阀关键技术研究、产品研制及工程应用"技术成果鉴定会。鉴定委员会一致认为:"±800kV/5000A特高压直流换流阀关键技术研究、产品研制及工程应用的研究成果,打破了跨国公司的技术垄断,全面提升了我国直流输电换流阀自主设计和研发水平,研发出具有完全自主知识产权的高可靠性特高压大容量直流换流阀,其综合技术水平国际领先。"     

±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。     

±400 kV换流变压器阀侧套管绝缘结构设计

±400 kV换流变压器阀侧套管的设计裕度均低于特高压等级换流变压器套管,且±400 kV换流变压器阀侧套管在换流阀厅用量较大,因此有必要针对±400 kV换流变压器阀侧套管绝缘结构设计进行具体分析讨论.分析了±400 kV换流变压器阀侧套管双导电管结构的发热机理,从理论解析角度给出了双导电管结构的设计尺寸,进一步优化设计了套管的芯体绝缘结构,从内、外绝缘配合的角度给出了套管的外绝缘设计方案,并对其整体电场分布情况进行了校核计算:工作电压下其径向电场强度控制在3.11 kV/mm,工频耐压下其轴向电场强度控制在0.51 kV/mm,均满足±400 kV换流变压器阀侧套管设计电场强度控制要求.对研制完成的±400 kV换流变压器阀侧套管进行型式实验,结果表明所研制的套管通过了工频干耐受电压试验并局部放电测量、雷电冲击干耐受电压试验和温升试验等典型型式试验.     

特高压换流阀:锦绣前程中国“心”

如果把特高压直流输电比作国家能源输送的命脉,那么换流阀就是泵出这不竭能源的"心脏"。7月19日,代表世界高压直流输电技术新高峰的锦苏工程双极低端顺利投运。仅仅两年时间,科研人员就迈出了特高压直流高端装备从样机到工程化应用的精彩一步。跨越:从样机到工程化应用2010年6月,7位院士见证了中国完全自主知识产权的±800千伏特高压换流阀样机的成功研制。