云广±800kV直流输电工程主回路设备参数选择

换流站主回路设备参数选择关系到整个直流输电系统的运行性能,对直流输电系统设计十分重要。文章论述了主回路参数设计选择的原则,对云广±800kV直流输电工程的换流变压器短路阻抗、换流变压器分接开关级数、平波电抗器电感值、换流阀和控制系统参数等关键参数进行了选择,并强调主回路设备参数是否合理需要通过主回路稳态特性计算来进行校核。     

云广直流特高压换流变压器短路阻抗的选择

由于±800kV云广特高压直流输电工程电压高、容量大且设备缺乏实际制造和运行经验,为合理选择换流变短路阻抗以限制最大可能短路电流在阀的承受水平又不使无功损耗增加和换相压降过大,分析了目前晶闸管的制造水平与性能参数及不同故障时换流阀能承受的最大可能短路电流,以云广特高压工程逆变侧穗东换流站为例,计算得出换流变压器的短路阻抗为(16~18)%。     

高压直流输电换流变压器参数确定方法

换流变压器是直流输电系统中必不可少的重要设备, 其参数选择的合适与否关系整个直流输电系统的运行性能和技术经济指标。根据换流阀的浪涌电流水平,结合交流侧最大三相短路容量和直流系统的额定直流电压、电流计算最小的换流变压器短路阻抗,在数学上推导了短路阻抗的计算公式,避免了工程上反复迭代的过程。实际工程采用的短路阻抗值在此基础上考虑一定的裕度,然后基于该值再计算阀侧额定电压、额定容量等参数。以整流侧定电流逆变侧定电压控制方式为例,考虑系统参数及相关的测量误差,详细论述了换流变压器最小最大档位的计算过程。最后通过一个工程实例验证了该计算方法的合理性。     

高压直流输电换流变压器参数确定方法

换流变压器是直流输电系统中必不可少的重要设备,其参数选择的合适与否关系整个直流输电系统的运行性能和技术经济指标.根据换流阀的浪涌电流水平,结合交流侧最大三相短路容量和直流系统的额定直流电压、电流计算最小的换流变压器短路阻抗,在数学上推导了短路阻抗的计算公式,避免了工程上反复迭代的过程.实际工程采用的短路阻抗值在此基础上考虑一定的裕度,然后基于该值再计算阀侧额定电压、额定容量等参数.以整流侧定电流逆变侧定电压控制方式为例,考虑系统参数及相关的测量误差,详细论述了换流变压器最小最大档位的计算过程.最后通过一个工程实例验证了该计算方法的合理性.     

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。     

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.     

并联换流器高压直流输电主回路与主接线研究

针对双换流器并联直流系统开展主回路参数设计与主接线结构研究,首先介绍了换流站内2组12脉动换流器并联的直流系统主要的运行与接线方式;然后根据直流输电基本理论并结合并联换流器自身特点,考虑控制方式的变化,开展直流主回路设计,对换流变压器、换流阀等主设备进行详细的参数计算;最后针对几类典型并联接线结构,从可靠性、占地面积、工程实施难度等方面综合比选,并结合换相失败故障工况下的仿真研究,最终给出推荐的换流站电气主接线方案。     

三沪直流输电系统主回路参数研究

以三峡-上海±500 kV 直流输电工程为依托, 对±500 kV 直流输电系统主回路参数进行计算和研究, 得出换流阀、换流变压器、平波电抗器的基本参数值。同时, 论述了各种参数设计依据的原则、各种参数所起的作用以及影响各种参数的因素, 为±500 kV 直流工程的各项研究提供前提条件。     

灵州-绍兴±800kV特高压直流输电工程主回路参数设计

特高压直流输电技术是目前解决远距离、大容量输电以及电网非同步互联的一种重要手段。主要针对灵州-绍兴±800 k V直流输电工程中的交直流系统参数、平波电抗器、换流变压器以及换流阀的多项参数进行计算,为系统设备参数的选择提供一定的参考。结合平波电抗器在电流斜率因数上的要求,选取300 m H平波电抗器并提供两种具体方案,同时对灵州换流站和绍兴换流站换流变压器的短路阻抗、相对感性电压降、容量以及直流电压限值等参数进行校核。     

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。     

换流阀内可控硅端电压特性分析和缓中电路参数优化

换流阀内可控硅端电压分布特性取决于可控硅器件性能和相应的缓冲电路参数.用一个较实际的可控硅宏模型,对换流阀内的一个可控硅模块与饱和电抗器的串联电路进行动态仿真,分析可控硅并联的缓冲电路参数对换流阀内电压分布特性的影响及换流时换流阀内电压振荡特性;给出缓冲电路参数优化的趋势.     

一起换流阀晶闸管非周期触发试验事故分析

分析了灵宝高压直流二期工程换流阀非周期触发试验晶闸管损坏的原因,通过对晶闸管损坏情况下的电压和电流波形分析,发现试验回路的振荡是导致晶闸管损坏的根本原因,增大电阻抑制振荡幅度能够很好保护晶闸管不被损坏。同时,用PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件对非周期触发试验进行了仿真,仿真结果与实际结果吻合很好。针对这种情况,在今后的高压直流输电换流阀非周期触发试验过程中,应该引起足够的重视,避免类似情况发生。     

换流阀内可控硅端电压分布特性的研究

换流阀内可控硅端电压分布特性取决于可控硅器件性能和相应的缓冲电路参数。用一个较为实际的可控硅宏模型,对换流阀内的一个可控硅模块与饱和电抗器的串联电路进行了动态仿真,分析了可控硅并联的缓冲电路参数对换流阀内电压分布特性的影响,以及换流时换流阀内电压振荡特性,并给出了缓冲电路参数优化的趋势。     

用晶闸管宏模型分析换流阀内电压分布特性

晶闸管器件性能和缓冲电路参数会影响换流阀内电压分布特性。在晶闸管断态情况下进行换流阀电路参数选择，其结果明显具有局限性。用考虑二次效应、温度特性和反向恢复过程的晶闸管宏模型，对换流阀内的一个晶闸管模块与饱和电抗器的串联电路进行了动态仿真，分析了晶闸管器件参数分散性和缓冲电路参数对换流阀内电压分布特性的影响；同时还考虑了换流器换流时换流阀内电压振荡特性。     

现代高压直流输电技术及直流阀技术

在最近20年内高压直流晶闸管阀和高压直流输电技术的发展,使得用高压直流输电更经济、更可靠。越来越多的输电线路使用高压直流进行电力传输。现代的高压直流晶闸管阀以组件式结构、大功率和水冷晶闸管、智能晶闸管控制单元、全面的计算机阀控制和严格的试验为特征。容性换流技术、数字式光纤互感器、有源直流滤波器和连续可调交流滤波器的使用,有效地提高了高压直流输电的质量,产生了更健全的高压直流输电系统。作为新一代高压直流换流器的电压控制型换流器,使得小容量电力传输经济可行。     

特高压直流碳化硅晶闸管阀损耗探讨

碳化硅是发展最为成熟的新型宽禁带半导体材料,且碳化硅功率器件近期已开始代替常规的硅基器件。以典型的±800 kV,额定电流为5 kA的高压直流输电工程为实例,建立了换流阀基本组件的电气模型,用PSCAD/EMTDC仿真软件搭建了换流器仿真电路,研究碳化硅晶闸管在高压直流换流阀中的应用。对基于碳化硅晶闸管和普通硅晶闸管的直流换流阀电气特性和损耗进行仿真结果比较。计算结果表明:用碳化硅晶闸管来代替传统的硅晶闸管,可以在不同的触发角和工况下大幅减少系统的功率损耗。最后估算了在直流工程中使用碳化硅晶闸管阀带来的经济效益。     

基于桥臂阻尼阀组的模块化多电平换流器故障快速清除与系统恢复技术

针对柔性直流故障快速清除与系统快速恢复技术难题,介绍了基于桥臂阻尼阀组的故障快速清除与系统恢复技术方案。在分析柔性直流双极短路和桥臂短路2种故障机理的基础上,提出适用于工程的桥臂阻尼阀组的具体电气拓扑和阻尼阀组的控制保护策略以及桥臂阻尼参数的选取原则和工程参数设计流程。以某多端柔性直流输电工程为例进行了仿真验证,仿真结果表明,在直流双极短路故障条件下,所提方案可加快直流短路电流的衰减,实现故障清除后系统快速重启动;在桥臂短路条件下,所提方案可加速阀侧交流电流中直流分量的衰减,加快交流开关的开断过程,降低了换流阀故障损坏的风险。仿真结果验证了所提方案的有效性和可行性。     

基于Brune综合法的HVDC换流站阀系统宽频建模

为了预测计算晶闸管开断产生的电磁干扰噪声,准确建立阀系统各元件（晶闸管、阻容均压回路、均压电容、饱和电抗器）的宽频等效电路模型是十分必要的。为此,提出基于Brune综合法的HVDC换流站阀系统宽频建模方法：在测量得到各元件散射参数后,对测量到的数据进行转换和有理逼近,得到有理逼近表达式后应用网络综合方法进行电路建模。将等效电路的EMTP仿真结果与测量结果进行比较,验证了模型的正确性。     

七电平电流源型换流器无源逆变试验与分析

普通晶闸管换流阀无关断电流的能力,需要借助电网电压完成换相,不适用于没有交流电网的无源逆变电路.为了将晶闸管换流阀应用于柔性交直流电网,以并联十二脉动晶闸管换流器为前级,以七电平直流电流分配单元为后级构成级联型电流源逆变器.七电平直流电流分配单元不仅实现了对直流母线电流的动态平均分配,而且形成了周期性的直流电流过零点,为十二脉动晶闸管换流器提供零电流换相条件,从而实现晶闸管换流阀的强迫换相.实现强迫换相的晶闸管换流阀外特性相当于全控型逆阻器件,因此换流器可实现无源逆变.在对电路拓扑、调制方法进行详细分析的基础上,设计了额定功率为0.5 MW的七电平柔性直流换流器试验装置,以三相电阻为负载,进行了无源逆变试验.试验结果验证了大电流工况下,晶闸管换流阀与多电平直流电流分配单元协同作用实现晶闸管换流阀受控关断的可行性和可靠性.     

交流系统故障下高压直流输电晶闸管触发监测单元储能方式

晶闸管触发监测(TTM)单元是直流输电换流阀的核心器件之一,用于实现阀控系统和换流阀间信号的光电转换,完成换流阀的触发与保护,其性能直接影响直流输电工程的可靠性。文中给出了具有高电位复合取能功能的TTM的功能设计框图,研究交流系统故障下TTM工作状态对高压直流输电系统的影响,提出TTM储能电路的设计方法,并以酒泉—湖南±800 kV/5 000 A直流工程参数为例,对TTM储能电路进行了理论计算、仿真分析和试验研究。以该成果为核心技术的A5000型换流阀TTM已应用于多个直流输电工程。