换流阀子模块IGBT短路测试系统分析与设计

绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)是换流阀子模块的核心器件,研究其抗短路能力对于提高换流阀可靠性具有重要意义。根据模块化多电平换流阀的运行机理,设计了一种换流阀子模块IGBT短路试验回路与系统,进行了换流阀在稳态运行下IGBT短路故障试验,从而实现对IGBT的稳态应力和短路故障下的暂态应力综合考核。最后通过试验平台进行验证,结果表明所提试验回路和系统的正确性。     

模块化多电平换流阀可靠性研究与设计优化

模块化多电平换流阀(modular multi-level converter,MMC)作为统一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)系统中的关键设备,其运行的可靠性直接影响到整个系统的安全稳定运行。采用k/n(G)可靠性模型描述方法,清晰地描述了换流阀可靠性与各种冗余度之间的关系,定量计算了500 kV苏南UPFC换流阀的可靠性指标,并对换流阀可靠性进行了优化设计,满足500 kV苏南UPFC工程要求,并为UPFC换流阀冗余度设计和优化提供了参考依据。     

电压源型换流阀在绝缘型式试验下电场仿真计算

模块化多电平电压源型换流器作为柔性环网控制器和统一潮流控制器(UPFC)系统中的关键设备,其运行的可靠性直接影响到整个系统的安全稳定运行。文中以应用于柔性环网控制器及苏南500 k V UPFC工程的换流阀作为研究对象,采用PTC Creo 3D与Ansys混合建模技术,建立了换流阀塔的三维模型,详细计算了换流阀塔在绝缘型式试验下的电场分布。计算结果表明:换流阀塔对地空气间隙、层间空气间隙以及换流阀塔的外表面的空气介质等绝缘强度都能满足换流阀绝缘型式试验的要求,保证换流阀的安全可靠运行。     

模块化多电平换流器的损耗分析与计算

为了便于对换流器的实际运行状态及冷却系统设计进行评估,提出了一种换流器损耗计算方法。首先,分析了子模块各开关器件的投切状态及电压波形与电流波形;其次,根据器件的特性参数得到了各开关器件的损耗;最后,利用所提损耗计算方法,对实际运行工况下的换流器损耗进行分析计算,并与冷却系统的实测损耗数据进行比较,结果表明所提计算方法有效可行。     

模块化多电平换流阀子模块旁路方案设计

模块化多电平电压源型换流阀（Modular Multi-level Converter, MMC）作为±800kV特高压柔性直流输电系统中的关键设备,其子模块的可靠性直接影响到整个系统的安全稳定运行。本文系统设计了基于永磁双驱动旁路开关的主动旁路方案,设计了基于双向转折晶闸管的被动旁路方案。结合主动旁路的经济性和被动旁路的可靠性,设计了分级旁路方案。试验结果表明,主动旁路方案能主动下发旁路命令可靠旁路故障子模块;在主动旁路方案失效的情况下,被动旁路方案可靠旁路故障子模块,解决了因子模块单一故障引起换流系统跳闸的难题,为±800kV特高压柔性直流换流阀工程实施提供了设计指导。#$NL关键词：柔性直流;模块化多电平;换流阀;旁路方案 #$NL中图分类号:TM711 文献标志码:A 文章编号:     

MMC阀子模块IGBT损耗与结温计算

模块化多电平整流器(modular multilevel converter,MMC)子模块具有承受高电压、大电流等特点,绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)又是子模块的关键器件,而IGBT的损耗和结温计算方法决定IGBT的热设计和选型,是影响其在MMC工程应用的关键因素。文中首先对MMC稳态运行时子模块承受的应力进行了分析,其次,结合通态电流、子模块的投切和结温估算模型,设计了一种IGBT损耗和结温的计算方法,最后在搭建的试验系统中进行验证,结果证明了所给出的计算方法有效可行。     

一种实现柔直系统快速恢复的自取能故障阻尼器

针对半桥模块化多电平换流器(MMC)的直流双极短路和单桥臂短路2种典型故障工况,分析了其故障通路和电流波形,并提出相应的桥臂阻尼方案,推导了阻尼电阻的设计依据。提出一种新型自取能模块化故障阻尼器拓扑,分析了其工作模式以及对MMC的影响。该阻尼器串联在MMC的桥臂中,解决了高电位取能问题,实现了阻尼器的自取能,在直流双极短路故障时起到限流和衰减作用,加快故障端的切除,实现柔直系统的快速恢复;在单桥臂短路故障时可以衰减阀侧交流电流的直流分量,有助于阀侧交流开关的跳开。结合工程上使用的MMC结构,提出了即插即用的模块化故障阻尼器实施方案。在舟山五端柔直仿真系统中验证了所提自取能模块化故障阻尼器拓扑的有效性。     

基于模块化多电平换流器的新型全桥损耗优化调制策略

提出了一种新型全桥损耗优化调制策略,可以平衡子模块中各个半导体开关器件的热应力,提高器件安全裕度,从而提升模块化多电平换流器(MMC)的功率传输能力。首先,对构成MMC的子模块结构进行了分析,从抑制直流侧故障角度出发,选择了全桥子模块作为分析的对象。其次,针对MMC型高压直流输电(MMC-HVDC)系统的各种工况进行了损耗和结温分析,找出了限制MMC功率传输的主要因素。最后,在综合分析的基础上,针对MMC-HVDC系统提出了全桥损耗优化调制策略,该方法可以提升直流传输功率。仿真分析验证了所提出的全桥损耗优化调制策略的有效性。     

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。