柔性直流输电工程技术研究、应用及发展

柔性直流输电作为新一代直流输电技术,在世界范围内已经得到广泛发展和应用。文中针对柔性直流输电在工程技术、工程应用与未来发展3个方面分别进行了总结和分析。针对柔性直流输电系统主接线、换流器拓扑结构、控制和保护技术、柔性直流电缆、换流阀试验等多方面进行了全面的技术分析,并指出其技术难点以及未来发展的目标和方向。介绍了国内外柔性直流输电工程应用领域及现状,并结合未来电网发展特点及需求,分析了柔性直流输电工程应用的趋势,表明了柔性直流输电技术对促进未来电网的发展具有极其重要的作用。  

基于MMC的多端直流输电系统直流侧故障控制保护策略

基于模块化多电平换流器(MMC)的多端直流(MTDC)输电技术,兼具MMC技术和多端柔性直流输电技术的优势,具有广阔的应用前景。文中分析了MMC的拓扑结构和运行机理,设计了基于电压裕度的多点直流电压控制策略,并对控制器进行了设计。在此基础上,分析了直流侧单极接地故障、极间短路故障、断线故障对基于MMC的MTDC系统的影响,并进一步提出了相应的控制保护策略与保护时序。利用电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC对以上几种直流侧故障及控制保护策略进行了仿真,结果表明所提出的控制保护策略能够实现系统故障后的快速恢复,有效提高多端系统的可靠性和可用率。  

模块化多电平换流器损耗与结温的解析计算方法

正常运行时模块化多电平换流器(MMC)子模块的电容不断被充电/放电。为保持电容电压平衡，各子模块投入/切出状态随机，导致MMC损耗计算的复杂度很高。文中引入了桥臂子模块投入占空比的概念，在整个功率运行区间内分析推导了子模块中4个开关器件通态电流平均值与有效值的解析表达式。在此基础上，综合考虑电容电压与门极电阻等参数的影响，推导了通态损耗与开关损耗的解析表达式。针对平均结温并不能真实反映开关器件实际工作状态的问题，详细分析了每个工频周期内开关器件结温波动特性，提出了一种最大运行结温的估算方法。算例分析表明，损耗与结温计算结果与MMC运行特性完全一致，该解析计算方法简便有效。  

基于MMC欧拉-拉格朗日模型的HVDC不对称故障控制

基于模块化多电平换流器(MMC)的稳态数学模型,建立了MMC离散化数学模型,并基于模型设计了MMC电流内环离散控制器。针对MMC直流输电故障时系统中存在的负序电流,提出了基于MMC欧拉—拉格朗日模型的正负序无源控制器。为保证故障时系统仍能安全传输指定的有功功率,采用了故障时的有功功率控制策略。最后,在PSCAD/EMTDC环境下搭建了21电平模块化多电平换流器型高压直流(MMC-HVDC)输电系统仿真模型。仿真结果表明,所述控制策略在稳态和暂态过程中具有良好的控制效果,且结构简单,对实际工程具有一定的参考价值。  

大功率IGBT串联电压不平衡机制研究

随着电力电子技术及其应用的快速发展，高压大功率换流器的应用越来越多。大功率绝缘栅双极晶体管（insulationgatebipolartransistor，IGBT1串联是实现高压大功率自换相换流器的一个重要基础。大功率串联IGBT运行中，最难解决的是串联IGBT之间的电压不平衡问题。为推进高压大功率换流器的研究，对大功率串联IGBT中器件间的电压不平衡机制进行了系统的研究。根据IGBT阀在串联运行时的主要静态、动态过程，结合IGBT自身的特性，得出了影响产生串联IGBT电压不平衡的各个因素，并对各个元件间的电压不平衡度进行分析，为进行串联IGBT电压平衡化的控制打下基础。  

基于MMC离散数学模型的MMC-HVDC系统直流电压控制

在模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)中,针对阀控层的直流电压控制,在载波移相调制方式的基础上,提出了改进型子模块电容电压均衡控制方法,以降低开关器件的开关频率。针对极控层的直流电压控制,推导了稳态时MMC电流离散数学模型,设计了电流内环离散控制器,实现了系统直流电压控制和功率解耦控制。为抑制由交流系统故障引起的直流电压波动,提出了含直流电压控制环节的外环有功功率控制器,以提高系统的持续运行能力。算例仿真结果验证了所提方法的有效性。  

向无源网络供电的MMC-HVDC系统控制与保护策略

向无源网络供电的模块化多电平换流器型高压直流输电(modular multilevel converter based HVDC,MMC-HVDC)系统是柔性直流输电技术的一个重要应用领域,因此有必要对其控制与保护策略进行研究。基于MMC电磁暂态数学模型,建立了d-q同步旋转坐标系下MMC欧拉?拉格朗日(Euler-Lagrange,EL)数学模型,推导了适于MMC控制的无源控制规律,设计了内环电流无源控制器及向无源网络供电的MMC-HVDC系统定交流电压控制器。针对电网电压不平衡或交流系统不对称故障引起的负序电流,提出了基于EL模型的正负序电流无源控制器。为保证故障时系统能满足安全运行的条件,提出了故障时的控制保护策略。最后在PSCAD/EMTDC中对MMC-HVDC系统各种运行工况进行了仿真验证,并对正负序无源控制器和矢量控制器的控制性能做了仿真对比,仿真结果表明,所提出的控制器和控制保护策略具有良好的动稳态控制性能,便于工程实际应用。  

MMC-HVDC输电网用高压DC/DC变换器隔离需求探讨

高压DC/DC变换器是构建直流电网的关键装备之一,其技术需求分析是其电气拓扑设计和系统应用研究的前提。文中着重围绕基于模块化多电平换流器的高压直流(MMC-HVDC)输电网用高压DC/DC变换器电气隔离功能的选择和故障隔离要求等问题展开探讨。从DC/DC变换器故障特性、系统绝缘造价和可靠性角度分析了不同接地方式的直流系统中DC/DC变换器的电气隔离需求,分析结果表明:对称单极系统中DC/DC变换器宜具备电气隔离功能,而双极系统宜采用非电气隔离拓扑。此外,从DC/DC变换器外部故障和内部故障两个角度对DC/DC变换器的故障隔离需求进行了研究。最后,通过仿真验证了隔离需求分析的正确性。  

氢镍电池加速寿命试验中性能研究

为提高氢镍电池的可靠性,快速准确考核氢镍电池的使用寿命,对氢镍电池进行恒定DOD 80％加速寿命试验.寿命试验已完成2 137次,试验电池性能正常,满足在轨应用15年以上,表明该种电池的充放电循环寿命能很好地满足设计要求.对寿命试验中电池充放电过程曲线,电池充放电量比,充放电时电池温度进行了研究分析,为在轨合理应用电池,延长使用寿命,提供了有益的借鉴.  

锂硫电池负极研究进展

锂硫电池由于其高能量密度(理论高达2 600 Wh/kg)、低成本、环境友好等优点而广受关注.但是锂硫电池仍存在正极活性物质利用率低、循环性能差等问题.同时,负极锂在电池循环过程中也不可避免存在锂枝晶等问题,对锂硫电池负极保护技术进行了详细的综述,最后对负极的发展前景进行了展望.