压接型高压IGBT门极驱动信号演化规律及失效形式研究

压接型高压IGBT是柔性直流输电用模块化多电平换流器（modular multilevel converter,MMC）中的核心器件,其在长期运行中逐渐发生热老化并最终失效,影响着MMC的运行性能。利用压接型高压IGBT的门极驱动信号演化规律监测器件状态对于是实现MMC子模块状态监测的重要手段。文中首先搭建了压接型IGBT功率循环试验平台,并在功率循环试验过程中定期测试器件门极驱动信号波形。结果表明随着老化循环次数的增加,压接型IGBT门极驱动电压上升沿米勒平台时间长度增大,门极驱动电流下降沿凹槽位置滞后。其次,对热老化失效以后的压接型IGBT芯片表面进行观测,发现芯片发射极门极氧化层附件出现裂纹,这一热老化失效形式是门极驱动信号变化的主要原因。最后,根据压接型IGBT内部多物理场耦合关系建立了有限元仿真模型,计算结果表明热应力在附加金属层与下钼层接触界面的边缘区域数值较大,在长期交变的应力疲劳后造成门极氧化层裂纹萌发,逐渐导致门极失效。文中研究结果说明了利用压接型高压IGBT门极驱动信号演化规律在线监测其门极老化状态具有一定意义。     

换流器直流差动保护动作特性分析与优化

换流器的故障特征呈现时空复杂性,亟需对直流差动保护的故障响应范围和动作特性展开系统的梳理和评估。分析了直流差动保护的保护范围与功能定位,明确了其存在的选择性问题,即保护范围超出直流系统而延伸至交流系统。以某实际高压直流输电工程的模型参数为背景,详细分析了直流差动保护在不同故障下的动作特性,解析分析了保护特征量的边界,且进一步考虑了直流控制对保护动作特性的影响。分析了提升直流差动保护动作选择性的策略,并构造了引入换流器交流侧电气量的辅助判据,从原理上解决直流差动保护的选择性问题,实际高压直流输电工程的仿真算例验证了该辅助判据的有效性。     

基于实际工程的变压器改进J-A模型研究

为了能够深入开展励磁涌流对直流输电系统影响的机理性研究,提出了一种基于PSCAD/EMTDC仿真软件的考虑磁滞特性的变压器模型建模方法,该建模方法采用改进J-A模型来描述变压器磁滞特性,具有物理意义清晰、参数较少等优势。介绍了常用的变压器电磁仿真模型建模方法,并给出了所提建模方法的详细步骤和算法设计。在PSCAD/EMTDC仿真平台上建立了牛从直流输电系统的仿真模型,并结合牛从直流的实际录波波形进行了参数辨识,最终利用PSCAD复现了牛从直流乙线换流变压器空充过程中甲线直流电流的录波波形,验证了所建模型的合理性和有效性。     

考虑VSC-MTDC动态稳定性约束的优化协调控制策略

为了解决多端柔性直流系统(VSC-MTDC)直流电压越限和功率分配不合理的问题,提出了一种与调度系统相结合的协调控制策略。通过调度系统进行短期负荷预测,并以所有下垂控制站的下垂系数、直流电压参考值和直流功率参考值为决策变量,以直流电压、直流功率和直流线路电流不越限为不等式约束,建立系统损耗和直流电压偏差最小为目标的多目标优化模型。此外,为了保证系统稳定性,通过建立反映VSC-MTDC直流侧响应的状态空间模型的方法,引入所有下垂系数之和为常数的等式约束。算例中搭建了四端VSC-MTDC系统,对定功率站的功率不变、功率突变以及计划停运等情形进行实验。结果表明,所提算法能在保证系统稳定的前提下,确保各节点直流电压波动范围为额定值的–5%~5%以内,同时保证各站的直流功率不满载。因此,所提算法能够优化VSC-MTDC的运行特性,可作为一种稳态调控或计划停运的控制手段。     

空充变压器时直流线路沿线50 Hz分量分布的定量计算研究

空充变压器可能在邻近运行直流线路上产生电压和电流的50 Hz分量,存在引发50 Hz保护动作而导致直流降功率的风险。针对空充变压器时直流线路沿线50 Hz分量的分布展开研究,为进一步制定合理的应对措施提供指导。分析了运行直流线路产生50 Hz分量的机理,并提出基于测试信号法的直流线路入口端谐波阻抗计算方法。在此基础上,研究了在不同运行方式下,空充变压器时运行直流线路沿线50 Hz分量的定量计算方法。以牛从直流的PSCAD/EMTDC仿真模型为例,利用上述方法进行计算,并将计算结果与仿真结果进行对比。分析结果表明,二者具有较好的一致性,这验证了所提定量计算方法的准确性和有效性。     

换流器保护在交流故障下的出口时序特性分析

当交流故障的故障条件不同时,换流器保护的出口结果和出口时间均具有不确定性,针对该问题展开系统的研究。梳理了换流器区故障和换流器保护的类型,并基于实际特高压直流工程的RTDS实验结果分析了交流故障下可能动作的换流器保护及其动作机理。详细分析了换流器保护的故障后电气特征离散性和计时原理,指出这是导致换流器保护动作时间不确定的两个原因。进一步深入对比了交流故障下存在出口时序离散性的3种换流器保护的动作逻辑,并结合上述特高压直流工程的RTDS实验结果分析了不同故障条件下这3种保护的出口时序特性。分析结果表明,这些保护延时定值极为接近,而且可能相互闭锁,不同故障条件下三者的出口时序关系决定了不同的动作结果。     

高压直流输电线路入口端谐波阻抗特性研究

空充变压器时直流线路沿线的50 Hz谐波分量分布与直流线路入口端谐波阻抗有关。针对直流线路入口端谐波阻抗特性展开详细研究。分析了不同直流运行方式下的直流线路入口端谐波阻抗,定性对比其大小关系。研究了直流线路入口端谐波阻抗的解析等值模型,并基于实际直流系统仿真模型,分别通过解析等值法和测试信号法对不同运行方式下的直流线路入口端谐波阻抗进行计算,验证该解析等值模型的准确性。进一步地,根据计算结果分析直流运行方式对直流线路入口端谐波阻抗大小的影响,所得结论与前文定性分析一致。改变换流器模型中换流变套管杂散电容的大小,研究杂散电容对直流线路入口端谐波阻抗的影响,实现了解析等值模型的简化。