无插值仿真平台中抑制数值振荡的阻尼电路设计方法

阐述及复现了普遍存在于电磁暂态仿真中的数值振荡问题,罗列了现有电磁暂态仿真程序应对此问题的解决方法,并从应用场合、计算代价、编程复杂度等多个方面分析了局限性。在此基础上提出了一种适用于无插值功能的仿真平台中的用于抑制数值振荡的RC阻尼电路设计方法。从数值振荡的机理入手分析其有效性,提出了描述数值振荡剧烈程度的量化函数,并将其与Simplex算法相结合对RC电路的配置进行优化,大幅提高了阻尼电路对数值振荡的抑制效果。结合不同仿真步长下的多次测试,对仿真步长、数值振荡和阻尼电路三者之间的关系进行了进一步分析。     

压接型IGBT在MMC系统中的电热耦合仿真

目前已知的高压柔性直流输电工程中的电压源换流器(voltage source converter,VSC)大多采用模块化多电平换流器(modular multi-level converter,MMC),MMC子模块中半桥子模块的应用最为广泛。高压直流输电系统的高可靠性要求半桥子模块的搭建必须采用压接型的绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)。本文主要针对压接型IGBT半桥模块的MMC展开电热耦合的仿真,探索出一种基于Foster热网络的电热耦合仿真方法,从热稳定性的角度对MMC系统的安全运行域进行了刻画。     

基于等效电导率的压接型IGBT器件温度场仿真

压接型封装全控器件由于其具有无焊点、无引线、双面散热的特点,逐渐在大容量换流器中得到了广泛的应用,其可靠性以及寿命预测也引起了学术界和工业界的关注。本文提出了一种基于等效电导率的压接型绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)器件温度场有限元仿真方法,直接反映了压接型IGBT器件内部芯片发热功率随温度变化的特性,进一步提高了温度场仿真的准确性,为模块可靠性分析和寿命预测建立了仿真计算基础。此外,对某型号压接型IGBT器件进行MMC工况下的温度场仿真,得到了该工况下模块内部温度分布情况。     

具有较低复杂度和开关频率的MMC混合排序均压算法

模块化多电平换流器(MMC)在世界范围内的直流输电中应用已经十分广泛,其中电容电压均衡控制策略是MMC应用的关键技术与难点。文中首先提出了一种分两组的组间比较排序法,称为OF排序法。该方法排序的最大时间复杂度为N-1,但该方法的使用范围受限。因此,在此基础上又提出了一种新型MMC混合排序均压算法。该算法在大幅降低排序时间复杂度的同时还能够降低器件的开关频率。以厦门柔性直流输电工程为例,验证了该算法在多种工况下的正确性。最后,通过仿真计算出新型混合排序均压算法的时间复杂度约为1.45 N,优于现有的其他MMC均压排序算法,并且仿真结果显示该算法还能降低开关频率,约为传统冒泡法的1/2。     

晶闸管阀换相失败判据的理论分析

综合分析了常规直流晶闸管阀换相的全过程,包括晶闸管正向导通电流过零的换相重叠过程和阻断能力恢复过程;从换相电抗能量耗散的角度重新解释了晶闸管换相重叠过程,并从电荷角度分析了晶闸管阻断能力恢复过程,在此基础上,研究了晶闸管阀反向恢复电荷、载流子寿命和反向关断时间等参数对换相过程的影响,并对"γ7°"这一换相失败判据的理论依据进行了分析和推导。     

一种基于最大短路电流限制的高压直流输电连续换相失败抑制方法

为降低高压直流输电系统发生连续换相失败的概率,理论分析了连续换相失败发生机理及其影响因素,提出了一种基于最大短路电流限制的连续换相失败抑制方法,并以首次换相失败发生为触发信号,配合系统低压限流环节,对故障期间直流电流整定值进行修正,抑制连续换相失败的发生。基于CIGRE HVDC标准测试模型,在PSCAD/EMTDC中实现了所提出的控制方法。仿真结果表明,在不对称故障和三相故障下所提的优化控制策略均能有效抑制连续换相失败的发生,实现系统各项电气参数的平滑恢复,有效改善系统的故障恢复特性。     

级联两电平换流器CTLC的建模和快速仿真方法

级联两电平换流器CTLC(cascaded two level converter)是由ABB公司提出的一种类似于模块化多电平换流器MMC(modular multilevel converter)的拓扑,它继承了MMC的优良特性,同时大幅降低了控制器复杂度,节约了投资。然而,尚未见文献报道CTLC的建模和快速仿真方法及其换流器内部故障仿真方法。首先介绍了CTLC的拓扑、基本原理及适合于CTLC的载波移相调制均压策略;其次重点针对CTLC中的谐振滤波器展开研究,对比分析了不同参数下滤波性能的差异。进而基于戴维南等效原理,搭建了包含CTLC拓扑及调制均压策略的整体电磁暂态快速仿真模型。最后,提出了一种CTLC阀内故障的仿真方法,可以精确仿真开关器件的短路和断路故障。在PSCAD/EMTDC中搭建的双端49电平CTLC-HVDC仿真模型,验证了所提出建模及故障仿真方法的有效性。     

含新能源接入的柔性直流电网启动策略及仿真

以新能源大规模接入为目标,以多端柔性直流输电技术为支撑,提出了一种用于汇集风能、太阳能等多种新能源的柔性直流电网拓扑。首先,设计了通用的直流电网启动策略,然后基于机电暂态计算结果为该直流网络设计了稳态运行工况,并针对性地模拟了直流线路单极接地故障、交流线路故障和风机大规模切除3种暂态运行工况。最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台中搭建该直流电网模型,仿真验证了启动控制策略和稳态潮流分布,结合仿真波形对电网暂态特性进行了讨论和分析。     

一种改进的STATCOM暂态无功控制策略

对含有STATCOM的HVDC系统在故障恢复过程中发生"二次换相失败"的现象进行了描述和复现。分析了STATCOM无功补偿、HVDC系统控制特性与故障程度三者之间的作用关系,研究表明现有STATCOM无功控制策略在交流侧发生严重故障时会恶化系统恢复特性。基于此,提出了一种改进的STATCOM暂态无功控制策略,根据故障的严重程度差异化配置STATCOM无功补偿模式,保证HVDC系统恢复阶段交流电压稳定,加快系统恢复速度。最后,在PSCAD/EMTDC中对所提控制策略进行了仿真验证,结果表明,随着故障程度的加重所提控制策略可以有效降低系统发生"二次换相失败"的概率,从而显著改善系统的恢复特性。