高压直流输电工程换流阀均压电极断裂机理研究

均压电极是高压直流输电工程换流阀内冷水系统的重要部件,起到钳制电势和减小泄漏电流的关键作用,但是在运行过程中,均压电极发生腐蚀或者断裂,将导致换流阀阀塔上与内冷水管道接触的金属器件发生腐蚀,内冷水系统发生渗漏、堵塞等,从而使得换流站因设备过热、水管漏水等问题造成的停运事件屡有发生,严重影响直流工程的安全稳定运行。因此,研究均压电极断裂相关机理和原因能够有效减小内冷水系统事故。文中通过分析均压电极在水管内的受力情况,结合铂金材料的特性,首次从剪切强度的角度开展了均压电极断裂分析。文中从材料成分、力学性能、微观结构等角度对均压电极开展了研究,分析了均压电极断裂机理,确定了均压电极断裂原因。文中的分析方法及结论,对高压直流输电工程换流阀均压电极的生产制造、材料选型、运维检修等具有重要参考意义。     

高压直流输电晶闸管换流阀损耗仿真计算方法研究

准确计算换流阀及其中各类元部件运行损耗,是进行换流阀及其阀冷系统设计的基础。文中在分析换流阀中主要损耗源基础上,建立了晶闸管、电抗器的高精度等效仿真模型,提出了换流阀损耗的仿真计算方法。以此为基础,计算了额定工况下锡盟站换流阀中各主要元部件损耗功率,并将总损耗计算结果与理论计算值及现场测试数据进行了对比分析。结果表明:仿真方法具有较高精度,可被用于换流阀总损耗计算,以及阀内各发热器件的功率计算。     

高压直流输电光触发换流阀塔均压电极除垢技术和工艺研究

由于晶闸管铝制散热器的电化学腐蚀,光触发换流阀塔均压电极在电场的作用下容易形成垢质。结合宝鸡换流站均压电极除垢检修经验,介绍了光触发换流阀塔均压电极除垢工艺及流程,总结了电极除垢过程中的关键环节。     

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。     

光触发晶闸管与高压直流输电

简要介绍光触发晶闸管及其在高压直流输电换流阀中的应用。     

高压直流输电换流阀过负荷能力计算方法

作为高压直流输电系统的核心设备之一,换流阀的安全与否直接关系到整个系统的可靠性。由于某种原因需直流输电系统过负荷运行时,应保证各设备的安全可靠运行,由换流阀的安全极限所决定的过负荷限值即为换流阀的过负荷能力。文中先讨论了影响换流阀过负荷能力的主要因素,再根据晶闸管结温和阀冷却系统冷却容量两个方面对阀的过负荷能力计算方法进行了研究,并对南方电网所辖的高肇直流输电工程中阀的过负荷能力进行了计算。     

直流输电换流阀阻尼系统特性研究

直流换流阀阻尼系统由饱和电抗器铁心电阻和晶闸管级阻尼电阻2部分组成。该文提出了饱和电抗器动态电感和铁心电阻分析计算方法,建立了铁心电阻与磁通密度的函数关系及饱和电抗器等值电路模型。通过对高频电压源激励下端口伏安特性理论计算结果与试验测试结果对比,验证了模型的正确性。提出了阻尼系统抑制振荡电流性能分析方法,给出了晶闸管第1个电流波谷值处于局部极限值的阻尼系统配置方案;分析了阻尼系统冲击电压下辅助限制过电压性能;提出了阻尼系统损耗计算方法,研究了换流阀不同运行状态下的损耗性能。     

特高压直流输电换流阀控制系统应用

换流阀作为换流站中的关键设备,能实现交流电与直流电之间相互转换。换流阀控制系统主要功能是触发、监视和保护换流阀。以±800 kV特高压沂南换流站极Ⅱ的PCS-8600换流阀为背景,介绍换流阀控制系统的原理及配置方式,对阀控单元及晶闸管控制单元的重点功能进行详细分析。针对实际运行中需要重点关注的阀控接口信息,给出归纳与总结,为今后换流阀系统的运行维护及消缺处理提供参考。     

菲律宾±350 kV直流输电工程换流阀研制

菲律宾Mindanao-Visayas±350 kV/450 MW高直流输电工程是我国的企业走出国门,输出中国高压直流(HVDC)输电技术的又一成功范例.在此结合菲律宾电网的差异和工程特点,系统介绍了±350 kV/450 MW工程换流阀的研制工作,从换流阀的基本参数、电气设计和结构设计3个方面分析换流阀的技术特点和性...     

换流阀内冷却系统均压电极结垢分布规律

高压直流输电换流阀内冷却系统的冷却结构具有多种类型,但均不能规避针形均压电极的表面结垢问题.现场测量和统计了四重阀塔螺旋型主水路、二重阀塔S型主水路、并联型阀组件内水路等典型结构阀内冷水路中的均压电极结垢厚度分布,统计分析了电场和流体场等环境因素对电极结垢分布情况的影响,计算了内冷水路不同位置均压电极的电流大小及其表面...     

模块化多电平换流器电容电压的分布式均衡控制方法

子模块电容电压的均衡控制是模块化多电平换流器(MMC)的关键问题,通常的做法是在中心控制器通过排序法或附加控制量法集中实现电容电压的均衡控制,当级联的子模块数目巨大时,中心控制器存在占用计算资源过多甚至难以实现的问题。提出一种MMC子模块电容电压的分布式均衡控制方法,将电容电压的均衡控制环分散到各子模块控制器中实现,每个子模块控制器仅需要完成自身电容电压追踪桥臂电容电压平均值的控制,均衡控制环简单且占用计算资源小,当级联的子模块数目大幅增加时,中心控制器的计算资源变化较小。通过对基于MMC的双端柔性直流输电系统的RT-LAB仿真结果和物理试验结果验证了所提出的分布式均衡控制方法的正确性和有效性。     

适用于电压源换流器型高压直流输电的模块化多电平换流器最新研究进展

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)为多电平换流器家族中的一员,其技术特点非常适用于电压源换流器型高压直流(voltage source converter high voltage direct current,VSC-HVDC)输电领域。为了分析MMC的最新研究进展,首先介绍了MMC的拓扑电路及其工作原理,分析了其技术特点和应用领域,比较了其相对于传统2电平和3电平VSC拓扑的优势所在。然后分别从MMC的数学模型、调制策略、子模块电容均压、预充电、内部环流、控制方面、换流阀试验以及其在VSC-HVDC系统中的工程应用等方面,回顾了MMC目前在国内外的最新研究进展和工程应用现状,并指出了MMC自身的缺点和今后亟待研究的关键问题。已有的研究表明,MMC在电力系统中有着广阔的应用前景,是未来高压直流输电技术的一个重要发展方向。     

基于改进快速排序算法的MMC均压控制策略

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)由于其自身具有输出电平数高、开关频率低、波形质量好等优势而被广泛研究和使用。子模块电容的电压均衡问题是MMC的重点研究方向之一。传统均压方法随着子模块数目增加,将极大增加开关元件频率损耗和控制器运算量。该文提出了一种基于改进快速排序算法的均压策略,通过实时监测子模块电容电压,设置子模块电压间的离散度指标,继而控制排序模块的开通和保持。同时,通过排序算法的优化,使控制器在多模块时计算效率大大增加,降低硬件要求。在PSCAD/EMTDC仿真平台搭建MMC-HVDC模型进行仿真验证。仿真结果表明,改进的均压控制方法能够在维持系统特性相对均衡的同时,有效提高运行速度,降低子模块开关频率。     

HVDC换流阀组件宽频带电压光电测量系统的研制

研制了用于测量换流阀组件电压分布的光电测量系统,以检验其均压效果。该系统主要由探头、光发射装置、光纤传输系统、光电转换装置组成,具有小尺寸、便携等特点。对所设计的光电测量系统进行了频带、冲击电压测试,其带宽为直流至7 MHz。试验结果表明,所设计的测量系统可以有效避免电磁环境干扰,能够满足测量换流阀组件电压分布的需要。     

VSC-HVDC机电暂态仿真建模及仿真

以VSC-HVDC在dq旋转坐标系下的基频数学模型为基础,总结了VSC-HVDC的机电暂态数学方程。之后基于PSS/E自定义模型功能实现了VSC-HVDC机电暂态模型,并将该模型和PSCAD中VSC-HVDC电磁暂态精确模型进行了对比,仿真结果表明两者的稳态潮流十分接近,动态特性具有很好的一致性,从而验证了VSC-HVDC机电暂态模型的有效性和准确性。最后基于该模型对VSC-HVDC在实际大规模多直流馈入系统中的应用进行了研究,结果表明VSC-HVDC从根本上解决了传统直流输电的换相失败问题。     

模块化多电平柔性直流换流器阀组本体保护的设计

换流器阀组是柔性直流输电系统的关键设备。文中介绍了模块化多电平换流器阀组的基本原理和组成结构,基于舟山五端柔性直流输电工程对阀组过电流和过电压故障进行了仿真、分析研究,提出了阀组保护的关键需求,以此为基础构建了由子模块控制电路、阀控系统及柔性直流控制保护系统组成的多层次的完整的阀组本体保护系统及保护策略,提出了系统性的过流保护策略和系统性过电压判据,有效提高了阀组的过电流、过电压穿越能力。阀组保护系统及保护策略经过了±6kV两端柔性直流输电系统的试验验证和舟山、南澳工程现场试验的验证。     

基于电压源换流器型直流输电拓扑结构和调制策略

作为新一代直流输电技术,基于电压源换流器型直流输电由于采用全控电力电子器件,能够灵活实现有功功率和无功功率的独立控制,动态补偿交流母线无功功率进而实现交流电压控制,因此在新能源并网和交流电网互联等方面越来越显示出其独特的优势。而换流器作为直流输电系统中的核心部件,其不同的拓扑结构和调制方式会对换流器的输出性能带有一定的影响。以ABB公司和Siemens公司所提出的拓扑结构为例,对比分析了电压源换流器型直流输电两电平和模块化多电平的拓扑结构以及优缺点,并通过仿真分析了载波移相和最近电平逼近调制策略对输出电压电流波形的影响以及ABB公司CTL拓扑结构在环流抑制上的优越特性。     

基于换流角的桥臂交替导通多电平换流器电容电压控制

桥臂交替导通多电平换流器(AAMC)的桥臂由多个全桥子模块和带有反向并联二极管的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)串联,通过上下桥臂轮流导通来输出多电平的正弦波。如何维持AAMC子模块电容电压稳定是AAMC研究的难点。从桥臂能量平衡的概念出发,建立了在特定角度进行上下桥臂换流实现桥臂子模块电容电压控制的能量平衡方程,提出了换流角的计算方法。通过桥臂最大导通电压的研究,提出了两个换流角的解与无功功率的互补特性。依据无功方向优化选择换流角,有效降低了桥臂最大导通电压,减少了桥臂所需子模块的数量。通过换流角与电容电压耦合机理研究,提出了局部线性化的电容电压一阶模型,以此为基础提出了换流角前馈与比例—积分(PI)控制相结合的电容电压控制策略,既提高了控制响应的快速性,又保证了电容电压的稳定性。通过PSCAD/EMTDC仿真验证了基于换流角的子模块电容电压控制方法的有效性。     

模块化多电平换流器的快速电压模型预测控制策略

针对传统模型预测控制策略用于模块化多电平换流器(MMC)时存在运算量庞大的问题,在分析MMC离散数学模型的基础上,通过优化控制目标实现方式、简化滚动优化过程,提出一种结合排序均压思想的快速电压模型预测控制策略。该控制策略针对三相MMC系统,基于电压矢量预测模型进行设计,可在保留传统模型预测控制算法优点的同时令运算量得到大幅度减小,使其应用不受MMC电平数量限制。通过在MATLAB/Simulink软件中搭建双端21电平的基于MMC的柔性高压直流输电(MMC-HVDC)系统模型进行了仿真验证,证明了所提控制策略的正确性和有效性。     

直流输电换流阀杂散电容和冲击电压分布的计算

速变电压下的电压分布性能是高压直流输电换流阀的重要电气特性之一,而换流阀的杂散电容是导致速变电压不均匀分布的主要原因,因此对杂散电容的准确计算具有重要意义.提出一套换流阀杂散电容的计算方法,包括窗口截断技术、屏蔽效应和复用技术等.完成了相关理论推导,证明该方法的计算结果比实际电容值更大,结果是趋于保守和可信的.利用场路结合原理建立等效电路,并对冲击电压分布进行了计算.试验和计算结果表明,所提的杂散电容和电压分布计算方法是可行的.