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.     

杂散电容对换流阀绝缘试验测量结果的影响

保护性触发是特高压直流(UHVDC)换流阀的一项重要保护功能,对单阀绝缘试验中的操作冲击耐受试验有重要影响,进行该试验对电压测量准确性要求较高。进行某型号特高压换流阀保护性触发试验时,在测量设备采集到的试验电压峰值未达到设计的阀保护性触发动作门槛时发生了整阀触发导通,初步分析认为是阀塔动作正确,但测量设备与换流阀之间存在杂散电容导致试验电压的测量不准确。采用ANSYS仿真软件计算出试验回路中各主设备间的杂散电容矩阵,根据杂散电容和试验回路参数建立了PSCAD仿真模型,仿真得到了分压器测量值和阀实际承受电压值,复现了试验问题;通过理论计算分析优化试验方案,并进行了试验验证。结果表明:分压器、冲击发生器和换流阀之间的杂散电容对电压测量结果影响明显;根据ANSYS计算出杂散电容,根据杂散电容和试验回路参数建立PSCAD仿真模型,仿真结果与试验现象一致;通过试验方法的优化,电压测量偏差系数将由97.5%提高至99.2%,优化效果明显。     

应用于MMC换流阀的新型子模块电容电压波动抑制策略

模块化多电平换流器（modular multilevel converter, MMC）的体积和建造成本主要受到子模块电容的限制。主动注入二倍频环流或者三次谐波电压是一种有效的降容方式,但已有的谐波注入策略大多采用离线查表的方式计算注入参数,当工况发生变化时,需要重新计算注入参数,不适用于工况频繁变化的场景,且对于二者同时注入的耦合效应尚缺少分析。为此,首先分析了二、三次谐波协同注入对子模块电容电压波动的影响,接着研究了其对MMC运行特性的影响并给出注入参数的约束条件。然后,基于对子模块电容电压波动的分析,给出了谐波协同注入参数的优化结果。最后,在PSCAD中搭建了双端MMC模型,对所提策略进行了仿真验证,结果表明谐波协同注入策略能够有效抑制子模块的电容电压波动。     

MMC型电压源换流阀运行试验系统设计

依据模块化多电平换流器(MMC)型电压源换流阀实际工程运行工况,采用等效试验的方法,设计了一种MMC型电压源换流阀运行试验系统,对换流阀的稳态工况和暂态工况进行模拟,进而实现对换流阀的导通、关断和有关电流特性的检验,并且提出了一种可行的闭环控制策略来协调3个电流环的控制,从而达到对基波电流、二倍频电流以及直流电流精确有效控制的目的。详细介绍了MMC型电压源换流阀运行试验系统的主回路设计,并以实际工程换流阀组件为试验对象,验证了所设计的MMC型电压源换流阀运行试验系统的正确性和实用性。     

杂散电容对电容式电压互感器测量误差的影响

电容式电压互感器(capacitor voltage transformer,CVT)测量谐波的精度受补偿电抗器杂散电容的影响较大。通过对补偿电抗器杂散电容物理特性的分析,建立等效电路模型,以及对CVT谐波传递特性的分析计算,利用MATLAB/Simulink仿真软件,研究了杂散电容在不同范围内波动时对CVT各次谐波的传变误差的影响。仿真结果表明:不同杂散电容在相同范围内波动时,数值越大的杂散电容对CVT的传递特性影响越大。     

杂散电容对交流滤波器用避雷器电气应力计算的影响分析

交流滤波器是直流输电系统的重要组成部分,其各部分准确的电气应力,即过电压、电流和吸收能量仿真计算是绝缘设计及安全稳定运行的基础,为此提出杂散电容对交流滤波器用避雷器电气应力计算的影响分析方法。首先基于三维有限元仿真软件和PSCAD电磁暂态仿真程序,建立交流滤波器各设备间的杂散电容计算模型和电磁暂态仿真计算模型;然后对比分析杂散电容对滤波器投入及接地故障工况下的各小组滤波器的避雷器电压、电流及吸收能量的影响。仿真结果表明:考虑滤波器设备间的杂散电容后,避雷器电压幅值增加2.1%～9.6%,电流幅值增加5.7%～162.5%,能量增加2.4%～281.8%,但绝对值增加不明显;因此涉及避雷器精确计算的场合中可以充分考虑杂散电容的影响,但在避雷器绝缘裕度较大的设计场合,为了降低计算难度也可以忽略杂散电容。     

换流阀开路电压的计算和应用

针对高压直流输电(HVDC)和融冰装置等阀组进行开路电压试验(OLT)的特殊工况,按照理想和非理想负荷情况推导出额定输入电压下,输出直流电压的近似计算公式。介绍了现场如何利用公式或者经公式绘制出的曲线对OLT参数和结果进行有效预测,并据此事先调整过电压保护定值,确保OLT正常有序进行。部分现场的实测数据和试验结果证实了所推导公式的正确性和实用性。     

MMC的电容电压纹波效应及其对换流器优化设计的影响分析

模块化多电平换流器(modularmultilevelconverter,MMC)子模块上存在电容电压波动,是影响MMC分析和设计的重要因素。现有研究通常只关注电容电压纹波给器件电压应力和桥臂内部环流带来的影响,很少关注其对MMC交、直流端口输出特性的影响。揭示了电容电压纹波对交流输出电压和电容电压直流分量的影响机理,提出了基于标幺值的纹波效应偏差解析计算模型,可以根据运行工况准确求解出交流参考电压和子模块电容电压直流分量。在交流输出侧,计及纹波效应偏差影响可以扩大MMC线性调制区,提高MMC交流侧额定电压,降低桥臂额定电流。对于子模块电容电压,纹波效应给电容电压直流分量带来的偏差起到了降低电容电压峰值的作用,可以降低所需电容值。计及纹波效应偏差影响的参数优化可以使MMC的成本、体积和损耗都得到相应的下降,尤其是可以使电容用量得到大幅下降,使MMC的体积和成本得到显著优化。数字仿真结果验证了所提出的纹波效应理论及优化设计方法。     

基于电容电压精确计算的MMC环流抑制方法

在MMC的阀级控制中,传统的子模块计算方法通常忽略了电容电压瞬时值的波动而直接以稳态平均值为基准来计算相应时刻的投入子模块数.这种近似的计算方法使桥臂中的实际投入子模块数与系统期望子模块数之间存在一定的偏差,从而引起桥臂电压与系统期望电压之间的偏差.此时,整个MMC系统为了实现电压与能量的平衡,便会产生桥臂环流的交流分量并通过桥臂电感补偿上述不平衡电压.桥臂环流的交流分量虽然只存在于MMC的内部并不影响MMC的外部输出特性,但其出现增加了MMC的桥臂电流有效值、开关电流应力、功率损耗以及波动,降低了MMC的性能,因此实际应用中通常需要对其进行抑制.鉴于此,在不增加硬件设备、测量环节以及附加控制器的前提下,从阀级控制系统中的子模块投入数目计算环节入手,提出了一种基于对MMC桥臂子模块电容电压精确计算的环流交流分量抑制方法.该方法工程实现简单,不依赖于任何调制策略,适用于任意相的MMC换流器,在实现环流抑制、提高MMC稳定可靠性的同时具有良好的应用经济性.基于Matlab/Simulink的模型验证了所提方法的正确性与有效性.     

特高压换流阀内冷却系统对电压分布的影响

特高压换流阀是直流输电系统的核心设备,在其运行及试验过程中,会承受很高的直流电压应力。在电压应力下换流阀组件电压分布受冷却系统的影响较大。为改善阀内电压分布均匀性,根据换流阀的冷却系统参数对阀内冷却介质的电阻值进行计算,采用EMTDC软件仿真研究了不同电阻值对阀内电压分布的影响,得到阀组件在直流电压工况下的电压分布不均匀系数,对换流阀塔进行直流耐压试验,验证了仿真结果的可靠性。根据仿真、试验结果提出了换流阀冷却系统结构的改进方案,对改进后的阀塔进行仿真和试验,结果显示电压分布均匀性有明显改善。     

一种改进的MMC换流阀运行试验装置及其控制策略

从降低试验装置成本的角度对相关文献提出的模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)换流阀运行试验装置进行改进;根据改进拓扑阐述试验装置电流、电容电压控制原理,并设计电流闭环控制算法和考虑试验装置内部损耗的子模块电容电压闭环控制算法。PSCAD/EMTDC仿真结果表明所提试验电路及控制策略能等效模拟实际运行工况MMC各种电气应力,具有可行性。     

基于一起跳闸事故的换流阀电压应力保护分析

针对某特高压换流站发生的电压应力保护动作引起换流变分接头严重失步,进而产生较大偏磁电流并引起换流变饱和保护动作跳闸事故,分析不同控制保护厂家的电压应力保护逻辑,进行晋南工程电压应力保护定值整定和一次设备设计值计算,指出分层接入下的定值计算差异。最后对电压应力保护逻辑的改进方案进行比较,结果可以为直流工程电压应力保护功能设计和优化提供参考。     

杂散电容对VFTO的幅频特性影响分析

GIS内的隔离开关在分、合闸操作过程中,会产生快速暂态过电压(VFTO),其陡度大、频率高,会干扰二次设备的测量并引起TEV及TGPR,对系统的安全稳定运行以及电网智能化监测产生不良影响。介绍GIS与VFTO的相关背景,阐明了系统仿真等效模型的搭建过程。针对断路器均压电容、隔离开关对地电容、电压互感器对地电容等杂散电容参数变化对VFTO的幅频特性的影响进行了较详尽的分析,并给出了一些参考性的建议。     

柔直换流阀水管布置对电压均衡的影响

柔直换流阀在不控充电时,各个桥臂的子模块电压会自动均衡。在工程现场和试验时发现不同位置的功率模块的电压差异很大,可能会对换流阀造成损伤,或者引起换流阀无法正常启动。此处研究由于接线位置的不同,导致水路电位分布不同,进而导致换流阀子模块的静态电压分布不同。对不同接线方案进行了分析,并通过试验进行验证。     

换流阀换相过冲电压理论计算及运行方式影响研究

换流阀最大峰值持续运行电压(peak value of continuous operating voltage, PCOV)是换流站绝缘配合工作的重要参考数据,明确PCOV对应的运行工况有助于缩小计算范围,降低计算时间。建立6脉动整流器的阀电压波形的分时间段表达式,根据换相过冲电压计算原理分析阀电压跃变与阀电压峰值之间的关系,论证了计算PCOV时所参照的跃变时刻和运行工况。同样对逆变器的电压跃变情况进行分析,发现逆变器内换相过冲对阀电压峰值的影响远小于整流器。进一步对实际工程中使用的12脉动换流器中邻桥换相过程对阀电压波形的影响进行推导,明确了12脉动换流器阀PCOV不受邻桥换相过程的影响。以3个不同电压等级的实际工程为例,计算出额定工况和长期过负荷工况下决定阀电压峰值的阀侧线电压值和跃变电压值。提出在计算阀PCOV时推荐以长期过载方式作为直流输电工程运行方式,以整流模式作为换流器运行模式。     

换流阀冲击分布电压的测试方法

换流阀由许多可控硅串联而成。当它承受冲击过电压时,其中各部分的电压分布必须基本均匀。因此在研制100千伏换流阀的过程中,要求实测阀中各部分冲击分布电压的波形图及其峰值。为此目的,作者研制了具有高抗干扰能力并能摄取波形的冲击分布电压测试装置,其测量误差小于3％。作者应用它对换流阀做近两千次测试,利用所得结果,改进了100千伏换流阀的原设计参数,使之成功地通过了型式试验,并为今后的设计提供了科学依据。     

换流阀冲击均压电容的选择

对换流阀在冲击电压作用下的电压分布作了分析。在假定各元件(或组件)对地杂散电容(为C_d)和并联均压电容相同(为C)的条件下,推导出电压不均匀系数与换流阀组件数N及Cd/C的关系的工程计算公式。用此公式,可以方便地进行均压电容的选择。     

高压换流阀内冷却系统散热器杂散电流腐蚀的试验研究

国内数座换流站的运行经验表明,换流阀内冷却系统中铝制散热器的腐蚀是导致均压电极结垢和水路阻塞、泄漏等问题的根源。为了研究散热器在内冷水中电解电流作用下发生杂散电流腐蚀的问题,文中搭建了典型结构的换流阀内冷却系统模拟试验平台,在模拟换流阀实际运行环境的前提下,通过模拟试验检测了各支流管电流的变化,利用软件仿真明确了散热器内部电解电流的分布,结合相关理论计算了散热器的杂散电流腐蚀量和非电腐蚀量并进行了比较分析。试验和仿真结果表明,换流阀各阀段中只有中间电位以上电位处的散热器能够用发生杂散电流腐蚀;从散热器内表面与塑料接头衔接处起向内延伸约3.7 mm的铝制内表面是发生杂散电流腐蚀的主要区域;在内冷水电导率维持在0.5μS/cm以下的现场运行环境中,杂散电流腐蚀并不是散热器发生腐蚀的最主要原因。     

基于MMC的柔性直流输电换流阀试验系统设计

换流阀是柔性高压直流输电工程中完成电能变换的核心模块,其运行可靠性直接关系到整个直流输电系统的稳定性,因此需对换流器阀进行严格的型式试验.运行试验是型式试验的重要一环,主要检测换流阀对电流、电压和温度应力的耐受情况.依据模块化多电平换流器(MMC)型电压源换流阀实际工程运行工况,采用等效试验的方法,设计了一种基于MMC...     

考虑系统损耗的MMC换流阀冗余配置策略

模块化多电平换流阀具有扩展性强、响应速度快等优点,现已成为柔性直流输电工程建设的首选。其可靠性关系到整个输电系统的安全运行,而损耗特性则关系到输电系统的经济运行。为了提高柔性直流输电系统的可靠性,对换流阀一般会设置一定的冗余度,但过高的冗余度又会带来严重的损耗。基于以上考虑,分析了冗余度与可靠性、损耗的关系,推导了其数学解析表达式。然后,提出了一种基于多目标优化的MMC换流阀冗余度优化配置方法,使得柔性直流输电系统能兼顾可靠性和损耗。最后通过工程算例对所提出的方法进行了验证,表明采用所提出的方法能提高柔性直流输电系统的综合性能。