UPFC换流阀模块测试装置的研制及应用

针对新兴的统一潮流控制器(UPFC)工程的分级调试,提出一种自动调试的方法,设计了一种测试装置,专门解决换流阀子模块的工程调试。测试装置由测试管理单元和测试执行单元两部分组成,测试管理单元通过内部分布式总线控制测试执行单元,是测试的核心;测试执行单元包括阀控模拟模块、采集模块和能量控制模块。阀控模拟模块模拟阀控装置的通信协议,控制子模块进行功能测试同时进行状态监测,采集模块采集子模块相关的电压状态,能量控制模块给换流阀子模块进行供电,用于测试子模块的充放电逻辑;测试管理单元配置测试执行单元模拟的阀控协议、子模块的拓扑结构等参数以控制测试的功能和流程,测试管理单元结合采集信息和通信状态信息共同辅助进行测试判断,测试结束给出完整的报告,完成UPFC换流阀子模块的自动调试,工程实际表明该方法完全适用于现场验收测试以及出厂调试的需要。     

基于串联晶闸管强迫过零关断技术的混合式高压直流断路器

为了提高混合式直流断路器的开断能力,降低半导体器件的使用成本,提出了一种基于串联晶闸管强迫过零关断技术的具备双向开断能力的混合式直流断路器拓扑方案。在分析关断过程的基础上,推导了串联晶闸管阀与二极管阀组件反向恢复过程中均压回路的参数设计方法,然后以10 k V样机为例,开展了主支路和转移支路器件选型与参数设计,并搭建了10 k V直流断路器原理样机及其实验回路。研究结果表明：正常运行时,主支路由机械开关和少量的全控型半导体器件串联构成,其损耗较小;在开断电流时,故障电流首先转移至晶闸管阀支路,再通过放电回路注入反向电流迫使晶闸管阀过零关断,最后通过耗能支路吸收系统感性能量。原理样机实现了直流电压10 k V下短路电流峰值为8.8 k A的过零快速关断、且开断时间小于3 ms;转移支路可通过调整半导体器件的串联数量和选型大幅提升直流断路器的电压等级和故障电流耐受能力;串联二极管阀能在大电流关断暂态过程中抑制晶闸管器件的反向恢复过电压,降低晶闸管器件的损坏风险;在混合式直流断路器的换流和关断阶段,无需针对串联的晶闸管器件调整触发时间与匹配参数。综上所述,所提出的混合式直流断路器具有快速直流短路故障清除能力,可以作为未来柔性高压直流输电系统组网的工程实施方案之一。     

10 kV直流配电网混合式断路器结构设计

基于10 kV直流配电网示范工程要求及二极管整流型混合式拓扑结构,文中首先介绍了直流断路器的整体布局结构;然后提出了阀组模块化设计方案,阐述了各模块的设计选型过程,通过理论计算及仿真分析设计了主支路散热系统及IGBT硅堆结构,研制了额定电压10 kV,额定电流1 kA,最大开断电流10 kA,开断时间小于3 ms的混合式直流断路器产品;最后试验结果表明:直流断路器在10 kV配电网中运用的可行性和有效性。     

基于二极管钳位的电流转移型高压直流断路器

为有效提高电流转移型直流断路器的运行可靠性,降低结构复杂性和控制复杂度,提出了可用于正极和负极的两种二极管钳位式电流转移型高压直流断路器拓扑结构。该改进式拓扑将原断路器一半的通流支路改用二极管支路,同时添加了与绝缘栅双极型晶体管(IGBT)组件相并联的旁路开关,以提升超快速机械开关分断失灵情况下对直流断路器本体的保护。在保证同等直流故障处理能力的前提下,其投资成本与电流转移型直流断路器具有可比性,不引入过高的投资成本增量。为验证二极管钳位式电流转移型直流断路器的有效性,在PSCAD/EMTDC内建立了一个三端单极直流网络模型。仿真结果验证了二极管钳位式电流转移型直流断路器在隔离直流线路故障方面的可行性和有效性。     

一种柔性直流子模块测试装置的研制及应用

本文针对柔直输电系统缺乏调试手段的现状,提出一种用于模块化多电平柔直子模块自动调试的方法,设计了一种测试装置,包括管理单元、模块化多电平换流器(MMC)控制模拟单元、采集单元和能量输出单元。能量输出单元给子模块供电,MMC控制模拟单元模拟阀控协议控制子模块功能测试,采集单元采集子模块相关的电压状态,管理单元结合采集信息和通信状态信息共同辅助测试判断,从而完成柔直输电系统子模块的自动调试,工程实际表明该方法完全适用于现场验收测试以及出厂调试的需要。     

传统高压直流输电换流阀及其常发故障分析

金中直流输电工程逆变站采用典型的传统高压直流输电技术,使用ABB技术路线的换流阀,却比国内同类型的高压直流输电工程多发IP（Indicating Pulse,指示脉冲）丢失、IP震荡、保护性触发等异常现象。为此,对换流阀结构、VCU（Valve Control Unit,阀控单元）配置、晶闸管编码进行了分析,初步确定晶闸管单元硬件问题为频繁IP告警的重要原因之一。测试晶闸管后进一步对TCU（Thyristor Control Unit,晶闸管控制单元）取能电路进行分析、检测,认为稳压二极管、功率三极管异常均有可能导致TCU处于保护性触发模式,并建议设计一种针对TCU控制单元的专项测试,为高压直流输电工程的安全运行提供保障。     

一种柔性直流输电阀控测试系统设计与实现

设计了一种模块化多电平柔性直流输电阀控测试系统,包括极控模拟装置、换流站主电路信号发生装置、换流阀子模块模拟装置和监控后台等。该测试系统可以在不使用极控系统和换流阀本体的条件下,完成对模块化多电平柔性直流输电阀控系统的基本功能测试,包括子模块电容电压的读取和状态监视、均压控制、阀控对子模块故障处理逻辑、阀控自身故障处理逻辑、系统电压电流的采集等。仅需调整子模块模拟装置的接口数量,即可满足不同容量和电压等级的柔性直流输电阀控系统测试需要。对MVCE 300型柔性直流输电阀控系统进行了实际测试,测试结果表明,该测试系统可以满足柔性直流输电阀控设备厂内调试的需要。     

柔性直流输电换流阀子模块现场测试装置设计

柔性直流输电的能量转换核心装置是柔性直流输电换流阀,柔直换流阀的基本组成单元是子模块,柔直工程换流阀的子模块数量众多,按传统逐个测试的方法需耗费数周时间才能完成检测,因此目前的柔直换流阀检修一般采用抽检的方式,存在漏检的安全隐患。为了快速检测换流阀子模块,根据子模块检测实验需求,设计了一套柔直换流阀子模块现场批量自动测试装置,采用10 kV直流电压源为阀段供电、子模块轮流导通关断的方式自动完成测试,并在鲁西工程广西侧换流阀阀段上进行了实验验证,实验结果表明该套装置可快速实现对柔直换流阀阀段级子模块的IGBT、触发回路、控制板卡等主要组件的测试。     

灵宝背靠背直流工程系统调试中的关键技术分析

灵宝背靠背直流联网输电工程是我国直流输电国产化的示范工程,该工程的系统调试是第一次依靠国内技术力量调试全部国产化设备。介绍了系统调试中几个关键技术问题的分析和解决过程：系统调试方案的编写过程;在换流站两侧均为单回交流进线的情况下交流系统单相瞬时故障点的选择和试验方法;最后断路器跳闸功能的原理、配置原则及软件和硬件的完善;换流站阀冷却变频器控制保护功能的完善。这几个关键技术问题的解决保证了系统调试的完成以及该工程的顺利投入运行。     

直流断路器对张北柔直电网中单极接地过电压的影响分析

张北柔性直流电网工程将首次实现混合式直流断路器的工程示范应用,并采用故障率更高的架空线作为输电线路,因此故障过电压对整个系统的威胁更加严峻。文中以柔直电网中直流侧发生单极接地故障为例,研究了含有直流断路器下的单极接地故障暂态特性,并在PSCAD/EMTDC平台上搭建了柔直电网过电压仿真模型,仿真分析了直流断路器中避雷器限电压系数γ、转移支路子模块闭锁时间和避雷器投入方式对关键节点和设备上过电压水平的影响。结果表明:柔性直流换流站的直流母线、换流变阀侧、限流电抗器端间和金属回线过电压随着γ的增大而增大,避雷器吸收能量随γ取值增大而减小;随着转移支路子模块闭锁时间的增加,单极接地过电压有所减小;避雷器依次投入(带有适当的延迟)比避雷器同时投入在限流电抗器端间产生的过电压大幅减小,而对其他设备的过电压影响不大。研究结果可为柔性直流换流站绝缘设计和直流断路器工程化应用提供参考。     

共转移支路式混合直流断路器拓扑

针对现有混合直流断路器造价高、难以应用于多端电网的缺陷,提出了一种新型混合直流断路器拓扑。该拓扑采用共转移支路和二极管整流桥相结合的结构,以减少绝缘栅极晶闸管(insulated gate thyristors,IGBT)数量,并在转移支路串联附加电阻以减小故障电流峰值。针对此新型拓扑,该文详细分析了其在多端电网中的开断原理,采用换序电路法建立了故障电路数学模型,构建了故障电流与附加电阻之间的关系表达式。最后,利用PSCAD/EMTDC仿真软件搭建新型混合直流断路器仿真模型,结果表明采用共转移支路结构可有效减少IGBT使用数量,转移支路附加电阻可显著提高直流断路器开断容量。     

基于蓝牙技术的直流断路器检测系统

为了研究直流断路器断开时主回路中电弧电流和转移回路中振荡电流的特性,介绍了一种采用蓝牙技术对上述电流进行无线实时检测的方法,并进行了系统软硬件的设计和实现。该系统用蓝牙模块PCF87753和MCS-96单片机构成的检测单元,通过罗氏线圈将检测到的电流信号由蓝牙模块射频经空中链路发送至检测终端。终端由蓝牙USB适配器与PC机构成,传回的电流信号在虚拟示波器上显示和记录电流的波形。检测单元独立安装在断路器的主回路和转移回路中,与检测终端电气隔离。利用并励直流电机控制回路中的接触器主触头模拟直流断路器对系统进行了检测与通信实验,结果表明,该系统能够满足数据实时采集和安全传输的要求,可用来记录和分析直流断路器分断时各支路的电流,此为断路器的工作状态的判断提供了重要依据。     

昆柳龙特高压混合多端直流阀控触发异常分析及优化措施

昆柳龙特高压混合多端直流工程是世界首个特高压混合多端直流工程,较传统两端直流运行方式更加灵活,但也增加了控制保护策略的复杂性。自投运以来多次发生运行异常,其“首台套”控制保护系统和设备的可靠性有待进一步提升。详细分析了昆柳龙直流“6·9”阀控触发异常事件,全面梳理控制保护功能配置和直流响应情况,提出了增加阀组触发异常检测保护功能并实施应用,该策略能准确迅速检测出阀控脉冲丢失或脉冲延时故障,完善了直流控制保护系统对阀组触发异常工况的风险识别和抵御能力,有效提升昆柳龙特高压多端混合直流工程运行的可靠性和稳定性,研究成果可为后续特高压混合多端直流工程控制保护系统的功能设计提供借鉴和指导。     

柔性直流阀控全链路试验方案及实时仿真

柔性直流阀控全链路试验是验证柔性直流阀控功能和性能的重要技术手段。本文提出的柔性直流阀控全链路试验方案主要包括阀控架构、全链路试验系统架构及其主要的模拟功能、试验项目设计等。首先分析了柔性直流阀控的架构和阀控架构的特点以及其各层级的连接关系;其次针对柔性直流阀控的特点提出了计及脉冲分配和功率模块控制的全链路试验系统;最后,在实时仿真平台上搭建了全链路试验系统,对实际工程应用的柔性直流阀控进行了全方位测试,并对典型试验结果进行了分析。试验结果表明,本文提出的全链路试验方案和系统能够满足柔性直流阀控功能和性能测试的需要。     

混合式高压直流断路器试验技术

混合式高压直流(HVDC)断路器是电力电子结合机械开关技术领域新型的高端电力装备,迄今为止其电气试验尚没有可以参照的国际或国家标准。为此,深入分析了混合式高压直流断路器的极限工况,梳理了快速机械开关、主支路阀组以及转移支路阀组等关键构成部件的电气应力,提出了能够全面考核整机电磁、热与机械等性能的运行试验和绝缘试验项目,并完成了试验系统的搭建。研究结果表明:所研制的世界首台535 k V电压等级混合式高压直流断路器样机及其关键部件在搭建的试验系统中完成了所提出的各项试验,最大开断电流为25k A,开断时间小于3 ms;针对性提出的试验方案和实现技术能够充分在实验室内考核混合式高压直流断路器的各项指标;试验结果证明了方案的正确性和可行性。该研究为未来混合式高压直流断路器相关试验检测标准的制定奠定了基础。     

电力光缆自动监测系统设计方案

介绍了电力光缆自动监测系统的硬件设计包括硬件组成、工作原理和主要功能以及软件设计包括程控光开关的控制和模块的控制流程;提出了运用电力光缆自动监测系统的关键技术,即自动测试和手动测试的选取,相关参数的设置及故障点地理位置的精确定位。通过电力光缆自动监测系统可获取光纤长度、平均损耗、反射损耗、熔接损耗等相关数据并判断事故点与测试原点间的距离,实现故障点的精确定位,大大缩短了修复故障光缆的时间。     

云广直流工程阀组旁路开关位置检测回路设计优化

精确检测阀组旁路开关的位置是云广直流控制系统阀组触发脉冲与阀组旁路开关成功配合的关键。阐述了在解锁串联双阀组中第二个阀组期间使阀组旁路开关位置与阀组触发脉冲相配合的控制过程,分析了阀组旁路开关位置判别功能及其检测回路,当前回路设计的不合理性及其可能给运行维护带来的安全隐患,并提出了解决方法。此方法已成功应用到±800 kV糯扎渡直流工程中。     

舟山多端柔性直流输电示范工程及其评估

介绍了舟山多端柔性直流输电示范工程基本情况、电网接线方式及直流控制保护功能,分析了快速重启动及换流站单站投退在工程中的应用及工程的运行效果。并结合实际运维经验,针对直流控制保护、换流阀子模块、直流断路器、直流测量装置等主要设备问题进行了分析,并给出了技术完善的方向。     

高压直流断路器耗能支路MOV关键技术

金属氧化锌避雷器(MOV)作为高压直流断路器的重要组成部分,具有电压等级高、吸收能量大(数百兆焦)的特点,工程设计难度大。该文详细开展了高压直流断路器MOV关键技术研究。首先,影响高压直流断路器MOV吸收能量的因素众多,MOV吸收能量计算和仿真难度大。同时详细分析了柔性直流系统运行方式、暂态保护控制策略、高压直流断路器的位置、故障点的位置以及故障类型对MOV吸收能量的影响,并以张北±535k V柔直工程为例,搭建七端仿真模型,归纳出直流断路器耗能支路MOV能量仿真方法。其次,高压直流断路器MOV能量巨大,需要涉及大量阀片串并联设计,该文从阀片生产工艺、一致性筛选试验、阀片配组、整体结构设计等方面开展多级阀片串并联的MOV一致性关键技术研究,同时设计多柱并联下MOV的监视和保护功能技术,提高其运行可靠性。最后,考虑到高压直流断路器中MOV的特殊应用工况,现有型式试验项目不能充分有效地考核其性能指标,还重点开展了MOV能量等效性试验和多柱均流测试的关键方法研究。高压直流断路器MOV关键技术研究涵盖了设计、生产与试验等各个环节,攻克直流断路器MOV设计难题,相关技术已经成功应用于张北±535 k V多端柔直工程。     

直流断路器的基本原理和实现方法研究

直流断路器是直流电网的核心元件,为此,深入研究了直流断路器的基本原理和实现方法。首先从理论上论述了直流电流开断的2条基本途径;其次介绍了基于故障通路串入无穷大电阻断流法的直流断路器实现方案;接着针对基于故障通路串入电容改变直流故障电流性质法提出了3种原理上可行的技术方案;最后对比分析了几种典型直流断路器的经济性。研究结果表明：（1）开断直流故障电流的基本途径主要有2条,其一是在直流故障电流通路中串入无穷大电阻实现断流,其二是在直流故障电流通路中串入电容改变直流故障电流性质实现断流;（2）目前已运用在实际工程中的直流断路器都是基于故障通路串入无穷大电阻断流法;（3）具有故障自清除能力的模块化多电平换流器是基于故障通路串入电容改变直流故障电流性质法;（4）基于串入电容的途径,提出了3种原理上可行的直流断路器,其一是由增强型半桥子模块串联构成的直流断路器,其二是包含正常通流支路的串入电容型直流断路器,其三是包含正常通流支路和主转移支路的串入电容型直流断路器;（5）在所比较的直流断路器中,包含正常通流支路和主转移支路的串入电容型直流断路器的经济性最好。该研究结果可以为直流断路器的研发与制造提供参考。