模块化多电平换流器型直流输电的建模与控制

分析了模块化多电平换流器(MMC)的电路结构和运行特性,指出了MMC每相上、下2个桥臂交流输出端是等电位点.将三相等电位点虚拟短接后,每相上、下2个桥臂换流电抗可以并联成一个电抗,与交流系统相连,其结构与传统电压源换流器(VSC)类似.文中据此得到了MMC的简化等效电路理论模型.根据该等效电路理论模型,MMC的控制可以直接使用传统VSC的控制策略.将传统VSC常用的矢量控制策略应用于MMC型直流输电系统.时域仿真结果表明,MMC每相上、下2个桥臂交流输出端的电位非常接近,验证了所提出的MMC等效电路理论模型的正确性.仿真结果也表明所设计的MMC型直流输电系统的矢量控制策略控制性能良好.     

厦门柔性直流输电工程换流阀充电触发无源逆变试验研究

为了确保厦门柔性直流输电工程核心设备——换流阀的安全,有必要在换流阀带进线开关首次解锁前先确认换流阀触发相序的正确性。根据厦门柔性直流输电工程真双极的接线方式,提出了换流阀充电触发无源逆变试验方案。首先对换流阀进行不控充电,并将未试验极控制系统电压作为试验极控制系统锁相和控制用电压,然后断开试验极交流进线开关,为了防止阀子模块因低电压导致旁路过多,极控制系统在收到开关返回节点信号后自动解锁换流阀200 ms完成无源逆变。现场试验结果表明了该方案的可行性和有效性,证明了极控制保护系统、阀基控制系统和换流阀之间工作的正确性,确保了换流阀的安全,并依据试验结果提出了控制系统延时的确定方法及补偿方法。该方案的提出也为其他类似工程提供了有益的借鉴。     

可控电流源型换流器换流应力分析EI北大核心CSCD

可控关断的电流源型换流器(current source converter,CSC)是解决直流输电换相失败问题的有效方法之一。对其开展电气应力分析是换流器电气、绝缘和试验设计的理论基础,其相关研究仍属空白。该文在分析CSC运行原理和调制方法的基础上,首先研究在主动换相与强迫换相过程中,换流阀及关键部件的应力特性;其次,给出逆阻集成门极换流晶闸管(reverse blocking integrated gate commutated thyristor,RB-IGCT)周期关断的建模方法,提取4500V/3000A器件的建模参数。最后,建立“器件–换流阀–系统”详细仿真模型,对250kV/750MW的直流系统进行仿真分析,提取主动和强迫换流过程中的整机和关键部件的应力特性。结果表明,所提理论分析方法和参数计算能够为CSC的电气设计和等效试验提供技术支撑。     

模块化多电平换流器直流故障过电流精确计算与分析

模块化多电平换流器(MMC)发生直流故障后,换流站会出现明显的过电流,对MMC的可靠性产生严重影响.而故障暂态电流的精确计算是实现对暂态过电流有效评估的最直接的手段.为了精确计算MMC故障过电流,提出一种同时考虑交流系统与电容放电影响的故障电流精确计算方法,对桥臂等效模型进行了建模与分析,指出了桥臂电压对时间的微分应由...     

电压源换流器高压直流输电换流阀的试验方法

对柔性直流换流阀进行型式试验可保证其安全可靠运行,型式试验通常采用等效试验的方法。介绍了串联阀和模块化多电平换流器阀2种柔性直流换流阀的结构,指出阀试验方法研究应包括试验对象分析、应力分析、应力数学模型的建立、试验要求及试验内容分析、等效试验方法研究等,并针对上述2种柔性直流换流阀试验方法的各项内容进行了研究,以期为可关断器件阀等效试验的理论研究奠定基础。     

适用于两电平电压源型换流器的直流故障清除辅助拓扑

两电平电压源型换流器在35kV及以下电压等级输电场合具有较高的成本效率比,因此被广泛应用于风电并网等低压领域。但是,其不具备直流故障清除能力的特点,给电网设备安全造成了较大的影响。基于以上背景,文中提出了适用于两电平电压源型换流器的直流故障清除辅助拓扑。该辅助拓扑使用超导故障电流限制器,大幅降低了故障电流;基于电流谐振的思路,可实现在电流过零时将故障清除。采用该辅助拓扑的直流故障清除方案,相比于采用交流断路器的方案,具有清除时间短、故障电流小的优点;相比于采用直流断路器的方案,具有电压变化率小、成本低的优点。最后,在PSCAD/EMTDC中验证了所提辅助拓扑的正确性与有效性。     

模块化多电平换流器子模块电流分配关系分析

对适用于柔性直流输电的模块化多电平换流器(MMC)桥臂电流在子模块(SM)内部功率电路中的分配关系进行数学分析,提出SM平均状态方法,建立SM平均开关模型,推导出SM内部平均状态电流的数学解析表达式,得出SM离散电流的主要谐波成分及幅值,并进一步分析了换流器分别在有功和无功运行工况下SM电流的分配关系。试验结果表明,以上分析方法准确可行,该方法可有效应用于MMC柔性直流输电换流器阀SM的器件选型、损耗计算及热设计的理论指导。     

可控电流源型换流器功率解耦控制策略

可控电流源型换流器(current source converter,CSC)是高压直流输电技术重要研究方向,随着逆阻型IGCT器件的发展,推动其应用技术上已经可行。但由于其电流源特性,大部分研究主要考虑定直流电流策略,针对定直流电压下的功率控制策略研究较少,严重制约其工程化发展。该文首先建立可控CSC的数学模型,获得有功、无功的影响变量。接着,对电容电压的d-q轴分量进行解耦,提出换流器内环和外环控制策略。然后,以直流电压和调制比为约束条件,对换流器的功率运行范围进行分析。最后,搭建基于常规直流和可控电流源的混合输电系统,对所提的控制策略进行分析,重点对单位功率因数运行和定直流电压时策略下功率调节特性进行仿真分析,对CSC在单相接地故障下抵御换相失败能力和向孤岛系统送电进行仿真。研究结果表明：所提的功率控制策略,能够实现有功、无功的解耦控制,以及对功率的有效调节,具备抵御换相失败的能力。     

高压直流输电系统换流器技术综述

作为高压直流输电核心设备的换流器容量巨大、可控性强,对可靠性的要求很高。传统晶闸管换流器容量很大,但投资大、谐波严重。电压源换流器能弥补传统晶闸管换流器的部分缺点,其发展十分迅速。为了进一步推动换流器技术在高压直流输电系统中的改进研究和应用,针对传统晶闸管换流器、每极2组12脉动换流器、电容换相换流器以及电压源换流器等适合于高压直流输电的换流器,在详细介绍这些换流器的拓扑结构、基本工作原理、控制策略的基础上,对其技术特点和应用领域进行了评述。研究结果表明:长距离大容量高压直流输电仍然适合采用传统晶闸管换流器;电压源换流器在HVDC中有广泛的应用前景,是未来高压直流输电技术的重要发展方向。     

模块化多电平换流器分桥臂电流控制策略

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)电流控制系统大多基于d-q旋转坐标系,并将MMC上、下桥臂当成整体进行控制。为此,提出了MMC分桥臂电流控制策略。推导MMC单桥臂的开关周期平均值模型及小信号模型,并在此基础上设计桥臂电流闭环控制系统。该策略不仅能灵活控制MMC的交流输出电流和直流电流,而且能抑制上、下桥臂间的交流环流。算例结果证明了该策略的有效性。     

UHVDC分层接入方式下非故障层换相失败改进抑制措施研究

逆阻型集成门极换流晶闸管是构建可控关断电流源型换流器(current source converter,CSC)的可行器件之一。在换流器运行过程中,损耗的产生使得器件芯片结温上升,从而限制了换流阀的运行能力,因此必须明确并优化CSC中器件结温情况。该文提出了系统性的损耗特性、约束条件,建立了损耗抑制的双层模型,并给出了求解方法。提出了缓冲电路和损耗分析的综合设计方法,对缓冲回路及杂散参数范围进行了研究,对比了优化后的CSC与传统直流和柔性直流换流阀的损耗。结果表明,基于该模型的计算参数,器件损耗为5.7kW,电阻损耗约为1.8kW,器件结温增量为38℃,CSC的损耗与系统占比为0.54%。

     

先进交直流输电技术在中国的发展与应用

传统高压直流输电系统逆变侧发生交流故障时,换流阀晶闸管的关断特性会随正向电流、电流过零点下降率和结温等外部条件的改变而动态变化,而现有研究多将晶闸管视为理想器件或仅保留一定的关断裕度,很可能会导致换相失败判别结果不准确等问题。为掌握晶闸管关断特性的动态变化对换相失败评估准确性的影响,首先从理论上分析晶闸管关断特性影响换相过程的机理;然后考虑多维因素综合作用下的晶闸管关断特性,提出并建立换流阀动态关断模型,通过与SABER中晶闸管详细物理模型对比验证关断模型的正确性;最后在PSCAD/EMTDC中分别对比采用换流阀动态关断模型和采用传统模型的基于电网换相换流器的高压直流输电(line commutated converter based high voltage direct current,LCC-HVDC)在单相和三相故障情况下的换相失败判别结果。结果表明,采用传统模型可能会在未发生换相失败时判断为已发生换相失败,对系统提出更高的关断要求,还可能会导致换相失败发生时刻判断不准确的问题;采用所提出的换流阀动态关断模型,能够使换相失败的判别结果更加准确。

     

New aspects of inspecting commutation angles of high-voltage direct current systems

Contents The conventional method of calculating high-voltage direct current (HVDC) converter commutation angles can result in very inaccurate results if the ripple of the DC is fairly high, or the HVDC link consists of capacitor commutated converters (CCC). For conventional line-commutated current source converters with a high DC ripple new analytical equations are presented for determining the commutation angles and the instantaneous values of DC DCside current at the firing instants. An iterative method for the calculation of commutation angles of CCC was also developed. The results are confirmed by digital simulation. Received: 30 April 2001 / Accepted: 8 June 2001     

IGCT器件在风力发电并网变流器中的应用

IGCT是一种基于GTO结构的新型大功率半导体开关器件。IGCT在电压和功率等级、效率、可靠性以及变流器结构设计等方面具有显著的特点和优势,非常适合大功率变流装置的应用要求。在此,简单介绍了风力发电技术的发展趋势,以及全功率变流风力发电系统的结构和特点。结合IGCT的工作原理和性能,分析了IGCT器件在风力发电并网变流器中的应用;此外,还介绍了国产IGCT器件技术的发展现状和试验情况。     

IGCT变频器在矿井提升机调速系统中的应用

着重介绍了IGCT大功率三电平变频器在煤矿主井提升调速系统中的应用,分析了提升机电控系统中运用IGCT三电平逆变器的工作原理。IGCT变频器可以做到大功率、高电压,使提升机电控系统可靠性更高,输入、输出的功率因数为1,减少了电网的谐波污染,使提升效率明显高于同类型设备,能耗大幅度下降。     

基于CSC和VSC的混合多端直流输电系统及其仿真

研究了一种新型混合多端直流输电系统,其换流器可以分男由电压源换流器(VSC)和电流源换流器(CSC)构成,各个换流器之间以并联方式连接.为验证该直流输电模式的有效性和可行性,建立了一个混合三端直流输电系统仿真模型,包含1个电流源整流器、1个电流源逆变器和1个电压源双向换流器,并分别设计了2种控制策略.当采用第1种控制策略,即电流源整流器采用定电流控制,电流源逆变器采用定电流控制,电压源双向换流器采用定直流电压控制和定交流电压控制时,混合多端直流输电系统在启动、稳态运行、直流和交流故障等情况下具有良好的运行特性,不失为一种有效的直流输电模式,能够综合利用常规直流输电和轻型直流输电各自的优点,有效扩展常规直流输电系统的适用范围.     

特高压直流输电换流阀用晶闸管反向恢复特性研究与分析

为了掌握直流输电换流阀现场检测关键技术,搭建了晶闸管反向恢复特性实验电路,实验研究了正向电流幅值、换向电流变化率等参数对特高压换流阀用晶闸管反向恢复特性的影响。基于工频条件下晶闸管单元反向恢复特性研究结果,并结合特高压直流输电工程实际,从晶闸管器件物理特性的角度对上述影响的机制进行了分析。结果表明:反向恢复电荷随着正向电流、换向电流变化率的增大而增多,导致反向恢复时间增长、恢复电流峰值增大,从而引起反向恢复特性的改变;当换向电流变化率较小时,正向电流对反向恢复电荷量影响不大,反之亦然;反向恢复时间在某一正向电流幅值下发生跃变,而后随着正向电流的增大而缓慢增长。该研究可为换流阀晶闸管级单元现场检测试验提供可靠的理论依据。     

基于IGCT的新型固态桥式短路故障限流器

提出将带旁路电感的桥式短路故障限流器中的半控开关器件——可控硅,用大功率自关断器件——集成门极换流晶闸管（IGCT）代替,从而将整流桥的失控时间从半个周期缩短到电流信号检测时延,从而可以有效减小直流限流电感的电感量,将占据限流器体积、重量、成本主要部分的直流限流电感量缩小5／6以上。研究了在该特定电路条件下的基于IGCT的有源逆变控制方法,可以保证在采用IGCT后,桥路转入逆变工作方式和从限流器中退出时均不引起电感电流通路的阻断,因而不引起操作过电压。直流限流电感的电感量减小,有利于提高限流器动态特性,缩减由于充磁而导致波形畸变的时间。详细介绍了基于IGCT的短路故障限流器的控制策略,并进行了仿真和实验研究,结果证明了所提出的故障限流器及其控制策略的有效性和实用性。     

伪双极LCC-VSC型混合高压直流输电系统 向无源网络供电的研究

电网换相换流器高压直流输电系统(Line Commutated Converter based High Voltage Direct Current,LCC-HVDC)在功率传输特性、线路故障时的自防护能力、过负荷能力等方面均优于交流输电,但却无法向弱交流系统和无源网络供电。电压源换流器高压直流输电系统(Voltage Source Converter based HVDC,VSC-HVDC)可实现向无源网络供电的目的,但由于电力电子技术的局限性,VSC-HVDC系统投资成本过高。结合两者的优势,提出了一种新型混合高压直流输电系统(Hybrid High Voltage Direct Current,H-HVDC)。该系统的整流侧为两个6脉动LCC接一交流网络,逆变侧为三相二电平VSC接无源网络。在此基础上,对该H-HVDC的稳态数学模型、启动特性、稳态特性与暂态特性、单极闭锁进行了研究。仿真结果表明,该H-HVDC系统能实现向无源网络供电,且具有较高的稳定性,为混合直流的进一步发展提供了理论基础。     

功率晶闸管的热敏特性研究

功率晶闸管的诸多电气参数以及使用寿命都和其运行温度相关。研究功率晶闸管结温对提高其性能和可靠性,具有重要的实际意义。研究了功率晶闸管通态压降和结温之间的关系,并设计试验测得待测功率晶闸管的热敏曲线。在实际应用中,通过该曲线可将功率晶闸管的运行结温由相对容易测量的通态电压来表征,进而为运行中功率晶闸管的状态监测提供重要依据。