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。     

IGBT损耗计算和损耗模型研究

器件的损耗对系统设计、器件参数及散热器的选择相当重要。损耗模型主要分为两大类:基于物理结构的IGBT损耗模型(physics-based)和于数学方法的IGBT损耗模型。对近年来的各种研究情况进行了讨论,并给出了其相应的应用范围。     

基于模型-数据混合驱动的MMC阀损耗计算方法*

针对现有模块化多电平换流器(MMC)阀损耗计算方法无法兼顾准确度和计算速度,仅使用数据驱动算法又会导致机理不明、可靠性低的问题,提出了一种基于机理模型和数据混合驱动的MMC阀损耗计算方法。该方法物理过程明确,充分利用了现场数据隐含信息,能够快速准确计算不同工况、不同控制策略下的阀损耗。首先推导了MMC阀损耗的计算公式,并引入热电类比模型,获得了不同冷却水温下的阀损耗理论计算结果。然后,结合全连接神经网络,利用实际MMC换流站数据对理论结果进行了修正。最后,以某MMC换流站实际工程作为算例,利用该工程实际参数和现场数据,对所提出的计算方法进行验证,证明了该方法的有效性和准确性。     

柔直换流阀损耗解析计算及其误差分析

模块化多电平换流器（MMC）柔直换流阀损耗是系统重要的性能及经济评价指标,也是换流阀功率器件选型、结温评估、冷却系统设计的直接依据。换流阀损耗主要为绝缘栅双极型晶体管（IGBT）、二极管等功率器件的导通损耗和开关损耗,占比达到90%以上。目前已有大量关于柔直换流阀损耗计算及优化方法研究成果。本文在现有解析计算法的基础上,进一步精确推导得到涵盖系统工况及器件特性的损耗计算通用表达式。提取了与损耗关联的影响因子及其权重,为损耗优化提供了依据。考虑到实际工程换流阀为电平逼近调制策略,分析解析计算法的误差来源,提出计算精度更高的基于工程运行现场数据录波的损耗计算方法。     

基于传热模型的换流阀温度预测

分析某±800 kV换流站换流阀温度相关数据,基于传热模型建立换流阀温度预测函数,准确预测出换流阀温度。     

特高压换流阀用水冷散热器热阻测试方法研究

晶闸管换流阀用水冷散热器是换流阀的关键器件,笔者在研制±800 k V/6 250 A特高压直流工程换流阀样机时,为了对水冷散热器性能评价的重要指标—热阻的测试进行更加准确的测量,在查阅资料和总结现有方法的基础上提出了一种多点布置和通过进出水温度计算耗散功率的简单可行、操作性强、相对更为直接的测试方法,此方法较为适合工程应用。通过仿真和试验验证了所用方法正确,可操作性强。     

高压直流输电用阀电抗器铁芯损耗试验研究

换流阀运行时,阀电抗器仅在换流阀开通和关断的暂态过程中承受电压,且交替工作于不饱和、饱和两种状态,因此无法直接引用传统的铁芯损耗计算公式进行铁芯损耗计算,也就无法对阀电抗器的铁芯设计进行校核。基于铁芯损耗发热引起的温升等效原则,在相同的电抗器进水温度和相近的环境温度下,分别设计了高频和工频工况下的铁芯测温试验,根据工频工况下测得的铁芯温升(对环温),并利用高频工况下试验得到的铁芯损耗和铁芯温升(对环温)的关系曲线,得到工频工况下的铁芯损耗实际值,从而对阀电抗器铁芯设计进行校核,确保在换流阀长期运行时不会阀电抗器出现异常发热。     

海上风电柔性直流送出换流站MMC换流阀损耗研究

海上风电柔性直流送出是目前柔性直流输电领域的研究热点,损耗是柔性直流换流站的一个重要技术指标,关系着柔性直流系统的输电效率和换流阀的设计。针对输电容量为1000 MW的海上风电柔性直流送出换流站MMC换流阀损耗特性,研究了换流阀损耗的计算方法和关键计算参数的获取方法,计算得到了换流阀损耗的组成和±320 kV/1000 MW海上风电柔性直流送出工程送/受端换流站换流阀的损耗率。同时,研究了联接变压器阀侧三次谐波注入、换流器调制比和直流极线电压对换流阀损耗率的影响,结果表明:在联接变压器阀侧注入三次谐波和增大换流器调制比可减小换流阀损耗率;在相同输送容量的前提下,增大直流极线电压可减小换流阀损耗率。     

基于分段解析公式的MMC-HVDC阀损耗计算方法

针对基于模块化多电平换流器的高压直流输电系统(MMC-HVDC),提出了一种采用分段解析公式计算换流站阀损耗的方法。首先,通过移除最近电平逼近中的取整函数,将桥臂电压转化成理想的光滑波形,根据桥臂电流过零点时刻,对换流阀通态损耗进行分段解析计算。其次,将开关损耗分为必要开关损耗和附加开关损耗。对于前者,通过引入变化率函数进行分段解析计算;对于后者,给出了估算其大小的方法。随后,给出了使用分段解析公式计算MMC-HVDC阀损耗的详细流程。最后,基于时域仿真软件PSCAD/EMTDC下搭建的300 MW/±150kV数字仿真模型,验证了所提方法的有效性。     

基于电-热耦合模型的IGBT模块结温计算方法

温度循环下的疲劳累计损伤是IGBT模块失效的主要原因,计算IGBT模块的结温对预测其寿命具有重要意义。为了研究IGBT模块工作过程中结温变化情况,首先通过计算IGBT和FWD的功率损耗建立了IGBT模块电模型,然后在分析IGBT模块热传导方式的基础上建立了IGBT模块热模型,进而基于电模型和热模型建立了IGBT模块的电-热耦合模型,最后以三相桥式逆变器为例对IGBT和FWD的结温进行了仿真分析。结果表明,由于IGBT和FWD处于开关状态,两者的结温波形均呈波动形状,且波动均值经过短时间上升后稳定于一恒定值,所以逆变器用IGBT模块开始工作后经短时间的热量积累最终达到热稳定状态;由于IGBT的开关损耗比FWD大,使得IGBT结温受开关频率的影响较大。     

基于热阻抗模型的三相逆变器功率器件结温监测方法

绝缘栅双极型晶体管IGBT(insulated gate bipolar transistor)模块结温的精确计算是开展功率器件主动热管理、寿命预测的前提和关键.IGBT模块的导通压降和开关损耗均受温度影响,在计算损耗时应根据温度对结果进行修正.基于空间矢量脉宽调制SVPWM(space vector pulse wi...     

模块化多电平换流器损耗与结温的解析计算方法

正常运行时模块化多电平换流器(MMC)子模块的电容不断被充电/放电。为保持电容电压平衡,各子模块投入/切出状态随机,导致MMC损耗计算的复杂度很高。文中引入了桥臂子模块投入占空比的概念,在整个功率运行区间内分析推导了子模块中4个开关器件通态电流平均值与有效值的解析表达式。在此基础上,综合考虑电容电压与门极电阻等参数的影响,推导了通态损耗与开关损耗的解析表达式。针对平均结温并不能真实反映开关器件实际工作状态的问题,详细分析了每个工频周期内开关器件结温波动特性,提出了一种最大运行结温的估算方法。算例分析表明,损耗与结温计算结果与MMC运行特性完全一致,该解析计算方法简便有效。     

基于传热动力学作用特征的IGBT结温预测数学模型

提出一种基于传热动力学作用特征建立绝缘栅双极型晶体管(IGBT)结温预测模型的建模方法。针对目前IGBT结温预测模型无法灵活应用于多时间尺度仿真与快速计算模式的问题,通过将简单(阶跃)信号下得到的动力学作用分量应用于复杂(PWM)信号下,建立IGBT结温预测数学模型。基于经典Cauer传热RC网络结构,建立针对阶跃功率输入信号的IGBT结温预测数学模型。提出采用自然解耦的方法,对IGBT传热动力学特性进行研究,建立传热动力学作用分量的准确表征。在此基础上,采用自然解耦与精确补偿的方法,建立针对PWM脉冲功率输入信号的IGBT瞬态结温预测数学模型。仿真与实验结果验证了模型的正确性与准确性。所建IGBT结温预测数学模型对于查明IGBT器件的传热动力学作用机理,实现结温的快速有效仿真与计算,建立IGBT传热多时间尺度数学模型具有重要的理论意义和应用价值。     

MMC阀子模块IGBT损耗与结温计算

模块化多电平整流器(modular multilevel converter,MMC)子模块具有承受高电压、大电流等特点,绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)又是子模块的关键器件,而IGBT的损耗和结温计算方法决定IGBT的热设计和选型,是影响其在MMC工程应用的关键因素。文中首先对MMC稳态运行时子模块承受的应力进行了分析,其次,结合通态电流、子模块的投切和结温估算模型,设计了一种IGBT损耗和结温的计算方法,最后在搭建的试验系统中进行验证,结果证明了所给出的计算方法有效可行。     

换流阀电磁辐射模型初步研究

为了研究直流换流站换流阀在可控硅整流器导通或关断瞬间所产生的高频电磁波可能对换流站周围的无线电接收设备造成的干扰,文章利用以频域离散化方式得到每个阀片在频域内的等效阻抗,建立了单相换流阀塔的辐射模型;搭建了单相阀塔缩比模型以进行实验测量;通过将实验测量数据与基于所建立的辐射模型仿真数据的比较,初步验证了单相换流阀塔辐射模型的合理性。     

双管正激DC/DC变换器的损耗计算与优化设计

针对一种双管正激DC／DC直流变换器，研究了其电路工作原理，对电路工作时的功率损耗及其分布进行了分析。并给出了不同电路参数条件下的损耗及效率计算结果，在此基础上优化设计了150W的原理样机。试验与测量结果表明对变换器损耗计算的准确性和优化设计的可行性。