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...     

厦门±320kV柔性直流输电工程等效试验技术

厦门±320 k V柔性直流输电工程是世界上电压和容量最高的柔性直流输电工程,模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)阀作为其关键设备之一,运行工况复杂,承受电压电流应力高,必须通过完备的等效试验进行设计验证和运行可靠性分析。基于IEC 62501标准要求及换流阀在运行过程中的电气应力分析和运行机理研究,提出MMC阀型式试验,介绍型式试验项目和参数,并展示部分试验波形。试验结果表明,该工程换流阀顺利通过试验考核,设计合理。     

MMC型电压源换流器阀运行试验研究

随着柔性高压直流输电技术的发展,电压源换流器性能优势得到了越来越广泛的认可,基于模块化多电平换流器(modular multi-level converter,MMC)的电压源换流技术在我国已得到了广泛的应用:南澳多端柔性直流输电工程、舟山多端柔性直流输电工程、鲁西异步联网柔性直流输电工程已经建成投运,±420 kV渝鄂直流背靠背联网工程、±500 kV张北可再生能源柔性直流电网示范工程已开工建设,±800 kV乌东德送电广东广西多端直流输电工程已进入工程实施阶段。MMC阀作为柔性直流输电工程系统的主要装置之一,为了保证柔性直流输电系统的安全可靠运行,换流器阀必须进行严格型式试验。运行试验作为型式试验的重要试验项目之一,考核换流器阀在最严酷重复应力下开通、关断以及导通时,能否耐受电流、电压和温度应力。依据MMC型电压源换流器阀实际工程运行工况,研究了运行试验方法,搭建了试验回路,并实施了柔性直流输电工程用换流器阀运行试验。结果表明,文中提出的试验方法和试验回路能够实施电压源换流器阀运行试验,试验结果符合IEC 62501:2017、GB/T 33348—2016、DL/T 1513—2016等相关标准要求。     

用短路发电机进行换流阀故障电流试验

阀故障电流试验作为考核换流阀短路电流耐受能力的运行型式试验项目,必须在与实际运行工况最为等价的试验回路上进行。短路发电机系统既能提供阀故障电流试验要求的短路电流,同时又能够在短路电流过零时刻立即提供预期恢复电压,具有较高的等价性,是进行阀故障电流试验的一种理想回路。短路发电机系统进行阀故障电流试验时,先利用阀运行试验合成回路提供换流阀正常工况下的运行条件,在换流阀结温及运行参数满足要求时,通过短路发电机系统模拟实际运行中的突发短路故障,使换流阀流过标准规定的短路故障电流,并承受恢复电压,以考核其故障电流耐受能力。     

一种模块化多电平换流阀的等效功率对冲试验及其控制方法

文中分析比较现有模块化多电平换流器的换流阀等效功率试验的试验方法,针对目前方案不能真实反应换流阀的实际运行工况,有些试验方法控制较复杂的不足,对换流阀稳态工况下的电压、电流和功率特性进行详细的分析,并提出一种新型的模块化多电平换流器的换流阀功率对冲试验的试验方法。该方法可以最大程度的构造换流阀的实际运行工况,并可以独立和有效的调节换流阀的有功和无功功率。在分析试验方法原理的基础上,通过实际工程物理样机做试验验证。试验结果验证了所提方案的正确性、可行性和有效性。     

柔性直流换流阀改进运行试验方法

为了实现对柔性直流换流阀更准确的综合应力考核,针对换流阀中含有二次环流等分量的阀电流,提出了柔性直流换流阀改进运行试验方法,可满足不同功率等级下柔性直流换流阀含有不同特征电流运行工况的试验要求。首先,对柔性直流换流阀的典型运行工况进行了应力分析,重点分析了换流阀的电流特征;其次,结合应力分析,考虑到实际工程中换流阀运行时未投入环流抑制时的桥臂电流中包含较大的二倍频分量的工况,在柔性直流换流阀的阀段试验装置和不增加试验成本的基础上,通过调制控制策略,提出了针对含二次环流分量的阀电流应力和电压应力考核的试验方法,并阐述了其运行机理;最后,搭建了实际的试验系统,并进行了验证。试验结果表明,该柔性直流换流阀改进运行试验方法具有可行性和有效性。     

合成试验方法在VSC-HVDC换流阀短路电流试验中的应用

合成试验方法是用多套电源分别提供试品在试验中所需应力的试验方法。为检验由模块化多电平换流器(modular multi-level converter,MMC)构成的电压源换流器高压直流输电(voltage source converter based high voltage direct current,VSC-HVDC)换流阀设计的正确性及其对暂态工况应力的耐受性,研究了MMC阀暂态运行试验的试验方法,分析了与过电流关断试验和短路电流试验相关工况的应力,提出了2种等效试验方法,并将合成试验方法应用于试验电路的设计中,给出了试验电路与实际工况下阀的应力波形,结合关键应力等效性分析,验证了上述试验方法和试验电路的正确性和有效性。     

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。     

换流阀最小关断角合成试验方法

根据IEC60700-1中对最小关断角试验的要求,设计了换流阀最小关断角合成试验回路和试验方法,通过改变辅助阀的控制时序来解决因恢复电压过低而导致合成试验回路不能正常工作的问题。以额定电压±800 kV、额定电流6 250 A的换流阀为试品进行最小关断角试验,得出:换流阀电流6 693 A,最小关断时间468μs,换流阀电压和电流波形与实际运行工况的波形接近。试验结果表明所设计的试验回路和试验方法可以满足IEC60700-1的要求和实际工程的需要。     

晶闸管换流阀断续电流试验方法探讨

断续电流试验是高压直流输电用晶闸管换流阀的一项重要的型式试验,该试验模拟换流阀在两种不同电压下电流产生断续情况,换流阀能够正常、多次可靠触发的能力。文中讨论了在合成试验回路基础上采用电流源双六脉动桥串并联运行、增加辅助取能装置或调节电压源时序的方法进行断续电流试验,并对上述几种方法进行了比较分析。经过试验验证的晶闸管换流阀在实际直流输电工程中的良好运行证明了合成试验回路断续电流试验方法上的等效性。     

高压直流换流阀断续电流试验方法研究

换流阀作为直流输电系统的核心设备,考核其性能的试验方法至关重要。笔者依据高压直流换流阀试验标准,讨论了国内外著名实验室关于直流换流阀运行试验中周期性触发和熄灭试验内容之一的断续电流试验方法,给出目前西高院换流阀断续电流的几种经受了工程验证的试验方法,并对几种试验方法进行了比较,为感兴趣的工程科技人员更好地理解标准对断续电流试验要求、实际运行工况以及试验考核关键点之间的关系提供了参考。     

±1100kV特高压直流输电工程换流阀研发产品运行试验

随着向家坝—上海、云南—广东等多项±800 kV特高压直流输电工程的顺利建成,中国在特高压直流输电线路的建设和工程运行过程中积累了丰富的经验。为了满足中国国民经济的飞速发展对电力能源的需求,建设更大输送容量的直流工程将成为下一步直流输电工程建设发展的必然趋势,而系统电压等级的提高又对换流阀产品性能提出了更高要求。用于±1 100 kV特高压直流输电工程的换流阀产品,其单级晶闸管元件运行试验最高触发电压和恢复电压分别达到5.5 kV和3.3 kV,试验电流和短路故障电流分别为5 332 A和50 kA。为保证系统运行安全,换流阀产品在投运之前,必须通过型式试验对其性能进行验证。西安高压电器研究院有限责任公司利用换流阀运行试验合成回路,模拟±1 100 kV特高压直流输电工程用换流阀在实际运行中的各种工况,完成了试品阀的运行型式试验,并对得到的试验数据进行了分析,为±1 100 kV特高压换流阀产品的设计、制造及工程运行和试验标准的制定提供了参考依据。     

HVDC换流阀非周期触发试验方法

高压直流输电(HVDC)换流阀单阀非周期触发试验是换流阀绝缘型式试验中的难点。按照IEC 60700-1标准要求,通过对实际应力的分析及试验电路拓扑的设计,给出了满足工频补能型换流阀要求并可兼容换流阀抗电磁干扰试验的试验电路。在上述研究的基础上,顺利完成了宁东-山东直流输电工程±660kV HVDC换流阀的非周期试验,复现了工程中的非周期触发电压、电流应力。试验电压峰值达685kV,电流峰值为8.1kA,最大电流变化率达到1.4kA/μs,均满足实际工程中非周期触发试验应力的要求,并考验了换流阀的电流和电压耐受能力。试验结果表明宁东工程换流阀能够耐受规定的非周期触发应力。该试验电路设计合理,准确反映了晶闸管导通后前10μs的电压、电流应力,并实现了各强应力源μs级的时序配合。     

用RTDS小步长算法仿真换流阀合成试验回路

为了检验换流阀合成试验回路控制和保护系统的性能,给出一种在RTDS上用小步长算法对合成试验回路一次系统进行建模仿真的方法。分析了换流阀合成试验回路的工作原理,得出其对控制保护系统的需求,使用RTDS小步长算法来建立合成试验回路一次系统模型。并针对该算法用于合成回路试验仿真时的限制,尤其是在低电压仿真中的不足,采用提高换流变电压的方法来“等效模拟”,能够正确仿真电压源和电流源的配合工作工程。仿真结果表明,使用RTDS小步长算法建立的模型能准确模拟阀的实际工况,仿真试验环境成功进行了合成试验回路的所有试验,取得了良好的试验效果。     

换流阀杂散电容计算及其对MMC电压应力水平的影响

换流阀为柔性直流输电系统的核心设备,由于设备结构等因素,换流阀存在杂散电容可能会影响换流阀的电压应力水平。首先建立换流阀的三维有限元电场分析模型,通过电场分析的方法得到换流阀的杂散电容;然后在其基础上建立包含换流阀杂散电容的MMC-HVDC系统宽频带模型;并分别计算MMC-HVDC系统在正常运行和故障工况下换流阀的电压应力水平;并以此指导换流阀的设计与优化。研究表明:MMC杂散电容会导致故障工况下MMC换流阀电压应力水平的增加。     

计及运行工况的MMC换流阀可靠性建模与分析

模块化多电平换流器(MMC)换流阀作为高压直流输电系统的核心设备,其可靠性关系到整个输电系统的安全稳定运行。以典型高压直流输电MMC换流阀为例,考虑换流阀运行工况,建立基于故障树分析方法的MMC换流阀的可靠性模型,并对其薄弱环节进行分析。首先,建立融入换流阀运行工况IGBT、二极管等元件的故障率模型;其次,考虑MMC换流阀功率模块和外围控制保护系统等,运用故障树分析方法,建立MMC换流阀故障树模型,得到相应可靠性指标的表达式;最后,根据可靠性指标公式计算各元件的故障率,采用概率灵敏度和关键灵敏度指标,辨识MMC换流阀的薄弱环节。结果表明:在整流和逆变工况下,MMC换流阀和元件的故障率最大,而在纯无功工况下故障率最小; IGBT模块和电源供给是MMC换流阀的薄弱环节,MMC子模块性能对换流阀可靠性的影响最为显著。     

模块化多电平VSC-HVDC换流阀的运行试验方法

为给基于模块化多电平换流器(modular multi-levelconverter,MMC)的电压源换流器高压直流输电(voltagesourced converter HVDC,VSC-HVDC)换流阀提供有效的检验手段,以验证其设计的正确性及其运行可靠性,对换流阀的运行特性和关键应力进行分析,提出基于原理等效的MMC阀运行试验方法,设计试验电路并阐明其运行机理。搭建的PSCAD电磁暂态仿真模型和实际的试验验证证明了试验方法的正确性和有效性。     

模块化多电平换流阀模块级等效运行试验研究

模块化多电平换流器(MMC)通过标准功率模块(SM)的串联实现高压大容量化,且避免了器件的直接串联,降低了制造难度,具有开关频率低、效率高、输出特性好、可扩展性强等优点,己成为当前柔性直流输电系统中换流阀的首选方案.MMC因其大功率、高电压、强电流的特点,导致在试验环境中很难构建与实际工程相同的全载电路进行试验.因此,设计适当、有效的试验方法和装置来获得能代表实际运行条件的关键应力显得尤为重要.这里首先分析了MMC系统功率模块试验电路的工作原理,然后提出了一种主动充电策略及功率对推控制策略,最后在此基础上对某工程上的功率模块进行了充电试验和功率对推试验.该试验电路简单易行,能模拟MMC功率模块实际运行中的电压、电流和温度应力,特别适合模块样机研制阶段对单模块进行测试.     

动态电容器无功强补换流阀试验系统设计

依据动态电容器无功强补换流阀现场运行工况,采取等效试验方法,设计动态电容器无功强补换流阀试验系统。采取等效的方法复现换流阀现场功能运行试验、最大连续运行负载试验、短路电流试验。此处详细介绍了动态电容器无功强补换流阀试验系统主回路设计和控制系统设计,并且以样机组件为试验对象,验证了设计的动态电容器无功强补换流阀试验系统的等效性与正确性。     

基于桥臂二倍频电流分量重构的MMC降容控制方法

模块化多电平换流器（modular multilevel converter,MMC）已显示出很好的工程应用前景。降低MMC子模块电容电压波动对实现换流器的轻型化具有非常大的工程意义。通过对国内外降低MMC子模块电容电压波动的各种控制方法进行归纳总结,可知各种通过控制方案降容的方法的实质为在桥臂上注入谐波电压和电流。在此基础上,提出一种桥臂二倍频电流量重构的方法,并在PSCAD/EMTDC仿真环境下搭建程序进行验证,仿真结果表明所提方法可有效降低子模块电容电压纹波幅值。进一步进行了低电容容值仿真验证,其在保持子模块电容电压纹波幅值不变的情况下,可有效降低子模块电容容值30%以上。另外,进行了MMC换流阀损耗分析,结果表明低电容容值工况下的换流阀损耗不大于对照工况下换流阀损耗。