基于IGCT的大容量直流变压器设计

大容量直流变压器(HDCT)是直流组网的核心设备,这里设计了基于集成门极换流晶闸管的HDCT(IGCTHDCT),通过最小回流功率注入的方式实现了直流变压器(DCT)全功率范围下的零电压开通,在此基础上,增加了关断缓冲电容进而实现了准零开关损耗。同时,利用IGCT通态压降低的优点降低系统通态损耗。最后,研制了1.5 kV/2 MW的HDCT样机,验证了所提方案的有效性。     

模块化多电平直流变压器研究EI北大核心CSCD

针对直流配电网系统,文中提出一种模块化多电平直流变压器结构,该结构仅采用一个高频变压器实现电气隔离和电压匹配,大幅度简化了原副边绝缘设计。为了提高变流器效率并实现模块电压的均衡,文中提出一种双移相控制方法。文中详细介绍了模块化多电平直流变压器的工作原理及控制方式,并分析功率器件的软开关特性。为了验证所提结构的可行性,文中基于碳化硅器件搭建了一台2k W样机,实验结果跟理论分析非常吻合。     

基于逆阻IGCT的可控关断电流源型高压直流换流器电气应力和损耗特性分析EI北大核心CSCD

逆阻型集成门极换流晶闸管(reverse blocking integrated gate-commutated thyristor,RB-IGCT)的出现,为可控关断的电流源型换流器(current source converter,CSC)的研究奠定了基础。为了推动器件在高压直流输电领域的应用,文中首先介绍最新研制的4500V/3000A逆阻IGCT的技术参数;其次,介绍CSC拓扑方案,提出子模块缓冲电路,能够实现器件的动态均压和IGCT取能的要求;接着,以换流阀电压和电阻损耗最低为约束条件,给出子模块串联数、缓冲电路参数设计和损耗分析等综合优化方法;然后,搭建250kV/750MW的LCC-CSC混合输电系统模型,给出缓冲电路和主要杂散参数的范围;最后,基于研制的4500V/3000A的逆阻IGCT子模块,验证所提缓冲电路的有效性,并对比分析在该参数下CSC、传统直流和柔性直流的损耗情况。结果表明,由逆阻IGCT串联构成的CSC,相对于传统直流换流阀具有可控关断的技术优势,相对于柔直换流阀,具有器件少、损耗低等优势。     

用于柔性直流配电的高频链直流固态变压器

提出直流固态变压器(DC solid state transformer, DCSST)将作为柔性直流配网中的关键环节,以实现高压直流配电和低压直流微电网间电压和功率的灵活控制和快速管理。文中给出一种基于高频隔离的双向DCSST方案,其具有与传统隔离双向DC/DC变换器类似的传输功率模型;串联端的电压平衡与并联端的功率平衡等价;并且较易实现分布式、模块化和即插即用的软硬件结构。文中给出DCSST的拓扑结构、工作模式、传输功率特性、控制和管理策略、设计和实现方法;在此基础上,基于SiC功率器件,搭建用于柔性直流配网的DCSST样机,验证控制和设计方法的正确性和有效性。随着柔性直流输配电的快速推广,DCSST具有较大的应用前景。     

两电平和三电平逆变器的新模块化似零电压软换流电路的分析和设计

提出了一个直流负总线辅助谐振电路(NBARC)与新型直流侧谐振电路镜像对称对模块设计, 用以实现两电平和三电平逆变器的软换流.NBARC的电路拓朴减少了功率器件的数目并降低了对器件的功率额定值的要求.为两电平逆变器零电压开关设计并分析了基本NBARC谐振电路,这个电路拓朴和模块设计方法被扩展到一个谐振模块镜像对称对电路,用以钳夹直流侧电压,并实现三电平逆变器的软换流.提出软换流允许在似零电压状态下实现,并分析了残余换流电压对于逆变器开关损耗的影响.模块方法允许软开关电路被设计成标准逆变器的可选附加块,可以把传统的逆变器转变为软开关逆变器.实验结果验证了电路分析和实现.     

基于全桥MMC柔直换流阀损耗分析方法

基于全桥MMC的柔性直流输电系统,能迅速隔离直流线路故障,得到了广泛的应用。损耗是衡量换流阀的重要指标,文中对基于全桥MMC换流阀的损耗进行分析,运用分段解析计算的方法给出具体的计算表达式。首先,将MMC换流阀的总损耗分为通态损耗和开关损耗两部分。然后,根据桥臂电流的方向,桥臂电压与投入子模块个数之间的关系,运用分段解析方法得到MMC换流阀的通态损耗;之后,根据每个子模块投切状态变化对应的能量损耗进行分段解析计算,求得MMC换流阀的开关损耗;将这两部分损耗进行综合,从而得出基于全桥MMC换流阀的总损耗。仿真结果验证了文中所提出的损耗分析方法的准确性。     

±320 kV厦门双极柔性直流输电工程系统设计

为了避免采用对称单极接线柔性直流工程在可靠性、绝缘水平以及大容量换流变压器运输制造上的缺点,±320kV/1 000 MW厦门柔性直流输电工程是世界范围内第一个采用双极接线的柔性直流工程。文中以厦门工程为背景对双极高压大容量柔性直流工程的系统设计展开研究。首先,通过主接线优化设计使得采用双极接线的柔性直流工程具备3种运行方式,提高了系统的可靠性。其次,高压大容量柔性直流工程中设备裕度通常较小,通过对主回路参数开展精确计算从而实现小容量可关断器件支撑工程大功率传输。最后,对比了采用对称单极接线和双极接线柔性直流工程的暂态特性,即采用双极接线的工程暂态过电压较低但暂态电流恶化。提出通过暂态电流精确解析计算方法以及优化布置等方法,确保工程可关断器件的安全性。实践表明所提设计方法是可行和有效的。     

模块化多电平直流变压器研究

针对直流配电网系统,文中提出一种模块化多电平直流变压器结构,该结构仅采用一个高频变压器实现电气隔离和电压匹配,大幅度简化了原副边绝缘设计。为了提高变流器效率并实现模块电压的均衡,文中提出一种双移相控制方法。文中详细介绍了模块化多电平直流变压器的工作原理及控制方式,并分析功率器件的软开关特性。为了验证所提结构的可行性,文中基于碳化硅器件搭建了一台2k W样机,实验结果跟理论分析非常吻合。     

基于多目标性能优化的模块化多电平高频直流变压器移相控制策略

高频直流变压器(high-frequency DC transformer,HDCT)是直流电网的关键设备。为了满足中高压直流电网母线互联、电压变换、功率双向传输和电气隔离的需求,两端皆为模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)结构的模块化多电平高频直流变压器(modular multilevel DC transformer,M2DCT)尤受关注。目前,移相控制是提高M2DCT性能的有效方法之一,而现有的移相控制方法主要优化M2DCT的单一特性。因此,为了同时降低电流应力,最小化功率损耗,改善软开关特性,实现M2DCT性能的多目标综合优化,提出了一种基于多目标性能优化的双相移(dual-phase-shift,DPS)控制策略。建立M2DCT电流应力,功率损耗和软开关特性的数学模型,提出多目标性能优化DPS的控制策略。通过M2DCT样机实验结果,验证了所提策略的有效性和优越性。     

基于IGCT的高压大容量模块化多电平变换器

模块化多电平变换器(modularmultilevelconverter,MMC)的多电平调制大幅降低了功率器件开关频率,为集成门极换流晶闸管(integrated gate commutated thyristor,IGCT)的应用带来了契机。该文探讨基于IGCT的高压大容量MMC,尤其是对其拓扑结构、通态和开关行为进行详细分析。在此基础上,对IGCT-MMC的损耗特性进行系统性的分析。文中搭建IGCT-MMC的实验平台,对IGCT-MMC子模块的大电流关断和大功率运行状态进行系统性的测试,验证IGCT-MMC方案的正确性和有效性。该文的研究对推动IGCT在柔性高压直流输电的应用,实现更高电压、更大功率、更高效率和可靠性的柔性直流输电系统具有一定参考价值。     

贵广Ⅰ回直流系统换流变压器冷却器的节能研究

高压直流输电系统中换流变压器冷却器负荷占站用电负荷一半以上,因此降低换流变压器冷却器能耗对降低高压直流输电损耗具有关键意义。通过分析贵广I回冷却器控制策略,发现其3个节能缺陷,提出基于负载率的多级控制的新方法。通过现场试验,新策略不影响换流变压器可靠性和寿命,同时冷却器功率降低36．7％,对现有高压直流输电系统站用电节能降耗具有重要参考价值。     

固定换流变压器分接开关挡位的直流功率控制方法

换流变压器分接开关是影响特高压直流系统安全可靠运行的关键一次设备。考虑到当前分接开关制造工艺和使用寿命的现状,通过优化直流系统运行控制策略降低开关设备动作频次具有较高的必要性。基于换流器稳态数学模型和直流功率模型,通过松弛换流阀控制角约束,提出基于固定换流变压器分接开关挡位的直流功率控制方法。基于控制角与直流功率的关系,优化换流变压器分接开关的初始挡位,实现直流系统功率的全范围调节。分析固定分接开关挡位对控制角、无功补偿影响,新的控制方法将增大直流系统整流侧触发角和逆变侧关断角并增加额外的无功功率,但避免了分接开关的频繁动作。CIGRE测试系统电路的仿真计算结果验证了所提方法的有效性和分析结论的正确性。     

基于全桥LLC-SRC的隔离升压型直流变压器

摘要:LLC串联谐振变换器(LLC-SRC)是广泛应用的三元件谐振变换器,由于其初、次级都很容易实现软开关,是目前公认的适合中、小功率应用的高效率、高密度和低成本的DC/DC拓扑.提出了基于LLC-SRC的隔离升压型直流变压器方案,并给出了具体设计方法.设计了一台300 W实验样机,结果显示,基于LLC-SRC的隔离升...     

ISOP型直流变压器的谐振网络分析与设计

为实现低压器件在高压电能变换领域的应用,采用基于模块化ISOP(输入串联输出并联)拓扑的直流变压器技术方案,实现中压直流配电网和低压直流配电网之间电压等级变换和功率双向传输。直流变压器的子单元为全桥子模块拓扑结构,采用串联谐振软开关技术,半导体器件工作在ZVS(零电压开通)和近似ZCS(零电流关断)软开关工作状态,效率高,通过定频同步控制和合理的谐振参数设计,在负载动态变化时实现了输出电压稳定。设计并生产了一台500 kW,±10 kV/750 V直流变压器,试验验证了谐振网络理论分析和参数设计方法的正确性和可行性。     

模块化多电平换流阀IGBT器件功率损耗计算与结温探测

半桥子模块是柔性直流输电系统中模块化多电平换流阀(MMC)的核心单元,根据运行工况参数计算半桥子模块器件的功率损耗是进行绝缘栅双极晶体管(IGBT)模块结温探测的关键,准确的结温波动信息对MMC换流阀系统的可靠性研究和安全运行尤为重要。与一般的两电平逆变器不同,MMC系统中桥臂电流具有与生俱来的直流偏置特性。该文提出了一种基于电热耦合模型的半桥子模块中IGBT器件功率损耗与瞬态结温计算的数学解析方法。首先研究半桥子模块中各导通器件电流复现方法,建立基于开关周期的平均功率损耗计算模型,基于瞬态热阻抗建立半桥子模块中IGBT器件的热网络模型;然后通过一个2MW的柔性直流输电系统算例,计算子模块中上下管开关器件的功率损耗和瞬态结温变化,计算速度是时域仿真模型的1 000倍;最后通过有限元模型验证了文中所提电热耦合模型的有效性。     

双主动桥型直流变压器调制方法分析与比较

针对双主动桥型直流变压器,分析了其分别在梯形波电流调制和三角波电流调制下的运行机理、开关特性、电流模型及损耗特性。在梯形波电流调制下,所有开关管均可实现零电压开通,但所有开关管均为硬关断。相比之下,三角波电流调制下直流变压器不仅可以实现所有开关管的零电压开通,还可以实现部分开关管的零电流关断以降低系统的关断损耗。此外,相同的功率条件下,直流变压器在三角波电流调制下具有更小的导通损耗和开关损耗,因而直流变压器在三角波电流调制下的运行效率更高。最后,通过搭建小功率实验样机对相关理论分析进行了对比实验验证。     

柔性直流换流变压器保护配置方案及试验技术研究

柔性直流输电具有灵活变换运行方式、独立控制有功功率和无功功率等诸多优点。换流变压器作为柔性直流输电工程的核心功率器件,其可靠运行是柔性直流输电系统稳定、安全且高效运行的基础。首先介绍了厦门柔性直流输电工程换流变压器的一次接线方式、换流变压器保护配置方案和"三取二"逻辑的实现方案并总结了该实现方案的优点,接着研究了换流变压器保护的整个现场校验方案及试验技术。研究成果对其他柔直换流变压器的试验方案及试验技术具有借鉴作用。     

直流输电用大功率逆阻型IGCT器件关键技术研究EI北大核心CSCD

受限于大功率可关断器件的发展,高压直流输电用可控关断的电流源型换流器(current source converter,CSC)一直未取得实质性进展。该文首先介绍基于换流器级联的CSC拓扑方案,搭建250kV/750kW的直流输电仿真系统,提取逆阻型集成门极换流晶闸管(revere blocking integrated gate commutation thyristor,RB-IGCT)器件应用于直流输电系统所应满足的技术要求;其次,分析低通态压降、损耗优化和高du/dt和di/dt的RB-IGCT器件关键设计方法。最后,对研制的4500V/3000ARB-IGCT关键核心参数进行实验验证。研究结果表明,所研制的RB-IGCT器件可以满足CSC的要求,是构建CSC的可行路线。     

光伏直流变压器不闭锁零电压穿越策略

针对中压直流系统双极故障下光伏直流变压器的低电压穿越问题,首先基于双有源桥和全桥隔离电路的子模块拓扑结构,分析光伏直流变压器正常运行时最大功率点追踪控制的快速实现方案。然后利用光伏电池板输出特性,提出光伏直流变压器不闭锁穿越策略,该策略对故障时长不敏感,可实现严重故障下的零电压穿越。进一步,针对故障穿越暂态过程中的过电压及子模块不均压问题,提出多控制策略间的平滑切换方案,有效降低暂态过程中的过电压现象,改善子模块间的均压效果。最后在MATLAB/Simulink环境中搭建仿真模型,验证所提策略的有效性。     

±500kV同塔双回直流输电工程系统研究

文中在总结研究国内外直流输电工程设计经验基础上,对±500 kV溪洛渡右岸电站送电广东同塔双回直流输电工程换流站内换流变压器、交直流侧滤波器及绝缘配合等方面的内容进行了研究和计算。给出了换流变压器的推荐型式和关键参数,滤波器的配置方案和元件参数,同时,基于高压直流输电换流站绝缘配合原则,提出了换流站避雷器配置方案,并计算了关键设备的绝缘水平。文中的研究结果可为以后直流输电工程的系统研究和换流站关键设备设计提供参考。