10 kV碳化硅柔性直流功率变换单元设计

碳化硅是目前发展最为成熟的新型宽禁带半导体材料。以典型的±350 kV/1 000 MW柔性直流输电工程为实例,介绍一种基于碳化硅器件的10 kV柔性直流功率变换单元设计方法,包括模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的工作原理、半桥拓扑、功率器件选型、电容器选型、碳化硅驱动电路设计、保护电路设计等内容。采用PLECS软件搭建仿真模型,对基于碳化硅器件和普通硅器件的柔性直流换流阀损耗进行仿真比较,结果表明在柔性直流输电应用场景下使用碳化硅器件代替普通硅器件,可降低整体功率损耗。最后,简单估算了在柔性直流输电工程中使用碳化硅器件带来的经济效益。     

高压直流输电系统逆变侧阀饱和电抗器电气应力研究

为分析特高压直流输电工程中,逆变侧换流阀饱和电抗器的电气应力及损耗特性,建立了带反向恢复特性晶闸管模型和非线性饱和电抗器模型的高压直流输电逆变侧12脉动换流阀仿真模型。以锦屏—苏南±800kV/4 750 A直流输电工程使用的A5000换流阀为基础,计算了A5000换流阀工作在逆变状态时的电气应力和饱和电抗器损耗。结果表明,逆变侧换流阀承受较高的开通电压,电抗器的开通损耗远高于整流侧。但由于逆变侧换流阀承受较低的关断应力与断态应力,逆变侧的饱和电抗器损耗与整流侧总体相当。A5000换流阀可以在逆变状态下安全运行。     

一种用于高压换流阀晶闸管TCU的取能装置关键技术研究

在高压直流输电系统中,换流阀是高压直流输电系统的核心设备,TCU作为换流阀功率器件晶闸管的触发控制单元,对晶闸管的可靠触发起到至关重要的作用,TCU工作时需要从外部获取能量。文中提出了一种高压换流阀晶闸管TCU取能装置,能量来源于市电,采用工频隔离变压器、高压绝缘电缆及绝缘套进行高低电位隔离;分析介绍了该取能装置的设计要点、总体设计结构及原理、磁环参数计算、晶闸管TCU内部取能回路的工作原理及使用外部电源为TCU提供取能电源的电源参数;最后通过换流阀运行试验合成回路对高压换流阀晶闸管TCU的取能装置进行了试验验证,试验结果显示文中提出的取能装置能够满足高压直流晶闸管阀TCU在晶闸管常规运行、雷电冲击环境下及低电压工作工况下的取能要求。     

锦屏—苏南±800kV特高压直流工程晶闸管换流阀

换流阀是特高压直流输电工程中主要关键设备,其设计的可靠性直接影响直流系统的安全可靠运行。文中介绍了锦屏—苏南±800 kV特高压直流工程晶闸管换流阀主要技术参数。主要从电压应力、电流应力、水冷系统、晶闸管参数4个方面和先前投运的向家坝—上海±800 kV特高压直流工程晶闸管换流阀进行了对比分析。验证了锦屏—苏南特高压直流工程晶闸管换流阀整体性能比向家坝—上海±800 kV直流工程有所提升,可以长期安全可靠运行;同时也为后续±800 kV特高压直流工程换流阀的设计和制造奠定了良好的基础。     

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。     

HVDC整流侧阀饱和电抗器铁损仿真研究

建立了用以研究直流输送电流对饱和电抗器铁心损耗影响的,包含带反向恢复特性的晶闸管模型与非线性饱和电抗器模型的12脉动高压直流输电换流阀仿真模型,其中饱和电抗器模型是由非线性电阻模型与受控电流源并联构成的。以锦屏—苏南±800 kV/4 750 A高压直流输电工程整流侧使用的A5000换流阀为例,仿真了3组不同直流线路电流条件下饱和电抗器铁心损耗,仿真结果与现场实测数据相符。饱和电抗器的铁损不仅包括换流阀开通时产生的铁损,在换流阀关断以及断态时也会产生铁损。饱和电抗器铁损随直流电流的升高而增加。     

直流输电系统逆阻型IGCT换流阀研究

换相失败是基于晶闸管换流阀的高压直流（HVDC）输电系统常见故障,严重威胁电网安全运行。为有效解决换相失败难题,此处从电力电子器件的基本特性出发,提出了基于逆阻型集成门极换流晶闸管（IGCT）换流阀的换相失败抑制方法和直流输电系统拓扑方案。搭建了系统仿真模型,对比研究了在直流系统逆变侧出现换相失败故障后,采用晶闸管换流阀和逆阻型IGCT换流阀对直流系统的影响情况。仿真结果表明,逆阻型IGCT换流阀对换相失败故障的抑制效果良好。根据目前IGCT器件的研制水平,设计了逆阻型IGCT换流阀,并提出了控制逻辑。基于研究成果,进行了逆阻型IGCT换流阀样机研制。为验证样机性能,搭建了合成试验回路系统,开展了逆阻型IGCT换流阀的通流试验和电流关断试验,试验结果证明IGCT换流阀的设计和研制满足要求。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。     

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。     

±800kV/6250A特高压直流换流阀的研制

随着我国东部地区用电负荷进一步增大,迫切需要开发10000MW以上特高压直流输电技术。针对直流工程核心装备,系统地介绍了6250A/±800k V特高压直流换流阀的研究工作。通过结构参数、电子辐照能量等参量的调整,开发了具有超大通流能力的晶闸管,提出了晶闸管电气特性优化方法。分析了晶闸管关断过冲电压及关断损耗的影响因素,确定了阻尼电阻、阻尼电容值,关断过冲安全情况下使晶闸管关断损耗最优化。建立了饱和电抗器等效电路模型,对优质低损耗铁心的热特性开展了仿真分析,分析结果表明电流大幅提升并未明显提高饱和电抗器铁心损耗及热点温升。建立了流体-固体耦合模型,开展了电接头热特性分析,通过巧妙设计含水路的母排,在有限空间内解决了大电流下电接头发热的问题。最后对研制的6250A/±800k V特高压直流换流阀开展了型式试验,试验结果表明换流阀各项指标优良,完全满足工程应用要求。     

向家坝-上海特高压直流示范工程复龙换流站换流阀成功通过全部型式试验

2009年9月26日,向家坝-上海±800kV特高压直流输电示范工程复龙换流站800kV、7000MW级6英寸晶闸管换流阀顺利通过全部型式试验项目考核。这一结果为特高压直流工程换流阀的研发工作以及6英寸晶闸管器件的研制工作划上了一个圆满的句号!在此之前,由许继集团生产的特高压直流示范工程奉贤换流站换流阀已于今年5月份成功通过型式试验。     

±660kV直流输电工程换流阀电气设计综述

宁东-山东±660 kV直流输电工程足世界上第1个采用±660 KV电压等级的汽流工程,该工程采用单12脉动换流阀结构,单阀跨接电压最高,单阀串联品闸管级数最多.以中国电力科学研究院与法国阿海珐(AREVA)公司联合推出的H400换流阀为基础,针对工程电压等级高的特点进行了设计优化,加装了阀组件均压电容,进行了全新的屏...     

±1100kV/5000A特高压直流输电换流阀非周期触发试验仿真研究与试验验证

换流阀是直流输电工程中的核心设备,除电气设计及结构设计均比较复杂外,电器元件的选择也是核心工作,随着大功率电力电子器件的飞速发展,其技术的先进性和运行的可靠性也得到了大幅度提升,6英寸晶闸管现已在特高压直流输电换流阀上得到了普遍使用。换流阀在挂网运行之前需要对其进行绝缘型式试验,绝缘型式试验是对换流阀的绝缘性能进行全面的考核,文中将对±1 100 kV直流输电换流阀绝缘型式试验中的非周期触发试验进行研究,非周期触发试验是对换流阀考核最为严格和全面的一项试验,旨在考核换流阀在操作冲击电压下通过冲击电流的能力,同时也考核了VCM对换流阀晶闸管器件开通和关断的控制及保护能力。笔者利用PSCAD仿真软件对±1 100 kV换流阀的非周期触发试验进行了仿真分析,分析结果可知,给单阀施加规定的操作冲击电压574.4 kV时,单阀通过冲击电流的能力约为6 045 A,并得到试验验证。     

现代高压直流输电技术及直流阀技术

在最近20年内高压直流晶闸管阀和高压直流输电技术的发展,使得用高压直流输电更经济、更可靠。越来越多的输电线路使用高压直流进行电力传输。现代的高压直流晶闸管阀以组件式结构、大功率和水冷晶闸管、智能晶闸管控制单元、全面的计算机阀控制和严格的试验为特征。容性换流技术、数字式光纤互感器、有源直流滤波器和连续可调交流滤波器的使用,有效地提高了高压直流输电的质量,产生了更健全的高压直流输电系统。作为新一代高压直流换流器的电压控制型换流器,使得小容量电力传输经济可行。     

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。     

高岭背靠背工程换流阀电气设计

高压直流背靠背工程的主要用途就是使不同电压等级和频率的两大交流系统联网,其中换流阀是换流站中的主要设备,它的作用是把交流电力变换成直流电力,或者实现逆变换.针对高岭背靠背工程±125 kV换流阀电气设计主参数要求,依据换流阀技术规范,通过模拟仿真分析计算,优化了的晶闸管参数,计算出单阀晶闸管串联数、阻尼电阻、阻尼电容、...     

A5000型换流阀晶闸管击穿故障处理方案优化

晶闸管击穿故障为换流阀常见故障之一,现有±800 k V特高压换流站A5000型换流阀晶闸管击穿故障处理方案存在耗时不稳定、处理环节复杂等问题,进而造成换流阀停电时间延长,影响直流输电系统功率输送能力,针对A5000型换流阀晶闸管击穿故障处理方案进行优化,提高了该型号换流阀晶闸管击穿故障的处理效率,缩短了换流阀停电时间,可进一步保障直流输电系统功率输送能力。     

交流系统故障下高压直流输电晶闸管触发监测单元储能方式

晶闸管触发监测(TTM)单元是直流输电换流阀的核心器件之一,用于实现阀控系统和换流阀间信号的光电转换,完成换流阀的触发与保护,其性能直接影响直流输电工程的可靠性。文中给出了具有高电位复合取能功能的TTM的功能设计框图,研究交流系统故障下TTM工作状态对高压直流输电系统的影响,提出TTM储能电路的设计方法,并以酒泉—湖南±800 kV/5 000 A直流工程参数为例,对TTM储能电路进行了理论计算、仿真分析和试验研究。以该成果为核心技术的A5000型换流阀TTM已应用于多个直流输电工程。     

反向恢复电荷分散性对直流换流阀的影响

直流换流阀是直流输电的核心设备,它的设计性能直接影响整个直流系统的优劣。而晶闸管的反向恢复特性是阀设计时考虑的重要因素之一。为满足耐压要求,换流阀需多只晶闸管串联,但每只晶闸管的反向恢复电荷均不同,这种电荷分散性将引起晶闸管级端电压的不同。首先分析直流换流阀关断时刻反向恢复电荷差异对晶闸管级端电压的影响。在此基础上,分别分析反向恢复电荷分散性对阀最小触发电压和最小关断角的影响,推导其理论公式,并通过仿真验证公式的准确性。最后,得出在系统条件一定的情况下,阀设计时对所选用晶闸管的反向恢复电荷分散性的一般要求。     

用晶闸管宏模型分析换流阀内电压分布特性

晶闸管器件性能和缓冲电路参数会影响换流阀内电压分布特性。在晶闸管断态情况下进行换流阀电路参数选择，其结果明显具有局限性。用考虑二次效应、温度特性和反向恢复过程的晶闸管宏模型，对换流阀内的一个晶闸管模块与饱和电抗器的串联电路进行了动态仿真，分析了晶闸管器件参数分散性和缓冲电路参数对换流阀内电压分布特性的影响；同时还考虑了换流器换流时换流阀内电压振荡特性。     

±660kV直流输电工程控制保护系统与换流阀阀基电子设备闭环试验

阀基电子设备是连接换流阀与直流控制保护设备的接口设备,它是实现对换流阀进行控制和保护的重要环节.宁东-山东±660 kV直流输电工程的直流控制保护系统和换流阀由不同设备厂家供货.为了对直流控制保护系统和换流阀接口的功能及性能进行检验,专门开展了闭环实时仿真试验工作.对试验的整体情况进行了介绍,并对试验中的关键技术问题进...