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...     

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。     

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。     

考虑系统损耗的MMC换流阀冗余配置策略

模块化多电平换流阀具有扩展性强、响应速度快等优点,现已成为柔性直流输电工程建设的首选。其可靠性关系到整个输电系统的安全运行,而损耗特性则关系到输电系统的经济运行。为了提高柔性直流输电系统的可靠性,对换流阀一般会设置一定的冗余度,但过高的冗余度又会带来严重的损耗。基于以上考虑,分析了冗余度与可靠性、损耗的关系,推导了其数学解析表达式。然后,提出了一种基于多目标优化的MMC换流阀冗余度优化配置方法,使得柔性直流输电系统能兼顾可靠性和损耗。最后通过工程算例对所提出的方法进行了验证,表明采用所提出的方法能提高柔性直流输电系统的综合性能。     

基于MMC的柔性直流输电换流阀型式试验方案

为了保证柔性直流输电工程的可靠运行,在投入运行之前必须通过一系列试验来考察换流阀的安全可靠性,这就需要制定一套科学全面的型式试验方案来验证考核换流阀设计的正确性.针对模块化多电平换流阀(modular multilevelconverrter,MMC)的结构和工作原理,参考相关标准,以南澳多端柔性直流输电工程为例,研究提出了详细的MMC的型式试验方案,该方案能够较全面地验证基于MMC拓扑结构的换流阀及其相关电路设计的正确性.     

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。     

全桥柔性直流换流阀短路电流试验方法

为了验证所设计的全桥柔性直流换流阀的正确性及其短路电流耐受能力,研究了全桥柔性直流换流阀短路电流试验方法并研制了试验电路。首先介绍了全桥柔性直流换流阀的基本工作原理,分析了在直流双极短路工况下全桥柔性直流换流阀的电压、电流应力特性;然后,根据全桥柔性直流换流阀的电气应力特性设计了基于LC结构的合成试验电路;最后,对全桥柔性直流换流阀开展短路电流试验。试验结果表明,所设计的试验电路可以有效模拟电网特性,能对试品施加合适的电压、电流应力,有效验证了全桥柔性直流换流阀的短路电流耐受能力。     

MMC柔性直流输电系统换流阀开关频率优化方法

柔性直流输电系统一般采用模块化多电平MMC（modular multi-level converter）换流阀,换流阀开关频率的大小与系统损耗及交流侧谐波含量密切相关。推导了MMC开关频率与系统损耗及开关频率与柔性直流输电系统交流侧谐波含量的数学表达式;分析了MMC开关频率对系统损耗及交流侧谐波的影响规律。在此基础上,为了兼顾柔性直流输电系统的损耗和电能质量,采用遗传算法对开关频率进行了优化设计,根据工程经验对不同的优化目标赋予权值,根据国标要求设置了谐波和损耗的约束条件。仿真算例分析表明,采用优化的开关频率进行MMC变流控制时,柔性直流输电系统具有更佳的性能。     

基于柔直换流阀的交流电压定量调节方法

柔性直流无功分量可选择定交流电压控制和定无功控制,换流站现场常采用定无功功率控制.调度可下令通过柔直发出或吸收无功来调节交流电压到目标值,但调度指令一般是交流电压目标值,需要由换流站通过多次无功遥调指令来实现调压,这不仅增加现场操作风险,也给系统引入多次无功和电压小扰动.本文提出一种"两步调压法",第1步测试当前系统短路容量水平,第2步根据当前系统容量水平精确计算无功量,从而能够实现柔性直流换流阀无功控制对交流电压的定量调节.该方法通过两步调压,即可满足精确调压需求,无需对电网系统容量进行实时计算,简便实用.通过PSCAD/EMTDC离线仿真和基于RTDS的控制保护设备硬件在环仿真测试,验证了本方法的有效性.     

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。     

MMC柔性直流换流站无功级联控制策略

模块化多电平换流器(MMC)可独立解耦调节有功、无功功率,使得柔性直流换流站具有在交流系统电压跌落工况下提供无功支撑的潜能。提出了MMC柔性直流换流站无功级联的控制策略,即将定交流电压控制和定无功控制级联,其中定交流电压控制包括桥臂电流辅助控制环节,并在故障清除后瞬间进行积分环节清零重置控制。以中国张北±500 kV四端柔性直流电网工程为例进行了仿真验证,结果表明相对于传统的定无功或定交流电压控制方式,柔性直流换流站无功级联控制方式可以兼顾电网稳态无功调节和暂态无功支撑等需求,快速平稳地输出无功功率,能在保证MMC设备安全的前提下提供暂态无功支撑,并缓解故障清除瞬间可能发生的暂态交流过电压。     

一种改进的ZCT全桥DC/DC变流器

提出了一种改进的零电流转换（Zero Current Transition,简称ZCT）全桥DC／DC变流器。它不仅实现了主开关管和辅助开关管在整个负载范围内的零电流开关（ZCS）,而且实现了输出整流二极管的软换流。本文重点分析了变流器的辅助电路,通过增加一个箝位二极管,改善了电路性能。仿真和实验结果均验证了理论分析。改进的变流器满载时变换效率可达95％左右。     

全桥MMC型和晶闸管整流型直流融冰技术的研究与比较

对全桥模块化多电平换流器(modular multi-level converter,MMC)型和晶闸管整流型这两种直流融冰技术进行了深入分析研究。详细阐述了这两种直流融冰技术的基本工作原理和控制策略。分别建立了仿真模型对这两种直流融冰技术的运行工况进行计算机仿真,验证了研究结论的正确性。对这两种技术进行了综合比较,并指出了各自的优缺点。最后介绍了一个全桥MMC型直流融冰装置的实际工程案例。     

全桥DC/DC变流器模块阻抗特性研究

模块阻抗特性的研究对于电力电子系统稳定性的判定具有重要的作用.本文详细分析了一种典型的全桥DC/DC变流器模块的输入输出阻抗特性,该模块采用电压模式控制方式,并且主要工作在CCM方式下.文中介绍和分析了系统环路增益对改善模块闭环阻抗特性的作用.实验表明,文中所提出的阻抗分析流程对其他类型电源模块的阻抗特性研究,具有很好的参考价值.     

基于UCC3895的移相全桥软开关升压变换器设计

研究了一种新型的高频DC/DC开关功率变换器,采用单电压环移相PWM控制,在比较低的变压器匝比条件与较大的负载范围内实现了开关器件的零电压软开关(ZVS)。最后给出了实验结果和几个主要波形,并做出了详细的说明。