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。     

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。     

750MW换流站高压晶闸管换流阀低压加压试验分析

在高压晶闸管换流阀低压加压试验方面,国内虽然做过一些工作,但未在理论上给出明确的试验依据,例如触发电压和触发角的取值等,本文对此进行研究,并以灵宝换流站扩建工程换流阀低压加压试验为例分析试验效果。详细阐述了高压晶闸管换流阀的技术特点,简单介绍了直流控制保护系统、阀基电子设备(VBE)的功能,着重分析了晶闸管电子板(TE)取能方式的特点。针对以上技术特点和功能特性,制定了高压晶闸管换流阀低压加压试验方案,通过试验检查了主系统回路逻辑与接线的正确性。本文给出的高压晶闸管换流阀低压加压试验理论依据,可为同类试验提供参考。     

合成全工况装置辅助阀触发与检测技术研究

采用合成全工况试验装置可以完成高压阀运行试验.介绍了由中国电力科学研究院自主开发的合成全工况试验装置,制定出了最优的辅助晶闸管阀触发与检测技术,用以控制辅助晶闸管阀,得到试品阀所需的高电压和大电流,同时实时检测辅助晶闸管阀与光通道状态.     

高压晶闸管阀主光缆束着火事故分析

结合浙江舟山直流输电工程高压晶闸管阀的运行检修经验，对高压晶闸管阀主光缆束的着火事故进行分析研究，指出光缆护层材质差、表面污染是产生着火事故的主要原因，并对舟山工程阀体光缆束绝缘结构存在的问题提出改进意见。     

新型高压TSC阀基电子系统关键技术及应用

本文着重介绍高压TSC的阀基电子系统。根据TSC的工作原理以及晶闸管阀体串联结构,分析了高压TSC阀基电子系统的功能和工作特点,提出一种基于光电触发方法的TSC阀基电子系统;同时本文对阀基电子系统的工作机制和晶闸管控制单元的关键电路进行了讨论,并通过TSC阀基电子系统10 kV运行试验,证明此系统有效克服了电磁方式的阀基电子系统的缺点,能够满足TSC在电网中安全、可靠的运行要求。     

直流输电晶闸管阀的绝缘研究

本文论述了对高压晶闸管阀的阀体空气间隙、绝缘件绝缘爬距和冷却水管电位分布的要求,指出了舟山直流输电工程采用的KGGS—100/500型高压晶闸管阀的绝缘缺陷,提出了改进意见,并介绍了改善后的效果。     

TSC高压晶闸管阀过电流失效机理

为满足晶闸管投切电容器(TSC)装置可靠性及其试验方法和试验等效机理研究的需要,重点研究了TSC装置的核心部件--高压晶闸管阀在过电流故障状态下的失效机理.首先介绍了TSC系统及其阀的结构以及过电流故障形成的原因和特征,并给出了过电流的数学方程和仿真波形.然后按照过电流故障的不同发展阶段对TSC阀的电流、电压和热等应力进行了解析分析.在上述基础上,结合器件的物理特性,对TSC阀各个元件在各种故障应力下的内部物理过程进行了分析.最终得到了TSC阀在过电流故障的不同发展阶段的失效模式和失效指标,从而揭示了TSC高压晶闸管阀的过电流失效机理.     

基于器件物理特性的晶闸管阀串联机制系统化研究

高压晶闸管阀的串联应用一直缺少系统化的理论指导,也常常忽略了器件本身的物理特性。为适应我国电力工业新的发展战略的需要,推进电力电子装置可靠性研究,文中对柔性交流输电(FACTS)和高压直流输电(HVDC)装置高压晶闸管阀的串联机制进行了深入系统的研究。分析了晶闸管阀串联运行所涉及各个相关环节的物理过程,结合晶闸管本身的物理特性建立相应的数学模型,尤其是建立了包含晶闸管自身恢复电流特性的反向恢复数学模型。对各个元件参数的影响及相互关系进行分析,推导出安全运行所需的边界条件。从而在理论的层次上将晶闸管阀串联机制明确化、系统化。在此基础上,应用该理论对现有的串联方法进行了分析和评价,提出改进后的串联技术。     

TCU结构换流阀组件中晶闸管级例行试验方法研究

换流阀是高压直流输电(HVDC)系统的核心装备之一,其性能直接影响整个系统的可靠性和稳定性。晶闸管级单元是高压直流换流阀中的最小单元,在直流输电工程投运前以及设备检修期间,需要对每一个阀组件晶闸管级单元进行例行试验,工作量巨大。目前没有针对TCU结构晶闸管级单元的具体例行试验方案,系统地建立一套TCU结构晶闸管级的试验方法,为换流阀的可靠运行和检修,提高必要保障和技术支持显得尤为重要。文中在分析晶闸管级单元电气原理及失效模式的基础上,结合IEC 60700-1—2008,提出了针对TCU结构晶闸管级单元的试验项目、方法,并将该例行试验方法投入实际工程中应用,通过试验验证了文中研究方法的合理性和正确性。     

高压直流输电光触发晶闸管反向恢复期保护的研究

高压直流输电晶闸管换流阀,不管是光触发晶闸管换流阀还是电触发晶闸管换流阀．其反向恢复期的保护功能都是一项极为重要的保护。电触发晶闸管和光触发晶闸管在实现这一保护的做法上有较大不同。文中介绍了目前常用的电触发晶闸管的反向恢复期保护方式．并着重对光触发晶闸管的反向恢复期保护进行了研究。     

±800kV楚雄换流站光流触发晶闸管故障分析及措施

换流阀是高压直流系统的核心部分,而晶闸管则是换流阀的核心元件,是实现整流和逆变的关键。±800 kV楚雄换流站换流阀采用的是T2563 N80T-S34型光触发晶闸管(light-triggered thyristor,LTT)。LTT具有集成过压保护功能,失效率低。但自2012年4月22日云广直流系统第4阶段孤岛调试结束至5月10日,累计有8只换流阀晶闸管失效。文中针对短时间内多个晶闸管失效这一情况,介绍了±800 kV楚雄换流站换流阀的基本结构和组成元件;阐明了LTT的导通原理和失效机理;结合晶闸管故障情况、晶闸管失效时的系统暂态工况分析、换流阀相关参数对比分析以及避雷器动作分析,总结了造成LTT失效的原因;并提出了解决办法和预防措施。     

±1100kV特高压直流输电用6英寸晶闸管及其设计优化

为满足国家±1 100 kV特高压直流的应用需求,适应换流阀用晶闸管向更高电压等级、更大电流容量、更高可靠性发展趋势,基于中国南车现有6英寸晶闸管成熟技术基础,通过计算机仿真与试验相结合的方法,优化晶闸管芯片结构设计,改善了晶闸管芯片边缘电场分布和电压稳定性,改善器件内部热分布与外部散热,提高了晶闸管电流容量;优化晶闸管芯片放大门极结构设计,改善了器件的动态特性;采用先进的电子辐照技术,通过试验优化辐照工艺,进一步改善了晶闸管静态参数与动态特性折衷关系;研究开发出6英寸5 000 A/8 500 V晶闸管,器件的所有静、动态参数达到设计指标,通过了可靠性试验,满足±1 100 kV特高压直流输电换流阀的应用要求。     

±800 kV特高压直流输电用6英寸大功率晶闸管换流阀

现如今,中国有多条±800 kV特高压直流输电项目正在建设或正在规划之中。较高的输电电压及其较高的稳态、瞬态过压而产生的晶闸管换流阀绝缘设计难点已在云南—广东±800 kV/5 000 MW直流输电工程中得到了研究和解决,但是在向家坝—上海特高压直流输电±800 kV/6 400 MW工程中,必须采用更大功率的晶闸管,才能满足额定电流4 000 A的要求。为了满足实际工程需要,基于硅片的新一代6英寸大功率晶闸管应运而生,同时,为了满足更高直流电流的要求,在晶闸管换流阀设计中,应用了相关新的设计技术。笔者介绍了向家坝—上海特高压直流输电工程中复龙站晶闸管换流阀设计,包括阀的结构、电气设计、机械设计、阀内部电器件选择等,另外,对6英寸晶闸管的特点作了介绍。复龙站换流阀型式试验已分别在德国西门子、中国西安高压电器研究院有限责任公司完成,试验结果表明,基于6英寸晶闸管的向家坝—上海±800 kV特高压直流输电工程复龙站换流阀设计可靠,可保证向家坝—上海输电工程复龙站换流阀的长期、可靠运行。     

光触发晶闸管与高压直流输电

简要介绍光触发晶闸管及其在高压直流输电换流阀中的应用。     

新一代±800 kV/8 GW特高压直流工程换流阀晶闸管设计优化

新一代标准化±800 kV/8 GW特高压直流工程对换流阀晶闸管性能及可靠性提出更高要求。通过分析新一代标准化特高压换流阀设备的性能提升需求,明确了晶闸管产品的性能参数优化目标;在以往工程晶闸管研制的基础上,研究了进一步提升电流性能、降低通态压降、提高动态参数一致性及安全裕度的优化设计与工艺改进方法,完成了2种国产技术路线的新一代标准化±800 kV/8 GW特高压直流工程用8.5 kV/5 500 A晶闸管产品设计,并通过专项试验对比分析不同技术路线晶闸管产品的性能特点。研究及试验结果表明,经优化设计后,2种国产晶闸管产品的通态压降与通流特性均得到提高,动态参数一致性更优,安全裕度进一步提升,2种国产晶闸管产品均能够满足新一代特高压工程要求。     

HVDC晶闸管换流阀非周期触发试验中恢复期保护的探讨

高压直流输电HVDC晶闸管换流阀的非周期触发试验是换流阀型式试验中的一项重要试验.对于完整的阀,通常采用并联电容器法进行试验.笔者比较了几个不同工程晶闸管换流阀的试验数据,探讨了晶闸管非周期触发试验中恢复期保护的几个问题.实验证明,晶闸管触发后恢复期内过高的du/dt或再次触发将可能导致晶闸管的损害,并提出了相应的建议...     

一种晶闸管阀组高压侧触发能量耦合获取单元

为满足串联晶闸管阀组中多个晶闸管同步触发以及多个串联晶闸管触发模块之间的隔离强度,给出了一种新颖的晶闸管阀组高压侧触发能量耦合获取单元.该单元可在低压侧产生幅值恒定的直流或高频方波交流可控电流,通过高压绝缘电缆穿过多个磁环变压器将能量耦合至高压侧,在次级经变换后形成触发脉冲直接同步触发晶闸管,触发脉冲上升沿小于500 ns.在10 kv中压晶闸管投切电容器(TSC)无功补偿装置中的实际应用验证了该触发单元的可行性.     

全直流海上风电场高压直流变压器及其换流失败故障穿越策略

全直流海上风电场是发展大规模远距离海上风电的重要技术手段之一,其核心装备是连接中压直流汇集端口和高压直流送出端口的高压直流变压器,但目前面临高电压应力、大电流应力和高升压比等技术挑战。提出了一种基于子模块桥臂、晶闸管阀和二极管阀的混合型模块化高压直流变压器拓扑,子模块桥臂可分别并联至中压直流端口均分大电流及串联至高压直流端口均分高电压,晶闸管阀和二极管阀辅助拓扑实现并联和串联的换流。相比于其他高压直流变压器拓扑,所提拓扑具有效率高、轻量化和安装容量小等优点。此外,分析了晶闸管阀未可靠关断引起的拓扑换流失败的故障特性和故障电流清除过程,提出了故障穿越策略以提高拓扑的工作可靠性,并研究了故障穿越过程的影响因素及参数选取。最后,通过仿真和实验验证了所提拓扑结构和故障穿越策略的可行性。     

晶闸管阀高位取能电路研究

由于晶闸管耐压等级高,在高压动态无功补偿装置中广泛使用,由晶闸管串联构成的晶闸管阀,是晶闸管控制电抗器(TCR)的核心器件,在高电压下晶闸管阀驱动电路以何种方式获取能量是高压动态无功补偿装置必须考虑的问题.为了增加晶闸管串联运行的可靠性,设计了一种电压电流取能电路,能够满足TCR在各触发角下均能取到能量,给驱动电路供电,实现晶闸管阀高位系统自供电.利用PSPICE软件建立各取能电路仿真模型,仿真结果表明:高位取能电路能够减少开关损耗,提高晶闸管运行效率,而且能向驱动电路提供电能,为晶闸管阀的驱动电路稳定供电提供了理论基础.