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。     

可控电流源型换流器换流应力分析EI北大核心CSCD

可控关断的电流源型换流器(current source converter,CSC)是解决直流输电换相失败问题的有效方法之一。对其开展电气应力分析是换流器电气、绝缘和试验设计的理论基础,其相关研究仍属空白。该文在分析CSC运行原理和调制方法的基础上,首先研究在主动换相与强迫换相过程中,换流阀及关键部件的应力特性;其次,给出逆阻集成门极换流晶闸管(reverse blocking integrated gate commutated thyristor,RB-IGCT)周期关断的建模方法,提取4500V/3000A器件的建模参数。最后,建立“器件–换流阀–系统”详细仿真模型,对250kV/750MW的直流系统进行仿真分析,提取主动和强迫换流过程中的整机和关键部件的应力特性。结果表明,所提理论分析方法和参数计算能够为CSC的电气设计和等效试验提供技术支撑。     

大容量可控关断的直流输电用电流源型换流器研究综述

可控关断的电流源型换流器(current source converter,CSC)相较于LCC和VSC具有较好的技术优势,逆阻型大功率可关断半导体器件的快速发展为CSC在高压直流输电领域的应用提供了发展契机.针对现有CSC的拓扑、调制方法的优缺点进行调研和对比,分析总结出适用于高压直流输电的LCC-CSC拓扑和特定谐...     

混合直流输电系统综述

混合直流输电系统是通过结合各种电流源型换流器(CSC)和电压源型换流器(VSC)的技术特点,互相取长补短而形成的新型直流输电拓扑结构。在简要介绍CSC和VSC基本结构和技术特点的基础上,分别阐述了混合两端、混合多端、混合多馈入、混合双极直流输电系统和混杂换流器各自的技术特点、控制方式、应用场景和研究进展,最后总结了混合直流输电系统的优势和不足,展望了未来混合直流技术的研究和发展方向。通过对混合直流输电技术的研究成果的总结和工程应用的介绍,表明混合直流输电是一种独具特色,拥有广泛应用前景的新型高压直流输电技术。     

逆阻型集成门极换流晶闸管研制

逆阻型集成门极换流晶闸管(RB-IGCT)的结构特点,通过结构分析,分别从提高阻断特性、通态特性、开关特性及损耗特性方面进行了设计优化,并以仿真结果指导生产,优化工艺,研制了8 kV RB-IGCT。产品进行各项静、动态参数测试,及相关型式试验,满足基于高压直流输电的混合式换流器工程需求。     

混合串联换流阀抑制换相失败的作用原理及动态均压电路参数设计

采用全控型电力电子器件改造电网换相换流器高压直流输电技术(line commutated converter high voltage direct current,LCC-HVDC)来抑制换相失败(commutation failure,CF)是目前研究热点,但忽略器件差异性会对拓扑作用原理和器件电气应力分析产生关键影响,降低了工程应用的参考意义。文中研究一种由晶闸管与可关断管串联构成的混合换流阀(hybrid series converter valve,HSCV),考虑器件特性的差异。设计HSCV的工作状态,分析HSCV的抵御CF的作用原理。对HSCV器件进行合理选型并设计关断时序。分析关断过电压现象,并基于电压电流应力提出可关断管动态均压支路参数的设计原则。SABER和PSCAD/EMTDC仿真结果表明,HSCV能够增大晶闸管恢复正向阻断能力的时间,防止该阀重新导通和倒换相;提出的参数设计原则可以合理设计动态均压支路,有效解决可关断管的过电压问题,满足器件参数要求;相较于LCC-HVDC系统和其他经全控型电力电子器件改造的LCC-HVDC系统,基于HSCV的高压直流输电系统具备...     

新型直流输电技术与分布式电源

直流输电已是成熟的技术 ,造价较高是其与交流送电竞争的不利因素。新一代的直流输电是指进一步改善性能、大幅度简化设备、减少换流站的占地、降低造价的技术。直流输电性能创新的典型例子是轻型直流输电系统 (LightHVDC) ,它可采用GTL、IGBT等可关断的器件组成换流器 ,省去了换流变压器 ,整个换流变压器 ,整个换流站可以搬迁 ,可使中型的直流输电工程在较短的输送距离也具有竞争力 ,从而使中等容量的输电在较短的输送距离也能与交流输电竞争。此外 ,可关断的器件组成换流器由于采用可关断的电力电子器件 ,可以免除换相失败之虞 ,对受…     

混合双馈入直流输电系统的交互作用机理研究(二):小干扰稳定裕度分析

针对由电网换相换流器型高压直流输电(line commutated converter based high voltage direct current,LCC-HVDC)系统和电压源换流器型高压直流输电(voltage source converter based high voltage direct current,VSC-HVDC)系统构成的混合双馈入直流输电系统,基于推导建立的等值单馈入直流输电模型,采用增益裕度(gain margin,GM)指标、相位裕度(phase margin,PM)指标和灵敏度函数最大峰值指标Ms,定量评估交流系统强度、LCC-HVDC子系统的定关断角和锁相环,以及VSC-HVDC子系统的外环功率控制器、内环电流控制器和锁相环对混合双馈入直流输电系统稳定裕度的影响规律;最后,通过PSCAD/EMTDC下的详细电磁暂态详细仿真,验证所建立单馈入直流输电模型的有效性及理论分析结果的正确性。     

基于matlab的柔性直流输电系统建模与仿真

随着电力电子技术和控制技术的发展,特别是全控型电力电子器件的发展,出现了一种以电压源换流器、自关断器件和脉宽调制(PWM)技术为基础的新型输电技术——基于电压源换流器的高压直流输电(VoltageSource ConverterbasedHighVoltageDirectCurrentTransmission,VSC-HVDC),也称柔性直流输电。采用该技术可以有效的解决传统交直流输电系统中的一些缺陷,使得电网更加合理。对于柔性直流输电的拓扑结构、仿真建模、和仿真实验的研究将是本篇论文的主要内容。     

新型直流输电技术

直流输电已是成熟技术。造价较高是其与交流送电竞争的不利因素。新一代的直流输电是指进一步改善性能、大幅度简化设备、减少换流站的占地、降低造价的技术。直流输电性能创新的典型例子是轻型直流输电系统（ＬｉｇｈｔＨＶＤＣ），它采用 ＣＴＯ、ＴＧＢＴ等可关断的器件组成换流器，省去了换流变压器，整个换流站可以搬迁，可以使中型的直流输电工程在较短的输送距离也具有竞争力，从而使中等容量的输电在较短的输送距离也能与交流输电竞争。此外，可关断的器件组成换流器，由于采用可关断的电力电子器件，可以免除换相失败之虞，对受端…     

基于CSC和VSC的混合多端直流输电系统及其仿真

研究了一种新型混合多端直流输电系统,其换流器可以分男由电压源换流器(VSC)和电流源换流器(CSC)构成,各个换流器之间以并联方式连接.为验证该直流输电模式的有效性和可行性,建立了一个混合三端直流输电系统仿真模型,包含1个电流源整流器、1个电流源逆变器和1个电压源双向换流器,并分别设计了2种控制策略.当采用第1种控制策略,即电流源整流器采用定电流控制,电流源逆变器采用定电流控制,电压源双向换流器采用定直流电压控制和定交流电压控制时,混合多端直流输电系统在启动、稳态运行、直流和交流故障等情况下具有良好的运行特性,不失为一种有效的直流输电模式,能够综合利用常规直流输电和轻型直流输电各自的优点,有效扩展常规直流输电系统的适用范围.     

混合双馈入直流输电控制系统交互影响机理分析

针对由彼此落点接近的一条基于模块化多电平换流器型高压直流输电(modular multilevel converter based HVDC,MMC-HVDC)线路和一条电网换相换流器型高压直流输电(line commutated converter based high voltage direct current,LCC-HVDC)线路所构成的混合双馈入直流输电系统,基于多变量反馈控制理论建立可定量分析和评估MMC-HVDC与LCC-HVDC控制系统之间交互影响的等效独立控制通道。在此基础之上,定量分析评估LCC定关断角控制器、锁相环以及MMC锁相环、外环控制器、环流抑制器对MMC-HVDC与LCC-HVDC控制系统交互作用及小干扰稳定性的影响。最后,在PSCAD/EMTDC上搭建混合双馈入直流输电系统的电磁暂态详细仿真模型,仿真验证理论分析结果的有效性。     

电流源型混合直流输电系统建模与仿真

为解决传统直流输电系统换相失败问题,针对电压源型混合直流输电系统存在直流故障难以处理、平波电抗与直流电容容易产生谐振、无法进行潮流反送等缺点,分析了一种新型电流源型混合直流输电系统,其特点是整流侧采用传统的电网换相换流器,逆变侧采用基于全控型器件的新型电流源型换流器。重点推导了电流源型换流器在dq旋转坐标系下的低频和稳态数学模型,并设计了相应的控制器和控制策略。在PSCAD/EMTDC中以葛南直流系统为基础搭建了电流源型混合直流系统。详细阐述了启动和潮流翻转的步骤和过程,测试了逆变侧发生三相短路故障下系统的响应和恢复特性,研究了系统的直流故障自清理能力和重启动策略。仿真结果表明,该系统具有良好的性能,是直流输电系统在远距离、大功率应用领域一种可行的改进方案。     

基于可控关断电流源换流器的直流输电控制策略

近年来,特高压直流输电技术快速发展,为解决晶闸管换流阀易发生换相失败问题,国内已经建成了多条基于电压源型换流阀的混合直流输电系统,但IGBT电压源换流器仍存在过流能力差的固有缺陷。基于可控电流源换流器,分析比较了多个全控电力电子的工程适用性,提出了可用于常规高压直流输电工程的电流源换流器拓扑结构,研究基于非全周期逆向锁相环技术的关断脉冲触发策略,提出了基于可控关断电流源换流器的直流控制优化策略和故障穿越策略。最后基于半实物仿真平台RTDS搭建混合直流输电系统,验证了所提拓扑可行性和策略有效性。     

电压源型AC/DC换流器的运行机理和特性分析

传统的高压直流输电 (HVDC)是采用基于晶闸管的自然换相的换流器技术 ,存在一些固有的缺点。近年来随着电力电子技术领域中具有自关断能力的绝缘栅双极晶体管 (IGBT)和门关断晶体管 (GTO)等器件的发展 ,使得电压源型换流器 (VSC)在HVDC中的应用越来越引起普遍的重视。VSC控制和运行方式简单 ,输出波形品质好 ,运行模式灵活 ,具有良好的发展前景。介绍基于VSC的HVDC的原理 ,分析了其控制特性、运行技术特点     

新型可控电网换相换流器拓扑及其控制方法

为保持传统电网换相换流器(line commutated converter,LCC)低损耗、高可靠性和经济性等优点的同时,又避免换相失败故障风险,提出一种新型具有可控关断能力的电网换相换流器(controllable line commutated converter,CLCC)拓扑结构。该拓扑基于全控和半控器件混联的设计思路,首先通过全控型器件转移电流,等待晶闸管关断能力恢复后,再利用全控器件关断电流以快速完成桥臂间换相。可控电网换相换流器主要包括常规换流和可控换流2种运行模式,研究不同运行模式下换流器的工作原理及换流器内部控制策略。通过搭建特高压直流输电系统仿真模型,分析可控电网换相换流器的暂、稳态和典型故障态运行特性。仿真结果表明,在发生交流故障时,可控电网换相换流器可以主动关断桥臂电流实现强迫换相,同时提供一定的无功支撑,解决多馈入直流系统换相失败问题,有利于提高电网安全稳定运行水平,提升多直流馈入受端电网电力接纳能力。     

封面简介

正柔性直流输电由换流站和直流输电线路构成,是一种以电压源型换流器、自关断器件和脉宽调制技术为基础的新型输电技术,可向无源网络供电,无换相失败,换流站间无需通信,且易构成多端直流系统,具有反应速度快、可控性好、运行方式灵活等优点。2020年6月,世界上电压等级最高、输送容量最大的柔性直流电网工程——张北工程建成     

电压源换相HVDC站内交流母线故障特性及保护配合

基于电压源型换流器的高压直流输电(voltage sourced converter based HVDC,VSC-HVDC)是一种以电压源换流器、自关断器件为基础的高压直流输电技术,其换流阀价格昂贵,需要进行必要合理的保护来保证换流阀的安全运行。内部交流母线故障是换流站内部一种严重的故障形式,因此,有必要对该故障进行分析从而进行保护设计。分析了内部交流母线故障的故障机制,同时针对故障换流站不同控制方式、不同运行模式下,非故障站的动作配合进行了深入的研究。通过在PSCAD/EMTDC中建立相应的电磁暂态模型,对内部交流母线故障进行了详细的模拟,给出了分析验证。结合不同应用下的系统运行要求,提出了故障后相应的两站保护动作配合要求。     

多端直流输电接入下的交直流混联系统电压稳定性研究综述

电流源型(voltage source converter,CSC)直流输电在远距离大功率输电方面技术成熟、经济性好,有利于跨区域电力资源优化配置;电压源型(voltage source converter,VSC)直流输电可控性好,适合大规模风电接入、弱区域互联、孤岛电力传输等场合。多端直流输电技术为多能源中心多负荷中心以及分布式风电等可再生能源的接入奠定了技术支持。CSC和VSC的换流器结构和控制策略不同,基于这2种类型换流器技术的多端直流输电稳态分析、暂态分析、优化控制等成为多端直流输电技术发展的重要研究课题。对国内外多端直流输电的应用背景进行了简介,对直流电网的拓扑结构、多端直流的潮流分析、暂态控制策略、换相失败以及交直流混联系统的电压稳定评估方法等技术进行了分析和总结,并对提高交直流混联系统电压稳定性的优化方法和紧急控制策略进行了分析,最后对多端直流输电技术的发展趋势、关键技术进行了讨论,对提高交直流电网的安全稳定性应对措施提出了建议。     

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。