柔性直流控制保护系统方案及其工程应用

结合厦门柔性直流输电示范工程,对柔性直流控制保护系统方案及其工程应用进行了研究,包括控制保护系统的分层结构、极控制系统的基本控制策略、控制系统结构、极控制系统与阀控制系统间的接口特性,以及直流保护系统功能的配置情况。为了验证极控制系统、阀控制系统及换流阀之间工作的正确性,防止首次有源解锁出现大电流损坏换流阀,针对真双极拓扑结构系统,提出了无源逆变试验方案,现场试验结果证明了阀组触发相序的正确性,实现了对控制系统延时的完全补偿。无功和有功功率阶跃试验结果表明,控制系统在性能上和速度上满足快速性、可靠性、灵活性要求。直流保护跳闸试验结果表明,保护逻辑功能正确,换流阀正确闭锁、断路器正确跳闸。     

柔性直流输电工程系统调试技术应用、分析与改进

系统带电调试试验是确保柔性直流输电工程在实际应用中安全稳定运行的一个关键环节。为了避免现场有源初次启动过程中因故障、阀组触发相序错误等问题导致换流阀设备的损坏,结合厦门真双极柔性直流输电工程,提出了初次完整启动前开展换流阀无源逆变试验的安全控制策略,很好地满足了设备安全性的要求。对实验室系统联调及现场试验过程中发现的主要问题进行了分析总结并提出了改进措施,满足了系统安全稳定运行的要求。     

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的柔性直流输电换流阀试验系统,可对换流阀的稳态工况和暂态工况进行模拟,进而实现对换流器阀的导通、关断和有关电流特性的检验.详细介绍了基于MMC的柔性直流输电换流阀试验系统的主回路和控制系统设计,并以实际工程换流阀组件为试验对象,验证了所设计的基于MMC柔性直流输电换流阀试验系统的正确性和实用性.     

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.     

模块化多电平换流器的直流侧主动充电策略

柔性直流输电工程中,无源端的换流阀通过有源端进行预充电,子模块电压最多只能充到额定电压的一半。如果按照正常解锁逻辑,会产生非常大的直流过电流,因此必须通过主动充电策略将子模块的电压充到额定值。文中结合模块化多电平换流器直流侧不控充电及正常运行的特点,设计了通过逐步递减投入子模块个数的直流侧主动充电策略,可以实现无源端换流阀从直流侧不控充电状态至正常解锁运行状态的平滑过渡。同时,分析了直流侧主动充电过程的桥臂电流特性。最后,通过仿真和实际工程应用验证了设计的直流侧主动充电策略的可行性。     

模块化换流阀低压加压电路及批量测试技术

为解决柔性直流输电工程模块化换流阀现场测试效率低、测试覆盖面不够广的不足,提出一种模块化换流阀低压加压电路及模块批量测试技术,采用低压直流源、低压加压网络配合阀控批量测试策略,实现了阀塔级子模块直流电容批量受控充电、自动批量测试及快速可控放电,解决了传统测试方案测试效率与测试项目无法兼顾的不足。研制了低压加压设备,搭建了EMTDC系统仿真模型以及含实际工程换流阀阀塔的试验系统,验证了所提方案的正确性与可行性。     

特高压柔性直流换流阀启停过程阀控自检功能缺陷及优化方法

在当今的输电技术中,柔性直流输电技术已经成为一种主流技术形式。而在柔性直流输电技术的具体应用中,柔性直流换流阀阀控是其核心部分。首先介绍了柔性直流换流阀阀控系统结构,然后针对阀控系统的全链路试验系统架构进行介绍,同时阐释了特高压柔性直流换流阀启停过程阀控自检功能及阀控旁路模块逻辑。通过开展柔性直流换流阀的阀控系统自检功能试验,验证阀控系统自检功能的正确性与可靠性,同时针对试验中所出现的问题,对阀控系统自检功能提出优化方案,从而实现阀控系统可靠性的提升。     

柔性直流换流站阀冷系统方案及其工程应用

阀冷系统是柔性直流换流站最重要的辅助系统之一,直接关系到换流阀的安全稳定运行。以厦门柔性直流工程为研究对象,对柔性直流换流站阀冷系统方案及其工程应用进行研究,包括阀冷系统的组成、主要回路及设备的作用、阀冷控制保护系统的结构、与极控制系统接口特性、控制逻辑及阀冷保护功能的配置情况。为了验证阀冷系统的冗余性能,提出了阀冷冗余试验方案。试验结果表明,阀冷参数设置不合理,并提出了改进措施,解决了阀冷冗余性能不足的问题。此外,漏水事故导致的阀冷泄漏保护跳闸也证明了阀冷保护动作的正确性,停运直流系统,确保了换流阀安全。     

高压直流输电开路试验中换流阀设备保护的探讨

在呼伦贝尔至辽宁直流输电工程换流阀直流开路试验中,由于换流阀多次保护触发动作引起系统跳闸,导致站系统试验无法进行。笔者结合该试验过程,从直流开路试验基本原理、换流阀监控和极控制保护几个方面进行分析讨论,提出阀控单元(VCU)对换流阀的保护完全可以保证换流阀设备的安全,极控制保护对换流阀保护触发动作的监控可只作为监视,不必产生系统跳闸,从而保证OLT试验顺利进行。     

±800kV特高压直流输电换流阀核相试验

近年来,随着特高压直流工程在远距离大功率输电方面的发展,提高直流输电工程的可靠性成为保证电网安全稳定运行的前提和基础,换流阀低压加压核相试验作为分系统调试项目对检验特高压直流输电工程质量至关重要.本文针对特高压直流工程±800kV换流站第一阶段分系统调试期间的相关内容,详细阐述换流站极I、极II低端换流阀核相试验过程并进行理论分析,通过试验参数计算、试验方案优化及试验波形的分析对比进行说明.另外,优化试验abc三相同步电压获取方式,进一步降低试验误差.最后,提出一种验证触发延迟角的核相方法,为特高压直流输电工程的建设和相关研究提供参考.     

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。     

柔性直流输电系统同极双阀组直流电压平衡控制方法

采用同极双阀组串联拓扑结构的特高压直流输电系统中,阀组的电气参数差异、电压/电流测量装置的误差都可能导致同极双阀组直流电压的不平衡,严重时将造成设备过压损坏.文中针对柔性直流换流站双阀组串联拓扑结构,在柔性直流阀组基本控制策略基础上,增加阀组均压调整量计算环节,并对有功外环控制及直流侧控制进行了改进,对功能投切逻辑进行分析,之后提出了柔性直流输电系统同极双阀组电压平衡控制方法.搭建了PSCAD/EMTDC模型进行仿真分析,结果表明所提控制方法在稳态和暂态工况下均具有较好的电压平衡控制效果,验证了其正确性和有效性.     

渝鄂直流背靠背联网工程最后断路器跳闸功能配置

柔性直流输电系统逆变站切除全部交流线路,甩负荷运行,会导致逆变站直流侧及其他部分电压异常升高,危及一次设备安全,因此,在逆变站中配置最后断路器跳闸功能非常必要。结合渝鄂直流背靠背联网工程,提出针对柔性直流输电系统的最后断路器跳闸功能配置方案,并基于RT-LAB实时仿真平台,接入实际控制保护系统和运行人员控制层监控系统,对所提配置方案进行验证。试验结果表明,配置最后断路器跳闸功能后,可保证在交流断路器跳开前或直流电压上升到保护定值前,柔性直流控制系统下发换流器闭锁命令,避免直流侧及交流侧严重过压。     

分层接入方式下锡泰特高压直流输电系统阀组电压平衡控制

锡盟—泰州±800kV特高压直流输电工程,采用分层接入的方式,在泰州换流站分别接入1 000kV和500kV交流电网。在这种新型电路结构下,如何保证单极中接入不同电压等级交流电网的两个串联阀组的直流电压均衡,对于直流输电系统的安全稳定运行是非常重要的。结合锡盟—泰州直流工程,在分析直流输电系统控制策略的基础上,对分层接入的阀组电压平衡控制进行研究,提出了电压平衡控制策略和中点分压器容错处理方法。通过RTDS建模试验验证了控制策略的正确性,并在锡盟—泰州特高压直流工程获得应用。     

七电平电流源型换流器无源逆变试验与分析

普通晶闸管换流阀无关断电流的能力,需要借助电网电压完成换相,不适用于没有交流电网的无源逆变电路.为了将晶闸管换流阀应用于柔性交直流电网,以并联十二脉动晶闸管换流器为前级,以七电平直流电流分配单元为后级构成级联型电流源逆变器.七电平直流电流分配单元不仅实现了对直流母线电流的动态平均分配,而且形成了周期性的直流电流过零点,为十二脉动晶闸管换流器提供零电流换相条件,从而实现晶闸管换流阀的强迫换相.实现强迫换相的晶闸管换流阀外特性相当于全控型逆阻器件,因此换流器可实现无源逆变.在对电路拓扑、调制方法进行详细分析的基础上,设计了额定功率为0.5 MW的七电平柔性直流换流器试验装置,以三相电阻为负载,进行了无源逆变试验.试验结果验证了大电流工况下,晶闸管换流阀与多电平直流电流分配单元协同作用实现晶闸管换流阀受控关断的可行性和可靠性.     

换流阀用与直流断路器用压接型IGBT器件差异分析

压接型IGBT器件以其耐受电压高、电流密度大、控制功率低、开关速度快以及双面散热等优势成为柔性直流输电系统中换流阀和直流断路器选用的理想器件。由于应用装备的差异,换流阀和直流断路器对于压接型IGBT器件分别提出了低通态压降和高短路关断能力的要求。分析了换流阀用压接型IGBT器件和直流断路器用压接型IGBT器件外部和内部电流、电压、温度和压力的差异,总结了两种器件应用过程中可能存在的主要失效原因,提出了封装设计中需要重点考虑的技术问题。     

±800 kV特高压直流输电系统主回路参数研究

为制定直流系统的控制策略并提供基本的稳态控制参数,以向家坝—上海±800kV特高压直流输电工程为依托,根据直流输电的基本理论并结合特高压直流系统的特点研究了主回路参数,提出了特高压直流系统的基本控制策略,以及2组12脉动换流器串联(400kV+400kV)构成±800kV特高压的全新换流站接线方案和灵活的运行接线方式。在主回路参数研究和设计中分析了影响主回路参数设计的关键因素,给出了特高压换流站主设备的参数,为特高压直流技术研究提供了基础数据。     

基于k/n(G)模型的柔性直流输电系统换流阀可靠性建模与冗余性分析

采用电压源型换流器以及脉宽调制技术的柔性直流输电系统具有功率控制灵活、可向有源和无源网络输电、产生的谐波含量小等优点。文章主要对柔性直流输电换流器的换流阀进行可靠性建模与分析。首先介绍换流阀及其控制、冷却和保护系统的内部结构和功能。然后基于k/n(G)模型,以ABB公司StakPak IGBT换流阀为例,建立换流阀模块及其次级子模块的可靠性数学模型。通过计算,得到不同电压等级和不同冗余下的换流阀可靠性指标,最后选择合理的冗余方案。