MMC子模块母排直流故障失效机理分析

作     者：蔡洋 郭文勇 杜晓纪 郭文明 赵闯 桑文举 CAI Yang;GUO Wenyong;DU Xiaoji;GUO Wenming;ZHAO Chuang;SANG Wenju

作者机构：中国科学院电工研究所北京100190 中国科学院应用超导重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100049 国家电网南瑞集团公司北京102200 中电普瑞电力工程有限公司北京102200 

基　　金：国家重点研发计划(2018YFB0905800) 国家自然科学基金(51877206,51721005) 

出 版 物：《高电压技术》 (High Voltage Engineering)

年 卷 期：2020年第46卷第10期

页      码：3460-3468页

摘      要：模块化多电平变流器(modular multilevel converter,MMC)发生直流故障后,子模块内会出现显著的故障过电流,将在子模块母排上产生极大的电磁力与温升,可能造成母排永久性失效。为探究MMC子模块母排在直流故障下的失效机理,采用MMC直流故障工况计算与母排多物理场仿真相结合的方法,对故障电流冲击下母排的电磁–温度–应力耦合场进行了分析。首先,基于桥臂等值模型,对换流器桥臂故障电流进行了精确计算,探究了故障时刻对桥臂故障电流的影响,对子模块母排上可能出现的最严重故障电流工况进行了求解。其次,建立了母排在故障电流冲击下的电磁–温度–应力耦合场模型,对MMC子模块各部分母排的电磁力与焦耳热进行了建模,求解了子模块各部分母排在直流故障下的温升与应力分布。计算结果显示,在直流故障下MMC子模块母排温升很小,但机械应力较大、变形较为严重,母排所连旁路晶闸管端面螺栓承受的轴向力最大,可能出现螺栓松动与脱离失效。该结论可为MMC子模块母排直流故障工况可靠性评估与优化设计提供一定的参考。

主 题 词：模块化多电平变流器 直流故障 子模块母排 多物理场分析 失效机理 

学科分类：080801[080801] 0808[工学-自动化类] 0809[工学-计算机类] 08[工学] 0807[工学-电子信息类] 

核心收录：

D　O　I：10.13336/j.1003-6520.hve.20200847

馆 藏 号：203986345...