摘要：基于大功率晶闸管构成的电流源型换流器在HVDC工程中得到广泛应用,由于晶闸管的固有关断特性,当交流系统电压跌落时会引发换相失败问题,这将导致直流功率波动、甚至直流闭锁,威胁电网安全稳定运行。为了解决换相失败问题,首先基于逆阻型集成门极换流晶闸管(RB-IGCT)构建了新型换流器,提出了这种换流器的两种运行模式,设计了可控关断RB-IGCT换流器控制系统,并基于所设计的控制系统提出了换流器换相工作时序。其次采用6英寸RB-IGCT设计了换流阀,并提出了IGCT驱动单元的设计方案。最后搭建了换流阀运行试验系统,完成了RB-IGCT换流阀样机研制和验证,通过试验验证了换流阀设计的合理性。所提成果可为后续RB-IGCT在HVDC工程中的应用提供有力支撑。

摘要：针对当前基于双有源全桥(DAB)拓扑直流变压器的研究热点,讨论了应用于该类型直流变压器的中频变压器所面临的绝缘问题及处理方法。该文讨论了变压器尺寸减小、kHz工作频率及陡上升沿对中频变压器绝缘的影响。三种因素同时存在,共同影响变压器的绝缘。为了应对上述因素所带来的挑战,需要重点在变压器绕组设计、绕组间及绕组内部匝间和层间绝缘需求分析、绝缘材料选用、绕组绕制及变压器加工工艺环节进行研究。

摘要：金属氧化锌避雷器(MOV)作为高压直流断路器的重要组成部分,具有电压等级高、吸收能量大(数百兆焦)的特点,工程设计难度大。该文详细开展了高压直流断路器MOV关键技术研究。首先,影响高压直流断路器MOV吸收能量的因素众多,MOV吸收能量计算和仿真难度大。同时详细分析了柔性直流系统运行方式、暂态保护控制策略、高压直流断路器的位置、故障点的位置以及故障类型对MOV吸收能量的影响,并以张北±535k V柔直工程为例,搭建七端仿真模型,归纳出直流断路器耗能支路MOV能量仿真方法。其次,高压直流断路器MOV能量巨大,需要涉及大量阀片串并联设计,该文从阀片生产工艺、一致性筛选试验、阀片配组、整体结构设计等方面开展多级阀片串并联的MOV一致性关键技术研究,同时设计多柱并联下MOV的监视和保护功能技术,提高其运行可靠性。最后,考虑到高压直流断路器中MOV的特殊应用工况,现有型式试验项目不能充分有效地考核其性能指标,还重点开展了MOV能量等效性试验和多柱均流测试的关键方法研究。高压直流断路器MOV关键技术研究涵盖了设计、生产与试验等各个环节,攻克直流断路器MOV设计难题,相关技术已经成功应用于张北±535 k V多端柔直工程。

摘要：海岛配电网位于传统交流配电网末端,存在供电电源单一、网架结构薄弱和分布式能源利用率低等问题,同时还存在配电网的运行状态切换困难以及内部多设备控制模式和控制目标协同配合复杂等难题。为了提升系统的运行能力,应用级联型电力电子变压器(power electronic transformer, PET)构建海岛交直流混合配电网。通过分析实际工程的应用需求,综合考虑并设计PET控制架构及其策略,满足双向功率传输、双向启动、多运行模式及其切换等要求,并在回转器模型基础上增加直流电压前馈环路提升PET的响应特性。系统实验结果表明,PET可实现海岛交直流混合配电网的可控互联,有效提升其功率传输的灵活性和适应性,并为其安全可靠运行提供有力支撑。

摘要：混合式高压直流断路器正常工作时,无法与柔性直流换流阀模组一样通过直流电容取能,也无法与交流系统如电子式互感器一样直接利用交变的系统电流电磁耦合获取能量。为此,针对500kV混合式高压直流断路器内不同部件的负载特性,提出了多目标分层次的工频隔离供能系统方案,采用对地隔离、层间隔离和阀组隔离等手段解决了混合式直流断路器正常运行和开断瞬间过电压情况下不同带电位部件的供能难题。针对最为关键的对地隔离供能变压器,首先研究了多级串联变压器暂、稳态工况下的均压特性,提出了相应均压措施,然后通过理论计算和仿真进行了供能变压器的电磁场、损耗和温升设计,最后将所提出的供能系统在500kV混合式直流断路器中进行了试验验证。试验结果表明:按照混合式直流断路器内部不同部件的负载特性进行多目标供能,可显著地降低供能变压器的总体容量要求,从而减小设备体积和研制难度;通过多级分层次的隔离,降低了单个隔离供能设备的绝缘水平,且易于实现;通过合理的暂、稳态均压措施,供能变压器可满足不均压系数小于5%,雷电冲击电压1550kV,操作冲击电压1300kV,并且内部温升不大于40K的技术指标要求。

摘要：张北工程混合式直流断路器型式试验包含端间操作冲击电压试验,用于验证直流断路器进出线端子之间的绝缘性能,由于转移支路整体电容容值达到几个微法,现有试验设备能力无法满足端间操作冲击电压试验要求。为此,提出一种验证混合式直流断路器端间耐受操作冲击电压能力的等效试验方法。首先,分析了混合式直流断路器的结构,以确定主支路、转移支路和耗能支路的等效试验方式;其次,计算了大气修正系数,试验研究了转移支路不均压系数,以确定主支路、转移支路和耗能支路的试验电压;最后,搭建试验回路并开展了相应的等效试验,其中转移支路等效试验回路研究了冲击发生器电容的连接方式和回路中限流电感感值的选取。研究结果表明:(1)可采用快速机械开关端间动态绝缘试验和单层转移支路端间操作冲击电压试验等效混合式直流断路器端间操作冲击电压试验;(2)张北工程海拔最高的康保换流站海拔为1385m,最大的大气修正系数为1.12;转移支路最大不均压系数为1.015;快速机械开关端间操作冲击试验电压峰值为1031 kV,单层转移支路端间操作冲击试验电压峰值为210 kV;(3)单层转移支路端间操作冲击试验时,冲击发生器电容采用6并3串的连接方式最佳,此时单级电容充电电压最小,单级波前电阻能量要求最小;回路中限流电感选择为0.5m H,当限流电感大于0.5m H时会引起回路振荡,导致试品上试验电压波形在峰值时刻出现电压跌落现象;(4)等效试验结果表明535 kV混合式直流断路器进出线端子之间绝缘设计满足要求。

摘要：模块化多电平矩阵式换流器(M^(3)C)是目前柔性低频输电系统完成频率变换的主要电力电子设备。M^(3)C包含9个桥臂,应用在高压大功率场合的串联模块数目众多,对其设备子模块的生产提出了特殊试验需求。在M^(3)C桥臂稳态电压和电流分析基础上,设计了一种应用于数个串联桥臂子模块(阀段)的对拖运行试验系统,可对其进行等效功率运行测试,以辅助M^(3)C设备的生产和出厂测试。提出了对拖试验系统的控制策略,搭建了由两组4个串联子模块构成的阀段对拖试验系统,进行了相关试验验证。试验结果表明,所提出的试验系统能够满足M^(3)C桥臂串联子模块的等效功率运行试验,并且对电源功率消耗要求不高。

摘要：混合式直流断路器是当前柔性直流电网最为理想的故障隔离方式,但是投资成本高限制了其大范围的应用。为了降低混合式直流断路器的成本,提出了一种多端口整流型混合式直流断路器拓扑,选择开关采用简单可靠的二极管桥式整流结构,负载转移开关和主断开关采用单向开断子模块,并通过电流转移控制策略的优化,使得直流断路器具备电流双向开断、设备成本低和通流损耗低等优点;同时,增加了一条母线保护支路,实现了直流母线故障隔离和公共母线故障保护。文中首先详细介绍了所提拓扑在不同故障工况下的工作原理以及内部组件的动作策略;然后,与现有拓扑进行了经济性和电气性能的对比分析,突出所提拓扑的优越性;最后,设计并搭建了一台三端口整流型混合式直流断路器样机及其试验系统,通过试验验证了所提拓扑的有效性和可行性。

摘要：柔性直流输电工程已迈入特高压时代,现有柔性直流换流阀(VSC阀)的均压屏蔽设计已无法满足特高压应用场合。为解决±800 kV VSC阀塔顶部均压管母表面电场强度过大的问题,文中首先利用PTC Creo与ANSYS联合建模技术完成复杂阀塔结构的三维建模与静电场有限元仿真,通过增加与顶部均压管母等电位连接的顶部屏蔽板,有效降低阀塔顶部均压管母及子模块的表面电场强度。然后,提取顶部屏蔽板增加前后的阀塔对地寄生电容参数,分析顶部屏蔽板对操作冲击下模块电压分布的影响。最后,研究阀塔不同均压部件间距对最大电场强度分布的影响,完成±800 kV VSC阀塔均压优化设计,并在阀塔样机上进行冲击电压试验。文中所提优化措施提升了VSC阀在特高压应用场景的安全运行能力,为VSC阀在特高压柔性直流输电工程的应用及设计提供借鉴。

摘要：绝缘子的选型设计对支撑式换流阀塔至关重要。文中介绍了±535 k V电压等级支柱复合绝缘子的选型设计过程,包括芯体和伞套的成型工艺选择以及绝缘子的外绝缘设计(爬电距离和干弧距离计算)等。将所选型的支柱复合绝缘子用于±535 kV支撑式换流阀塔,通过阀塔整体的耐压试验和抗震仿真,验证了按照此过程所选型的支柱复合绝缘子在绝缘性能和结构强度上可满足使用要求。