摘要：随着我国±800 kV大容量特高压直流输电的快速发展,环氧树脂套管的过热问题备受关注。基于去离子水冷却,该文将环氧树脂套管的水道结构由多管道式改进为一体化结构。采用三维电-热-流场耦合分析方法,考虑热传导和热对流的影响,模拟了换流变压器阀侧套管的温度场分布。通过与温升实验数据对比,仿真结果与实验结果的误差在3.99%以内,验证了该套管模型设计的合理性。与去离子水冷却的多管道式套管相比,改进后的±800 kV去离子水冷却一体化套管的载流导体外表面的最高温度更低且环氧树脂内表面的温差更小,结果表明该套管的去离子水冷却效果极强。研究了水道尺寸、流量和入口水温对去离子水冷却一体化套管温度分布的影响,结果表明该套管的温度分布主要由入口水温和流量控制,将去离子水的流量设置为10 L/min时几乎可以带走套管产生的全部热量,且入口水温越低冷却效果越好。分析结果可用于去离子水冷却±800 kV环氧树脂套管的结构优化与设计。

摘要：低热导率的环氧芯体使得阀侧套管散热困难,造成套管温度过高。该隐患严重危害套管安全运行,并对芯体生产工艺提出严苛要求,从而制约套管国产化发展。针对套管过热难题,提出了基于强制空气冷却的阀侧套管(简称风冷套管)设计技术,并建立风冷套管的热电–流固耦合仿真模型,分析了风冷套管的温度、载流和暂态等特性。在此基础上,研制了±800kV阀侧风冷套管样机,并通过了试验验证。结果表明:风冷套管技术可以有效降低套管温度,提高套管均温性以及增大套管45%通流能力。该技术有效解决了套管过热问题,是提升阀侧套管运行可靠性和完成国产化替代的有效途径之一。

摘要：大规模风电送出系统会出现振荡现象,现有抑制策略在振荡频率变化时难以快速、有效地抑制振荡。针对该问题,以直驱风场送出系统为研究对象,提出一种基于加窗快速傅立叶变换(FFT)和附加准比例谐振控制器相结合的振荡自适应抑制方法。首先,基于谐波线性化方法建立直驱风机(permanent magnet synchronous generator, PMSG)阻抗模型,分析PMSG发生振荡的机理以及采用附加准比例谐振控制器抑制振荡的有效性;然后,设计一种基于加窗FFT的振荡频率快速检测和提取方法,并给出相关参数的设计原则。最后,通过PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真对比基于加窗FFT和传统FFT的控制器对振荡的抑制效果。结果表明:基于加窗FFT的控制器对振荡的抑制速度和效果具有显著优势,验证了所提振荡抑制策略的有效性。

摘要：高压直流断路器是实现直流组网的重要设备。以张北工程±535 kV混合式直流断路器作为研究对象,主要针对其绝缘结构进行分析和设计。运用PSCAD搭建了直流断路器的宽频模型,获得了其内部电压的分布规律;结合系统对断路器的整体绝缘要求,提出了直流断路器关键零部件的耐压水平;在直流断路器整体布局的基础上,结合运行环境、电压波形、电极型式等进行了等电位设计和绝缘配合设计;运用有限元法对直流断路器三维全场域模型进行了典型工况下的电场校核;在此基础上,对直流断路器的绝缘结构进行了试验验证。通过本文研究,提出了适用于直流断路器绝缘结构的模块化、分区域、分层级和单点就近固定电位的设计方法;直流断路器金具表面最大电场强度在雷电冲击电压下为27.7 kV/cm,在分断过程中为19 kV/cm;直流断路器在型式试验中未发生闪络或击穿,满足了工程应用要求。研究结果可为高压设备的绝缘结构设计提供参考。

摘要：晶闸管触发监测(TTM)单元是直流输电换流阀的核心器件之一,用于实现阀控系统和换流阀间信号的光电转换,完成换流阀的触发与保护,其性能直接影响直流输电工程的可靠性。文中给出了具有高电位复合取能功能的TTM的功能设计框图,研究交流系统故障下TTM工作状态对高压直流输电系统的影响,提出TTM储能电路的设计方法,并以酒泉—湖南±800 kV/5 000 A直流工程参数为例,对TTM储能电路进行了理论计算、仿真分析和试验研究。以该成果为核心技术的A5000型换流阀TTM已应用于多个直流输电工程。

摘要：为降低模块化多电平换流器(MMC)对子模块电容的需求,有必要抑制子模块的电容电压波动。电网三相电压不平衡情况发生时,会加剧MMC中子模块的电容电压波动。首先分析了电网电压不平衡时MMC子模块电容电压的波动特性,进一步分析了三次谐波注入对子模块电压波动的影响;重新设计了三次谐波电压注入的幅值和相角,使其能在不平衡工况下有效实现降低电压波动的目标;设计了相应的波动抑制策略;最后,在PSCAD/EMTDC平台上进行仿真,验证了所提注入方案的有效性。

摘要：直流耗能电阻运行过程中受到脉冲高功率冲击,热特性迥异于目前普遍的稳态发热的电力电子装置,需要采用新的温度计算模型和系统设计方法。为此提出了基于热学原理的温变等效热电模型,讨论分析边界条件、材料属性和尺寸对直流耗能装置温度的影响规律,并提出优化措施。建立了自然冷却和水冷2种方式的直流耗能电阻动态系统仿真模型,其中自然冷却系统采用随温度变化的辐射和自然对流热阻模型,有效提升了模型的精度,并通过试验验证;采用瞬态热源与准稳态冷却系统耦合策略,将直流耗能电阻与水冷冷却系统模型有效集成,进行系统动态仿真分析,并提出直流耗能电阻冷却系统最优功率设计方法。该方法提出的仿真模型和冷却系统设计方法性能优异,满足工程应用需求。

摘要：降低模块化多电平换流器(MMC)中子模块电容电压纹波幅值,有望降低对子模块电容器容值、体积、成本的需求,具有重要的研究价值。文中首先分析了混合MMC过调制下半桥子模块与全桥子模块的电容电压波动特性以及两种子模块间的波动差异产生机理,确定波动差异对应的能量积累区间。然后分类讨论三次谐波电压注入后桥臂参考电压的极值点分布和过零点分布,建立三次谐波电压注入系数、调制比与波动差异抑制能力的关系。在此基础上,以减少半桥子模块与全桥子模块电容能量积累差异为目标,对三次谐波电压注入量进行优化设计,提出了基于三次谐波注入优化的子模块电容电压波动差异抑制策略,并给出电容容值降低的计算示例。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建双端混合MMC模型,仿真结果验证了理论分析的正确性和所提方法的有效性。

摘要：随着对柔性直流输电工程换流阀及阀控设备可靠性要求的提升,为了更加全面、直观、及时地监视换流阀及阀控设备运行状态,提高换流阀运行安全性,柔性直流换流阀监视系统的作用愈加重要。结合实际工程项目需求,兼顾现场分系统调试、换流阀检修、正常运行维护等不同使用场景,研发了双网双冗余架构的柔性直流换流阀监视系统。采用页面自动布局和参数自动匹配技术并且加以优化,采用“内存+文件”相结合的数据缓存机制有效解决海量数据量的处理。该系统具备海量数据高速处理、遥信遥测报文显示存储、高频采样故障录波及波形处理功能,能够以微秒级精度实时记录事件,同时具备远程控制、换流阀及阀控设备状态和关键参数的修改功能。该系统已成功应用于张北可再生能源柔性直流电网试验示范工程,其性能完全满足该工程柔性直流换流阀和阀控设备状态在线监视以及系统调试等需求。

摘要：随着柔性直流输电(voltage source converter based high voltage direct current,VSC-HVDC)技术的应用与发展,对柔直阀控系统的可靠性测试要求不断提高,现有测试系统无法同时满足阀控系统全规模接入、全功能测试、精准建模的需求。针对已有测试系统的不足,基于RTLAB平台进行精准建模,并设计高性能、灵活配置的接口装置,搭建了阀控全接入测试系统,提出了阀控系统关键测试项目及测试方法。该测试系统及测试方法已应用于张北柔性直流输电工程北京换流站阀控系统的出厂测试中,通过测试的阀控系统在工程现场运行稳定可靠。