范晶晶 章功遼
摘要:本文針對特高壓柔性直流不控充電策略進行研究,依靠PSCAD/EMTDC仿真平臺,通過模擬特高壓混合橋柔性直流換流站啟動過程,找尋一種更經濟科學的啟動方式。
關鍵詞:特高壓柔性直流;充電策略;混合橋拓撲
Abstract:This paper studies the Voltage Source Converter based Ultra High Voltage Direct Current uncontrolled charging strategy, and relies on the PSCAD / EMTDC simulation platform to find a more economical and scientific startup method by simulating the startup process of the UHV HCMC converter station.
Keywords:VSC-HVDC;charging strategy;HCMC
引言
近年來,我國柔性直流輸電輸電技術迅速發展,柔性直流輸電以其獨特的優勢迅速占領市場,柔性直流輸電技術目前應用廣泛,主要應用在海上風電并網、交流電網改造、背靠背換流站工程、特高壓大容量電能輸送、能量路由器、構建直流電網等場合。新一代的直流輸電技術解決了傳統直流輸電例如換相失敗許多難題,柔性直流在提升電能質量、提高電網可靠性等方面優勢突出,是未來構建智能電網的關鍵技術。
1混合橋啟動策略分析
實際工程以混合橋為例時,模擬直流側開路時的狀態,先采用交流側進行不控充電,穩態以后,全橋子模塊電壓為半橋的一倍,再進行觸發IGBT中的T4管,使得全橋變為半橋子模塊,進行充電,充電穩態后,當半橋子模塊電壓抬升,達到穩態以后,再合閘啟動電阻,使得電容電壓再次抬升,分階段充電的目的是使電容電壓緩緩抬升,避免過大電壓越變,造成設備損壞,有利于提升設備壽命及可靠性。其計算過程如下:
由于全橋和半橋子模塊電容量大小相等,充電時流經的電流一致,故全橋子模塊與半橋子模塊電壓有如下關系:
直流電壓與全橋半橋電壓又有如下關系:
其中,Uch和Ucf分別是半橋子模塊與全橋子模塊的電壓,N為橋臂子模塊數量,x為全橋占比,當N為20、x為70%時,單個橋臂所有全橋子模塊與所有半橋子模塊電壓為。帶入模型參數計算可得:
當第一過程不控充電達到穩態階段以后:Udc=Uh=3kV
當第四過程不控充電階段達到穩態階段以后,合閘旁路開關:Udc=31.108kV
2 仿真驗證
2.1混合橋充電啟動策略
實際工程橋臂子模塊數量為200個,受仿真條件所限制,為簡化模型,本文采用20個為模型,交流側電壓為22kV,子模塊電容值為1200uf,仿真步長250us,混合橋中全橋占比為x,其值為30%,即半橋子模塊數量為6個,全橋子模塊數量為14個,啟動電阻采用500歐姆。
仿真第一階段:混合橋不控充電達到穩定狀態。
仿真第二階段:第一階段結束后,分兩批觸發T4管,使得全橋子模塊全部變成半橋子模塊,直流電壓躍升。
仿真第三階段:合閘旁路電阻,使電壓再次躍升。
仿真波形如下:直流電壓Udc、
1s時,觸發部分T4管、1.4s時,觸發剩余T4管,2s合閘啟動電阻。上圖波形數據與理論計算值Udc=Uh=3kV、Udc=31.108kV一致。
3結語
本文計算分析了特高壓混合橋換流器啟動過程,電容電壓抬升一共四個階段,階段一:二極管不控充電整流階段;階段二:觸發50%T4管,電壓抬升;階段三:觸發剩余的50%T4管,電壓進一步抬升;階段四:合閘啟動電阻,電壓持續抬升,穩態后不控充電階段結束。通過四個階段給電容充電,介紹了對電容的沖擊電流,使得電容電壓緩緩抬升,增加了電容使用的可靠性。
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作者簡介:范晶晶(1993-),女,大學本科,電氣工程及其自動化專業,職稱助理工程師,就業于中國南方電網超高壓輸電公司柳州局,從事換流站運行工作;
章功遼(1995-),男,大學本科,電氣工程及其自動化專業,職稱助理工程師,就業于中國南方電網超高壓輸電公司柳州局,從事換流站運行工作。