柔性直流輸電系統(tǒng)簡介與損耗分析報告(編輯修改稿)
2024-08-31 01:50 本頁面
【文章內容簡介】 且通常會破壞當地的環(huán)境。采用VSCHVDC輸電技術，可向無源網絡供電且不受輸電距離的限制，幾個兆瓦到數百兆瓦也符合VSCHVDC的經濟輸電范圍。因此從技術和經濟性角度，采用VSCHVDC技術向這些負荷供電是一種理想的選擇。 城市配電網的增容改造。隨著大中型城市用電負荷的迅猛增長，原有架空配電網絡的輸電容量已經不能滿足用電負荷需求。然而，由于空間的限制，增加新的架空輸電走廊代價很高，甚至根本不可能。另一方面，交流長距離輸電線路對地有電容充電電流，需要添加相應的補償裝置，如并聯(lián)電抗器。VSCHVDC可采用地埋式電纜，既不會影響城市市容，也不會有電磁干擾，而且適合長距離電力傳輸。采用VSCHVDC向城市中心供電有可能成為未來城市增容的唯一可選方案。 提高配電網電能質量。非線性負荷和沖擊性負荷使配電網產生電能質量問題，如諧波污染、電壓間斷、電壓凹陷/突起以及波形閃變等，使一些敏感設備如工業(yè)過程控制裝置、現代化辦公設備、電子安全系統(tǒng)等失靈，造成很大的經濟損失。VSCHVDC可快速控制有功功率和無功功率，并能夠保持電壓基本不變，使電壓、電流滿足電能質量的要求，VSCHVDC是未來改善配電網電能質量的有效措施。 異步電網的互聯(lián)。模塊化結構及電纜線路使VSCHVDC輸電對場地及環(huán)境的要求大為降低，換流站的投資下降，因此可以根據設計要求選擇最理想的系統(tǒng)互聯(lián)位置。2 VSCHVDC系統(tǒng)損耗分析%~1%左右。而VSCHVDC系統(tǒng)中由于電壓源換流器，其損耗遠遠大于傳統(tǒng)直流輸電，這也是其應用于大容量功率傳輸的主要障礙。 系統(tǒng)損耗構成VSCHVDC系統(tǒng)的損耗包括換流器損耗、濾波器損耗和換流變壓器損耗，直流輸電線路損耗及接地極系統(tǒng)損耗幾部分。由于VSCHVDC系統(tǒng)中的電壓源換流閥在正常工作時每個工頻周期下開關達上千次，因而造成的損耗較大，%~6%，~1%。因此換流器的損耗計算在VSCHVDC系統(tǒng)損耗分析中最為重要。換流器損耗的決定因素包括開關器件的特性、VSC的拓撲結構、VSC的容量、VSC的調制方式、直流側電壓等級等，而這些因素又與VSCHVDC的其他性能指標密切相關，如電能質量等。 換流器損耗分析VSCHVDC的換流器使用的可關斷器件目前均為IGBT，因此換流器損耗主要是由其所使用的IGBT器件產生的，損耗分析的關鍵是對IGBT進行損耗建模。IGBT的模型可以分為物理模型和功能模型兩種。目前對IGBT的建模主要集中于物理模型，該類模型可以給出精確的器件瞬態(tài)電壓、電流波形，但是也存在嚴重缺陷：需要大量難以獲得的器件制造參數，如摻雜濃度、載流子壽命等半導體物理參數；仿真計算量大，為了模擬開關過程，仿真步長非常短（一般需要小于10ns）；還存在收斂問題，其適用范圍受到限制。IGBT功能模型的建立通常需要大量的實驗數據，需對IGBT進行特性參數辨識，應用過程復雜，不具有通用性，而且實驗過程中可能損壞器件。目前計算IGBT損耗的實用方法是根據輸出特性計算IGBT及其反并聯(lián)二極管的穩(wěn)態(tài)損耗；根據集電極電壓電流特性計算暫態(tài)損耗，兩者之和即為器件總損耗。以下首先推導IGBT損耗與各種相關參數的關系，然后得到總的換流器損耗的表達式。 IGBT功率損耗分析IGBT器件運行狀態(tài)下的功率損耗主要有以下三個部分：①穩(wěn)態(tài)損耗，包括通態(tài)損耗和截止損耗；②暫態(tài)損耗，包括開通損耗和關斷損耗；③驅動損耗。IGBT的正向截止損耗和驅動回路損耗在總的損耗中占的比例很小，一般忽略不計。換流器中的IGBT一般帶有反向并聯(lián)二極管，二極管的損耗主要包括通態(tài)損耗、開通損耗、反向恢復損耗和截止損耗。由于二極管截止時漏電流很小，正向開通速度很快，因此其截止損耗和開通損耗可以忽略不計。需要注意的是，下面討論的二極管并不是當前所說IGBT的反并聯(lián)二極管，而是同一個橋臂的另外一個IGBT的反并聯(lián)二極管，由于結構的對稱性，這樣分析對總損耗計算不會產生影響。那么假定下面所討論的IGBT是指A相上橋臂的IGBT，則反并聯(lián)二極管指的是A相下橋臂的IGBT對應的反并聯(lián)二極管。綜上所述，IGBT損耗、二極管損耗和換流器總損耗分別可以表示為： （21） （22） （23）式（23）中，為換流器總的IGBT的個數。 IGBT通態(tài)損耗，該曲線可以用下面的函數來近似。 IGBT正向導通壓降 （24）其中：和分別為IGBT正向導通電阻和擎住電壓，兩者都受溫度的影響，可以通過擬合曲線得到。分別由結溫T1（125℃）和T2（25℃）的IGBT集射級電壓和電流的典型曲線得到兩組參數，（、）和（、）。通過插值，近似得到和關于結溫的函數如下： （25） （26）如果有多條IGBT特性曲線，可以對和進行溫度的分段求取，從而得到更精確的結果。為表述簡單，下面的推導繼續(xù)以（、）表示（、）。上橋臂IGB
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