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国家973计划青年科学家项目--柔性直流输电换流器安全运行裕度的基础研 究

发布日期:2016-06-11    作者:

摘要 :本项目旨在深化对柔性直流输电换流器安全运行裕度的科学认知。以大容量电力电子器件为重要基础,重点研究功率器件/换流模块的电压/电流/功率动态容量极限、双重复合属性的换流器拓扑形成机理和换流器直流侧故障柔性决策机制,集中解决如下两个关键科学问题:
科学问题一: 功率器件和换流模块的内生性安全裕度与动态容量极限
科学问题二: 柔性直流输电换流器的外维性主动防御与柔性运行机理

围绕上述两个关键科学问题,本项目拟从电力电子器件测试与失效机理、换流器拓扑形成方法与PWM 调制、换流器的先进控制和直流侧故障穿越三个层面开展系统化研究工作,主要研究内容包括:
① 功率器件“情景再现”动态测试与多维立体失效模型
以高压大容量快开关特性的电力电子器件及换流模块为基础,构建计及极端运行环境、具有“情景再现”功能的动态智能测试平台;研究功率器件/换流模块的内生性安全运行裕度与动态容量极限规律;建立符合柔性高压直流输电应用实际的多维立体失效模型;导出功率器件/换流模块的安全运行准则和设计规范。
② 含功率变换与主动防护双重复合属性的柔性直流输电换流器拓扑与调制

基于功率器件动态运行特征,研究适用于柔性直流输电的多电平换流器拓扑形成规律和导出法则;研究含功率变换与主动防护双重复合属性的多电平拓扑的内在约束条件,导出多电平箝位型多电平模块(Modular Multi-level ClampingMulti-level Converter, M-MC2)形成方法;揭示M-MC2 换流器开关序列分配和损耗、THD、谐波分布、电压纹波等电气特性之间的作用规律;研究M-MC2 换流器的电平生产机理、电压箝位机制和电容电压平衡策略,从而为增强柔性直流输电换流器的安全运行裕度提供硬件支撑。

③ 柔性直流输电换流器的先进控制和直流侧故障穿越运行
研究柔性直流输电换流器的资源配置方法和优化策略,探索基于先进控制的换流器安全运行裕度拓展方法;研究换流器在直流侧故障下的暂态控制和运行方法,包括精确描述换流器在直流侧短路故障下的电磁暂态过程;揭示直流侧故障下的功率模块/换流器的电压/电流/功率分配规律和分布特征;探索柔性直流输电换流器抑制直流短路电流比的方法;提出换流器零/低/高直流电压故障穿越的柔性决策及时序响应原则。
上述三个研究内容之间相互关联,与凝炼的基础科学问题互为印证,形成了统一的有机体。浙江大学承当研究内容1 和研究内容2 的课题任务,华中科技大学承当研究内容3 的课题任务。项目还在综合分析柔性直流输电各运行模式特征和运行环境特点的基础上,设计、测试和验证归一化的柔性直流输电试验平台的各功能模块,将项目的研究成果应用到柔性直流输电试验平台的各个环节中,进行仿真和实验以验证和评估研究成果的有效性和科学性。

项目时间2014年1月-2018年8月

申请者:李武华(浙江大学)


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