柔性直流输电用电力电子电容器关键技术研究

发布时间：2020-04-03 00:36

【摘要】：柔性直流输电(VSC-HVDC)技术是一种以电压源换流器、自关断器件和脉宽调制(PWM)技术为基础的新型输电技术,它能够独立的快速调节系统的有功和无功,提高系统的稳定性。整流和逆变系统中的直流电容器,作为电压源换流器(VSC)不可缺少的重要组成部分,为换流系统的直流系统提供能量缓存,减小直流侧的电压谐波,稳定直流输电系统的直流电压。本文就是对换流系统中电容器的关键技术分析。现今换流系统中大多使用的都是金属化膜电容器,新材料新工艺也渐渐取代了传统的金属化膜,安全膜技术已经被广泛使用。所谓安全膜即在绝缘材料上分隔蒸镀上规则的安全膜图案,但图案本身彼此没有交叉,而是通过细小的熔丝相互连接。当金属膜局部弱点形成放电通道时,能量迅速从四面八方涌来,弱点小模块四周的熔丝汽化,迅速自愈而不影响整体金属膜的正常工作。为进一步改善金属化膜电容器性能,使其能在更高场强下工作,减少熔丝部分的损耗,更加可靠安全的工作,本文提出了一种新型的自动串并联高方阻金属化安全膜。根据其逐级的能量分析计算和安全膜的自愈原理,确定了不同工作要求下金属化膜的尺寸和具体上下级板串并联数目,在额定电压为2800V,额定容量为8000μF,绝缘厚度为7μm,串联的几何微单元数为2,整体长度方向并联的模块的个数为19608个;分析了不同故障情况下电容的容量变化及对整体电容及各部分分压的改变程度;计算了自动串并联高方阻金属化安全膜等效串联电阻(ESR);分析其与高方阻膜结合的利弊;用COMSOL Multiphysics仿真软件计算了普通安全膜和设计的自动串并联高方阻安全膜关键部位的电场及其分布情况,本文设计的安全膜性能优于普通安全膜,并通过仿真计算进一步优化。本文所设计的新型金属化安全膜能在更高场强下工作,并且没有传统安全膜熔丝部分的损耗。
【图文】：

电常数,电阻,小模块,下极板

-11-Fig.3-1 The structrue of对应的下极板相当于构成了式得到单个模块的电容量Cδεεδεa bC0r0= =电常数 8.854187817×10-12块的长度；b 为单个小模块厚度取 7μm。向的电阻如式 3-2 所示：Δ=baRmρ上所蒸镀的金属层的电阻率-0.05μm。度方向电阻如式 3-3 所示：

线图,能量流,故障,模块

Fig.3-3 The energy route of Non-faulty module 1模块发生故障时，，相邻的非故障模块 1 的的部分为式 3-7 所示：abasmssmskkkERRRERRRE+=+=2+ 2200011010方法计算当发生故障时非故障模块 2 上的能量。非故障模块 2 的能量流经路线图如消耗在 2 个连接非故障模块 1 和非故障模上、2 个连接非故障模块 1 和故障模块的保图 3-4 非故障模块 2 能量流经路线Fig.3-4 The energy route of Non-faulty module 2故障模块 2 的能量消耗在保险丝 1 上部分asskkRRRERRRRE2224340010+=+=+++
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM721.1;TM53

【参考文献】