专利名称：柔性直流输电换流阀稳态大功率运行试验装置及试验方法
技术领域：
本发明涉及一种柔性直流输电换流阀稳态大功率运行试验装置及试验方法。
背景技术：
由于柔性直流输电(VSC-HVDC)装置普遍具有高电压、强电流、大容量的特点，导致在试验环境中很难构建与实际运行工况相同的全载电路进行试验，因此，如何在试验环境中构建等效的试验电路，进行与实际运行工况强度相当的试验成为解决问题的关键。基于�？榛嗟缙交涣鞣У腣SC-HVDC，是利用IGBT阀进行直流输电的一种新技术，子�？�(SM)是构成换流阀的最小功率单元，它由IGBT组成的半桥和电容器并联组成，若干个子�？榇钩梢桓龌涣鞣ё榧芄怀杀壤逑只涣鞣У牡缙匦裕墙谢涣鞣忍诵惺匝榈幕镜缙ピ�。通常，一个VSC-HVDC换流阀工程项目包括数千个子�？椋绻运凶幽？橹鸶鼋形忍β适匝椋饨且幌罴确咽庇址蚜Φ墓こ蹋忍β适匝榈哪康氖嵌陨ひ栈方诮胁馐裕觳橛形拊律斐５牡胤剑虼丝蒲Ъ虻サ娜嵝灾绷魇涞缁涣鞣Т蠊β饰忍匝榉椒ㄓ任匾梢晕嵝灾绷魇涞缁涣鞣Т笈可於己玫幕�。
发明内容
本发明的目的是提供一种柔性直流输电换流阀稳态大功率运行试验装置及试验方法，通过构建与实际运行工况相同的全载电路进行换流阀稳态功率运行试验，对元件电流、电压和温升的检测，验证换流阀设计的正确性。为实现上述目的，本发明的装置方案是一种柔性直流输电换流阀稳态大功率运行试验装置，包括隔离变压器(TRl)、整流桥(RECl)和换流阀阀组，所述整流桥的交流输入端连接隔离变压器，其直流输出端连接换流阀阀组，该实验装置还包括一个BUCK-B00ST升降压电路，该升降压电路包括一个由IGBT与反并联二极管组成的IGBT�？�、电阻(R)、直流母线支撑电容(Cl)和负载电抗器(LI)，电阻(R)与IGBT�？榇蟛⒘谒稣髑�(RECl)的直流输出端，所述直流母线支撑电容(Cl)并联在电阻(R)与IGBT�？榇返牧蕉耍彝ü涸氐缈蛊�(LI)连接换流阀阀组。该试验装置还设有断路器输入开关(KM)、三相调压器(TY)和滤波电抗器(LR)，所述断路器输入开关(KM)连接三相电源，并与三相调压器(TY)、滤波电抗器(LR)和隔离变压器(TRl)依次串联。所述换流阀阀组由一组串联的换流阀子�？�(SM)组成，包括投入运行的换流阀子�？楹腿哂嗷涣鞣ё幽？�。所述换流阀子�？橛勺幽？榕月房�(Kin)、两个IGBT�？�(Tin和Tlm)、晶闸管(Tn)、子�？榈缛�(Csmin)和电阻(Rln)组成，所述IGBT�？橛梢桓鯥GBT器件和一个反并联的二极管组成，所述两个IGBT�？�(Tin和Tlm)串联，电阻(Rln)与子�？榈缛萜�(Csmin)依次并联在两个IGBT�？�(Tin和Tlm)串联支路的两端，旁路开关(Kin)、晶闸管(Tn)依次并联在其中一个IGBT�？�(Tlm)的两端。本发明的方法方案是一种柔性直流输电换流阀稳态大功率运行试验方法，步骤如下(I)设定子�？榈缛莸缪共⒓扑阒绷髂赶咧С诺缛莸缪梗蘸鲜匝樽爸媒涣鞑嗍淙攵下菲骺�(KM1)，试验装置开始启动；(2)当直流母线支撑电容电压达到计算出的电压值时，控制直流母线经负载电抗器向各串联的换流阀子模块的电容充电，直到各子�？榈缛莸缪咕锏缴瓒ǖ缪怪凳保匝樽爸闷舳瓯希�(3)试验装置启动完毕后，对各串联换流阀子�？榈腎GBT发触发脉冲，由各串联的换流阀子�？榈缛菥涸氐缈蛊飨蛑绷髂赶叻诺�。之后，试验装置不断重复换流阀子�？榈缛莩浞诺绻蹋缏方胛忍诵凶刺�(4)当试验运行过程中检测到换流阀阀组中的一个换流阀子�？楣收鲜保蘸细霉收献幽？榈呐月房囟峡霉收献幽？榕月罚保桓鋈哂嗷涣鞣ё幽？榈呐月房囟峡渫度朐诵校�(5)闭锁换流阀子�？镮GBT的触发脉冲，输出泄放回路IGBT触发脉冲，将直流母线电容能量释放完毕，试验结束；或者，断开输入断路器开关(KM1)，通过LC回路将系统能量释放完毕，试验结束。(6)当一组换流阀子�？椴馐酝瓿芍螅筛幌乱蛔榇馐缘幕涣鞣ё幽？椋匦轮葱胁街�(I) (5)。所述直流母线支撑电容电压的计算方法为Ude=U。
nSM/2，其中，Udc为直流母线支撑电容电压，U。换流阀子�？榈缛莸缪梗琻SM为试验投入运行的换流阀子�？楦鍪�。步骤(3)中对换流阀子�？榈穆龀宓髦撇捎玫氖且葡嗦隹淼髦品绞�。本发明达到的有益效果本发明通过搭建一个与实际稳态运行工况相类似的试验平台，换流阀阀组中还设有一组冗余子�？椋奔觳獾皆诵兄械淖幽？楣收鲜保梢酝ü月房亟收献幽？榕月罚⒔桓鱿嘤Φ娜哂嘧幽？橥度朐诵校迪至硕嘧幽？楦叩缪�、大电流以及稳定热强度条件下的功率环稳态性能测试，可满足对多个子�？橥苯胁馐缘囊�。并且本发明只是通过一个升降压电路实现对电容的充放电，观察子模块电流和电压的变化，控制方式简单、操作灵活，可良好复现子�？槭导饰忍诵泄た�。
图1是本发明试验装置原理图；图2是本发明换流阀子�？榈缏方峁雇迹煌�3是本发明试验装置电容电压波形图；图4是本发明试验装置负载电抗器电流波形具体实施例方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。本发明装置实施例
如图1，本发明的试验装置包括输入断路器开关KM、三相调压器TY、滤波电抗器LR、隔离变压器TR、整流桥REC1、BUCK-B00ST升降压电路以及换流阀组，该换流阀组由n+k个换流阀子�？镾MfSM(n+k)串联组成，其中包括k个冗余子�？椋导释对说淖幽？楦鍪猲个，该换流阀组并联在整流桥的直流输出端，BUCK-B00ST升降压电路包括IGBT�？門、与该IGBT�？門串联的电阻R1、直流母线支撑电容Cl和负载电抗器LI，直流母线支撑电容Cl并联在IGBT�？門与电阻Rl串联支路的两端，整流桥RECl通过负载电抗器LI连接换流阀组。该装置的换流阀子�？榘礁龃陌肭沤峁挂约白幽？榈缛萜鳎肭沤峁拱ㄅ月房豄in、电阻Rln、晶闸管Tn、两个IGBT�？門ln和Tlm，IGBT模块由一个IGBT器件和一个反并联的二极管组成，IGBT�？門ln和Tl串联，电阻Rln与子�？榈缛萜鰿smin依次并联在Tln和Tlm串联支路的两端，旁路开关Kin、晶闸管Tn依次并联在Tlm的两端，各换流阀子�？橥ü髯缘呐月房卮谝黄穑度朐诵械母骰涣鞣ё幽？榈呐月房囟峡溆嗳哂嘧幽？榈呐月房乇蘸希逼渲心掣鐾度朐诵械淖幽？楣收鲜保米幽？榈呐月房乇蘸希米幽？榕月罚⒔桓鋈哂嘧幽？榈呐月房囟峡渫度朐诵校Ｖな匝樵诵械淖幽？楦鍪槐洹� 本发明方法实施例A.设定换流阀子�？榈缛莸缪梗⒏莨経dc = U。
nSM/2计算直流母线电容电压，其中，ud。为直流母线电容电压，U。为子模块电容电压，nSM为实际投入运行的串联子�？楦鍪籅.试验启动时，先由交流输入端实现软启，当直流母线电容电压达到Ud。以后，通过控制使试验装置由直流母线经负载电抗器向各串联子模块电容充电，按BOOST升压方式运行，并监测各子�？榈缛莸缪梗钡礁髯幽？榈缛莸缪刮猆。，则启动完毕；C.由串联子�？榫涸氐缈蛊飨蛑绷髂赶叻诺纾⒊鯥GBT触发脉冲，使电路按BUCK降压方式运行，之后试验装置不断重复上述BUCK-B00ST运行方式，模拟子�？槭导饰忍诵泄た觥.实验结束后，闭锁IGBT的触发脉冲，输出泄放回路IGBT触发脉冲，将直流母线电容能量释放完毕，或者在实验结束后，断开输入断路器开关(KM1)，使装置工作于泄放模式，通过LC回路将系统能量释放完毕；E.测试完成之后可直接将所有被测子�？橄录埽幌乱慌馐宰幽？椋匦轮葱胁街�(A) (E)，直到将所有的子模块都测试完毕。本发明试验装置在稳态运行时，被测换流阀阀组工作在移相脉宽调制方式下，换流阀阀组的两端得到如图3所示的电压波形，包括子�？榈缛莸缪共ㄐ我约跋低持绷髂赶叩缛莸缪共ㄐ危ü愿髯幽？镮GBT的脉冲控制，可以改变对子�？榈缛莸某浞诺绻蹋笨刂屏鞴髯幽？榈牡缌鳎迪侄嘧幽？橥苯形忍蠊β什馐缘哪康模⒌玫饺缤�4所示的电流波形，本发明通过调整三相调压器的输出，可满足不同数量子�？榈牟馐砸�。以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的技术人员阅读本申请后，参照上述实施例对本发明进行种种修改或变更的行为，均在申请权利申请要求保护范围之内。
权利要求
1.一种柔性直流输电换流阀稳态大功率运行试验装置，包括隔离变压器(TRl)、整流桥(RECl)和换流阀阀组，所述整流桥的交流输入端连接隔离变压器，其直流输出端连接换流阀阀组，其特征在于，该实验装置还包括一个BUCK-BOOST升降压电路，该升降压电路包括一个由IGBT与反并联二极管组成的IGBT�？�、电阻(R)、直流母线支撑电容(Cl)和负载电抗器(LI)，电阻(R)与IGBT模块串联后并联在所述整流桥(RECl)的直流输出端，所述直流母线支撑电容(Cl)并联在电阻(R)与IGBT�？榇返牧蕉耍彝ü涸氐缈蛊�(LI)连接换流阀阀组。
2.根据权利要求1所述的柔性直流输电换流阀稳态大功率运行试验装置，其特征在于，该试验装置还设有断路器输入开关(KM)、三相调压器(TY)和滤波电抗器(LR)，所述断路器输入开关(KM)连接三相电源，并与三相调压器(TY)、滤波电抗器(LR)和隔离变压器(TRl)依次串联。
3.根据权利要求1所述的柔性直流输电换流阀稳态大功率运行试验装置，其特征在于，所述换流阀阀组由一组串联的换流阀子模块(SM)组成，包括投入运行的换流阀子�？楹腿哂嗷涣鞣ё幽？�。
4.根据权利要求3所述的柔性直流输电换流阀稳态大功率运行试验装置，其特征在于，所述换流阀子�？橛勺幽？榕月房�(Kin)、两个IGBT�？�(Tin和Tim)、晶闸管(Τη)、子�？榈缛�(Csmin)和电阻(Rln)组成,所述IGBT�？橛梢桓鯥GBT器件和一个反并联的二极管组成，所述两个IGBT�？�(Tin和Tlm)串联，电阻(Rln)与子�？榈缛萜�(Csmin)依次并联在两个IGBT�？�(Tin和Tlm)串联支路的两端，旁路开关(Kin)、晶闸管(Tn)依次并联在其中一个IGBT�？�(Tlm)的两端。
5.一种如权利要求1所述的试验装置的试验方法，其特征在于，步骤如下 (1)设定子�？榈缛莸缪共⒓扑阒绷髂赶咧С诺缛莸缪梗蘸鲜匝樽爸媒涣鞑嗍淙攵下菲骺�(KM1)，试验装置开始启动； (2)当直流母线支撑电容电压达到计算出的电压值时，控制直流母线经负载电抗器向各串联的换流阀子�？榈牡缛莩涞纾钡礁髯幽？榈缛莸缪咕锏缴瓒ǖ缪怪凳保匝樽爸闷舳瓯希� (3)试验装置启动完毕后，对各串联换流阀子�？榈腎GBT发触发脉冲，由各串联的换流阀子�？榈缛菥涸氐缈蛊飨蛑绷髂赶叻诺�。之后，试验装置不断重复换流阀子�？榈缛莩浞诺绻蹋缏方胛忍诵凶刺� (4)当试验运行过程中检测到换流阀阀组中的一个换流阀子�？楣收鲜保蘸细霉收献幽？榈呐月房囟峡霉收献幽？榕月罚保桓鋈哂嗷涣鞣ё幽？榈呐月房囟峡渫度朐诵校� (5)闭锁换流阀子�？镮GBT的触发脉冲，输出泄放回路IGBT触发脉冲，将直流母线电容能量释放完毕，试验结束；或者，断开输入断路器开关(KMl )，通过LC回路将系统能量释放完毕，试验结束。
(6)当一组换流阀子�？椴馐酝瓿芍螅筛幌乱蛔榇馐缘幕涣鞣ё幽？椋匦轮葱胁街�(1) (5)。
6.根据权利要求5所述的试验方法，其特征在于，所述直流母线支撑电容电压的计算方法为Udc=U。*nSΜ/2，其中，Ude为直流母线支撑电容电压，U。换流阀子�？榈缛莸缪梗琻SM为试验投入运行的换流阀子模块个数。
7.根据权利要求5所述的试验方法，其特征在于，步骤(3)中对换流阀子�？榈穆龀宓髦撇捎玫氖且葡嗦隹淼髦品绞�。
全文摘要
本发明涉及一种柔性直流输电换流阀稳态大功率运行试验装置及试验方法，该试验装置包括隔离变压器(TR1)、整流桥(REC1)和换流阀阀组，所述整流桥的交流输入端连接隔离变压器，其直流输出端连接换流阀阀组，该实验装置还包括一个BUCK-BOOST升降压电路，该升降压电路包括一个由IGBT与反并联二极管组成的IGBT模块、电阻(R)、直流母线支撑电容(C1)和负载电抗器(L1)，电阻(R)与IGBT�？榇蟛⒘谒稣髑�(REC1)的直流输出端，所述直流母线支撑电容(C1)并联在电阻(R)与IGBT�？榇返牧蕉耍彝ü涸氐缈蛊�(L1)连接换流阀阀组。通过构建与实际稳态运行工况相同的试验平台，进行换流阀稳态功率运行试验，对元件电流、电压和温升的检测，验证换流阀设计的正确性。
文档编号G01R31/00GK103033701SQ20121050735
公开日2013年4月10日 申请日期2012年11月30日 优先权日2012年11月30日
发明者姚为正, 刘刚, 孙健, 姚钊, 夏克鹏, 李海鲲 申请人:许继集团有限公司, 国家电网公司
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