CN100392416C - 晶闸管阀过电流试验装置 - Google Patents
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Abstract
一种晶闸管阀过电流试验装置。试验回路中大电流源提供加热电流，谐振回路提供过电流及相应的闭锁电压，高电压回路辅助实现HVDC阀的特殊试验要求；通过调节谐振回路的不同电容、电抗组合可产生不同的试验电流频率及其它电流波形参数。加热辅助阀用于控制试品阀的加热电流，谐振回路辅助阀用于控制试品阀上的电压和通过的过电流，高电压回路辅助阀用于控制加在试品阀上的辅助试验电压，充电回路采用晶闸管恒流调压全桥整流为谐振电容充电。过电流试验装置二次监控及调节系统由多个处理单元组成，通过分层式的结构组成方式实现对多个监控量的采集与监控；系统内部通过CAN现场总线实现现场级的数据共享通道，提高了系统可靠性和灵活性。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统及电力电子系统当中的晶闸管阀的试验装置，具体是涉及一种大功率电力电子装置晶闸管阀过电流试验装置。
背景技术
随着国民经济的发展，“西电东送，南北互供，全国联网”电力工业发展战略的实施。如何在保证电网安全稳定运行的同时大幅度提高电网资源的使用效率、克服输配电的瓶颈、实现电力系统资源的优化配置，已成为当前亟待解决的战略性技术问题。灵活交流输电系统(Flexible AC Transmission System，以下简称FACTS)和直流输电(High Voltage DirectCurrent，以下简称HVDC)技术是解决这些问题的有效措施。以大功率电力电子元器件为基础的高压串联阀及其附属电路是FACTS和HVDC的核心部件，由于其自身的脆弱性，运行可靠性还比较低，这极大地限制了FACTS和HVDC的发展，因此提高高压串联阀的运行可靠性及其在各种电力系统状态下的生存能力已成为一个关系到FACTS和HVDC能否在电力系统中得到广泛应用的关键问题。
电力系统故障、控制系统误动作及一些意外事故都可能导致高压串联阀的过电流故障。过电流将引起晶闸管的结温上升，从而使其耐受电压的能力大为下降，因此在承受过电流后如对其施加电压(正向或反向)，就可能引起阀的损坏。过电流试验装置是用来对FACTS和HVDC设备高压阀进行过电流或者故障电流试验的装置，它能够检验阀耐受故障电流、电压及其相关热效应的能力。
过电流试验装置与传统的试验装置有很多的不同：它完全属于电力电子设备试验的范畴，不仅是试品，其试验装置本身也将集成大量的高电压、大电流的阀，运用了很多的电力电子技术；同时，过电流试验装置的试验方法、试验参数与试品实际运行工况及运行条件也有很密切的关系。因此，过电流试验装置的研制，需要对这些问题都有充分的认识和理解。
与传统控制对象相比，主要的技术难点如下：1)大电流、高电压的隔离和控制问题；2)高电位的送能和监测、测量等问题；3)高压大电流阀的串联及其相关技术；4)晶闸管阀的触发与实时监测；5)保证试验波形与实际波形的等效性；6)可灵活调节。这些技术难点决定了高压阀过电流试验装置的开发具有非常大的技术难度。
国外各大公司虽然都具有自己的过电流试验装置。但由于各种原因，其过电流试验装置都多少的存在等效性差、调节不灵活和不满足IEC标准的问题：
瑞士ABB公司的过电流试验回路仅适合对TSC阀进行过电流试验，而其试验电压、电流较低，频率固定，没有正向加压过程；
瑞典ABB公司的试验回路只适合对HVDC阀进行过电流试验，且过电流峰值也比较小；
SIEMENS公司的试验回路虽然可满足两种试验的要求，但用于测试TSC时频率固定，且电路参数调节很不方便，在过电流后加电压时，没有将反向恢复过冲也加在试品阀上，这也不符合IEC标准的要求；
TOSHIBA公司的试验回路的试验参数低，且用开关切换时试品阀的温度会很快下降，等效性能更差。
而对于国内来说，该领域虽然有很大的应用前景但由于种种原因仍然处于空白。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种大功率电力电子装置(High powerelectronics Equipment)晶闸管阀(Thyristor Valve)过电流试验装置(Overcurrent testEquipment)具有如下功能：1)完全按照IEC标准的要求对TSC阀进行各种过电流试验；2)完全按照IEC标准的要求对HVDC阀进行各种过电流试验；3)按照实际工况的要求(由于没有相应的国际标准)对TCSC等FACTS装置的阀进行过电流试验。
本发明的过电流试验回路较好地模拟了FACTS和HVDC中的高压串联阀的过电流及其相应的电压和热应力，是目前最完善的FACTS阀和HVDC阀兼用的过电流试验电路。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：
一种大功率电力电子装置晶闸管阀过电流试验装置，试验回路由大电流源、谐振回路和高电压回路、充电回路和保护支路五部分组合而成，大电流源通过加热阀VI与试品阀连接并与谐振回路隔离，谐振回路通过谐振阀VS与试品阀相连并与大电流源隔离；大电流源提供加热电流，谐振回路提供过电流及相应的闭锁电压，高电压回路辅助实现HVDC阀的特殊试验要求；通过调节谐振回路的不同电容、电抗组合产生不同的试验电流频率；其特征是：所述充电回路采用晶闸管恒流调压全桥整流为谐振电容充电，并通过开关CS2与谐振回路隔离；所述保护支路用来保护高电压和低电压回路的互通故障；
过电流试验装置二次监控及调节系统包括监控单元和调节单元，通过分层式分布式的结构组成方式，将多个不同的子系统联结起来，实现对故障信号、控制信号、分合闸信号、状态信号以及高速采样启动信号的采集与监控；所述过电流试验装置二次监控及调节系统内部通过CAN现场总线实现现场级的数据共享通道，以满足所有过电流试验的控制、监测和保护功能；其中晶闸管阀的触发与光电监测部分包括VBE即阀基电子和TE板即晶闸管电子电路板，所述阀基电子一端分别与监控单元和调节单元连接，另一端通过光纤与晶闸管电子电路板连接，
对于灵活交流输电装置阀的试验，过电流前后的试验电压由电容器上的充电电压提供；对于高压直流输电阀的试验，需要更高的试验电压时或对电流电压的配合有特殊要求时，就由高电压回路提供试验电压；
所述试验回路当中还设有：加热辅助阀，用于控制试品阀的加热电流；谐振回路辅助阀，用于控制试品阀上的电压和通过的过电流；高电压回路辅助阀，用于控制加在试品阀上的辅助试验电压；
所述保护支路采用电力电子高压阀实现。
TSC阀和HVDC阀的过电流试验波形分别如图3和图4所示。由于采用了上述的技术方案，本发明具有的有益效果是：本发明的过电流试验装置可同时满足SVC、TCSC双向阀和HVDC单向阀的过电流不闭锁试验、过电流闭锁承受正向电压试验和过电流闭锁承受反向电压等试验的要求。
本发明的过电流试验回路较好地模拟了FACTS和HVDC中的高压串联阀的过电流及其相应的电压和热应力，是目前最完善的FACTS阀和HVDC阀兼用的过电流试验电路。
1、可以同时满足HVDC、TSC、TCR、TCSC等多种大功率电力电子装置高压阀过电流试验的要求；
2、大大提高了试验参数能力，可以满足今后很长一段时间的发展需要，超过了国外类似功能的试验装置；
3、克服了国外过电流试验装置的缺点，在试验等效性上有很大的提高，真正完全满足IEC标准的试验要求；
4、先进的控制系统，可实现灵活、快速、安全的控制功能；
5、具有可扩展性；
6、具有晶闸管阀主动保护方式。
附图说明
图1是本发明的晶闸管阀过电流试验装置一次回路原理框图；
图2是本发明的晶闸管阀过电流试验装置二次系统层次框图；
图3、图4和图5分别是本发明的晶闸管阀过电流试验实测试验波形图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1所示，试验回路由作为大电流源的大电流回路、谐振回路和高电压回路、充电回路和保护支路五部分组合而成。大电流源提供加热电流，谐振回路提供过电流及相应的闭锁电压，高电压回路辅助实现HVDC阀的特殊试验要求。加热辅助阀VI，用于控制试品阀的加热电流；谐振回路辅助阀VS，用于控制试品阀上的电压和通过的过电流；高电压回路辅助阀VV，用于控制加在试品阀上的辅助试验电压；VT为试品阀。通过调节谐振回路的不同电容、电抗组合可产生不同的试验电流频率。一般试验条件下，过电流前后的试验电压可由电容器上的充电电压提供，需要更高的试验电压时或对电流电压的配合有特殊要求时，就由高电压回路提供试验电压。
试验控制过程的关键在于各个不同的辅助阀与试品阀之间的配合，控制不同的能量流向，从而实现预定的试验功能。充电回路采用晶闸管恒流调压全桥整流为谐振电容充电；保护支路用来保护高电压和低电压回路的互通故障。
过电流试验装置二次监控及调节系统由多个处理单元组成，通过分层式的结构组成方式实现对多个监控量的采集与监控。系统内部通过CAN现场总线实现现场级的数据共享通道，提高了系统可靠性和灵活性。系统组成框图见图2。监控系统采用了分层分布式结构，将多个不同的子系统有机的联结起来。
TSC阀和HVDC阀的过电流试验波形分别如图3和图4所示。
Claims (1)
1.一种大功率电力电子装置晶闸管阀过电流试验装置，试验回路由大电流源、谐振回路和高电压回路、充电回路和保护支路五部分组合而成，大电流源通过加热阀(V1)与试品阀连接并与谐振回路隔离，谐振回路通过谐振阀(VS)与试品阀相连并与大电流源隔离；大电流源提供加热电流，谐振回路提供过电流及相应的闭锁电压，高电压回路辅助实现HVDC阀的特殊试验要求；通过调节谐振回路的不同电容、电抗组合产生不同的试验电流频率；其特征是：所述充电回路采用晶闸管恒流调压全桥整流为谐振电容充电，并通过开关(CS2)与谐振回路隔离；所述保护支路用来保护高电压和低电压回路的互通故障；
过电流试验装置二次监控及调节系统包括监控单元和调节单元，通过分层式分布式的结构组成方式，将多个不同的子系统联结起来，实现对故障信号、控制信号、分合闸信号、状态信号以及高速采样启动信号的采集与监控；所述过电流试验装置二次监控及调节系统内部通过CAN现场总线实现现场级的数据共享通道，以满足所有过电流试验的控制、监测和保护功能；其中晶闸管阀的触发与光电监测部分包括VBE即阀基电子和TE板即晶闸管电子电路板，所述阀基电子一端分别与监控单元和调节单元连接，另一端通过光纤与晶闸管电子电路板连接；
对于灵活交流输电装置阀的试验，过电流前后的试验电压由电容器上的充电电压提供；对于高压直流输电阀的试验，需要更高的试验电压时或对电流电压的配合有特殊要求时，就由高电压回路提供试验电压；
所述试验回路当中还设有：加热辅助阀，用于控制试品阀的加热电流；谐振回路辅助阀，用于控制试品阀上的电压和通过的过电流；高电压回路辅助阀，用于控制加在试品阀上的辅助试验电压；
所述保护支路采用电力电子高压阀实现。
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