CN102129034B - 一种柔性直流输电mmc阀的故障电流运行试验方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种柔性直流输电MMC阀的故障电流运行试验方法；该方法的步骤是给衰减电流注入回路、正弦电流注入回路和高电压注入回路的直流电容器充电；产生谐振电流，由衰减电流注入回路产生衰减电流；正弦电流注入回路产生正弦电流；之后衰减电流继续与正弦电流叠加施加于试品阀上；控制关断可关断器件G，将衰减电流注入回路从电路中退出，正弦电流过零后，正弦电流注入回路从电路中退出，触发双向控制阀V3将高电压注入回路投入，将反向电压施加于试品阀上；该方法使被试换流阀耐受同实际故障工况相当的暂态电流、暂态的热与损耗强度，实现对被试阀故障运行工况的试验考核，对于不同试验方式的实现方便、简单。

Description

一种柔性直流输电MMC阀的故障电流运行试验方法
技术领域
本发明涉及一种柔性直流输电领域的运行试验方法，具体讲涉及一种柔性直流输电MMC阀的故障电流运行试验方法。
背景技术
随着柔性直流输电(VSC-HVDC)技术在电力系统中的开始应用，其核心部件——大功率高压绝缘栅双极型晶体管(IGBT)阀的可靠性成为系统安全的关键。由于VSC-HVDC装置普遍具有电压高、电流大、容量大的特点，很难在试验环境中构建同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。
基于模块化多电平换流器(MMC)的VSC-HVDC，是实现利用IGBT阀进行直流输电的一种方式。其核心部件称作MMC阀，在正常运行状态中，子模块通过上下两个IGBT的配合，可以输出两种电平：O电平和电容器电压。
在柔性直流等基于可关断器件阀大功率电力电子装置的实际运行中，会发生由于系统故障、直流侧接地故障等原因引起子模块中下管IGBT的二极管过电流，由于二极管的不可控性，无法自身关断过电流，同时由于系统保护动作时间较长，二极管必须承受故障期间的过电流，但由于故障时的过电流会远远超过器件本身的耐受值，因此必须通过子模块中与下管IGBT反并联的保护晶闸管动作并分担大部分的过电流，以达到保护器件本身及装置的目的。MMC高压子模块故障电流运行试验的目的就是考验其对于故障电流运行工况下的最大电流、电压和温度应力作用的设计是正确的。试验中须通过外围电路向试品注入实际工况下的大电流和反向高电压。
发明内容
本发明的目的是提供一种MMC流阀故障电流试验方法，该方法将指数衰减电流、正弦电流叠加施加于被试换流阀MMC阀上，使被试换流阀耐受同实际故障工况相当的暂态电流、暂态的热与损耗强度，实现对被试阀故障运行工况的试验考核。
本发明的目的是用下述技术方案实现：
一种柔性直流输电MMC阀的故障电流运行试验方法，所述方法用试验装置包括衰减电流注入回路、正弦电流注入回路、高电压注入回路和试品阀；试品阀的输出端分别与所述衰减电流注入回路中的控制阀V1、正弦电流注入回路中的双向控制阀V2和高电压注入回路中的双向控制阀V3与连接；所述衰减电流注入回路的低压端、正弦电流注入回路的低压端和高电压注入回路的低压端分别与试品阀的低压端相连后接地；其改进之处在于，所述方法包括下述步骤：
A、给所述装置的衰减电流注入回路、正弦电流注入回路和高电压注入回路的直流电容器充电；
B、产生谐振电流，由衰减电流注入回路产生衰减电流；
C、所述正弦电流注入回路产生正弦电流；通过所述衰减电流注入回路中的控制阀V1和正弦电流注入回路中的双向控制阀V2触发逻辑时序的配合，之后衰减电流继续与正弦电流叠加施加于试品阀上；
D、控制关断可关断器件G，将衰减电流注入回路从电路中退出，正弦电流过零后，正弦电流注入回路从电路中退出，触发高电压注入回路中的双向控制阀V3将高电压注入回路投入，将反向电压施加于所述试品阀上。
本发明提供的一种优选的技术方案是：所述步骤A中，电源E1、E2和E3分别为所述装置的衰减电流注入回路、正弦电流注入回路和高电压注入回路的直流电容器C1、C2和C3充电。
本发明提供的第二优选的技术方案是：所述步骤B中，触发所述衰减电流注入回路中的控制阀V1，通过所述直流电容器C1和负载电抗器L1的谐振产生谐振电流，由衰减电流注入回路，产生衰减电流。
本发明提供的第三优选的技术方案是：所述步骤C中，触发所述正弦电流注入回路的双向控制阀V2，由正弦电流注入回路，产生正弦电流，通过所述控制阀V1和所述双向控制阀V2触发逻辑时序的配合，令所述衰减电流达到峰值的时间和第一个正弦电流脉冲达到峰值的时间相同，衰减电流继续与正弦电流叠加施加于所述试品阀上。
本发明提供的第四优选的技术方案是：所述步骤D中，在施加反向电压时，控制关断可关断器件G，将所述衰减电流注入回路从电路中退出，待正弦电流过零后，闭锁所述双向控制阀V2的脉冲，所述正弦电流注入回路从电路中退出，再触发所述双向控制阀V3将高电压注入回路投入，将反向电压施加于所述试品阀上，直至试验结束。
与现有技术相比，本发明达到的有益效果是：
1、本发明提供的方法通过试验电路中一系列辅助阀的触发配合，将指数衰减电流和正弦电流叠加施加于被试换流阀MMC阀，使被试换流阀耐受同实际故障工况相当的暂态电流、暂态的热与损耗强度，实现对被试阀故障运行工况的试验考核，而且本发明提供的试验方法对于不同试验方式的实现方便、简单，对于试验装置的安全性十分有利；
2、本发明提供的柔性直流输电MMC阀的故障电流运行试验方法完全满足MMC阀故障电流试验的要求，可提供同实际运行工况相当的暂态热强度、暂态故障电流强度、暂态高电压强度、附属电路损耗强度、电流变化率(di/dt)强度、电压变化率(dv/dt)强度。
附图说明
图1是柔性直流输电MMC阀故障电流试验装置原理图；
图2是柔性直流输电MMC阀故障电流试验电流、电压波形。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
图1是柔性直流输电MMC阀故障电流试验装置原理图，该装置由衰减电流注入回路、正弦电流注入回路、高电压注入回路和试品阀组成。
衰减电流注入回路中的控制阀V1、正弦电流注入回路中的双向控制阀V2和高电压注入回路中的双向控制阀V3分别与试品阀的输出端连接；衰减电流注入回路的低压端、正弦电流注入回路的低压端和高电压注入回路的低压端分别与试品阀的低压端相连后接地。
衰减电流注入回路包括电源E1、充电开关Kc1、直流电容器C1、负载电抗器L1、控制阀V1、集成门极换流阀晶体管IGCT、衰减电阻R和二极管D；电源E1经过充电开关Kc1与直流电容器C1连接；IGCT反并联二极管D组成可关断器件G；可关断器件G与衰减电阻R串联，组成G-R支路；G-R支路与直流电容器C1并联后经过负载电抗器L1和控制阀V1连接与试品阀的输出端。
正弦电流注入回路包括电源E2、充电开关Kc2、直流电容器C2、负载电抗器L2和双向控制阀V2；电源E2经过充电开关Kc2与直流电容器C2连接；直流电容器C2经过负载电抗器L2和双向控制阀V2连接与试品阀的输出端。
高电压注入回路包括电源E3、充电开关Kc3、直流电容器C3、负载电抗器L3和双向控制阀V3；电源E3经过充电开关Kc3与直流电容器C3连接；直流电容器C3经过负载电抗器L3和双向控制阀V3连接与试品阀的输出端。
试品阀包括串联连接的子模块SM1～SMn；子模块SM1包括电容C、两个集成门极换流阀晶体管IGCT1和IGCT2、两个二极管D11和D12以及控制阀V；IGCT1反并联二极管D11，组成可控关断器件G1；IGCT2反并联二极管D12，组成可控关断器件G2；电容C、可控关断器件G1和控制阀V依次串联组成闭环结构；可控关断器件G2和控制阀V并联。
电源E1、E2和E3分别为直流电容器C1、C2和C3充电；触发控制阀V1，通过直流电容器C1和负载电抗器L1的谐振产生谐振电流，由负载电抗器L1、控制阀V1、试品阀、电阻R和二极管D形成衰减电流注入回路，产生衰减电流；同时触发控制阀V2，直流电容器C2、负载电抗器L2、控制阀V2与试品阀形成正弦电流注入回路，产生正弦电流，通过控制阀V1和控制阀V2触发逻辑时序的配合，令衰减电流达到峰值的时间和第一个正弦电流脉冲达到峰值的时间相同，衰减电流继续与正弦电流叠加施加于试品阀上；在需要施加反向电压时，控制关断可关断器件G，将衰减电流注入回路从电路中退出，待正弦电流过零后，闭锁控制阀V2的脉冲，正弦电流注入回路从电路中退出，再触发控制阀V3将高电压注入回路投入，将反向电压施加于试品阀上，直至试验结束。
图2是柔性直流输电MMC阀故障电流试验电流、电压波形；其中，呈现波动状态的是电流波形，在0.2s时电流达到最大，为15KA；电压波形为下面的线，一直持续到0.33s时电压保持0KV状态，在0.33s时刻，施加一反向电压为10KV左右。
通过对衰减电流注入回路、正弦电流注入回路和高电压注入回路这三个可独立工作的强度电路的时序控制，使被试品阀耐受同实际工况同样恶劣的试验强度，实现故障电流试验的目的。
最后应该说明的是：结合上述实施例仅说明本发明的技术方案而非对其限制。所属领域的普通技术人员应当理解到：本领域技术人员可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均在申请待批的权利要求保护范围之中。

Claims (1)

1.一种柔性直流输电MMC阀的故障电流运行试验方法，所述方法用试验装置包括衰减电流注入回路、正弦电流注入回路、高电压注入回路和试品阀；试品阀的输出端分别与所述衰减电流注入回路中的控制阀V1、正弦电流注入回路中的双向控制阀V2和高电压注入回路中的双向控制阀V3与连接；所述衰减电流注入回路的低压端、正弦电流注入回路的低压端和高电压注入回路的低压端分别与试品阀的低压端相连后接地；
衰减电流注入回路包括电源E1、充电开关Kc1、直流电容器C1、负载电抗器L1、控制阀V1、集成门极换流阀晶体管IGCT、衰减电阻R和二极管D；电源E1经过充电开关Kc1与直流电容器C1连接；IGCT反并联二极管D组成可关断器件G；可关断器件G与衰减电阻R串联，组成G-R支路；G-R支路与直流电容器C1并联后经过负载电抗器L1和控制阀V1连接与试品阀的输出端；
正弦电流注入回路包括电源E2、充电开关Kc2、直流电容器C2、负载电抗器L2和双向控制阀V2；电源E2经过充电开关Kc2与直流电容器C2连接；直流电容器C2经过负载电抗器L2和双向控制阀V2连接与试品阀的输出端；
高电压注入回路包括电源E3、充电开关Kc3、直流电容器C3、负载电抗器L3和双向控制阀V3；电源E3经过充电开关Kc3与直流电容器C3连接；直流电容器C3经过负载电抗器L3和双向控制阀V3连接与试品阀的输出端；
试品阀包括串联连接的子模块SM1~SMn；子模块SM1包括电容C、两个集成门极换流阀晶体管IGCT1和IGCT2、两个二极管D11和D12以及控制阀V；IGCT1反并联二极管D11，组成可控关断器件G1；IGCT2反并联二极管D12，组成可控关断器件G2；电容C、可控关断器件G1和控制阀V依次串联组成闭环结构；可控关断器件G2和控制阀V并联；
其特征在于，所述方法包括下述步骤：
A、给所述装置的衰减电流注入回路、正弦电流注入回路和高电压注入回路的直流电容器充电； 
B、产生谐振电流，由衰减电流注入回路产生衰减电流；
C、所述正弦电流注入回路产生正弦电流；通过所述衰减电流注入回路中的控制阀V1和正弦电流注入回路中的双向控制阀V2触发逻辑时序的配合，之后衰减电流继续与正弦电流叠加施加于试品阀上；
D、控制关断可关断器件G，将衰减电流注入回路从电路中退出，正弦电流过零后，正弦电流注入回路从电路中退出，触发高电压注入回路中的双向控制阀V3将高电压注入回路投入，将反向电压施加于所述试品阀上；
所述步骤A中，电源E1、E2和E3分别为所述装置的衰减电流注入回路、正弦电流注入回路和高电压注入回路的直流电容器C1、C2和C3充电；
所述步骤B中，触发所述衰减电流注入回路中的控制阀V1，通过所述直流电容器C1和负载电抗器L1的谐振产生谐振电流，由衰减电流注入回路，产生衰减电流；
所述步骤C中，触发所述正弦电流注入回路的双向控制阀V2，由正弦电流注入回路，产生正弦电流，通过所述控制阀V1和所述双向控制阀V2触发逻辑时序的配合，令所述衰减电流达到峰值的时间和第一个正弦电流脉冲达到峰值的时间相同，衰减电流继续与正弦电流叠加施加于所述试品阀上；
所述步骤D中，在施加反向电压时，控制关断可关断器件G，将所述衰减电流注入回路从电路中退出，待正弦电流过零后，闭锁所述双向控制阀V2的脉冲，所述正弦电流注入回路从电路中退出，再触发所述双向控制阀V3将高电压注入回路投入，将反向电压施加于所述试品阀上，直至试验结束。
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