CN102175942B - 一种柔性直流输电mmc高压子模块的稳态运行试验方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种柔性直流输电MMC高压子模块的稳态运行试验方法，该方法包括下述步骤：对电容器CSM1和CSM2充电；闭合开关KC将充电电阻RC旁路；发出大功率绝缘栅双极型晶体管IGBT器件的触发脉冲，电路进入稳态运行状态，通过电容与电感谐振的方式产生试验所需的大电流；闭锁IGBT器件的触发脉冲，闭合开关K1和K2将子模块电容器中的能量释放完毕；本发明提供的方案使被试品阀耐受同实际工况相当的长时运行电流与稳态热强度，试验方法简单灵活，试验参数调节方式简便，可满足MMC高压子模块运行试验的要求柔性直流输电MMC高压子模块的稳态运行试验。

Description

一种柔性直流输电MMC高压子模块的稳态运行试验方法
技术领域
本发明涉及一种电力系统领域的稳态运行试验方法，具体讲涉及一种柔性直流输电MMC高压子模块的稳态运行试验方法。
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(Modular Multilevel Converter，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子模块，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：0电平和电容器电压。
MMC高压子模块稳态运行试验的目的就是考验其对于长时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。
发明内容
本发明的目的是提供一种使被试品阀耐受同实际工况相当的长时运行电流与稳态热强度，试验方法简单灵活，试验参数调节方式简便，可满足MMC高压子模块运行试验的要求柔性直流输电MMC高压子模块的稳态运行试验方法。
本发明采用下述方案实现本发明的目的：
一种柔性直流输电MMC高压子模块的稳态运行试验方法，其改进之处在于，所述方法用的装置为柔性直流输电MMC高压子模块的稳态运行试验装置，所述装置包括MMC高压子模块、直流电压源E、充电控制开关KC、充电电阻Rc和电感L；所述MMC高压子模块包括辅助子模块和试品子模块；所述辅助子模块和试品子模块的低压输出端直接相连；所述辅助子模块和试品子模块的高压输出端通过负载电感L相连；所述辅助子模块包括电容器CSM1、开关K1、电阻R1、IGBT器件T11和T12以及二极管D11和D12；所述试品子模块包括电容器CSM2、开关K2、电阻R2、IGBT器件T21和T22以及二极管D21和D22；
所述方法包括下述步骤：
A、对电容器CSM1和CSM2充电；
B、闭合开关KC将充电电阻RC旁路；
C、发出大功率绝缘栅双极型晶体管IGBT器件的触发脉冲，电路进入稳态运行状态，通过电容与电感谐振的方式产生试验所需的大电流；
D、闭锁IGBT器件的触发脉冲，闭合开关K1和K2将子模块电容器中的能量释放完毕。
本发明提供的第二优选的技术方案是：所述步骤B中，待所述电容器CSM1和CSM2电压达到试验要求值后，闭合充电控制开关KC将充电电阻RC旁路。
本发明提供的第三优选的技术方案是：所述步骤C中，稳态装置控制器发出T11、T12、T21和T22四个大功率绝缘栅双极型晶体管IGBT器件的触发脉冲，电路进入稳态运行状态，通过所述电容器CSM1和CSM2与电感L谐振的方式产生试验所需的大电流，所述直流电压源E补充试验回路损耗能量。
本发明提供的第四优选的技术方案是：所述步骤D中，试验结束后，闭锁T11、T12、T21和T22四个IGBT器件的触发脉冲，闭合开关K1和K2将所述CSM1和CSM2电容器中的能量释放完毕。
与现有技术相比，本发明达到的有益效果是：
1、本发明提供的柔性直流输电MMC高压子模块的稳态运行试验方法，通过电容与电感谐振的方式产生大电流，电源的作用只是起到建立CSM1电压和补充电路运行过程中各种损耗的作用，大大降低了对电源容量的要求；
2、本发明提供的柔性直流输电MMC高压子模块的稳态运行试验方法，通过两组子模块中IGBT控制方式的配合，可灵活控制负载电抗器上的电流大小，调节方式灵活，实现了MMC高压子模块实际电流的最佳再现；
3、本发明提供的柔性直流输电MMC高压子模块的稳态运行试验装置采用的试验方法完全满足MMC高压子模块运行试验的要求，可提供同实际运行工况相当的稳态热强度、电流强度、电压强度、电流变化率(di/dt)强度。
附图说明
图1是模块化多电平换流器(MMC)高压子模块稳态运行试验装置原理图；
图2是模块化多电平换流器(MMC)高压子模块运行试验电压波形；
图3是模块化多电平换流器(MMC)高压子模块运行试验电流波形。
具体实施方式
图1是模块化多电平换流器(MMC)高压子模块稳态运行试验装置原理图，该装置包括两个MMC高压子模块、直流电压源E、充电控制开关KC、充电电阻Rc和电感L；其中两个MMC高压子模块中分别为辅助子模块和试品子模块，辅助子模块的电容器CSM1直接接到直流电压源E上，两个子模块的低压输出端直接相连，高压输出端通过负载电感L相连；直流电压源E的功能是建立CSM1上试验要求的电压及补充试验所需能量；辅助子模块和试品子模块结构相同，充电电阻Rc两端分别与直流电压源的正极和辅助子模块连接；，充电控制开关KC并联在充电电阻Rc的两端。
辅助子模块包括电容器CSM1、开关K1、电阻R1、IGBT器件T11和T12以及二极管D11和D12；二极管D11反并联IGBT器件T11组成IGBT模块1，二极管D12反并联IGBT器件T12组成IGBT模块2，IGBT模块1和IGBT模块2串联，开关K1和R1串联后并联在电容器CSM1两端。
试品子模块包括电容器CSM2、开关K2、电阻R2、IGBT器件T21和T22以及二极管D21和D22；二极管D21反并联IGBT器件T21组成IGBT模块3，二极管D22反并联IGBT器件T22组成IGBT模块4，IGBT模块3和IGBT模块3串联，开关K2和R2串联后并联在电容器CSM2两端。
试验开始时，保持充电控制开关KC断开，令直流电压源E对CSM1和CSM2进行充电；待两个子模块电容器电压达到试验要求值后，闭合充电控制开关KC将充电电阻RC旁路；稳态装置控制器发出T11、T12、T21和T22四个IGBT器件的触发脉冲，电路进入稳态运行状态，通过电容与电感谐振的方式产生试验所需的大电流，直流电压源E此时作为补充回路损耗能量的作用；试验结束后，闭锁T11、T12、T21和T22四个IGBT器件的触发脉冲，闭合开关K1和K2将两个子模块电容器CSM1和CSM2中的能量释放完毕。
模块化多电平换流器(MMC)高压子模块运行试验电压、电流波形如图2、3所示，MMC高压子模块运行试验电压波形是带波动的直流电压，平均值保持在1.3KV，电压波动的频率为50Hz，电流波形以正弦形式保持在0.38KA。
试品子模块和辅助子模块中的IGBT均工作在正弦脉宽调制(SPWM)方式下，通过对SPWM调制度和调制角的控制，达到对两个子模块输出电压的控制的目的，从而改变负载电感L上的电流大小进而调节流入试品子模块和辅助子模块电流的大小，使被试品阀耐受同实际工况同样恶劣的试验强度，实现稳态试验的目的。
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 (3)

1.一种柔性直流输电MMC高压子模块的稳态运行试验方法，其特征在于，所述方法用的装置为柔性直流输电MMC高压子模块的稳态运行试验装置，所述装置包括MMC高压子模块、直流电压源E、充电控制开关KC、充电电阻Rc和电感L；所述MMC高压子模块包括辅助子模块和试品子模块；所述辅助子模块和试品子模块的低压输出端直接相连；所述辅助子模块和试品子模块的高压输出端通过负载电感L相连；所述辅助子模块包括电容器CSM1、开关K1、电阻R1、IGBT器件T11和T12以及二极管D11和D12；所述试品子模块包括电容器CSM2、开关K2、电阻R2、IGBT器件T21和T22以及二极管D21和D22；
所述方法包括下述步骤：
A、对电容器CSM1和CSM2充电；
B、闭合开关KC将充电电阻RC旁路；
C、发出大功率绝缘栅双极型晶体管IGBT器件的触发脉冲，电路进入稳态运行状态，通过电容与电感谐振的方式产生试验所需的大电流；
D、闭锁IGBT器件的触发脉冲，闭合开关K1和K2将子模块电容器中的能量释放完毕；
所述步骤C中，稳态装置控制器发出T11、T12、T21和T22四个IGBT器件的触发脉冲，电路进入稳态运行状态，通过所述电容器CSM1和CSM2与电感L谐振的方式产生试验所需的大电流，所述直流电压源E补充试验回路损耗能量；
所述步骤D中，试验结束后，闭锁T11、T12、T21和T22四个IGBT器件的触发脉冲，闭合开关K1和K2将所述CSM1和CSM2电容器中的能量释放完毕。
2.如权利要求1所述的一种柔性直流输电MMC高压子模块的稳态运行试验方法，其特征在于，所述步骤A中，所述对电容器CSM1和CSM2充电是保持充电控制开关KC断开，直流电压源E对CSM1和CSM2进行充电。
3. 如权利要求1所述的一种柔性直流输电MMC高压子模块的稳态运行试验方法，其特征在于，所述步骤B中，待所述电容器CSM1和CSM2电压达到试验要求值后，闭合充电控制开关KC将充电电阻RC旁路。
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