CN102323546A - 柔性直流输电mmc阀稳态运行试验的背靠背试验方法 - Google Patents

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Abstract

本发明为柔性直流输电MMC阀稳态运行试验的背靠背试验方法，该方法用的装置包括整流侧、逆变侧和支撑电容。整流侧和逆变侧分别并联于支撑电容两侧形成背靠背电路。通过对整流侧和逆变侧的阀组件中的子模块进行控制，得到与实际工况相当的稳态运行电压、电流与热强度。本发明整流侧和逆变侧共用一个电源，使电源发出的有功回到电源本身，最大程度降低了对电源容量的要求；本发明阀组件取自实际工程，而且试验电路运行原理和控制策略与实际工程中的MMC有很高的相似性，这为MMC在投入实际应用之前提供了必要的、有效的阀运行可靠性考察手段和控制策略验证环境。

Description

柔性直流输电MMC阀稳态运行试验的背靠背试验方法
技术领域：
本发明属于电力系统和电力电子领域，具体涉及一种柔性直流输电MMC阀稳态运行试验的背靠背试验方法。
背景技术：
随着柔性直流输电(VSC-HVDC)技术在电力系统中的逐步应用，其核心部件——大功率绝缘栅双极型晶体管(IGBT)阀的可靠性成为电力系统安全的关键因素之一。基于模块化多电平换流器(MMC)的VSC-HVDC，是利用IGBT阀进行直流输电的一种新技术。子模块(SM)是构成MMC的最小功率单元，它由IGBT组成的半桥(或者H桥)与电容器并联组成。若干个子模块串联构成一个MMC阀组件，它能够成比例体现MMC阀的电气特性，是进行MMC阀稳态运行试验的基本电气单元，其电气结构如图1所示。MMC阀稳态运行试验是为了考察MMC阀在长期实际运行工况下对最大电流、电压和温度等关键应力的耐受能力，以验证MMC阀设计的正确性。
由于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。
发明内容：
本发明提供了一种柔性直流输电MMC阀稳态运行试验的背靠背试验方法，该试验方法实现使被试阀组件耐受同实际工况相当的稳态运行电压、电流与热强度。并且，该试验方法简单、灵活，试验参数调节方式简便，可满足MMC阀稳态运行试验的要求。
本发明提供的柔性直流输电MMC阀稳态运行试验的背靠背试验方法，其改进之处在于，所述方法用的装置包括阀组件(1、2、3、4)、桥臂电抗(L11、L12、L21、L22)、负载电抗(L1、L2)、支撑电容(CDC1、CDC2)、隔离开关K和交流电源US；
所述阀组件(1、2)分别通过相应的所述桥臂电抗(L11、L12)连接到交流输出端A，构成整流侧；所述阀组件(3、4)分别通过相应的所述桥臂电抗(L21、L22)连接到交流输出端B，构成逆变侧；所述交流输出端A和所述交流输出端B与所述交流电源US通过所述隔离开关K连接；
所述整流侧和所述逆变侧并联于所述支撑电容(CDC1、CDC2)组成的串联支路两侧；
所述阀组件(1、2、3、4)均包括n个串联的子模块；
所述试验方法包括如下步骤：
1)设定子模块电容电压USM、直流电压UDC、有功功率P和无功功率Q；
2)闭合隔离开关K，交流电源US对所述子模块电容充电，直到当所述子模块电容电压达到设定值USM；
3)阀基控制设备对所述子模块的IGBT发触发脉冲；
4)整流侧和逆变侧同时运行，子模块电容器和相应的所述桥臂电抗(L11、L12、L21、L22)进行能量交换使得阀组件中产生试验所需的电流应力，并在阀组件两端建立试验所需电压应力。
5)断开所述隔离开关K，退出交流电源US，闭锁IGBT触发脉冲，试验结束。
本发明提供的第一优选方案的背靠背试验方法，其改进之处在于，所述支撑电容CDC1和所述支撑电容CDC2串联，且串连结点接地。
本发明提供的第二优选方案的背靠背试验方法，其改进之处在于，所述子模块由半桥结构与子模块电容器并联组成；或所述子模块由H桥结构与子模块电容器并联组成；所述子模块电容器为CSM1n；
所述半桥结构或H桥结构均包括开关K1n、晶闸管T1n、电阻R1n、IGBT器件(T1n1、T1n2)以及二极管D1n1和D1n2；
所述IGBT器件T1n1反并联二极管D1n1组成IGBT模块1；所述IGBT器件T1n2反并联二极管D1n2组成IGBT模块2；所述IGBT模块1和IGBT模块2串联，组成IGBT模块1和IGBT模块2串联支路；
所述IGBT模块2、晶闸管T1n和开关K1n依次并联，所述电阻R1n与IGBT模块1和IGBT模块2串联支路并联。
本发明提供的第三优选方案的背靠背试验方法，其改进之处在于，所述交流输出端A和所述隔离开关K之间串有所述负载电抗L1；
本发明提供的第四优选方案的背靠背试验方法，其改进之处在于，所述交流输出端B和所述隔离开关K之间串有所述负载电抗L2；
与现有技术比，本发明的有益效果为：
1、本发明提供的试验方法所用试验装置的整流侧和逆变侧共用一个电源，通过一定的控制方式，使电源发出的有功回到电源本身，因此电源只需提供整个装置阀的各种损耗和负载的损耗即可，最大程度降低了对电源容量的要求；
2、本发明提供的试验方法不仅能够产生与实际工程等效的多电平正弦阶梯波电压，而且与传统的脉宽调制方式相比大大降低了开关频率，减少了开关损耗；
3、本发明提供的试验方法通过一定的有功、无功控制策略，即可得到精确的交、直流叠加的电流应力，不仅调节方式灵活、简单，而且与实际工程具有较高的等效性；
4、本发明提供的试验方法所用试验装置中的阀组件取自实际工程，而且试验电路运行原理和控制策略与实际工程中的MMC有很高的相似性，这为MMC在投入实际应用之前提供了必要的、有效的阀运行可靠性考察手段和控制策略验证环境。
附图说明
图1为本发明提供的现有阀组件电气结构图。
图2为本发明提供的背靠背式MMC阀稳态运行试验电路原理图。
图3为本发明提供的背靠背试验方法流程图。
图4为本发明提供的MMC阀稳态运行试验阀组件电压波形示意图。
图5为本发明提供的MMC阀稳态运行试验阀组件电流波形示意图。
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是阀组件的电气结构图，其中，阀组件是由n个子模块串联而成，n取决于实际工程中阀组件所含子模块的个数，不同的工程n不同。
所述子模块由半桥结构与子模块电容器并联组成；或所述子模块由H桥结构与子模块电容器并联组成；所述子模块电容器为CSM1n；
所述半桥结构或H桥结构均包括开关K1n、晶闸管T1n、电阻R1n、IGBT器件(T1n1、T1n2)以及二极管D1n1和D1n2；
所述IGBT器件T1n1反并联二极管D1n1组成IGBT模块1；所述IGBT器件T1n2反并联二极管D1n2组成IGBT模块2；所述IGBT模块1和IGBT模块2串联，组成IGBT模块1和IGBT模块2串联支路；
所述IGBT模块2、晶闸管T1n和开关K1n依次并联，所述电阻R1n与IGBT模块1和IGBT模块2串联支路并联。
图2是本实施采用的装置，包括4个相同的阀组件1、阀组件2、阀组件3、阀组件4、电抗L11、电抗L12、电抗L21、电抗L22、负载电抗L1、负载电抗L2、支撑电容CDC1、支撑电容CDC2和交流电源US；
所述阀组件1和2分别通过相应的所述电抗L11和L12连接到交流输出端A，构成整流侧；所述阀组件3和4分别通过相应的所述电抗L21和L22连接到交流输出端B，构成逆变侧；所述交流输出端A与负载电抗L1串联后再连接到交流电源US，交流输出端B与负载电抗L2串联后再连接到同一个交流电源US；
所述整流侧和所述逆变侧分别并联于所述支撑电容CDC1和CDC2组成的串联支路两侧，且支撑电容CDC1和所述支撑电容CDC2的串联结点接地。这样整流侧、支撑电容和逆变侧构成背靠背试验装置。
对本实施例的拓扑电路的试验方法，流程如图3所示，具体包括如下步骤：
1)设定子模块电容电压USM、直流电压UDC、有功功率P和无功功率Q；
2)闭合隔离开关K，电源US对所述子模块电容充电，直到当所述子模块电容电压达到设定值USM；
3)阀基控制设备对所述子模块的IGBT发触发脉冲；
4)整流侧和逆变侧同时运行，子模块电容器和相应的所述桥臂电抗L11、L12、L21和L22进行能量交换使得阀组件中产生试验所需的电流应力，并在阀组件两端建立试验所需电压应力。
5)断开隔离开关K，退出US，闭锁IGBT触发脉冲，试验结束。
电压应力和电流应力是多大取决于实际工程，不同的工程应力大小不同，因此步骤(1)中的参数可调，以满足不同工程阀组件运行试验的需要。
当电路稳态运行时，4个阀组件中的IGBT工作在开关频率较低的正弦阶梯波调制方式下，两端将得到如图4所示的正弦阶梯波，直流偏置为
Figure BDA0000085763730000041
此时，4个阀组件即可分别等效为如图2虚线框内所示的交流电压源Va(Vb)和直流电压源串联复合电源。调节有功功率P和Q，即可分别改变回路电流i的直流分量Idc和交流分量iac的大小，回路电流即阀组件电流的波形如图5所示。
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 (6)

1.柔性直流输电MMC阀稳态运行试验的背靠背试验方法，其特征在于，所述方法用的装置包括阀组件(1、2、3、4)、桥臂电抗(L11、L12、L21、L22)、负载电抗(L1、L2)、支撑电容(CDC1、CDC2)、隔离开关K和交流电源US；
所述阀组件(1、2)分别通过相应的所述桥臂电抗(L11、L12)连接到交流输出端A，构成整流侧；所述阀组件(3、4)分别通过相应的所述桥臂电抗(L21、L22)连接到交流输出端B，构成逆变侧；所述交流输出端A和所述交流输出端B与所述交流电源US通过所述隔离开关K连接；
所述整流侧和所述逆变侧并联于所述支撑电容(CDC1、CDC2)组成的串联支路两侧；
所述阀组件(1、2、3、4)均包括n个串联的子模块；
所述背靠背试验方法包括如下步骤：
1)设定子模块电容电压USM、直流电压UDC、有功功率P和无功功率Q；
2)闭合隔离开关K，交流电源US对所述子模块电容充电，直到当所述子模块电容电压达到设定值USM；
3)阀基控制设备对所述子模块的IGBT发触发脉冲；
4)整流侧和逆变侧同时运行，子模块电容器和相应的所述桥臂电抗(L11、L12、L21、L22)进行能量交换使得阀组件中产生试验所需的电流应力，并在阀组件两端建立试验所需电压应力。
5)断开所述隔离开关K，退出交流电源US，闭锁IGBT触发脉冲，试验结束。
2.如权利要求1所述的背靠背试验方法，其特征在于，所述支撑电容CDC1和所述支撑电容CDC2串联。
3.如权利要求1所述的背靠背试验方法，其特征在于，所述子模块由半桥结构与子模块电容器并联组成；或所述子模块由H桥结构与子模块电容器并联组成；所述子模块电容器为CSM1n；
所述半桥结构或H桥结构均包括开关K1n、晶闸管T1n、电阻R1n、IGBT器件(T1n1、T1n2)以及二极管D1n1和D1n2；
所述IGBT器件T1n1反并联二极管D1n1组成IGBT模块1；所述IGBT器件T1n2反并联二极管D1n2组成IGBT模块2；所述IGBT模块1和IGBT模块2串联，组成IGBT模块1和IGBT 模块2串联支路；
所述IGBT模块2、晶闸管T1n和开关K1n依次并联，所述电阻R1n与IGBT模块1和IGBT模块2串联支路并联。
4.如权利要求1所述的背靠背试验方法，其特征在于，所述交流输出端A和所述隔离开关K之间串有所述负载电抗L1。
5.如权利要求1所述的背靠背试验方法，其特征在于，所述交流输出端B和所述隔离开关K之间串有所述负载电抗L2。
6.如权利要求1所述的背靠背试验方法，其特征在于，所述支撑电容CDC1和所述支撑电容CDC2串联的中点接地。 
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