CN102645594A - 用于检测高压直流输电换流阀电阻的试验装置及控制方法 - Google Patents

用于检测高压直流输电换流阀电阻的试验装置及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于检测高压直流输电换流阀电阻的试验装置，包括电源电路、谐振电路、升压整流电路、阻尼电容C、电阻R1和晶闸管；电源电路为整个装置供电；谐振电路将电压转化为谐振电流后传给升压整流电路进行整流，整流后输出电流对阻尼电容C充电，在适当时刻触发晶闸管使其导通对电阻R1进行试验。本发明等效模拟阻尼电阻在实际工况承受的电流冲击和消耗的功率，该试验装置拓扑结构简单，控制灵活，操控便捷，参数调节方便，能够满足稳态和暂态下的试验要求。本发明谐振电流正弦化，处于断续模式，具有零电流开通和关断的软开关特性，开关损耗大大降低，装置效率高；并且本发明能够实现较高的重复频率，以及运行中频率的切换。

Description

用于检测高压直流输电换流阀电阻的试验装置及控制方法
技术领域
本发明涉及电力系统领域，具体涉及一种用于检测高压直流输电换流阀电阻的试验装置及控制方法。
背景技术
如今以晶闸管串联技术为基础的高压直流输电技术在世界范围内快速发展，特别是在我国地域广阔、一次能源分布不均衡大背景中得到了大规模的应用，在大容量、远距离输电及大规模电网互联方面展现了技术优势，取得了良好的经济效益。随着直流输电电压、输送容量的进一步提高，直流输电系统在电网中扮演的角色愈发重要，其安全可靠性的意义变尤为突出。直流换流阀，作为直流输电系统的关键设备，保证其运行安全可靠性显得首当其中。因此，直流换流阀在生产过程中就应该切实注意考核用于组装的各元部件性能，确认各部件能够满足实际运行时要求，保证生产质量。
阻尼回路在晶闸管阀中起着动态均压的作用，其中的阻尼电阻便是直流换流阀关键元部件之一。在工作中，阻尼电阻会频繁受到脉冲电流的冲击，因此其经受脉冲功率的能力是其重要考核的特性。由于晶闸管阀电压高，电流大，在实际工况中检验阻尼电阻的性能，所需试验设备成本高，建设难度大，经济性差。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种用于检测高压直流输电换流阀电阻的试验装置及控制方法。
本发明提供一种用于检测高压直流输电换流阀电阻的试验装置，其改进之处在于，所述试验装置包括电源电路、谐振电路、升压整流电路、阻尼电容C、电阻R1和晶闸管；
所述电源为所述试验装置供电；所述谐振电路将电压转化为谐振电流后传给所述升压整流电路进行整流，整流后的电流对阻尼电容C充电，当阻尼电容C达到设定的电压等级后触发晶闸管导通对电阻R1进行试验。
其中，所述电源电路包括三相交流电源和三相不可控整流电路；所述三相交流电源通过所述三相不可控整流电路整流。
其中，所述谐振电路包括逆变电路、谐振电感Lr和谐振电容Cr；所述逆变电路输入端与所述三相不可控整流电路输出端连接，所述逆变电路输出端通过串联的谐振电感Lr和谐振电容Cr与所述升压整流电路连接。
其中，所述升压整流电路包括变压器和整流电路；所述变压器副边与所述整流电路输入端连接，所述变压器原边与所述串联的谐振电感和谐振电容Cr连接；所述整流电路的输出端与串联的阻尼电容C和电阻R1并联。
其中，所述阻尼电容C与电阻R1串联后与晶闸管并联。
其中，所述逆变电路为H桥结构，每个桥臂包括上下两个IGBT模块，每个IGBT模块包括反并联的IGBT和二极管。
其中，所述整流电路为全桥整流电路。
其中，所述三相不可控整流电路输出端并联设置电容Cd，所述电容Cd与所述逆变电路并联。
其中，所述试验装置包括电阻R2和电阻R3，所述电阻R2和电阻R3串联后与所述晶闸管并联。
本发明基于另一目的提供的一种基于上述试验装置的控制方法，其改进之处在于，所述控制方法包括如下步骤：
(1)所述电源为所述试验装置充电，所述阻尼电容C充电；
(2)控制电路接收到电压采集反馈信号，闭锁所述谐振电路；
(3)经过ts秒后，控制电路发出晶闸管触发导通信号。
其中，如需对电阻进行重复试验，控制电路发出晶闸管触发信号经过td秒后，控制电路触发所述谐振电路，并进行步骤(2)控制电路接收到电压采集反馈信号，闭锁所述谐振电路和步骤(3)经过ts秒后，控制电路发出晶闸管触发信号的操作。
与现有技术比，本发明的有益效果为：
本发明等效模拟阻尼电阻在实际工况承受的电流冲击和消耗的功率，该试验装置拓扑结构简单，控制灵活，操控便捷，参数调节方便，能够满足稳态和暂态下的试验要求。
本发明谐振电流正弦化，处于断续模式，具有零电流开通和关断的软开关特性，开关损耗大大降低，装置效率高；
本发明能够实现较高的重复频率，以及运行中频率的切换。
附图说明
图1为本发明提供的试验装置电路拓扑图。
图2为本发明提供的试验中阻尼电容C两端电压波形图。
图3为本发明提供的暂态过程中阻尼电容C两端电压波形图。
图4为本发明提供的谐振电流波形。
图5为本发明提供的脉冲电流波形。
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。
如图1所示，为本发明提供的电路拓扑图。试验装置包括电源电路、谐振电路、升压整流电路、阻尼电容C、电阻R1和晶闸管；
电源电路为整个试验装置供电；谐振电路将电压转化为谐振电流后传给高压升压整流电路进行整流，整流后的电流对阻尼电容C充电，当阻尼电容C到达设定的电压等级后，通过触发晶闸管的导通对电阻R1进行试验。
本发明的电源为三相交流电源。电源电路包括三相交流电源和三相不可控整流电路，其三相不可控整流电路将三相交流电整流并输出。
本发明的谐振电路为串联谐振电路；包括逆变电路和串联的谐振电感Lr和谐振电容Cr；逆变电路输入端与三相不可控整流电路输出端连接；逆变电路输出端其一端通过串联的谐振电感和谐振电容与升压整流电路中的变压器原边一端连接，其另一端直接与变压器原边另一端连接。谐振逆变电路为H桥结构，每个桥臂包括上下两个IGBT模块，每个IGBT模块包括反并联的IGBT和二极管。谐振电路产生谐振电流，其谐振电流波形如图4所示。其幅值基本保持稳定，有效值取决于三相输入电压、谐振参数和开关频率与谐振频率的比值。当保持上述参数不变时，经过高压升压器和整流电路，就能实现以恒定电流的方式对晶闸管级两端阻尼电容C充电，直到设定的电压等级。
本发明设置一个电容Cd，其并联在三相不可控整流电路和逆变电路之间，三相交流电压经过整流桥转化直流电压给电容Cd充电，该电容Cd起到一个支撑电压的作用。这样，三相不可控整流桥部分就可等效为一个恒压源，给逆变电路供电。
本发明的升压整流电路包括变压器和整流电路；变压器副边与整流电路输入端连接，整流电路的输出端分别与晶闸管和串联的阻尼电容C和电阻R1并联。变压器原边与谐振的逆变电路输出端连接。其中整流电路为全桥整流电路。
本发明的阻尼电容C与电阻R1串联后和晶闸管并联。
优选的，为了检测电路中的电压，本发明在晶闸管的两端并联两个串联的电阻R2和R3。其电阻R2和R3的阻值为几十千欧姆。
对于本发明的试验装置，本发明提供了一种用于检测高压直流输电换流阀电阻的试验装置的控制方法。其步骤包括：
(1)所述电源为所述试验装置充电，所述阻尼电容C充电；
试验时，电源电路先给电容Cd充电后通过逆变电路逆变后通过LC电路产生高频的类似正弦的稳态的谐振电流，谐振电流经过升压整流电路后转化为恒定的电流输出，给阻尼电容C充电；
(2)控制电路接收到电压采集反馈信号，闭锁所述谐振电路；
阻尼电容C两端的电压将随时间呈现线性增长，经过充电时间tc，达到设定的的电压等级后，控制电路接收到电阻R2和R3之间电压采集反馈信号，控制电路发出控制信号闭锁谐振电路中的开关器件IGBT模块，使得其停止对试品电路充电；
(3)经过ts秒后，控制电路发出晶闸管触发导通信号；
在电容充完电停顿一小段时间ts后，控制电路发出晶闸管触发信号，晶闸管导通，阻尼电容C储存能量通过电阻R1放电，产生一个脉冲功率，流经电阻的电流波形如图5。电阻R1将承受一次与实际工况相符的脉冲冲击。
实际运行中，一个周期内，阻尼电阻将会承受多次脉冲冲击，为了满足试验的等效性，试验装置需要可以实现对阻尼电容的重复充电。当控制电路发出晶闸管触发信号，延迟一段时间td后，保证晶闸管恢复关断之后，控制电路将会重新发出控制信号触发谐振电路中开关器件，试验装置将恢复充电，重复步骤(2)和步骤(3)过程。阻尼电容两端的电压波形如图2所示，依据上述的三个时间参数才可以实现对阻尼电阻稳态脉冲功率的模拟，从而考核其性能。
换流阀在实际运行中会经历暂态工况，当电阻R1遭受暂态过程时，脉冲功率将急剧增大，持续较短的一段时间，针对暂态冲击下电阻R1脉冲功率性能的考核，可以通过缩短晶闸管触发后延迟时间td，较大的提高重复频率，在承受与暂态过程中相当的脉冲功率后，又恢复到稳态运行下的试验频率的试验方法来进行模拟，暂态过程中阻尼电容C两端电压波形图如图3所示。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (11)

1.用于检测高压直流输电换流阀电阻的试验装置，其特征在于，所述试验装置包括电源电路、谐振电路、升压整流电路、阻尼电容C、电阻R1和晶闸管；
所述电源电路为所述试验装置供电；所述谐振电路将电压转化为谐振电流后传给所述升压整流电路进行整流，整流后的电流对阻尼电容C充电，达到设定的电压等级后触发晶闸管导通对电阻R1进行试验。
2.如权利要求1所述的试验装置，其特征在于，所述电源电路包括三相交流电源和三相不可控整流电路；所述三相交流电源通过所述三相不可控整流电路整流。
3.如权利要求1所述的试验装置，其特征在于，所述谐振电路包括逆变电路、谐振电感Lr和谐振电容Cr；所述逆变电路输入端与所述三相不可控整流电路输出端连接，所述逆变电路输出端通过串联的谐振电感Lr和谐振电容Cr与所述升压整流电路连接。
4.如权利要求1所述的试验装置，其特征在于，所述升压整流电路包括变压器和整流电路；所述变压器副边与所述整流电路输入端连接，所述变压器原边与所述串联的谐振电感和谐振电容Cr连接；所述整流电路的输出端与串联的阻尼电容C和电阻R1并联。
5.如权利要求1所述的试验装置，其特征在于，所述阻尼电容C与电阻R1串联后与晶闸管并联。
6.如权利要求3所述的试验装置，其特征在于，所述逆变电路为H桥结构，每个桥臂包括上下两个IGBT模块，每个IGBT模块包括反并联的IGBT和二极管。
7.如权利要求4所述的试验装置，其特征在于，所述整流电路为全桥整流电路。
8.如权利要求2或3任一所述的试验装置，其特征在于，所述三相不可控整流电路输出端并联设置电容Cd，所述电容Cd与所述逆变电路并联。
9.如权利要求1所述的试验装置，其特征在于，所述试验装置包括电阻R2和电阻R3，所述电阻R2和电阻R3串联后与所述晶闸管并联。
10.基于权利要求1所述试验装置的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括如下步骤：
(1)所述电源为所述试验装置充电，所述阻尼电容C充电；
(2)控制电路接收到电压采集反馈信号，闭锁所述谐振电路；
(3)经过ts秒后，控制电路发出晶闸管触发导通信号。
11.如权利要求10所述的控制方法，其特征在于，如需对电阻进行重复试验，控制电路发出晶闸管触发信号经过td秒后，控制电路触发所述谐振电路，并进行步骤(2)控制电路接收到电压采集反馈信号，闭锁所述谐振电路和步骤(3)经过ts秒后，控制电路发出晶闸管触发信号的操作。
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