CN102692542A - 一种短路电流试验装置中辅助阀的触发方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种短路电流试验装置中辅助阀的触发方法。该方法的步骤：在t0时刻触发辅助阀；且双向晶闸管辅助阀不触发；在t1时刻触发双向晶闸管辅助阀；在（t1+Δt1）时刻触发试品阀；在t2时刻触发可关断器件辅助阀；在（t1+Δt2）时刻闭锁辅助阀、双向晶闸管辅助阀和可关断器件辅助阀的触发脉冲，同时触发双向晶闸管辅助阀；持续触发双向晶闸管辅助阀直至试验结束。该方法将指数衰减电流和正弦电流叠加的电流应力和反向高电压的电压应力分别施加于被试换流阀MMC阀上，实现对被试阀故障运行工况的试验考核。
Description
技术领域
本发明涉及一种触发方法，具体涉及一种短路电流试验装置中辅助阀的触发方法。
背景技术
柔随着柔性直流输电（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：0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
针对现有技术的不足，本发明提供一种短路电流试验装置中辅助阀的触发方法。该方法将指数衰减电流和正弦电流叠加的电流应力和反向高电压的电压应力分别施加于被试换流阀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。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
一种短路电流试验装置中辅助阀的触发方法，所述方法用的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Vt；
所述试品阀Vt的输出端分别与所述衰减电流注入回路中的辅助阀V1、正弦电流注入回路中的双向晶闸管辅助阀V2和高电压注入回路中的双向晶闸管辅助阀V3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Vt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、在t0时刻触发辅助阀V1；且双向晶闸管辅助阀V2和V3均不触发；
B、在t1时刻触发双向晶闸管辅助阀V2；
C、在（t1+Δt1）时刻触发试品阀Vt；
D、在t2时刻触发可关断器件辅助阀G；
E、在（t1+Δt2）时刻闭锁辅助阀V1、双向晶闸管辅助阀V2和可关断器件辅助阀G的触发脉冲，同时触发双向晶闸管辅助阀V3；
F、持续触发双向晶闸管辅助阀V3直至试验结束。
优选的，所述步骤A中，在t0=0时刻触发辅助阀V1，所述衰减电流注入回路投入工作；
所述试品阀Vt中的电流开始上升，所述双向晶闸管辅助阀V2和V3均不触发，即所述正弦电流注入回路和高电压注入回路均不投入工作。
优选的，所述步骤B中，在t1=10ms时刻触发双向晶闸管辅助阀V2时，所述试品阀Vt中的电流是衰减电流注入回路电流和正弦电流注入回路电流的叠加，令衰减电流达到最大值的时间和第一个正弦电流脉冲达到峰值的时间相同；
所述双向晶闸管辅助阀V3仍保持闭锁，即所述高电压注入回路不投入工作。
优选的，所述步骤C中，在（t1+Δt1）时刻触发试品阀Vt中的晶闸管，此时试品阀Vt中的二极管和晶闸管同时导通，由所述二极管和晶闸管共同承担试验装置注入的试验电流；
所述双向晶闸管辅助阀V3继续保持闭锁，即所述高电压注入回路不投入工作。
较优选的，所述Δt1在1～5ms之间。
优选的，所述步骤D中，在t2=15ms时刻，所述试品阀Vt上的叠加电流达到最大值，触发所述可关断器件辅助阀G，所述衰减电流注入回路的电流经由可关断器件辅助阀G续流，并且幅值衰减；
所述正弦电流注入回路进入电流振荡阶段，分别由所述双向晶闸管V2的V21和V22承担流入试品阀Vt的正弦电流和流入试品阀Vt的振荡电流；
所述双向晶闸管辅助阀V3保持闭锁，即所述高电压注入回路不投入工作。
优选的，所述步骤E中，在（t1+Δt2）时刻闭锁辅助阀V1和双向晶闸管辅助阀V2和可关断器件辅助阀G触发脉冲，衰减电流注入回路和正弦电流注入回路均退出工作；
同时触发所述双晶闸管辅助阀V3，即所述高电压注入回路投入工作；
将所述高电压注入回路中的直流电容器C3上预充的高电压注入试品阀Vt，以模拟试品阀Vt在经历故障电流和结温上升之后承受的反向高电压。
较优选的，所述Δt2在100～200ms之间。
与现有技术比，本发明达到的有益效果是：
1、本发明提供的辅助阀触发方法通过试验装置，将指数衰减电流和正弦电流叠加施加于被试换流阀MMC阀上，根据辅助阀触发时序的配合可大大提高试验装置输出故障电流的峰值；同时可以控制向试品阀注入试验电压应力的时刻；
2、本发明提供的辅助阀触发方法，使被试换流阀耐受同实际故障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，实现对被试阀故障运行工况的试验考核。
附图说明
图1是本发明提供的MMC阀的电气结构图；
图2是本发明提供的短路电流试验装置的电气拓扑图；
图3是本发明提供的短路电流试验装置辅助阀的触发方法流程图；
图4是本发明提供的短路电流试验装置辅助阀的触发时序示意图。
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。
如图1所示，图1是本发明提供的MMC阀的电气结构图，所述MMC阀包括辅助子模块和试品子模块。
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CSMn、开关Kn、电阻Rn、IGBT器件Tn2和Tn1以及二极管Dn1和Dn2；二极管Dn1反并联IGBT器件Tn1组成IGBT模块3，二极管Dn2反并联IGBT器件Tn2组成IGBT模块4，IGBT模块3和IGBT模块3串联，开关Kn和Rn串联后并联在电容器CSMn两端。n为自然数。
如图2所示，图2是本发明提供的短路电流试验装置的电气拓扑图，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Vt组成。
衰减电流注入回路中的辅助阀V1、正弦电流注入回路中的双向晶闸管辅助阀V2和高电压注入回路中的双向晶闸管辅助阀V3分别与试品阀Vt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Vt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、辅助阀V1、集成门极换流阀晶体管IGCT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与直流电容器C1并联后经过负载电抗器L1和辅助阀V1连接与试品阀Vt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和双向晶闸管辅助阀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和双向晶闸管辅助阀V2连接与试品阀Vt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和双向晶闸管辅助阀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和双向晶闸管辅助阀V3连接与试品阀Vt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。
充电电源E1、E2、E3分别实现对电容器C1、C2、C3的充电，使得电容器上储存足够的能量，为衰减电流、正弦电流和高电压的产生准备好条件。
试验开始时，按照一定的时序触发触发晶闸管辅助阀和试品阀，将衰减电流、正弦电流和反向高电压注入试品发Vt，以更好地体现试品阀Vt在实际时的运行工况。
如图3所示，图3是本发明提供的短路电流试验装置辅助阀的触发方法流程图，本发明提供的短路电流试验装置中辅助阀的触发方法的步骤如下：
A、试验开始，首先在t0=0时刻触发辅助V1，衰减电流注入回路投入工作，试品阀Vt中的电流开始上升，此时双向晶闸管辅助阀V2和V3均不触发，正弦电流注入回路和高电压注入回路均不投入工作；
B、在t1=10ms时刻触发双向晶闸管辅助阀V2，正弦电流注入回路投入工作，此时试品阀中的电流是衰减电流注入回路电流和正弦电流注入回路电流的叠加，通过对双向晶闸管辅助阀V2投入时刻的控制，可令衰减电流达到最大值的时间和第一个正弦电流脉冲达到峰值的时间相同，这样可大大提高整个装置向试品阀Vt注入的试验电流；此时双向晶闸管辅助阀V3仍保持闭锁，高电压注入回路不投入工作。
C、在（t1+Δt1）时刻触发试品阀Vt中的晶闸管，此时试品阀Vt中的二极管和晶闸管同时导通，由二者共同承担试验装置注入的试验电流，以模拟实际工况下晶闸管故障后触发导通分担故障电流的运行条件，Δt1在1～5ms之间可调，根据试验目的和试验要求确定；此时双向晶闸管辅助阀V3继续保持闭锁，高电压注入回路不投入工作。
D、在t2=15ms时刻，试品阀Vt上的叠加电流达到最大值，触发可关断器件辅助阀G，衰减电流注入回路的电流经由可关断器件辅助阀G续流，并且幅值开始衰减；此时正弦电流注入回路进入电流振荡阶段，分别由双向晶闸管辅助阀V2中的V21和V22承担流入试品阀Vt的衰减电流和流入试品阀Vt的振荡电流；此时双向晶闸管辅助阀V3仍保持闭锁，高电压注入回路不投入工作。
E、在（t1+Δt2）时刻闭锁辅助阀V1、双向晶闸管辅助阀V2和可关断器件辅助阀G触发脉冲，衰减电流注入回路和正弦电流注入回路均退出工作，与此同时同时触发双向晶闸管辅助阀V3，高电压注入回路投入工作，将将所述高电压注入回路中的直流电容器C3上预充的高电压注入试品阀Vt，以模拟试品阀Vt在经历故障电流和结温上升之后承受的反向高电压。Δt2在100～200ms之间可调，根据试验要求短路电流脉冲的个数确定；
F、持续触发双向晶闸管辅助阀V3直至试验结束。
如图4所示，图4是本发明提供的短路电流试验装置辅助阀的触发时序示意图。
本发明提供的辅助阀触发方法通过短路电流试验装置，将指数衰减电流和正弦电流叠加施加于被试换流阀MMC阀，根据辅助阀触发时序的配合可大大提高试验装置输出故障电流的峰值；同时可以控制向试品注入试验电压应力的时刻。使被试换流阀耐受同实际故障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，实现对被试阀故障运行工况的试验考核。
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 (8)
1.一种短路电流试验装置中辅助阀的触发方法，所述方法用的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Vt；
所述试品阀Vt的输出端分别与所述衰减电流注入回路中的辅助阀V1、正弦电流注入回路中的双向晶闸管辅助阀V2和高电压注入回路中的双向晶闸管辅助阀V3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Vt的低压端相连后接地；
其特征在于，所述方法包括下述步骤：
A、在t0时刻触发辅助阀V1；且双向晶闸管辅助阀V2和V3均不触发；
B、在t1时刻触发双向晶闸管辅助阀V2；
C、在（t1+Δt1）时刻触发试品阀Vt；
D、在t2时刻触发可关断器件辅助阀G；
E、在（t1+Δt2）时刻闭锁辅助阀V1、双向晶闸管辅助阀V2和可关断器件辅助阀G的触发脉冲，同时触发双向晶闸管辅助阀V3；
F、持续触发双向晶闸管辅助阀V3直至试验结束。
2.如权利要求1所述的触发方法，其特征在于，所述步骤A中，在t0=0时刻触发辅助阀V1，所述衰减电流注入回路投入工作；
所述试品阀Vt中的电流开始上升，所述双向晶闸管辅助阀V2和V3均不触发，即所述正弦电流注入回路和高电压注入回路均不投入工作。
3.如权利要求1所述的触发方法，其特征在于，所述步骤B中，在t1=10ms时刻触发双向晶闸管辅助阀V2时，所述试品阀Vt中的电流是衰减电流注入回路电流和正弦电流注入回路电流的叠加，令衰减电流达到最大值的时间和第一个正弦电流脉冲达到峰值的时间相同；
所述双向晶闸管辅助阀V3仍保持闭锁，即所述高电压注入回路不投入工作。
4.如权利要求1所述的触发方法，其特征在于，所述步骤C中，在（t1+Δt1）时刻触发试品阀Vt中的晶闸管，此时试品阀Vt中的二极管和晶闸管同时导通，由所述二极管和晶闸管共同承担试验装置注入的试验电流；
所述双向晶闸管辅助阀V3继续保持闭锁，即所述高电压注入回路不投入工作。
5.如权利要求4所述的触发方法，其特征在于，所述Δt1在1～5ms之间。
6.如权利要求1所述的触发方法，其特征在于，所述步骤D中，在t2=15ms时刻，所述试品阀Vt上的叠加电流达到最大值，触发所述可关断器件辅助阀G，所述衰减电流注入回路的电流经由可关断器件辅助阀G续流，并且幅值衰减；
所述正弦电流注入回路进入电流振荡阶段，分别由所述双向晶闸管V2的V21和V22承担流入试品阀Vt的正弦电流和流入试品阀Vt的振荡电流；
所述双向晶闸管辅助阀V3保持闭锁，即所述高电压注入回路不投入工作。
7.如权利要求1所述的触发方法，其特征在于，所述步骤E中，在（t1+Δt2）时刻闭锁辅助阀V1和双向晶闸管辅助阀V2和可关断器件辅助阀G触发脉冲，衰减电流注入回路和正弦电流注入回路均退出工作；
同时触发所述双晶闸管辅助阀V3，即所述高电压注入回路投入工作；
将所述高电压注入回路中的直流电容器C3上预充的高电压注入试品阀Vt，以模拟试品阀Vt在经历故障电流和结温上升之后承受的反向高电压。
8.如权利要求1所述的触发方法，其特征在于，所述Δt2在100～200ms之间。
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