CN103076471B - 一种直流输电换流阀运行试验用大电流源及其补偿方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种直流输电换流阀运行试验用大电流源及其补偿方法，6脉动整流器的2号阀上串联有一补偿电路作为补偿负载，补偿电路由设定数量的二极管与电感所组成的串联电路与辅助晶闸管阀V并联组成，通过设定的控制时序过程，达到对三相不平衡电流补偿的目的。本发明直流输电换流阀运行试验用大电流源的补偿方法在背靠背的电流源回路对负载不平衡的支路采用负载补偿，对与试品阀构成同相电压桥臂的2号阀上设置相应的补偿电路形成负载，补偿由于试品阀和辅助阀的引入产生的压降，当整个背靠背电流源回路在切入试品阀时，大大消除了由于三相负载的不平衡在三相交流线路中产生的直流分量，避免了给试验回路和试验设备带来危害。
Description
技术领域
本发明涉及一种直流输电换流阀运行试验用大电流源及其补偿方法。
背景技术
随着西电东送，国家大力推行特高压直流输电工程建设，大功率晶闸管器件串联的换流阀成为直流输电工程换流站的核心。其造价一般占到工程总投资的25%左右，其质量直接影响到输变电系统的可靠性。所以考核其运行稳定性的换流阀运行试验回路的建设十分的重要；
换流阀的运行试验是为了有效验证换流阀的运行特性，以确保换流阀能够满足直流输电系统运行要求，保证系统安全和可靠运行。为此IEC专门制定了相关运行试验标准，对运行试验项目作了详细的说明。为了考核换流阀的性能，近年来国际上多采用合成试验回路的方法来完成IEC规定的试验项目。合成试验回路采用两个独立的电压源和电流源，通过控制系统交叠在试品阀上施加试验电压和电流的方式，模拟换流阀在实际运行时的工况，对换流阀的运行特性进行考核。
实际的直流输电工程中，换流阀的运行控制角度一般实际在15°左右。中国专利申请号201010607208.1公开了一种直流输电换流阀运行试验用大电流源，如图1所示，该电流源采用双6脉动换流器构成背靠背电流源，一组6脉动换流器作整流运行称为6脉动整流器，另一组6脉动换流器作逆变运行称为6脉动逆变器，6脉动整流器、平波电抗器、6脉动逆变器依次首尾相接构成主回路，试品阀Vt与辅助控制阀Vaux构成的串联电路与6脉动整流器的5号阀并联；这样的电流源可以在较低的试验电压下，提供运行试验电流。控制触发角度跟实际运行情况比较接近。但是由于电流源的每个桥臂只有1只晶闸管，而试品阀Vt和辅助控制阀Vaux在内至少有20级以上的串联晶闸管级；在背靠背电流源由独立运行向合成试验过程转换时，闭锁5号阀，试品阀切入,试品阀和辅助控制阀替代5号阀承受每个周期流过试验回路中的大电流。由于5号桥臂由1只晶闸管转换为辅助控制阀和试品阀串联构成的晶闸管阀，这样造成5号桥臂导通时负载与正常运行时不匹配，6脉动整流桥的桥臂阻抗将不再平衡，形成三相负载不平衡，造成阀侧绕组电流含有较大的直流分量，如图2所示；在实际的运行回路中，较大的直流分量不仅造成电流源换流变磁芯饱和，变压器绕组发热造成过载，变压器噪声增大；同时还会增加交流侧谐波分量，造成波形畸变，给试验回路和试验设备带来很大的危害。为了避免这种危害，降低设备的成本，必须处理好由于试品阀切换后引起的直流分量的影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种高压直流换流阀运行试验用电流源，同时提供一种利用该高压直流换流阀运行试验用电流源的补偿方法，以解决当整个背靠背电流源回路在切入试品阀时，由于三相负载的不平衡在三相交流线路中产生的直流分量给试验回路和试验设备带来危害的问题。
为了实现以上目的，本发明所提供的高压直流换流阀运行试验用电流源的技术方案如下：一种直流输电换流阀运行试验用大电流源，包括平波电抗器、背靠背6脉动整流器和背靠背6脉动逆变器，所述6脉动整流器、平波电抗器、6脉动逆变器依次首尾相接构成主回路；由辅助控制阀Vaux和试品阀Vt串联组成的电路与所述6脉动整流器的一个桥臂并联，所述6脉动整流器的2号阀上串联有一补偿电路，所述的2号阀为在一个工作周期内第2个导通的阀，所述补偿电路由设定数量的二极管与电感所组成的串联电路与辅助晶闸管阀V并联组成。
本发明所提供的高压直流换流阀运行试验用电流源补偿方法的技术方案如下：一种直流输电换流阀运行试验用大电流源补偿方法，该补偿方法所用的电流源的试品阀Vt与辅助控制阀Vaux构成的串联电路与6脉动整流器5号桥臂的5号阀并联；所述的5号阀为在一个工作周期内第5个导通的阀，6脉动整流器的2号阀上串联有一补偿电路，所述的2号阀为在一个工作周期内第2个导通的阀，所述补偿电路由设定数量的二极管与电感所组成的串联电路与辅助晶闸管阀V并联组成；首先，在电流源独立运行时，采用和2号阀相同的触发时序，触发导通辅助晶闸管阀V使电流直接从导通的辅助晶闸管阀V和2号阀中通过；然后，切入试品阀Vt，在闭锁5号阀的同时闭锁2号阀上的辅助晶闸管阀V，将二极管和电感串联组成的负载引入2号阀组成的桥臂中，与切入的试品阀Vt以及辅助控制阀Vaux组成平衡桥臂,平衡该相桥臂的电流。
本发明直流输电换流阀运行试验用大电流源的补偿方法在背靠背的电流源回路对负载不平衡的支路采用负载补偿，对与试品阀构成同相电压桥臂的2号阀上设置相应的补偿电路形成负载，即在2号桥臂上通过串并联的方式，采用晶闸管级并联二极管和电感形成阻抗，在5号阀上切入试品阀和辅助阀的同时，投切2号阀上的负载补偿设备。补偿由于试品阀和辅助阀的引入产生的压降（此时5号阀闭锁，由试品阀Vt和辅助阀Vaux组成5号桥臂，这样电流源C相电流的正负半周大小相等，就不会在电流中产生直流分量；也就是说当整个背靠背电流源回路在切入试品阀时，大大消除了由于三相负载的不平衡在三相交流线路中产生的直流分量，避免了给试验回路和试验设备带来危害。
附图说明
图1是现有直流输电换流阀运行试验用大电流源；
图2为不增加补偿电路时电流源切入试品阀后输出的3相不平衡电流波形；
图3为本发明高压直流换流阀运行试验用电流源补偿电路的电气原理图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明进一步的详细说明。
在高压直流换流阀运行试验运行时，电流源通过换流变压器将配电网能量转换为阀侧的低压大电流，通过背靠背双6脉动输出大电流。由于本试验回路电流源采用双6脉动背靠背运行方式，输出波形接近工程中的实际情况，试验方式调整灵活性好。所以在正常运行时，换流变压器提供的能量只是用来补充试验回路中晶闸管的开通和关断以及回路电阻损耗的能量，而这部分能量较小。对电流源的功率要求较小，配合适当的无功补偿设备，整个电流源回路的成本较低；如果通过负载补偿的方式降低对换流变压器直流偏磁性能的要求，则会大大的降低设备的成本。
如图3所示为高压直流输电晶闸管阀运行试验用背靠背电流源的补偿电路电气原理图，该补偿方法所用的电流源包括平波电抗器、背靠背6脉动整流器和背靠背6脉动逆变器，所述6脉动整流器、平波电抗器、6脉动逆变器依次首尾相接构成主回路；试品阀Vt与辅助控制阀Vaux构成的串联电路与6脉动整流器5号桥臂的5号阀并联；所述的5号阀为在一个工作周期内第5个导通的阀，6脉动整流器的2号阀上串联有一补偿电路作为补偿负载，所述的2号阀为在一个工作周期内第2个导通的阀，补偿电路由设定数量的二极管与电感所组成的串联电路与辅助晶闸管阀V并联组成，通过设定的控制时序过程，达到对三相不平衡电流补偿的目的。
参照图3所示，图中圈定区域为背靠背电流源的整流6脉动桥中2号桥臂上补偿电路，其余的部分是1个6脉动整流器、试品阀Vt和辅助控制阀Vaux；补偿电路串接在2号桥臂上，它包括辅助晶闸管阀V和与其并联的设定数量的二极管D和一个电感L。
本发明所采用设定的控制时序过程如下：首先，在电流源独立运行时，采用和2号阀相同的触发时序，触发导通辅助晶闸管阀V；此时补偿电路的二极管和电感回路相当于很大的阻抗，电流直接从导通的辅助晶闸管阀V和2号阀中通过；由于背靠背电流源的试验电压较低，辅助晶闸管阀可以由少数几级晶闸管及其阻尼回路组成，2号阀导通时的阻抗与其它桥臂导通时的阻抗特性相差很小；然后，在试品阀Vt切入时，在闭锁5号阀的同时闭锁2号阀上的辅助晶闸管阀V，将二极管和电感串联组成的负载引入2号阀组成的桥臂中，与切入的试品阀Vt以及辅助控制阀Vaux组成平衡桥臂,平衡该相桥臂的电流。由于在实际的工程应用中试品阀本身要求包括饱和电抗器等感性负载；同时在合成试验回路的电压源和电流源联合运行时，辅助控制阀Vaux要求必须能够同时承受试验大电流并阻断电压源回路的试验电压，保护电流源的作用，所以辅助控制阀Vaux也包含电抗器等感性负载以及大量的串联晶闸管级及其阻尼回路。选用合适的二极管和电感组成负载与试品阀和Vaux的等效负载基本相同，可以平衡该相桥臂的电流。
通过对合成试验回路的电流源施加补偿回路前后的仿真结果对比以及在实际的运行试验回路中进行尝试性的改进，并且通过对实际运行中换流变压器的噪音监测等试验验证，发现使用上述补偿方法能明显的降低试品阀所在桥臂该相换流变压器阀侧电流中的直流分量；由于串联晶闸管级的数量可以根据试品阀的晶闸管级数进行灵活的调整，并不需要额外的制作，辅助晶闸管阀可由参与运行试验试品阀的部分晶闸管级数来替代，节约至少70%的新增设备成本，既不大幅增加设备的成本，又有效地抑制了由于换流变阀侧电流不平衡引起的换流变压器的直流偏磁、噪音增大等问题。在电流源换流变压器的设备选型时，在实际的运行试验回路设备选型时，对该变压器的直流分量的响应，如直流偏磁、运行噪音增大、还有变压器绕组的发热等因素做出特殊的说明，对大电流源换流变压器的直流偏磁特性和降低换流变压器的运行噪音提供了可行性解决方案，大大的降低了设备的制造技术难度，同时节约了设备成本。
Claims (2)
1.一种直流输电换流阀运行试验用大电流源，包括平波电抗器、背靠背6脉动整流器和背靠背6脉动逆变器，所述背靠背6脉动整流器、平波电抗器、背靠背6脉动逆变器依次首尾相接构成主回路；由辅助控制阀Vaux和试品阀Vt串联组成的电路与所述背靠背6脉动整流器的一个桥臂并联，其特征在于：所述背靠背6脉动整流器的2号阀上串联有一补偿电路，所述的2号阀为在一个工作周期内第2个导通的阀，所述补偿电路由设定数量的二极管与电感所组成的串联电路与辅助晶闸管阀V并联组成。
2.一种利用权利要求1所述的直流输电换流阀运行试验用大电流源补偿方法，该补偿方法所用的大电流源的试品阀Vt与辅助控制阀Vaux构成的串联电路与背靠背6脉动整流器5号桥臂的5号阀并联；所述的5号阀为在一个工作周期内第5个导通的阀，其特征在于：背靠背6脉动整流器的2号阀上串联有一补偿电路，所述的2号阀为在一个工作周期内第2个导通的阀，所述补偿电路由设定数量的二极管与电感所组成的串联电路与辅助晶闸管阀V并联组成；首先，在电流源独立运行时，采用和2号阀相同的触发时序，触发导通辅助晶闸管阀V使电流直接从导通的辅助晶闸管阀V和2号阀中通过；然后，切入试品阀Vt，在闭锁5号阀的同时闭锁2号阀上的辅助晶闸管阀V，将二极管和电感串联组成的负载引入2号阀组成的桥臂中，与切入的试品阀Vt以及辅助控制阀Vaux组成平衡桥臂,平衡该桥臂的电流。
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