CN103336163B - 柔性高压直流输电系统换流阀交直流电压测试电路 - Google Patents

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Abstract

一种柔性高压直流输电系统换流阀交直流电压测试电路，用于产生柔性直流输电系统中换流阀桥臂，特别是基于模块化多电平变流器的换流阀桥臂高压测试所需的交直流混合电压。所述测试电路中，交流开关K1的一端与缓冲电阻Rc的一端子串连，交流开关K1的另一端与低压交流电源Us的一端连接在一起；缓冲电阻Rc不与交流开关K1连接的另一端连接到升压变压器Tup低压侧的一个端子（1）上，低压交流电源Us不与交流开关K1连接的另一端连接到升压变压器Tup低压侧的另一个端子（2）上；被测试换流阀桥臂的一个输出端子与高压电容Ch的一端连接在一起，被测试换流阀桥臂与高压电容Ch两者的两个非公共连接点分别连接在升压变压器Tup高压侧的两个端子（3、4）上。

Description

柔性高压直流输电系统换流阀交直流电压测试电路
技术领域
本发明涉及一种高压测试电路，特别是涉及基于模块化多电平变流器的换流阀桥臂的交直流耐压测试电路。
背景技术
近年来，基于电压源换流器（Voltage Source Converter，VSC）的高压柔性直流输电系统（VSC-HVDC）以其可四象限运行、滤波器小、可向无源网络供电等诸多优点在输电领域获得了广泛关注。而模块化多电平变流器（ModularMultilevel Converter，MMC）的出现更是为柔性直流输电的发展注入了新的活力，也使得多端口直流输电更加易于实现。
不同于传统的基于晶闸管的换流阀桥臂，基于MMC的柔性高压直流输电系统换流阀桥臂需要同时承受交流和直流电压（Modulation,losses,andsemiconductor requirements of modular multilevel converters,IEEE Transactions onIndustrial Electronics,vol.57,no.8,pp.2633–2642,August2010）。在进行换流器的整机试验之前，需要对所设计的换流阀桥臂进行交直流绝缘耐压测试，以保证电气设计的合理性以及运行时的可靠性。
但是，关于柔性高压直流输电系统的换流阀桥臂交直流耐压测试，目前尚无简便易行的方案。专利CN201110225939.4提出了模块化多电平电压源换流器模块单元的绝缘配合方法；专利CN201120036521.7和CN201110035911.4提出了柔性直流输电MMC功率模块的稳态运行试验装置，但并未涉及如何对换流阀桥臂进行交直流耐压测试；专利CN201110036675.8提出了基于MMC的换流阀桥臂故障电流运行试验方法，但对其交直流耐压测试亦未提及。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提出一种柔性高压直流输电系统换流阀桥臂交直流混合高压测试电路。本发明可以简化测试方案，通过少量的电气元件即可产生柔性直流输电系统换流阀桥臂高压测试所需的交直流混合电压，以实现对被测试换流阀桥臂的高压测试，降低测试成本。
本发明由低压交流电源Us、交流开关K1、缓冲电阻Rc、升压变压器Tup和高压电容Ch构成。交流开关K1的一端与缓冲电阻Rc的一端连接在一起，交流开关K1的另一端与低压交流电源Us的一端连接在一起，缓冲电阻Rc不与交流开关K1连接的另外一端连接到升压变压器Tup低压侧的一个端子1上，低压交流电源Us不与交流开关K1连接的另外一个端子连接到升压变压器Tup低压侧的另一个端子2上；被测试换流阀桥臂的一个端子与高压电容Ch的一个端子串连，被测试换流阀桥臂与高压电容Ch两者的两个非公共连接点分别连接在升压变压器Tup高压侧的两个端子3和4上。其中，升压变压器Tup将低压交流电源Us的低电压升高到所需的高电压，缓冲电阻Rc用于在此电路启动时对电路中的电流进行限制，防止出现过电流，高压电容Ch用于产生稳态时的直流电压。
本发明无需额外的控制电路即可产生柔性高压直流输电系统换流阀桥臂高压测试所需的交直流混合电压。同时，通过调整所述的低压交流电源Us的大小和/或升压变压器Tup的变比可以改变本发明输出电压中的交流电压和直流电压的大小。
附图说明
图1为基于模块化多电平变流器的柔性高压直流输电系统换流器一相电路原理图；
图2为本发明柔性高压直流输电系统换流阀交直流电压测试电路的具体实现原理图；
图3为本发明的计算机仿真验证结果。
具体实施方式
图1为基于模块化多电平变流器的柔性高压直流输电系统换流器一相电路原理图。SMU1-SMUn和SML1-SMLn分别是换流器一相的换流阀上桥臂和换流阀下桥臂的n个子模块，n个子模块SMU1-SMUn串联组成上桥臂，n个子模块SML1-SMLn串联组成下桥臂，n为正整数。每个子模块的内部结构均相同，即由子模块电容CSM、全控型开关器件S1及其反并联二极管D1、全控型开关器件S2及其反并联二极管D2构成，全控型开关器件S1的发射极与全控型开关器件S2的集电极连接在一点，全控型开关器件S1的集电极与子模块电容CSM的正极连接在一起，全控型开关器件S2的发射极与子模块电容CSM的负极连接在一起，反并联二极管D1的阳极与全控型开关器件S1的发射极连接在一起，反并联二极管D1的阴极与全控型开关器件S1的集电极连接在一起，反并联二极管D2的阳极与全控型开关器件S2的发射极连接在一起，反并联二极管D2的阴极与全控型开关器件S2的集电极连接在一起，全控型开关器件S1与全控型开关器件S2的公共连接点作为子模块的一个输出端子，子模块电容CSM的负极作为子模块的另外一个输出端子。LU和LL是上桥臂和下桥臂的缓冲电感。由第一连接点x1至第二连接点x2为该相换流阀上桥臂，由第三连接点y1至第四连接点y2为该相换流阀下桥臂。换流阀上桥臂、换流阀下桥臂、上桥臂缓冲电感LU和下桥臂缓冲电感LL串联连接，即上桥臂缓冲电感LU的一个端子与下桥臂缓冲电感LL的一个端子连接在z点，上桥臂缓冲电感LU不与z点连接的另外一个端子与换流阀上桥臂的第二连接点x2连接在一起，下桥臂缓冲电感LL不与z点连接的另外一个端子与换流阀下桥臂的第一连接点y1连接在一起。
图2为本发明柔性高压直流输电系统换流阀交直流电压测试电路的原理图。本发明由低压交流电源Us、交流开关K1、缓冲电阻Rc、升压变压器Tup和高压电容Ch构成。交流开关K1的一端与缓冲电阻Rc的一端连接在一起，交流开关K1的另外一端与低压交流电源Us的一端连接在一起，缓冲电阻Rc不与交流开关K1连接的另外一端连接到升压变压器Tup低压侧的一个端子1上，低压交流电源Us不与交流开关K1连接的另一端连接到升压变压器Tup低压侧的另一个端子2上；被测试换流阀桥臂的一个输出端子与高压电容Ch的一端连接在一起，被测试换流阀桥臂与高压电容Ch两者的两个非公共连接点分别连接在升压变压器Tup高压侧的两个端子3和4上。
在对被测试换流阀桥臂进行交直流耐压测试前，被测试的换流阀桥臂中的所有子模块电容电压均为零，高压电容Ch的初始电压亦为零，开关K1处于开路状态。然后，闭合开关K1此测试电路即可运行。当被测试的换流阀桥臂完成规定时间的测试后，将K1断开则此测试电路即停止工作。
图3为本发明的计算机仿真验证结果。仿真参数为：Us=311sin(ωt)V，升压变压器Tup的变比为200:1，压电容Ch的容值为1μF，初始电压为0V，仿真所用软件为PSIM Version9.0。由图3可见，显然被试换流阀桥臂两端的电压Ux1x2既含有交流电压又含有直流电压，满足柔性高压直流输电系统换流阀桥臂交直流电压测试需要。

Claims (1)

1.一种柔性高压直流输电系统换流阀交直流电压测试电路，其特征在于所述的测试电路由低压交流电源Us、交流开关K1、缓冲电阻Rc、升压变压器Tup、高压电容Ch和被测试换流阀桥臂构成；交流开关K1的一端与缓冲电阻Rc的一端串连，交流开关K1的另一端与低压交流电源Us的一端连接在一起；缓冲电阻Rc不与交流开关K1连接的另一端连接到升压变压器Tup低压侧的一个端子(1)上，低压交流电源Us不与交流开关K1连接的另一端连接到升压变压器Tup低压侧的另一个端子(2)上；被测试换流阀桥臂的一个输出端子与高压电容Ch的一端连接在一起，被测试换流阀桥臂与高压电容Ch两者的两个非公共连接点分别连接在升压变压器Tup高压侧的两个端子(3、4)上。
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