CN103353562B - 一种高压直流输电换流暂态低电压试验方法及其电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高压直流输电换流暂态低电压试验方法及其电路，本发明的电路包括高压电压源、低压电流源和辅助控制阀Da5、Da4、Da3，试验方法通过辅助控制阀Da5、Da4、Da3的触发时序，在试品阀Vt上正向电压建立时实现试品阀Vt两端承受高反向恢复电压和低正向触发电压的要求，能够真实反应直流输电换流阀暂态运行过程中的电压应力特性，试验过程更加可靠，而且仅通过控制系统对辅助控制阀的触发控制就可以满足试验要求，不需要在试验回路中增加任何辅助设备，不需要考虑电阻的散热问题，实现方式简易，试验效率大为提高。

Description

一种高压直流输电换流暂态低电压试验方法及其电路

技术领域

本发明涉及一种高压直流输电换流暂态低电压试验方法及其电路。

背景技术

高压直流输电是20世纪50年代发展起来的一种新型输电方式，目前全世界的直流输电工程约100个，我国已建和在建直流输电工程有将近20个，其中包括±800kV的特高压直流输电工程。直流输电技术的不断进步及其在大电网发展中体现出来的优越性，使得我国电网面临空前发展的局面。由于直流输电具有送电距离远、送电容量大、控制灵活等特点，因此在运、在建及规划建设中的直流输电工程已经和即将在西电东送、南北互供中承担主要送电任务，在未来全国联网中发挥重要作用。而目前由于发电厂发出的电和用户需求的电大多是交流，因此交流和直流互相转换的换流阀成为直流输电的核心部件，其可靠性和稳定性决定着直流输电的可靠性和稳定性，进而决定着供电的可靠性和稳定性，因而在直流输电换流阀投入运行之前，要确保换流阀具有高可靠性和稳定性，为此需要对换流阀进行各种试验，运行试验就是其中的一项重要内容。运行试验关系到高压直流输电换流阀的设计和制造水平，也是提高换流阀运行可靠性的重要手段。暂态低电压试验作为运行试验的重要组成部分，其主要目的是验证在交流系统故障引起的暂态低电压期间，晶闸管元件和所有辅助电路能够正常工作，试验时间应不短于交流系统清除故障的恢复时间。

暂态低电压试验按照IEC60070-1标准要求其试品阀正向电压计算方式如下：

${U_{V_T}}^{(+)}=\sqrt{2}{U}_{v0N}\frac{N_{\mathrm{tut}}}{N_t}{k}_u{k}_s\sin {\mathrm{\α}}_{\min }$

其中，U_v0N，阀侧绕组标称空载线电压；k_s为安全系数，取0.95；k_u为暂时低电压系数，取0.3；N_t为单阀的晶闸管数；N_tut为试验晶闸管数；α_min为暂态运行最小触发角5°。

通过计算表明，换流阀暂态电压运行过程中其晶闸管正向电压水平较低，同时其承受正反向电压具有明显的非对称性，反向恢复电压较正向电压高很多。

在国外，ABB公司由于采用高压电流源为试品阀提供工程电流，其电流源最高工作电压达到11kV,其电流源通过控制触发时刻就可以完成试品阀所需的暂态低电压测试需要。但这种试验方法对于试验电源容量提出了更高要求，经济性较差。

申请号为201010604828.X的一篇名称为《一种高压直流输电换流暂态低电压试验方法及其主电路》的专利文献中，其电路包括高压电压源和低压电流源，高压电压源的正负极之间一次串接有第一辅助控制阀和换相电抗，串接试品阀后构成试品阀的通流回路；第一辅助控制阀的两端反向并接有第二辅助控制阀，高压电压源的两端并接有震荡电容器；试品阀的两端并接有低压电流源，低压电流源的正极与试品阀之间串接有高压隔离阀，第一和第二辅助控制阀上并接有由分压电阻和分压电容组成的分压回路。

上述专利文献中的试验方法是通过调节电阻和电容的大小来调节试品阀上正向电压幅值进行暂态低电压试验的，对电阻和电容大小的调节有较高的要求，如果调节不准确就不能满足试验要求，试验过程不可靠且试验效率低；另外，由于在电路中增加RC回路，就需要考虑散热问题，电路结构比较复杂。

发明内容

本发明的目的是提供一种高压直流输电换流暂态低电压试验方法及其电路，用以解决现有高压直流输电换流暂态低电压试验方法试验过程不可靠且试验效率较低的问题。

为实现上述目的，本发明的方案是：一种高压直流输电换流暂态低电压试验方法，步骤如下：

（1）触发第一辅助控制阀（Da4），在试品阀（Vt）上形成反向恢复电压；

（2）暂态恢复电压之后，触发第三辅助控制阀（Da5），使震荡电容器（Cs）电压极性翻转；

（3）触发第二辅助控制阀（Da3）和试品阀（Vt），使震荡电容器（Cs）电压由正向变为负向；

（4）触发第三辅助控制阀（Da5），使震荡电容器（Cs）电压极性翻转，调节震荡电容器（Cs）充电电压大小，使试品阀（Vt）上正向电压达到试验条件；

（5）触发试品阀（Vt），形成最小触发电压；

（6）触发第二辅助控制阀（Da3）和高压隔离阀（Daux），形成晶闸管阀导通过程中的电流变化率，同时低压电流源向试品阀（Vt）输出试验电流。

本发明还提供一种采用上述试验方法的电路，包括高压电压源和低压电流源，所述高压电压源的正极端依次串联有第一电抗器（Ls）、第一辅助控制阀（Da4）、第二电抗器（Lc）和高压隔离阀（Daux），震荡电容器（Cs）通过第一电抗器（Ls）并联在高压电压源的两端，试品阀（Vt）并联在低压电流源的两端，所述高压隔离阀（Daux）连接在低压电流源的正极与试品阀（Vt）之间，所述第一辅助控制阀的两端反向并联有第二辅助控制阀（Da3），其特征在于，在所述高压电压源的两端还并联有第三辅助控制阀（Da5）。

本发明达到的有益效果：本发明的试验方法通过辅助控制阀Da5、Da4、Da3的触发时序，在试品阀Vt上正向电压建立时实现试品阀Vt两端承受高反向恢复电压和低正向触发电压的要求，能够真实反应直流输电换流阀暂态运行过程中的电压应力特性，试验过程更加可靠，而且仅通过控制系统对辅助控制阀的触发控制就可以满足试验要求，不需要在试验回路中增加任何辅助设备，不需要考虑电阻的散热问题，实现方式简易，试验效率大为提高。

当Cs上电压为负向电压时，也就是试品阀承受反向恢复电压过程中，为降低高压电压源系统容量，增加了辅助控制阀Da5，当Da5阀触发后，Cs电容器上电压将通过Da5和电抗器Ls放电，电容器组电压由负变正，高压电压源只需要提供系统每个周期工作所消耗的能量。

附图说明

图1是现有的换流阀暂态低电压试验方法的电路结构原理图；

图2是本发明换流阀暂态低电压试验方法的电路结构原理图；

图3本发明暂态低电压计算等效电路图；

图4本发明试验方法的触发控制时序及电压电流波形。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

本发明电路实施例：

如图2所示，本发明高压直流输电换流阀的暂态低电压试验方法的电路主要包括高压电压源、低压电流源、震荡电容器Cs、第一辅助控制阀Da4、第二辅助控制阀Da3、第三辅助控制阀Da5、高压隔离阀Daux、换相电抗器Lc、电抗器Ls和试品阀Vt。

高压电压源的两端并联有第三辅助控制阀Da5和震荡电容器Cs，电抗器Ls通过高压电压源的正极串联在Da5和Cs之间，第一辅助控制阀Da4和第二辅助控制阀Da3反向并联后串联在换相电抗器Lc与震荡电容器Cs之间，试品阀Vt并联在低压电流源的两端，高压隔离阀Daux连接在低压电流源的正极与试品阀Vt之间。

根据上述电路结构建立如图3所示的等效电路，由于Da3、Da4、Da5、Daux与试品阀Vt采用晶闸管串联结构，每个晶闸管都并联有阻尼回路，阻尼回路由阻尼电阻与阻尼电容串联构成，阻尼电阻很小，一般只有几十欧姆，主要是限制晶闸管开通过程中阻尼电容放电涌流和阻尼电容与线路电感震荡，因此在计算过程中可以忽略不计。

辅助阀Da3、Da4与并联分压阻抗等效电容值:

辅助阀Daux与试品阀VT等效电容值:

试品阀上暂态正向电压最大值推导过程如下：

当试品阀Vt试验电流结束承受反向恢复电压时，Da5阀触发后，Cs极性翻转，电压将由变为则Cs电压变化范围为： $\mathrm{\Δ}{U}_{C_s}={U_{C_s}}^{(+)}-{U_{C_s}}^{(-)}=2U_{C_s}$

则试品阀上电压变化为：

$\mathrm{\Δ}{U}_{V_T}=2\left(\frac{C_{D_{a3}}+C_{D_{a4}}}{C_{D_{a3}}+C_{D_{a4}}{C}_{V_T}+C_{D_{\mathrm{aux}}}}\right)\×\mathrm{\Δ}{U}_{C_s}$

考虑到本试验方法中Cs将进行两次极性反转，则

考虑到在暂态低电压试验之前，试品阀上存在反向恢复电压-Uc_s，则Cs两次极性翻转后的试品阀上电压为：

${U_{V_T}}^{(+)}=\mathrm{\Δ}{U}_{V_T}-U_{C_s}=2\left(\frac{C_{D_{a3}}+C_{D_{a4}}}{C_{D_{a3}}+C_{D_{a4}}+C_{V_T}+C_{D_{\mathrm{aux}}}}\right)\×\mathrm{\Δ}{U}_{C_s}-U_{C_s}$

将代入上式，则试品阀暂态低电压试验值计算公式如下：

${U_{V_T}}^{(+)}=\frac{3(C_{D_{a3}}+C_{D_{a4}})-4(C_{V_T}+C_{D_{\mathrm{aux}}})}{C_{D_{a3}}+C_{D_{a4}}{+C}_{V_T}+C_{D_{\mathrm{aux}}}}{U}_{C_s}$

其中，为Da3阻尼回路等效电容值；为Da4阻尼回路等效电容值；为Daux阻尼回路等效电容值；为Vt阻尼回路等效电容值；为Vt承受的反向恢复电压值。

根据上述计算公式，只要设计时保证即可实现Cs两次极性反转后在试品阀上产生正向电压，然后通过调节Cs充电电压就可以使试品阀得到试验所需的正向电压值。

如图4，试验回路控制时序如下：

1）在t0时刻，触发第一辅助控制阀Da4，在试品阀Vt之上形成反向恢复电压；

2）暂态恢复电压之后，在t1时刻，触发第三辅助控制阀Da5，震荡电容器Cs通过Da5及电抗器Ls反向放电实现Cs电压极性翻转；

3）在t2时刻，触发第二辅助控制阀Da3和试品阀Vt，电容器Cs通过Da3阀、试品阀Vt及电抗器Lc放电，Cs电压由正向变为负向；

4）在t3时刻，触发Da5，Cs通过Da5及电抗器Ls反向放电实现Cs电压极性翻转，在此过程中，由于Da3阀与试品阀Vt构成分压电路，试品阀电压将提升变为正向，通过调节Cs充电电压大小，实现试品阀上正向电压达到试验条件；

5）在t4时刻，触发试品阀Vt，形成最小触发电压；

6）在t5时刻，触发第二辅助控制阀Da3和高压隔离阀Daux，震荡电容器Cs将通过Vt放电，产生如运行条件下的初始涌流，形成晶闸管阀导通过程中的di/dton，同时电流源向试品阀输出试验电流，一周波暂态低电压完成，进入下一试验周期。

其中，t0～t5时间指每个周期（间隔20ms）内，从试品阀第一次触发时刻Tv至相应阀触发所需要的延迟时间，例如：t0指试品阀触发脉冲Tv发出后，经过t0时间控制系统向辅助控制阀Da4发出触发脉冲，使Da4阀触发导通，将电容器负向电压引入到试品阀，形成试品阀的反向恢复电压，t1～t5与t0同理。

本发明方法实施例：

本发明试验方法的具体步骤如下：

（1）触发第一辅助控制阀Da4，在试品阀Vt上形成反向恢复电压；

（2）暂态恢复电压之后，触发第三辅助控制阀Da5，使震荡电容器Cs电压极性翻转；

（3）触发第二辅助控制阀Da3和试品阀Vt，使震荡电容器Cs电压由正向变为负向；

（4）触发第三辅助控制阀Da5，使震荡电容器Cs电压极性翻转，调节震荡电容器Cs充电电压大小，使试品阀Vt上正向电压达到试验条件；；

（5）触发试品阀Vt，形成最小触发电压；

（6）触发第二辅助控制阀Da3和高压隔离阀Daux，形成晶闸管阀导通过程中的电流变化率，同时低压电流源向试品阀Vt输出试验电流。

本实施例的具体过程如图4：

1）在t0时刻，触发第一辅助控制阀Da4，在试品阀Vt之上形成反向恢复电压；

2）暂态恢复电压之后，在t1时刻，触发第三辅助控制阀Da5，震荡电容器Cs通过Da5及电抗器Ls反向放电实现Cs电压极性翻转；

3）在t2时刻，触发第二辅助控制阀Da3和试品阀Vt，电容器Cs通过Da3阀、试品阀Vt及电抗器Lc放电，Cs电压由正向变为负向；

4）在t3时刻，触发Da5，Cs通过Da5及电抗器Ls反向放电实现Cs电压极性翻转，在此过程中，由于Da3阀与试品阀Vt构成分压电路，试品阀电压将提升变为正向，通过调节Cs充电电压大小，实现试品阀上正向电压达到试验条件；

5）在t4时刻，触发试品阀Vt，形成最小触发电压；

6）在t5时刻，触发第二辅助控制阀Da3和高压隔离阀Daux，震荡电容器Cs将通过Vt放电，产生如运行条件下的初始涌流，形成晶闸管阀导通过程中的di/dt_on，同时电流源向试品阀输出试验电流，一周波暂态低电压完成，进入下一试验周期。

Claims (1)

1.一种高压直流输电换流暂态低电压试验方法，其特征在于，步骤如下：

(1)触发第一辅助控制阀(Da4)，在试品阀(Vt)上形成反向恢复电压；

(2)暂态恢复电压之后，触发第三辅助控制阀(Da5)，使震荡电容器(Cs)电压极性翻转；

(3)触发第二辅助控制阀(Da3)和试品阀(Vt)，使震荡电容器(Cs)电压由正向变为负向；

(4)触发第三辅助控制阀(Da5)，使震荡电容器(Cs)电压极性翻转，调节震荡电容器(Cs)充电电压大小，使试品阀(Vt)上正向电压达到试验条件；

(5)触发试品阀(Vt)，形成最小触发电压；

(6)触发第二辅助控制阀(Da3)和高压隔离阀(Daux)，形成晶闸管阀导通过程中的电流变化率，同时低压电流源向试品阀(Vt)输出试验电流；

所述试验方法反应直流输电换流阀暂态运行过程中的电压应力特性。