CN103744017A - 特高压直流换流阀运行合成试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种特高压直流换流阀运行合成试验装置，包括两两之间相互连接的12脉波换流器回路、高电压回路与大电流回路，所述的高电压回路为待试阀提供反向恢复电压和正向电压，所述的大电流回路为待试阀提供通过的大电流，所述的12脉波换流器回路为待试阀提供所需的高电压、故障过电流和直流断续电流。与现有技术相比，本发明具有等效性好、适用范围广、经济性好以及试验精度高等优点。

Description

特高压直流换流阀运行合成试验装置

技术领域

本发明涉及一种特高压直流换流阀试验技术，尤其是涉及一种特高压直流换流阀运行合成试验装置。

背景技术

我国的能源资源和用电负荷分布极不平衡，东西部能源资源与用电负荷的逆向配置，决定了我国大范围优化配置一次能源资源的必要性。直流输电由于其技术特点，特别合适于大容量长距离输电，故建设直流输电工程，非常有利于资源的优化配置。随着全国联网及西电东送的发展，超高压直流输电工程以及直流背靠背连接工程不断建成投产。为进一步优化能源配置，特高压直流输电(UHVDC)应运而生。直流换流阀是直流输电工程中的关键设备，对换流阀进行运行试验可直接考核换流阀在各个运行条件下的运行性能，确保直流输电系统运行可靠性。对于大容量的特高压换流阀的运行试验，合成试验方法是目前普遍采用的理想方法，可大幅降低试验所需电源容量，从而降低成本，具有较高的等效性。

目前，世界上只有少数几家电力设备厂商如瑞典ABB公司、西门子公司、法国Areva公司和日本东芝公司等拥有高压直流换流阀合成试验装置，具备运行试验的能力。我国大功率电力电子试验技术起步迟，研究缺乏有效的分析方法及试验装置，导致我国在该领域技术研发能力和大功率试验能力不足，与国外的试验水平差距较大。1998年，中国电力科学研究院建立了大功率电力电子试验室，开始对高压换流阀的运行试验进行研究，得到了一系列的研究成果，建成了自己的直流换流阀合成试验装置。西安高压电器研究所也对直流换流阀的运行试验进行了研究，建立了一套合成试验回路，并对特高压直流换流阀的运行试验进行了探索。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种等效性好、适用范围广、经济性好以及试验精度高的特高压直流换流阀运行合成试验装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种特高压直流换流阀运行合成试验装置，其特征在于，包括两两之间相互连接的12脉波换流器回路、高电压回路与大电流回路，所述的高电压回路为待试阀提供反向恢复电压和正向电压，所述的大电流回路为待试阀提供通过的大电流，所述的12脉波换流器回路为待试阀提供所需的高电压、故障过电流和直流断续电流。

所述的12脉波换流器回路由两个6脉波整流桥串联而成，每个6脉波整流桥连接一组变压器，其中一组为Y/Y连接变压器，另一组为Y/Δ连接变压器，所述的待试阀安装在与Y/Y连接变压器连接的整流桥桥臂上。

所述的两个6脉波整流桥的三相电压差30°。

所述的高电压回路包括电容C_t、电感L₁、晶闸管阀V_f、电容C_s、电感L₂、稳压管、晶闸管阀V₂、晶闸管阀V₅和第一直流电压源，所述的晶闸管阀V_f与待试阀V_t正向并联，所述的晶闸管阀V_f正极与电容C_t一端、电感L₁一端连接，所述的电感L₁另一端通过稳压管分别与电容C_s一端、电感L₂一端连接，所述的电感L₂另一端分别与晶闸管阀V₂负极、晶闸管阀V₅负极连接，所述的晶闸管阀V₂正极与第一直流电压源正极连接，所述的第一直流电压源负极、晶闸管阀V₅正极、电容C_s另一端、电容C_t另一端分别与晶闸管阀V_f负极连接。

所述的大电流回路包括集成门极换流晶闸管IGCT、电感L₃、电容C₃和第二直流电压源，所述的集成门极换流晶闸管IGCT的阳极通过电感L₃分别与电容C₃一端和第二直流电压源正极连接，第二直流电压源负极与电容C₃另一端连接，所述的集成门极换流晶闸管IGCT阴极与待试阀V_t正极连接。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)为满足各个试验的等效性，新型回路设置了3部分的回路，即高电压回路，12脉动换流器回路和IGCT控制的大电流回路，对于各项试验时，选取其中的两部分回路进行试验。

2)采用“半波电流引入”的方式进行合成试验，试验中引入了高电压回路LC振荡产生的半波正弦电流，可以通过调节电感L₁和电容C_s的值来方便的调节电流下降率。试品阀两端并联有杂散电容C_t，可用来模拟换流阀开通时的电流上升率。高电压回路中的电感L₂设置为可调，可以通过调节电感L₂的值来方便的调节反向电压上升率。

3)高电压回路中，在试品阀两端并联了辅助阀V_f。进行最大暂时运行试验时，在试品阀阻断期间触发导通V_f，从而达到使试品阀承受的电压翻转的目的，而不需要在阻断期间再导通试品阀，使得试验更接近于实际运行工况，提高了等效性。而ABB回路在试品阀阻断期间对试品阀进行了触发导通，与换流阀实际运行情况有所不符。

4)进行高电压运行试验和过电流运行试验时，采用了12脉波换流器作为大电流源。相比于ABB公司采用背靠背6脉动换流器，12脉波换流器产生的直流电流波形更加平滑，在交流侧的交流电流波形也更接近正弦波，相比于6脉波整流桥，消除了交流侧的5次和7次谐波，减低了谐波的干扰。

在进行断续直流电流试验时，12脉波换流器可以每个晶闸管导通的120°的时间内产生4个断续电流波，而6脉动整流桥只能产生2个断续电流波，12脉波换流器比6脉动整流器更接近于实际断续电流情况。

5)试验回路的经济性好。12脉波换流器回路作为电流源时，采用零功率运行方式，电流源回路的功率低。例如进行连续运行试验时，直流负载电阻设为0.025Ω，整流桥的触发角α设置为81°，则输出电流等于5.09kA，电流源的功率仅为648kW。另外，采用该运行方式的控制难度低，而ABB公司的6脉动换流器背靠背运行方式控制难度较大，容易发生换相失败。

6)最小交流电压试验时，12脉动换流器回路以背靠背方式运行，作为试验的电压源，而IGCT控制的大电流回路作为电流源。具有以下优点：电压源产生的试验波形与实际工况下的波形基本一致，等效很高；电流源由于采用可关断器件IGCT，可控制其导通的持续时间，试验的灵活性好。

附图说明

图1为本发明的具体电路图；

图2为本发明最大连续运行试验的电压电流波形及触发信号时序图；

图3为连续运行试验的电压波形图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

如图1所示，一种特高压直流换流阀运行合成试验装置，包括两两之间相互连接的12脉波换流器回路1、高电压回路3与大电流回路2，所述的高电压回路3为待试阀提供反向恢复电压和正向电压，所述的大电流回路2为待试阀提供通过的大电流，所述的12脉波换流器回路1为待试阀提供所需的高电压、故障过电流和直流断续电流。

所述的12脉波换流器回路1由两个6脉波整流桥串联而成，与特高压直流输电工程采用的换流单元相同，每个6脉波整流桥连接一组变压器，其中一组为Y/Y连接变压器，另一组为Y/Δ连接变压器，所述的待试阀安装在与Y/Y连接变压器连接的整流桥桥臂上。所述的两个6脉波整流桥的三相电压差30°。

所述的高电压回路包括电容C_t、电感L₁、晶闸管阀V_f、电容C_s、电感L₂、稳压管、晶闸管阀V₂、晶闸管阀V₅和第一直流电压源，所述的晶闸管阀V_f与待试阀V_t正向并联，所述的晶闸管阀V_f正极与电容C_t一端、电感L₁一端连接，所述的电感L₁另一端通过稳压管分别与电容C_s一端、电感L₂一端连接，所述的电感L₂另一端分别与晶闸管阀V₂负极、晶闸管阀V₅负极连接，所述的晶闸管阀V₂正极与第一直流电压源正极连接，所述的第一直流电压源负极、晶闸管阀V₅正极、电容Cs另一端、电容Ct另一端分别与晶闸管阀V_f负极连接。

所述的高电压回路仍然采用LC振荡来产生相应的电压波形，通过控制辅助阀的开通，在试品阀上产生反向恢复电压与正向电压。C_t代表实际工程中的杂散电容，L₁为实际运行中的换相电感。另外，试品阀上并联了一个辅助的晶闸管阀V_f，进行最大暂时运行试验时，可导通该辅助晶闸管阀V_f，从而在试品阀阻断期间内，试品阀承受的电压两次翻转。

所述的大电流回路包括集成门极换流晶闸管IGCT、电感L₃、电容C₃和第二直流电压源，所述的集成门极换流晶闸管IGCT的阳极通过电感L₃分别与电容C₃一端和第二直流电压源正极连接，第二直流电压源负极与电容C₃另一端连接，所述的集成门极换流晶闸管IGCT阴极与待试阀V_t正极连接。

电流回路采用了大功率集成门极换流晶闸管IGCT，通过控制IGCT的导通关断来产生相应的电流。在该电流回路中串联一个可调电感，用以调节电流的上升率di/dt。

集成门极换流晶闸管IGCT是在晶闸管和门极可关断晶闸管GTO的基础上发展而成的一种大功率半导体开关器件，其门极驱动电路和IGCT芯片通过印刷电路板结合在一起，最小程度地降低了门极驱动回路电感(限制在nH的水平)从而实现IGCT的硬关断和门极换流技术。IGCT不但拥有GTO的稳定关断能力、低通态损耗和容量大的优点，还具有IGBT的高速开关性能，其开关速度达GTO的10倍以上，而且无需复杂的缓冲电路，是理想的MW级功率开关器件，因而具有很好的应用前景。从最近几年的应用情况看，IGCT有望成为高压大容量领域中的首选开关器件。目前，IGCT的最大可控关断电流可达5-6kA，可以满足换流阀合成运行试验的要求。

由于各类试验等级和试验项目的要求不同，合成试验回路的元件参数，包括电压源的大小，应能够实现可调。例如代表实际运行中的换相电感L₁和代表实际回路的杂散电容C_t均通过归算得出。电容器C_s的值也与电压源引入电流的时间以及晶闸管电流变化率有关，应能实现可调。

电感L₁是一个重要参数，代表直流换流阀实际运行中的换相电感。根据锦屏-苏南+800kV特高压直流输电工程的技术参数，可计算得换相电抗为5.1Ω，换相电感约为16mH。

本发明换流阀合成试验回路的原理分析

合成试验回路的基本原理是由大电流回路及高电压回路分别提供所需的大电流及高电压。新型合成试验回路分为三个部分，各个试验项目根据其特点选择其中的两部分进行合成试验。最大连续运行试验、最大暂时运行试验、断续直流试验以及故障过电流试验由12脉动换流器回路为试品阀提供大电流，由高电压回路提供高电压。最小触发角试验和最小关断角试验选用12脉动换流器回路以及大电流回路来为试品阀提供所需的电压、电流波形。

以下以最大连续运行试验为例对新型合成试验回路的原理进行介绍，选用12脉动换流器回路以及高电压回路进行试验，其重点在于高电压回路的时序控制。

最大连续运行负载试验考察换流阀持续耐受的最大负载电流及其正反向电压的能力，这需要试验回路产生周期性的电流与电压来模拟其工况。试验回路的被试阀的电压电流波形如图2所示。被试阀串接在12脉动换流桥的桥臂上，流过12脉动换流桥桥臂的电流用来模拟换流阀的负载电流，电压回路模拟产生换流阀两端的负载电压。

A.控制策略分析

a)t₀时刻，V_t开始关断(因换流桥的正常开通关断)，电流开始减小，至t₂时换流桥完全关断。

b)t₁时刻，触发导通V₃，电压回路开始起作用，此时电容C_s处于充满正向电压的状态，换流阀中叠加通过一个正弦半波，持续至t₃时刻。

c)t₂时刻整流桥关断，电压回路导入的正弦半波处于最大值。

d)t₃时刻，试品阀电流过零关断，同时触发导通V₄，试品阀开始承受反向电压。

e)t₄时刻，触发导通V₃和V₅，使电容C_S的电压从负向重新振荡为正向电压，同时试品阀开始承受正向电压。

f)t₅时刻，触发导通V₂，引入直流电源，其作用为补偿C_S上的电压降，使C_S的电压在下一个周期之前保持在U₀，同时V_t上的正向电压也有略微提高。在C_S的电压补偿至U₀后，由于电流振荡反向，V₂关断，直流电源被隔离。

g)t₆时刻，经过一个周期，触发导通被试阀V_t，实际运行中由杂散电容产生的初始浪涌电流由并联电容器C_t通过V_t放电模拟产生，然后立刻触发V₁使试验大电流通过被试阀V_t。

电压电流如此周期性循环，考察换流阀正常连续运行的能力。本项试验的控制难点在于电压回路的电流引入时间的确定，即辅助阀V₃第一个触发脉冲时间的确定。试验回路的工作原理要求电流回路的大电流过零时，电压回路引入电流刚好达到最大值。

B.电路原理分析

①t₁～t₃时刻的电路原理分析如下：

电路中存在两个导通回路：换流桥回路和C_S-V₃-L₁-V_t回路。至t₂时，V₁关断，换流桥回路关断，被隔离；至t₃时，电流振荡过零，V₃和V_t关断。C_S-V₃-L₁-V_t回路时一个无阻尼的LC二阶振荡电路，初始条件U_Cs(0)＝U₀；i(0)＝0，电路的微分方程为

$\frac{d^2{u}_{C_s}}{{\mathrm{dt}}^2}+\frac{1}{L_1{C}_s}{u}_c=0---\left(1\right)$

其解为：

$u_{C_s}\left(t\right)=U_0\cos {\mathrm{\ω}}_{1}t---\left(2\right)$

$i\left(t\right)=\frac{U_0}{{\mathrm{\ω}}_1{L}_1}\sin {\mathrm{\ω}}_{1}t---\left(3\right)$

其中 ${\mathrm{\ω}}_1=\frac{1}{\sqrt{L_1{C}_s}}.$

令t₃＝π/ω_t，则电流在t₃时刻过零，V₃和Vt关断。U_Cs(t₃)＝-U₀；i(t₃)＝0。由上述分析可见，在t₁～t₃时刻，注入电流呈正弦半波，C_S的电压从正向电压振荡为负。

②t₃时刻触发导通V₄后的电路原理分析如下(以t₃时刻为时间零点)：

此时电路中存在的导通回路为C_S-V₄-L₁-V_t回路，是一个LCC三阶电路，初始条件U_Cs(0)＝-U₀；i(0)＝0；U_Ct(0)＝0。由电路的基本定理可得基本方程：

$U_{C_s}=U_L+U_{C_t}---\left(4\right)$

$i=-C_s\frac{{\mathrm{dU}}_{C_s}}{\mathrm{dt}}=C_t\frac{{\mathrm{dU}}_{C_t}}{\mathrm{dt}}---\left(5\right)$

$U_L=L\frac{\mathrm{di}}{\mathrm{dt}}---\left(6\right)$

由以上三式可得：

$\frac{d^3{U}_{C_t}}{{\mathrm{dt}}^3}+\frac{C_s+C_t}{{\mathrm{LC}}_s{C}_t}\frac{{\mathrm{dU}}_{C_t}}{\mathrm{dt}}=0---\left(7\right)$

结合初始条件，最终得：

$U_{C_t}\left(t\right)=\frac{C_s{U}_0}{C_s+C_t}\cos {\mathrm{\ω}}_{2}t-\frac{C_s{U}_0}{C_s+C_t}---\left(8\right)$

$i\left(t\right)=-\frac{U_0}{{\mathrm{\ω}}_{2}L}\sin {\mathrm{\ω}}_{2}t---\left(9\right)$

$U_{C_s}\left(t\right)=-\frac{C_t{U}_0}{C_s+C_t}\cos {\mathrm{\ω}}_{2}t-\frac{C_s{U}_0}{C_s+C_t}---\left(10\right)$

其中 ${\mathrm{\ω}}_2=\sqrt{\frac{C_s+C_t}{{\mathrm{LC}}_s{C}_t}}.$

当t＝π/ω₂时，电流过零，V₄和Vt关断。C_S和C_t的电压均为负。

③t₄时刻，触发导通V₅和V₃后的电路原理分析如下：

此时电路中的导通回路包含以下元件：C_S、V₅、V₃、L₂、L₁、C_t，这是一个四阶的电路，不宜采用经典解法，可使用拉普拉斯方法求解，利用程序进行逆变换，得出结果。选择合适的参数，可使C_S和C_t两端的电压快速地从负值快速振荡至正值。电流振荡至反向时，V₅和V₃即关断。

④t₅时刻，触发导通V₂后的电路原理分析如下(以t₅刻为时间零点)：

此时导通V₂引入直流电源的作用为补偿C_s上的电压降，同时Vt上的正向电压也有略微提高。在C_S的电压得到补偿后，由于电流振荡反向，V₂关断，直流电源被隔离。C_S-V₂-L₂导通回路时一个无阻尼的直流源的LC二阶振荡电路，初始条件U_Cs(0)＝-U₁₀，设直流电压的值为E，则回路基本方程为：

$\frac{d^2{u}_{C_S}}{{\mathrm{dt}}^2}+\frac{1}{L_2{C}_S}{u}_c=E---\left(11\right)$

结合初始条件，其解为：

U $U_{C_S}\left(t\right)=-(E-U_{10})\cos {\mathrm{\ω}}_{3}t+E---\left(12\right)$

其中 ${\mathrm{\ω}}_2=\frac{1}{\sqrt{L_2{C}_S}}.$

通过搭建物模以及仿真进行验证

为验证新型换流阀合成试验回路设计的可行性，并为后续实际工程试验回路的建立积累经验，搭建了按比例缩小的物理模拟试验回路。同时，与simulink仿真的结果相比较，验证其可靠性，并测试触发脉冲的时序的正确性及驱动回路是否可靠工作。

由于物理模型的建立主要着眼于验证试验电压电流波形是否满足试验要求，并验证仿真的可靠性，为实际合成运行试验的做准备，其试验电压和试验电流可降低，电压源电压设为0-50V可调。由单个晶闸管级代替实际运行的换流阀；由直接电触发的形式来触发晶闸管。物理模型选取新型合成试验回路中的大电流回路以及高电压回路部分来进行实验，大电流回路由可关断器件控制电流的通断，电压回路部分由RC振荡回路构成。

晶闸管触发脉冲的形成

晶闸管触发脉冲由单片机产生，采用STC系列90C516RD⁺单片机，该单片机是STC推出的可兼容传统80C51单片机的新一代单片机，具有超强抗干扰、高速和低功耗等特点。其工作电压范围为3.3V-5.5V，时钟频率为0-80MHz，工作频率范围0-40MHz，实际工作频率可达48MHz，其程序空间大小达64K字节，RAM达1280字节，可满足触发脉冲产生的需要。

单片机产生满足试验要求的触发脉冲，不需要复杂的外围电路，只需要单片机最小应用系统。90C516RD⁺单片机支持C语言编程，其开发软件采用Keil u Vision4，在该软件中建立所需的project，程序编译通过后产生后缀为.hex的文件，使用STC-ISP烧录程序将产生触发脉冲的C语言程序烧录至单片机。接通电源后，单片机即可产生所需的触发脉冲。

晶闸管驱动回路的设计

在换流阀合成试验中，换流阀(晶闸管)的驱动回路是一个重要的部分，其担负着可靠触发晶闸管的任务。驱动回路作为弱电部分的控制回路，必须与主回路隔离开来，否则不但不安全，试验电路也无法正常工作。每个晶闸管都需要配备一个独立的驱动回路。

晶闸管驱动回路由缓冲芯片、光耦芯片、驱动芯片和隔离电源等组成。其中“signal”为单片机的输出脉冲，“G”表示驱动回路的输出，接晶闸管的门极。

由于单片机的带负载能力很低，故需要缓冲芯片确保输出触发脉冲的带负载能力，缓冲芯片选用74AHC1G125，5引脚贴片封装。光耦芯片起到光电隔离的作用，使弱电回路(包括单片机系统)与主回路不再有电气上的联系，采用型号为TLP702的光耦芯片。驱动芯片型号为UCC37323D，驱动能力可达4A，驱动信号电平为15V。事实上，光耦芯片自身也有一定的驱动能力，如果选用的晶闸管所需的驱动电流较小，不使用驱动芯片也是可行的，直接用光耦芯片输出驱动信号。

驱动回路的供电依靠隔离电源，隔离电源型号为金升阳F0515S-1WR2，输入5V转输出15V。驱动回路的供电电源必须与输出脉冲信号隔离开来，即驱动回路的供电电源“地”与输出脉冲信号的“地”必须隔离，否则电路无法正常工作。在驱动回路电路图中，供电电源“地”用“GND”表示，输出脉冲信号的“地”用“PGND”表示。驱动板上元件基本都采用贴片结构，节省了驱动板的空间大小；驱动信号输出电平为15V。

物理模型主回路的搭建

按照拓扑结构搭建物理模型所需的高电压回路和大电流回路。搭建主回路时应注意各试验元件的选择。

在物理模拟试验回路中，由单个晶闸管模块来模拟换流阀，采用型号为TYN1225的晶闸管，该晶闸管的基本参数如表1所示。试验电容器采用聚丙烯电容器(CBB)，具有大容量、体积小、介质损耗小、稳定性高等优点。试验电感选择使用以硅钢片作为铁芯的直流电抗器，而不能使用铁氧体作为铁芯的电感。根据试验回路的原理，试验电感将流过直流电流，硅钢片铁芯使用于低频或者直流的应用场合，具有两大优点：1、可降低磁滞损耗，；2、降低涡流损耗。而如果采用铁氧体铁芯的电感，由于铁氧体的饱和磁密很低，通过直流电流时，铁氧体铁芯电感将高度饱和，继而无法工作甚至烧毁。

表1

电流源回路采用可关断器件控制电流的通断，物理模拟试验回路中采用PowerMOSFET(功率场效应管)来控制。试验回路使用上海贝岭公司的型号为BLV7N60的Power MOSFET，其漏极与源极之间的最大电压V_DS为600V，导通时的持续电流(漏极电流I_D)可达7A，栅极触发电压在2V-4V之间。该功率场效应管也使用上节所介绍的驱动回路来触发导通与关断，有利于试验的调试。

物理模拟试验回路的参数如表2所示，电流源回路串联50Ω电阻，用以控制电流的大小。

表2

试验主回路搭建完毕后，将其与晶闸管触发脉冲产生回路以及驱动回路组装起来，并连接各电源和示波器，形成一套完整的试验系统。在试验过程中，若需要单脉冲的触发脉冲来进行调试，可采用信号发生器来产生触发脉冲信号，便于调试。试品晶闸管回路中串接无感电阻，测其两端的电压，即可得到电流的大小。

物理模拟回路的仿真建模

采用仿真软件matlab/simulink对回路进行验证性仿真研究。仿真的参数与物理模型的参数保持一致。

试验结果与仿真对比

通过对物理模拟试验回路的调试和试验，得到了一些有益的试验结果。通过连续运行试验的试验波形图，试品晶闸管在导通期间，通过电流回路提供的电流，承受的电压几乎为零；在阻断期间，试品晶闸管先承受反向恢复电压，再承受正向电压，与换流阀连续运行时产生的实际电压类似，满足换流阀的试验要求。

实测波形的最大反向恢复电压为16.65V，正向电压为15.40V。由于模拟试验回路中不可避免地存在着电阻损耗，晶闸管本身也会产生损耗，试品两端电压经过一次LC振荡都会有一定的降低。实际工程应用时，由于试验电压较高，这种损耗不明显，影响相对较小。其解决办法是在振荡结束时通过充电回路给电容器充电。另外，由于杂散电容的存在，使得晶闸管在关断时，杂散电容与回路电感振荡产生了电压过冲，这是实际运行试验中需要注意的。

改变辅助晶闸管的时序脉冲，可实现其他的试验项目。试品晶闸管承受的电压过程为“反向恢复电压—正向电压—反向电压—正向电压”，一个周期内电压经过两次翻转，与换流阀最大暂时运行工况下的承受的电压类似。

以下以连续运行试验为例，将实测电压波形与仿真波形进行比较。实测波形的数据从示波器取出，使用matlab软件画出波形与仿真结果相比较，如图3所示，试验电压波形如实线所示，仿真电压波形如虚线所示，两者波形基本一致。

表3为物理模型试验结果与仿真结果的数据对比，从表3可以看出，物理模型的仿真的结果相当接近，误差不超过12.6％，产生误差的原因分析如下：1)仿真时将晶闸管看成理想器件，而试验时的晶闸管不是理想的，其关断特性及杂散参数都会对试验波形产生影响；2)物理模型回路中难免存在着损耗，如电抗器自身的电阻、导线的电阻等，而仿真的器件是理想的；3)驱动板虽然做了隔离处理，但实际试验时，并不能完全消除其影响。另外，物理模型的电流波形与仿真结果吻合得很好，波形相同，误差也仅有5.7％。

根据物理模型回路与仿真的结果对比，误差在可接受的范围内，认为采用simulink进行合成试验回路的仿真是完全可行的，合成试验回路的设计以及脉冲时序控制也是满足换流阀试验运行试验要求的。

表3

根据新型合成试验回路的拓扑图，搭建了物理模拟试验回路，介绍了物理模型设计的过程。最后，得出了物理模拟试验回路的实测波形以及simulink了仿真波形，通过两者的对比，验证了合成试验回路的可行性及仿真的可靠性，为实际参数的特高压直流换流阀运行合成试验的仿真以及后续实际试验用合成试验装置的开发做基础。

本发明产生的有益效果如下：

1)基于各个运行工况的理论分析和IEC标准，提出了特高压换流阀试品及其运行试验要求，并结合锦屏-苏南+800kV特高压直流输电工程的实际参数，提出了UHVDC换流阀运行试验要求的试验参数。结果表明，若采用6个晶闸管级作为一个最小试验单元，运行试验装置的试验电压不应小于35.3kV，试验电流应大于4.81kA。

2)提出了一种新型合成试验回路，给出了其拓扑结构设计方案，并对其电路原理进行了详细的分析。新型合成试验回路设置了3部分的回路，即高电压回路，12脉动换流器回路和IGCT控制的大电流回路，对于各项试验时，选取其中的两部分回路进行试验。其中首次在装置中提出采用可关断器件IGCT来控制电流的通断的思想，这样电流的通断时间可控性强，试验灵活性好；此外，试验回路提供的电压波形与实际运行工况高度相似，试验的等效性高。

3)首次在试验回路的采用零功率运行方式运行的12脉动换流器来提供所需的大电流，其输出电流5.09kA，电流源的功率仅为648kW，使得试验回路具有经济性好，控制难度较小和试验等效性高等特点。

4)根据实际特高压换流阀的试验参数及要求，给出了参数和电压电流波形，

结果表明新型合成试验回路的仿真波形能够满足试验的要求。从电流和电压的等效性两方面对新型合成试验的等效性进行了分析。分析表明，试品阀开通时的电流上升率di/dt_on、关断时的电流下降率di/dt_off、以及断态的电压上升率du/dt均能满足试验要求，并能根据试验需要实现可调，试验灵活性高。

Claims (5)

1.一种特高压直流换流阀运行合成试验装置，其特征在于，包括两两之间相互连接的12脉波换流器回路、高电压回路与大电流回路，所述的高电压回路为待试阀提供反向恢复电压和正向电压，所述的大电流回路为待试阀提供通过的大电流，所述的12脉波换流器回路为待试阀提供所需的高电压、故障过电流和直流断续电流。

2.根据权利要求1所述的特高压直流换流阀运行合成试验装置，其特征在于，所述的12脉波换流器回路由两个6脉波整流桥串联而成，每个6脉波整流桥连接一组变压器，其中一组为Y/Y连接变压器，另一组为Y/Δ连接变压器，所述的待试阀安装在与Y/Y连接变压器连接的整流桥桥臂上。

3.根据权利要求2所述的特高压直流换流阀运行合成试验装置，其特征在于，所述的两个6脉波整流桥的三相电压差30°。

4.根据权利要求2所述的特高压直流换流阀运行合成试验装置，其特征在于，所述的高电压回路包括电容C_t、电感L₁、晶闸管阀V_f、电容C_s、电感L₂、稳压管、晶闸管阀V₂、晶闸管阀V₅和第一直流电压源，所述的晶闸管阀V_f与待试阀V_t正向并联，所述的晶闸管阀V_f正极与电容C_t一端、电感L₁一端连接，所述的电感L₁另一端通过稳压管分别与电容C_s一端、电感L₂一端连接，所述的电感L₂另一端分别与晶闸管阀V₂负极、晶闸管阀V₅负极连接，所述的晶闸管阀V₂正极与第一直流电压源正极连接，所述的第一直流电压源负极、晶闸管阀V₅正极、电容C_s另一端、电容C_t另一端分别与晶闸管阀V_f负极连接。

5.根据权利要求4所述的特高压直流换流阀运行合成试验装置，其特征在于，所述的大电流回路包括集成门极换流晶闸管IGCT、电感L₃、电容C₃和第二直流电压源，所述的集成门极换流晶闸管IGCT的阳极通过电感L₃分别与电容C₃一端和第二直流电压源正极连接，第二直流电压源负极与电容C₃另一端连接，所述的集成门极换流晶闸管IGCT阴极与待试阀V_t正极连接。

Images