CN104422836A - 一种过电流关断试验电路及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种过电流关断试验电路，用于对换流阀进行过电流关断试验；所述试验电路包括电容充电电源模块、故障电流发生电路和换流阀充电电源模块，所述电容充电电源模块的正、负极分别连接故障电流发生电路的正、负极性输入端，所述故障电流发生电路的正极性输出端分别连接换流阀充电电源模块的正极和换流阀的高压输出端，故障电流发生电路的负极性输出端分别连接换流阀充电电源模块的负极和换流阀的低压输出端。此种试验电路可将模拟故障电流施加于换流阀段，使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，实现对换流阀运行工况的试验考核，控制简单，实现方便。本发明还公开一种过电流关断试验电路的控制方法。

Description

一种过电流关断试验电路及其控制方法

技术领域

本发明涉及大功率电力电子技术的运行试验方法，特别涉及一种过电流关断试验电路及其实现方法。

背景技术

随着大功率电力电子变流技术在电力系统中的应用，其核心部件——换流阀的可靠性成为系统安全的关键。系统电压高、电流大、容量大，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。

在基于可关断器件阀大功率电力电子装置的实际运行中，会发生由于系统过负荷、换流阀桥臂直通故障、交流侧故障等原因引起模块中绝缘栅双极型晶体管（IGBT）过电流，同时由于系统保护动作时间较长，IGBT必须承受故障期间的过电流，并可靠关断。进行过电流关断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被测对象注入实际工况的大电流。

基于前述需求，本案由此产生。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种过电流关断试验电路及其控制方法，其可将模拟故障电流施加于换流阀段，使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，实现对换流阀运行工况的试验考核，控制简单，实现方便。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种过电流关断试验电路，用于对换流阀进行过电流关断试验；所述试验电路包括电容充电电源模块、故障电流发生电路和换流阀充电电源模块，所述电容充电电源模块的正、负极分别连接故障电流发生电路的正、负极性输入端，所述故障电流发生电路的正极性输出端分别连接换流阀充电电源模块的正极和换流阀的高压输出端，故障电流发生电路的负极性输出端分别连接换流阀充电电源模块的负极和换流阀的低压输出端。

上述电容充电电源模块包括相互串联的第一直流电源和第三控制开关，并将与第一直流电源的正极方向一致的一端定义为电容充电电源模块的正极，而另一端定义为电容充电电源模块的负极。

上述故障电流发生电路包括包括第一电阻、第二电阻、电容、电感、第一控制开关和第二控制开关，其中，第二电阻、电容和电感相互串联组成串联连接，且第一电阻并联在电容的两端；前述串联连接的两端分别连接第一控制开关的一端和第二控制开关的一端，定义第一控制开关与该串联连接的连接点为故障电流发生电路的正极性输入端，定义第一控制开关的另一端为故障电流发生电路的正极性输出端；定义第二控制开关与前述串联连接的连接点为故障电流发生电路的负极性输入端，定义第二控制开关的另一端为故障电流发生电路的负极性输出端。

上述第二电阻采用可调电阻，电感采用可调电感。

上述换流阀充电电源模块包括相互串联的第二直流电源和第四控制开关，并将与第二直流电源的正极方向一致的一端定义为换流阀充电电源模块的正极，而另一端定义为换流阀充电电源模块的负极。

上述换流阀包括至少一个功率半导体开关器件，所有功率半导体开关器件同向级联。

上述换流阀采用模块化多电平换流器。

针对如前所述的一种过电流关断试验电流的控制方法，包括如下步骤：

（1）断开第一控制开关、第二控制开关和第三控制开关，闭合第四控制开关，换流阀充电电源模块中的第二直流电源为换流阀充电直至模块运行电压，断开第四控制开关；

（2）闭合第三控制开关，所述电容充电电源模块中的第一直流电源为故障电流发生电路中的电容充电，直到达到充电电压，断开第三控制开关；

（3）闭合第一控制开关和第二控制开关，触发换流阀中的下管导通，电容放电，形成所需电流。

采用上述方案后，本发明具有以下特点：

（1）本发明仅需几个开关的分合即可实现对电路的操作，控制简单，实现方便，对于试验装置的安全性十分有利；

（2）本发明通过设置故障电流发生电路，将大电流施加于换流阀，使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，实现对换流阀运行工况的试验考核，为换流阀的可靠运行提供保证。

附图说明

图1是本发明的整体架构图；

图2是换流阀的电流波形图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。

如图1所示，本发明提供一种过电流关断试验电路，用于对换流阀4进行过电流关断试验，所述换流阀4包括至少一个功率半导体开关器件，所有功率半导体开关器件同向级联，在本实施例中，换流阀4采用模块化多电平换流器，每个功率半导体开关器件均包括有上管16和下管15，采用绝缘栅双极型晶体管（IGBT）；所述试验电路包括电容充电电源模块1、故障电流发送电路2和换流阀充电电源模块3，所述电容充电电源模块1的正极连接故障电流发生电路2的正极性输入端，电容充电电源模块1的负极连接故障电流发生电路2的负极性输入端；所述故障电流发生电路2的正极性输出端分别连接换流阀充电电源模块3的正极和换流阀4的高压输出端，故障电流发生电路2的负极性输出端分别连接换流阀充电电源模块3的负极和换流阀4的低压输出端。下面将分别进行介绍。

所述电容充电电源模块1包括相互串联的第一直流电源5和第三控制开关6，二者相互串联后的两端作为电容充电电源模块1的两个端子，并将与第一直流电源5的正极方向一致的一端定义为电容充电电源模块1的正极，而另一端定义为电容充电电源模块1的负极；也即，第一直流电源5与第三控制开关6的串接位置不做限定，既可以如图1中所示，第一直流电源5的负极连接第三控制开关6的一端，将第一直流电源5的正极作为电容充电电源模块1的正极，将第三控制开关6的另一端作为电容充电电源模块1的负极，也可以将第一直流电源的正极连接第三控制开关的一端，将第一直流电源的负极作为电容充电电源模块1的负极，将第三控制开关的另一端作为电容充电电源模块的正极。

所述故障电流发生电路2包括第一电阻9、第二电阻7、电容8、电感10、第一控制开关11和第二控制开关12，其中，第二电阻7、电容8和电感10相互串联组成串联连接，前述串联连接可以采用图1所示的顺序，也可以改变其串接位置，此乃本领域常识，在此不再赘述；所述第一电阻并联在电容的两端；前述串联连接的两端分别连接第一控制开关11的一端和第二控制开关12的一端，定义第一控制开关11与该串联连接的连接点为故障电流发生电路2的正极性输入端，定义第一控制开关11的另一端为故障电流发生电路2的正极性输出端；定义第二控制开关12与前述串联连接的连接点为故障电流发生电路2的负极性输入端，定义第二控制开关12的另一端为故障电流发生电路2的负极性输出端。在本实施例中，第二电阻7采用可调电阻，阻值为0～10欧姆可调，电感10采用可调电感，感值为0～20mH可调，电容8的容值是10mF，第一电阻9的阻值是1欧姆，通过采用阻值与感值可调的元器件，通过调节电感10的感值，可以控制故障电流发生电路2输出电流的振荡频率；通过调节第二电阻7的阻值，可以控制故障电流发生电路2输出电流的衰减系数。

所述换流阀充电电源模块3包括相互串联的第二直流电源14和第四控制开关13，二者相互串联后的两端作为换流阀充电电源模块3的两个端子，并将与第二直流电源14的正极方向一致的一端定义为换流阀充电电源模块3的正极，而另一端定义为换流阀充电电源模块3的负极，前述第二直流电源14和第四控制开关13的串接位置同样不做限定。

本发明还提供一种基于前述过电流关断试验电路的控制方法，包括如下步骤：

（1）断开第一控制开关11、第二控制开关12和第三控制开关6，闭合第四控制开关13，此时换流阀充电电源模块3中的第二直流电源14为换流阀4充电直至模块运行电压，断开第四控制开关13；

（2）闭合第三控制开关6，所述电容充电电源模块1中的第一直流电源5为故障电流发生电路2中的电容8充电，直到达到充电电压，断开第三控制开关6；

（3）闭合第一控制开关11和第二控制开关12，触发换流阀4中的下管15导通，电容8放电，形成所需电流，如图2所示，横坐标表示时间，100us/格，纵坐标表示电流，100A/格，。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (8)

1.一种过电流关断试验电路，用于对换流阀进行过电流关断试验；其特征在于，包括电容充电电源模块、故障电流发生电路和换流阀充电电源模块，所述电容充电电源模块的正、负极分别连接故障电流发生电路的正、负极性输入端，所述故障电流发生电路的正极性输出端分别连接换流阀充电电源模块的正极和换流阀的高压输出端，故障电流发生电路的负极性输出端分别连接换流阀充电电源模块的负极和换流阀的低压输出端。

2.如权利要求1所述的一种过电流关断试验电路，其特征在于：所述电容充电电源模块包括相互串联的第一直流电源和第三控制开关，并将与第一直流电源的正极方向一致的一端定义为电容充电电源模块的正极，而另一端定义为电容充电电源模块的负极。

3.如权利要求2所述的一种过电流关断试验电路，其特征在于：所述故障电流发生电路包括包括第一电阻、第二电阻、电容、电感、第一控制开关和第二控制开关，其中，第二电阻、电容和电感相互串联组成串联连接，且第一电阻并联在电容的两端；前述串联连接的两端分别连接第一控制开关的一端和第二控制开关的一端，定义第一控制开关与该串联连接的连接点为故障电流发生电路的正极性输入端，定义第一控制开关的另一端为故障电流发生电路的正极性输出端；定义第二控制开关与前述串联连接的连接点为故障电流发生电路的负极性输入端，定义第二控制开关的另一端为故障电流发生电路的负极性输出端。

4.如权利要求3所述的一种过电流关断试验电路，其特征在于：所述第二电阻采用可调电阻，电感采用可调电感。

5.如权利要求3所述的一种过电流关断试验电路，其特征在于：所述换流阀充电电源模块包括相互串联的第二直流电源和第四控制开关，并将与第二直流电源的正极方向一致的一端定义为换流阀充电电源模块的正极，而另一端定义为换流阀充电电源模块的负极。

6.如权利要求1所述的一种过电流关断试验电路，其特征在于：所述换流阀包括至少一个功率半导体开关器件，所有功率半导体开关器件同向级联。

7.如权利要求6所述的一种过电流关断试验电路，其特征在于：所述换流阀采用模块化多电平换流器。

8.针对如权利要求5所述的一种过电流关断试验电流的控制方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）断开第一控制开关、第二控制开关和第三控制开关，闭合第四控制开关，换流阀充电电源模块中的第二直流电源为换流阀充电直至模块运行电压，断开第四控制开关；

（2）闭合第三控制开关，所述电容充电电源模块中的第一直流电源为故障电流发生电路中的电容充电，直到达到充电电压，断开第三控制开关；

（3）闭合第一控制开关和第二控制开关，触发换流阀中的下管导通，电容放电，形成所需电流。