CN104914340B - 柔性直流输电换流阀全控型器件过流关断试验系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种柔性直流输电换流阀全控型器件过流关断试验系统及方法，试验系统包括与高压电网相接的整流站与逆变站，整流站与逆变站之间通过直流母线连接；整流站与逆变站均包括多个具有全控型器件的换流阀支路，全控型器件过流关断试验能够在任意一条换流阀支路上进行，进行试验的换流阀支路上并联有短路回路；短路回路包括与换流站进线断路器连锁的真空断路器以及电子开关；整流站与逆变站分别连接控制器。试验方法通过使换流站进线断路器分断后连锁闭合真空断路器，真空断路器启动控制器，控制器接通电子开关并发送控制脉冲，形成全控型器件过流关断试验回路。本发明运行稳定可靠，能够在接近实地工况条件下满足过流关断试验的技术要求。

Description

柔性直流输电换流阀全控型器件过流关断试验系统及方法

技术领域

本发明属于柔性直流输电试验领域，具体涉及一种柔性直流输电换流阀全控型器件过流关断试验系统及方法。

背景技术

随着可关断大功率高压绝缘栅双极型晶体管(IGBT)阀技术器件开始应用于直流输电，标志着第三代直流输电技术的诞生。

这种技术适合于小容量输电，也适合于大容量输电。随着世界范围内柔性直流输电工程的增加，柔性直流输电技术飞速发展，并且在实际工程应用中电压越来越高，电流也越来越大，如何在试验环境中模拟与实际运行工况相同的等效试验回路，建立与实际工况相符的试验回路，成为对柔性直流设备进行试验的关键问题，也是能否保证工程安全稳定运行的瓶颈所在。

在柔性直流输电工程实际运行中会发生由于系统故障，直流侧接地等故障造成的模块中全控型器件并联二极管过电流，由于二极管无法关断过电流，且系统保护动作时间长，二极管过电流会远远超过器件本身的耐受值而造成损坏。因此功率模块采用与下管全控型器件反并联的保护晶闸管在全控型器件过电流关断时动作，分担大部分过电流，以达到保护器件本身及装置的目的。

柔性直流输电运行试验中换流阀的全控型器件过流关断目的就是考验在故障电流、过电流运行工况下，其在最大电流、电压、温度等应力作用下的设计是否正确，从而保证系统安全运行。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种运行稳定可靠，能够在接近实地工况条件下对柔性直流输电运行中换流阀全控型器件过流关断进行考验的试验系统及方法。

为了实现上述目的，本发明柔性直流输电换流阀全控型器件过流关断试验系统采用的技术方案为：包括经换流站进线断路器与高压电网相接的整流站与逆变站，整流站与逆变站之间通过直流母线连接；

所述的整流站与逆变站均包括多个具有全控型器件的换流阀支路，全控型器件过流关断试验能够在任意一条换流阀支路上进行，进行试验的换流阀支路上并联有短路回路；所述的短路回路包括与换流站进线断路器连锁的真空断路器，以及用于形成全控型器件过流关断回路的电子开关；所述的整流站与逆变站分别通过光缆连接控制器，换流站进线断路器分断后连锁闭合真空断路器，真空断路器启动控制器，控制器接通电子开关并发送控制脉冲，形成全控型器件过流关断试验回路，当控制器检测到换流阀支路电流大于设定值时控制全控型器件关断。

所述的整流站与逆变站均包括六个换流阀支路，每个换流阀支路包括两个换流阀组件，一台电流传感器及一台空心电抗器。

所述的换流阀组件包括七个功率模块，每个功率模块包括串联的两只全控型器件，每只全控型器件带有反并联的晶闸管，全控型器件两端并联快速开关。

所述的换流阀支路外接用于记录支路两端电压波形，晶闸管通过电流波形及短路电流持续时间的录波仪。

所述的短路回路还包括用于限制短路电流的电感以及限流电阻。

本发明柔性直流输电换流阀全控型器件过流关断试验方法，采用的技术方案包括以下步骤：

步骤1、将整流站与逆变站经换流站进线断路器与高压电网相接，整流站与逆变站之间通过直流母线连接，整流站与逆变站均包括多个具有全控型器件的换流阀支路，选择任意一条换流阀支路进行试验，进行试验的换流阀支路上并联短路回路，短路回路包括与换流站进线断路器连锁的真空断路器，及用于形成全控型器件过流关断回路的电子开关，整流站与逆变站分别通过光缆连接控制器；

步骤2、向整流站与逆变站通入加热去离子水，使全控型器件的结温达到试验要求；

步骤3、将换流站进线断路器闭合，启动整流站与逆变站，使整流站与逆变站运行电流达到试验要求值并持续运行，进而使试验换流阀支路全控型器件的工况达到热平衡；

步骤4、分断换流站进线断路器，停止整流站与逆变站，换流站进线断路器连锁闭合真空断路器，真空断路器启动控制器，控制器接通电子开关，形成全控型器件过流关断试验回路；

步骤5、控制器接通电子开关的同时，延时发出换流阀支路控制脉冲，使进行试验的换流阀支路在短路状态下工作，测试全控型器件过流情况下参数。

所述的步骤1中短路回路还包括用于限制短路电流的电感以及限流电阻，通过调整电感以及限流电阻的大小来调整过流关断电流值，以达到试验要求。

所述的步骤3中整流站与逆变站运行电流达到试验要求值时持续运行30min。

所述的步骤5中控制器检测到换流阀支路电流大于设定值时控制全控型器件关断，并发出全控型器件保护脉冲使设置在该支路旁路的晶闸管触发导通。

所述的步骤5中换流阀支路外接录波仪，通过录波仪记录支路两端以及全控型器件过流情况下的波形及各项参数。

与现有技术相比，本发明试验系统将整流站与逆变站直接与高压电网相接，系统启动后，整流站直接从高压电网采集交流电并转换成直流，然后通过直流母线将电流传递至逆变站，通过逆变站再将直流电转换成交流电回馈到高压电网。其中，整流站与逆变站包括多个具有全控型器件的换流阀支路，电流传递过程中能够实现全控型器件的试验。利用这种柔性直流输电背靠背回路，能够使试验条件最接近实际工况，取得的试验数据最接近实地工况值，完全考核了换流阀的特性，是实现柔性直流输电换流阀关断电流的最佳试验方案。本发明全控型器件过流关断试验能够在任意一条换流阀支路上进行，进行试验的换流阀支路并联短路回路，换流站进线断路器分断后连锁闭合真空断路器，真空断路器启动控制器，控制器接通电子开关并发送控制脉冲，形成全控型器件过流关断试验回路。通过这种方式，本发明试验系统解决了柔性直流输电换流阀全控型器件过流关断试验中，被试品换流阀的电压等级高、电流大、容量大以及供电回路复杂等在传统的合成回路上条件难以实现的问题，稳定可靠的满足了柔性直流输电运行中换流阀全控型器件过流关断试验技术要求。

与现有技术相比，本发明试验方法首先连接好试验系统并使全控型器件的结温达到试验要求，当试验换流阀支路全控型器件的工况达到热平衡后，使整流站与逆变站停止运行，通过控制器接通电子开关，形成全控型器件过流关断试验回路，控制器延时发出换流阀支路控制脉冲，使进行试验的换流阀支路在短路状态下工作，进行全控型器件过流情况下参数测试。本发明试验方法利用整流站与逆变站组成的柔性直流输电背靠背回路，能够使试验条件最接近实际工况，取得的试验数据最接近实地工况值，并且背靠背回路在脱离电网的情况下进行试验，使得换流阀支路中全控型器件过流关断试验的风险降到最低，试验过程安全可靠。本发明的试验方法能够在柔性直流输电背靠背系统的送端和受端进行等效工况试验，对试验的考核更加全面。

附图说明

图1本发明试验系统的整体结构电路原理图；

图2本发明试验换流阀支路的电路原理图；

附图中：A-整流站；B-逆变站；Q0-换流站进线断路器；K-真空断路器；L-电感；M-电子开关；R-限流电阻。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。

参见图1，2，本发明的柔性直流输电运行中换流阀全控型器件过流关断试验系统由两个换流器站组成，分别为整流站A与逆变站B，两换流站经换流站进线断路器Q0与10KV高压电网相接，两换流站之间连接直流母线；整流站A与逆变站B分别通过光缆对应连接到各自的控制器VGC、VCM，通过各自的VGC、VCM，对其进行控制。用试验工程阀来替代背靠背回路试验系统整流站A或逆变站B的六支桥臂作为被试换流器。全控型器件过流关断试验可在两个换流器站中的任意一换流阀支路进行。短路回路与被试品换流阀支路并联，亦即短路回路上的真空断路器K与被试品换流阀支路的高电位端连接，并且真空断路器K依次串接限流电阻R、限制短路电流的电感L以及电子开关M，电子开关M再连接到被试品支路的低电位端；真空断路器K与换流站进线断路器Q0连锁，VCM与真空断路器K连锁，由VCM通过光缆控制大容量电子开关。使用录波仪分别记录被试品换流阀支路两端电压波形，与全控型器件并联晶闸管KP通过的电流及波形，及被试品换流阀支路的短路电流持续时间等参数等。

柔性直流输电背靠背回路试验系统中由两个换流器站组成，每个换流器站由六个换流桥臂构成，一个换流桥臂由两个换流阀组件、一台电流传感器和一台空心电抗器组成，每个换流阀组件由七个功率模块组成，每个功率模块由一只全控型器件及一只与其反并联晶闸管串联一只全控型器件及并联在全控型器件两端的快速开关构成，以任一条换流阀支路作为被试品进行全控型器件过流关断试验。

背靠背回路试验系统中，Q0为整流站A与逆变站B用高压断路器；R0为限流电阻器，主要限制回路充电时的浪涌电流；T01、T02为变压器；L1-L6为桥臂电抗，主要用于限制换流、减少谐波。

换流阀支路全控型器件过流关断试验连接如图2所示，回路中K为真空断路器，作用为断开过电流支路，使六路桥臂阻抗平衡；R、L为换流阀支路过电流的负载，调整过电流值大小；大容量电子开关控制过流回路的快速开通。

柔直换流阀的全控型器件过流关断试验方法包括以下步骤：

A、连接好测量仪器、仪表；在各项试验条件准备完成后，通过给换流器通入加热去离子水，使换流阀支路全控型器件的结温达到试验要求；

B、启动背靠背回路试验系统，使其运行电流达到试验要求值，持续运行30min，使被试换流阀支路全控型器件的工况达到热平衡；

C、背靠背回路试验系统停止运行，换流站进线断路器Q0分断；同时通过连锁合上短路回路中的真空断路器K，真空断路器K启动VCM短路控制程序，由VCM通过光缆接通大容量电子开关，全控型器件过电流回路形成；

D、启动VCM全控型器件过电流控制程序，同时VCM延时发出被试换流阀支路控制脉冲，被试换流阀支路在过电流状态下工作；

E、VCM在检测到被试换流阀支路电流值大于试验设定值时立即关断该支路的全控型器件，并发出脉冲使该支路旁路晶闸管触发导通，分担支路大部分过电流，保护全控型器件；

F、通过调整短路回路的限制电流的电感L，再连接限流电阻R，来调整过流关断电流值，以达到试验要求；

G、通过录波仪分别记录被试品换流阀支路两端电压波形，全控型器件过流关断支路总电流及波形，与全控型器件并联晶闸管KP通过的电流及波形，及被试品换流阀支路的短路电流持续时间等参数，快速开关接通时间等。

本发明利用柔性直流输电背靠背回路试验系统和电子机械混合式装置进行柔直换流阀全控型器件过流关断电流试验，提供的试验系统及方法对MMC换流器全控型器件过流关断试验接近实地工况，取得的试验数据最接近实地工况值，并且在柔性直流输电背靠背系统的送端和受端都可进行等效工况试验。

本发明完全满足柔性直流输电运行试验中换流阀的全控型器件过流关断试验的技术要求；本发明通过在柔性直流输电背靠背回路试验系统中运行，使被试MMC换流器全控型器件的工况达到热平衡后，停止系统运行，且使背靠背回路试验系统在脱离电网的情况下进行试验，使MMC换流器全控型器件过流关断试验的风险降到最低，试验过程安全可靠。

本发明的试验方法已经通过工程阀试验验证，稳定可靠。

Claims (6)

1.一种柔性直流输电换流阀全控型器件过流关断试验系统，其特征在于：包括经换流站进线断路器(Q0)与高压电网相接的整流站(A)与逆变站(B)，整流站(A)与逆变站(B)之间通过直流母线连接；

所述的整流站(A)与逆变站(B)均包括多个具有全控型器件的换流阀支路，全控型器件过流关断试验能够在任意一条换流阀支路上进行，进行试验的换流阀支路上并联有短路回路；所述的短路回路包括与换流站进线断路器(Q0)连锁的真空断路器(K)，以及用于形成全控型器件过流关断回路的电子开关(M)，还包括用于限制短路电流的电感(L)以及限流电阻(R)；短路回路上的真空断路器(K)与被试品换流阀支路的高电位端连接，并且真空断路器(K)依次串接限流电阻(R)、限制短路电流的电感(L)以及电子开关(M)，电子开关(M)再连接到被试品支路的低电位端；所述的整流站(A)与逆变站(B)分别通过光缆连接控制器，换流站进线断路器(Q0)分断后连锁闭合真空断路器(K)，真空断路器(K)启动控制器，控制器接通电子开关(M)并发送控制脉冲，形成全控型器件过流关断试验回路，当控制器检测到换流阀支路电流大于设定值时控制全控型器件关断。

2.根据权利要求1所述的柔性直流输电换流阀全控型器件过流关断试验系统，其特征在于：所述的换流阀支路外接用于记录支路两端电压波形，晶闸管通过电流波形及短路电流持续时间的录波仪。

3.一种柔性直流输电换流阀全控型器件过流关断试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、将整流站(A)与逆变站(B)经换流站进线断路器(Q0)与高压电网相接，整流站(A)与逆变站(B)之间通过直流母线连接，整流站(A)与逆变站(B)均包括多个具有全控型器件的换流阀支路，选择任意一条换流阀支路进行试验，进行试验的换流阀支路上并联短路回路，短路回路包括与换流站进线断路器(Q0)连锁的真空断路器(K)，及用于形成全控型器件过流关断回路的电子开关(M)，还包括用于限制短路电流的电感(L)以及限流电阻(R)；短路回路上的真空断路器(K)与被试品换流阀支路的高电位端连接，并且真空断路器(K)依次串接限流电阻(R)、限制短路电流的电感(L)以及电子开关(M)，电子开关(M)再连接到被试品支路的低电位端，通过调整电感(L)以及限流电阻(R)的大小来调整过流关断电流值，以达到试验要求；整流站(A)与逆变站(B)分别通过光缆连接控制器；

步骤2、向整流站(A)与逆变站(B)通入加热去离子水，使全控型器件的结温达到试验要求；

步骤3、将换流站进线断路器(Q0)闭合，启动整流站(A)与逆变站(B)，使整流站(A)与逆变站(B)运行电流达到试验要求值并持续运行，进而使试验换流阀支路全控型器件的工况达到热平衡；

步骤4、分断换流站进线断路器(Q0)，停止整流站(A)与逆变站(B)，换流站进线断路器(Q0)连锁闭合真空断路器(K)，真空断路器(K)启动控制器，控制器接通电子开关(M)，形成全控型器件过流关断试验回路；

步骤5、控制器接通电子开关(M)的同时，延时发出换流阀支路控制脉冲，使进行试验的换流阀支路在短路状态下工作，测试全控型器件过流情况下参数。

4.根据权利要求3所述的柔性直流输电换流阀全控型器件过流关断试验方法，其特征在于：所述的步骤3中整流站(A)与逆变站(B)运行电流达到试验要求值时持续运行30min。

5.根据权利要求3所述的柔性直流输电换流阀全控型器件过流关断试验方法，其特征在于：所述的步骤5中控制器检测到换流阀支路电流大于设定值时控制全控型器件关断，并发出全控型器件保护脉冲使设置在该支路旁路的晶闸管触发导通。

6.根据权利要求3所述的柔性直流输电换流阀全控型器件过流关断试验方法，其特征在于：所述的步骤5中换流阀支路外接录波仪，通过录波仪记录支路两端以及全控型器件过流情况下的波形及各项参数。