CN105093021A - 模块化多电平换流器用桥臂电抗器的温升试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模块化多电平换流器用桥臂电抗器的温升试验方法，所述模块化多电平换流器包括桥臂电抗器，该方法包括：在稳态运行工况下，对桥臂电抗器施加第一等效电流值，并测量绕组的第一热点温升数据；在过负荷运行工况下，对桥臂电抗器施加第二等效电流值，并测量绕组的第二热点温升数据；在测量第二热点温升数据后，将桥臂电抗器上施加的第二等效电流值修改为第一等效电流；在预设的时间内持续运行后，断开电源，测量绕组断电瞬间的热电阻，并根据热电阻，计算获得平均温升数据；在第一热点温升数据、第二热点温升数据和平均温升数据同时满足试验要求时，确定桥臂电抗器为试验合格。采用本发明实施例能提高温升试验的准确性。

Description

模块化多电平换流器用桥臂电抗器的温升试验方法

技术领域

本发明涉及输电技术领域，尤其涉及模块化多电平换流器用桥臂电抗器温升试验方法。

背景技术

模块化多电平换流器是一种采用大功率电力电子器件和模块化多电平拓扑结构设计的换流器，其既可以作为柔性直流输电系统的换流器，也可以作为独立的无功发生装置。模块化多电平换流器具有输出谐波特性好、响应速度快、易于安装和制造等特点，可以为电网提供快速动态无功支撑，提高电网电压稳定性。

模块化多电平换流器一般由A、B、C三相共六只桥臂组成，每两只桥臂串联形成一个相单元，每只桥臂由功率模块和桥臂电抗器L串联组成。详细结构可参见图1，图1为模块化多电平换流器的拓扑结构图。

在考虑换流器的温升问题时，现有技术是针对不同类型的电抗器采用不同的电流作为试验电流，如直流电抗器采用直流电流等效为试验电流，交流电抗器采用流过交流电抗器的实际电流作为试验电流。但是，对应模块化多电平换流器中的桥臂电抗器，其桥臂电流既有大量的交流基频电流，又有较大直流分量、交流二倍频谐波及少量高次谐波。因此，在研究桥臂电抗器的温升时，要考虑交流电流和直流电流的叠加作用，只采用直流电流等效或者实际交流电流的方式进行试验是不合适的。

发明内容

本发明实施例提出一种模块化多电平换流器用桥臂电抗器的温升试验方法，提高温升试验的准确性。

本发明实施例提供一种模块化多电平换流器用桥臂电抗器的温升试验方法，所述模块化多电平换流器包括桥臂电抗器，所述温升试验方法包括：

在稳态运行工况下，对所述桥臂电抗器施加第一等效电流值，并测量绕组的第一热点温升数据；

在过负荷运行工况下，对所述桥臂电抗器施加第二等效电流值，并测量所述绕组的第二热点温升数据；

在测量所述第二热点温升数据后，将所述桥臂电抗器上施加的所述第二等效电流值修改为所述第一等效电流；

在预设的时间内持续运行后，断开电源，测量所述绕组断电瞬间的热电阻，并根据所述热电阻，计算获得平均温升数据；

在所述第一热点温升数据、所述第二热点温升数据和所述平均温升数据同时满足试验要求时，确定所述桥臂电抗器为试验合格。

进一步的，所述在稳态运行工况下，对所述桥臂电抗器施加第一等效电流值，并测量绕组的第一热点温升数据，具体为：

在稳态运行工况下，对所述桥臂电抗器施加的第一等效电流值为第一等效交流电流值；

从施加第一等效交流电流值起，每隔半小时读取所述绕组的第一热点温度和第一环境温度，当绕组的热点温升变化不超过每小时1K后，持续运行3小时；

根据所述第一热点温度和所述第一环境温度，计算获得所述第一热点温升数据。

进一步的，所述在过负荷运行工况下，对所述桥臂电抗器施加第二等效电流值，并测量所述绕组的第二热点温升数据，具体为：

在过负荷运行工况下，对所述桥臂电抗器施加的第二等效电流值为第二等效交流电流值；其中，所述第二等效交流电流值由所述桥臂电抗器的过负荷能力要求而确定；

从施加所述第二等效交流电流值起，每隔半小时读取所述绕组的第二热点温度和第二环境温度，持续运行2小时；

根据所述第二热点温度和所述第二环境温度，计算获得所述第二热点温升数据。

进一步的，所述第一等效交流电流值具体根据以下计算公式计算获得：

$I_{ac1}=\sqrt{\frac{I_{dc}^2{R}_{dc}+I_{ac50}^2{R}_{ac50}+\mathrm{\Σ}1.2P_H}{R_{ac1}}}$

其中，I_ac1为所述第一等效交流电流值，R_ac1为所述桥臂电抗器的等效交流电阻，I_dc为通过所述桥臂电抗器的额定直流电流，R_dc为所述桥臂电抗器的直流电阻，I_ac50为通过所述桥臂电抗器的额定交流基波电流，R_ac50为所述桥臂电抗器在额定交流基波电流下的交流电阻，∑P_H为所述桥臂电抗器的谐波总损耗。

进一步的，所述在稳态运行工况下，对所述桥臂电抗器施加第一等效电流值，并测量绕组的第一热点温升数据，具体为：

在稳态运行工况下，对所述桥臂电抗器施加的第一等效电流值为第三等效直流电流值；

从施加第三等效直流电流值起，每隔半小时读取所述绕组的第三热点温度和第三环境温度，当绕组的热点温升变化不超过每小时1K后，持续运行3小时；

根据所述第三热点温度和所述第三环境温度，计算获得所述第一热点温升数据。

进一步的，所述在过负荷运行工况下，对所述桥臂电抗器施加第二等效电流值，并测量所述绕组的第二热点温升数据，具体为：

在过负荷运行工况下，对所述桥臂电抗器施加的第二等效电流值为第四等效直流电流值；其中，所述第四等效直流电流值由所述桥臂电抗器的过负荷能力要求而确定；

从施加所述第四等效直流电流值起，每隔半小时读取所述绕组的第四热点温度和第四环境温度，持续运行2小时；

根据所述第四热点温度和所述第四环境温度，计算获得所述第二热点温升数据。

进一步的，所述第三等效直流电流值具体根据以下计算公式计算获得：

$I_{dc1}=\sqrt{\frac{I_{dc}^2{R}_{dc}+I_{ac50}^2{R}_{ac50}+1.2{\mathrm{\ΣP}}_H}{R_{dc1}}}$

其中，I_dc1为所述第三等效直流电流值，R_dc1为所述桥臂电抗器的等效直流电阻，I_dc为通过所述桥臂电抗器的额定直流电流，R_dc为所述桥臂电抗器的直流电阻，I_ac50为通过所述桥臂电抗器的额定交流基波电流，R_ac50为所述桥臂电抗器在额定交流基波电流下的交流电阻，∑P_H为所述桥臂电抗器的谐波总损耗。

进一步的，所述第一热点温升数据、所述第二热点温升数据和所述平均温升数据同时满足试验要求，具体为：

在测量所述第一热点温升数据、所述第二热点温升数据和所述平均温升数据时不出现烟雾、局部温升异常偏高和异常放电声响，且所述第一热点温升数据≤85K，所述第二热点温升数据≤115K，所述平均温升数据≤65K。

可见，实施本发明实施例，具有如下有益效果：

本发明实施例提供了一种模块化多电平换流器用桥臂电抗器的温升试验方法。该方法通过测量设备在稳态工况下绕组的第一热点温升数据、在过负荷工况下绕组的第二热点温升数据以及绕组的平均温升数据。在第一热点温升数据、第二热点温升数据以及平均温升数据均测量成功并满足试验要求时，确定该设备试验合格。相比于现有技术的试验方案只采用等效直流的试验方法，本发明试验方法中施加的等效电流可以为等效交流电流或者等效直接电流，等效交流电流试验和等效直接电流试验一并开展，充分考虑桥臂电抗器的交流电流和直流电流的叠加作用，从而提高温升试验的准确性。

附图说明

图1是现有技术提供的模块化多电平换流器的拓扑结构图；

图2是本发明提供的模块化多电平换流器用桥臂电抗器的温升试验方法的一种实施例的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图2，是本发明提供的模块化多电平换流器用桥臂电抗器的温升试验方法的一种实施例的流程示意图。该模块化多电平换流器分别由A、B、C三相共六只桥臂组成，每两只桥臂串联形成一个相单元，每只桥臂由功率模块和桥臂电抗器串联组成。

本发明的温升试验方法主要包括以下步骤：

步骤101：在稳态运行工况下，对桥臂电抗器施加第一等效电流值，并测量绕组的第一热点温升数据。

在本实施例中，温升试验需要采集桥臂电抗器在稳态工况下绕组的热点温升数据、在负荷工况下绕组的热点温升数据以及绕组的平均温升数据。因此，本试验办法的第一步是在稳态运行工况下，对桥臂电抗器施加第一等效电流值。其中，该第一等效电流值可以为第一等效交流电流值或第三等效直流电流值。

如果该第一等效电流值为第一等效交流电流值，则从施加第一等效交流电流值起，每隔半小时读取绕组的第一热点温度和第一环境温度，当绕组的热点温升变化不超过每小时1K后，持续运行3小时。再根据第一热点温度和第一环境温度，计算获得第一热点温升数据。在本实施例中，根据绕组的热点温度和环境温度来计算获得热点温升为现有技术，在此不再赘述。

在本实施例中，施加的第一等效交流电流值可以但不限于利用微积分原理面积等效的方式计算获得，具体公式如下：

$I_{ac1}=\sqrt{\frac{I_{dc}^2{R}_{dc}+I_{ac50}^2{R}_{ac50}+\mathrm{\Σ}1.2P_H}{R_{ac1}}}$

其中，I_ac1为第一等效交流电流值，R_ac1为桥臂电抗器的等效交流电阻，I_dc为通过桥臂电抗器的额定直流电流，R_dc为桥臂电抗器的直流电阻，I_ac50为通过桥臂电抗器的额定交流基波电流，R_ac50为桥臂电抗器在额定交流基波电流下的交流电阻，∑P_H为桥臂电抗器的谐波总损耗。当模块化多电平换流器电平数较高时，谐波总损耗可等效为交流二倍频分量的损耗值。

如果该第一等效电流值为第三等效直流电流值，则从施加第三等效直流电流值起，每隔半小时读取绕组的第三热点温度和第三环境温度，当绕组的热点温升变化不超过每小时1K后，持续运行3小时。再根据第三热点温度和第三环境温度，计算获得第一热点温升数据。

在本实施例中，施加的第三等效直流电流值可以但不限于利用微积分原理面积等效的方式计算获得，具体公式如下：

$I_{dc1}=\sqrt{\frac{I_{dc}^2{R}_{dc}+I_{ac50}^2{R}_{ac50}+1.2{\mathrm{\ΣP}}_H}{R_{dc1}}}$

其中，I_dc1为第三等效直流电流值，R_dc1为桥臂电抗器的等效直流电阻，I_dc为通过桥臂电抗器的额定直流电流，R_dc为桥臂电抗器的直流电阻，I_ac50为通过桥臂电抗器的额定交流基波电流，R_ac50为桥臂电抗器在额定交流基波电流下的交流电阻，∑P_H为桥臂电抗器的谐波总损耗。

步骤102：在过负荷运行工况下，对桥臂电抗器施加第二等效电流值，并测量绕组的第二热点温升数据。

在本实施例中，如果施加的第一等效电流值为第一等效交流电流值，则施加的第二等效电流值为第二等效交流值。本步骤具体为：在过负荷运行工况下，对桥臂电抗器施加第二等效交流电流值。其中，第二等效交流电流值由桥臂电抗器的过负荷能力要求而确定。从施加第二等效交流电流值起，每隔半小时读取绕组的第二热点温度和第二环境温度，持续运行2小时。再根据第二热点温度和第二环境温度，计算获得第二热点温升数据。

在本实施例中，如果第一等效电流值为第三等效直流电流值，则该第二等效电流值为第四等效直流电流值。本步骤具体为：在过负荷运行工况下，对桥臂电抗器施加第四等效直流电流值。其中，第四等效直流电流值由桥臂电抗器的过负荷能力要求而确定。从施加第四等效直流电流值起，每隔半小时读取绕组的第四热点温度和第四环境温度，持续运行2小时。再根据第四热点温度和第四环境温度，计算获得第二热点温升数据。

步骤103：在测量第二热点温升数据后，将桥臂电抗器上施加的第二等效电流值修改为第一等效电流；

步骤104：在预设的时间内持续运行后，断开电源，测量绕组断电瞬间的热电阻，并根据热电阻，计算获得平均温升数据。

在本实施例中，该预设的时间可以但不限于为3小时。平均温升数据可以根据以下计算公式计算获得：

${\mathrm{\θ}}_r=\frac{R_{hot}\×(225+T_0)}{R_0}-225-T_r$

其中，θ_r为切断电源瞬间的绕组平均温升，T_r为切断电源瞬间的环境温度，R_hot为切断电源瞬间的绕组热态电阻，R₀为常温状态下的绕组电阻，T₀为测量常温状态下绕组电阻时的绕组温度。

由于常态下环境温度在30℃左右，故绕组平均温升和热点温升可折算到30℃环境温度下，折算公式为：

${\mathrm{\θ}}_{30}=\frac{{\mathrm{\θ}}_r\×(225+30)}{225+T_r}$

步骤105：在第一热点温升数据、第二热点温升数据和平均温升数据同时满足试验要求时，确定该桥臂电抗器为试验合格。

在本实施例中，第一热点温升数据、第二热点温升数据和平均温升数据同时满足试验要求，具体为：在测量第一热点温升数据、第二热点温升数据和平均温升数据时不出现烟雾、局部温升异常偏高和异常放电声响，且第一热点温升数据≤85K，第二热点温升数据≤115K，平均温升数据≤65K。否则，判定该桥臂电抗器为试验不合格。

本发明所提供的温升试验方法解决了桥臂电抗器因既有交流电流又有直流电流的特点而无法确定温升试验方案的问题，提高了试验验证的要求与准确性。

可见，本发明实施例提供了一种模块化多电平换流器用桥臂电抗器的温升试验方法。该方法通过测量设备在稳态工况下绕组的第一热点温升数据、在过负荷工况下绕组的第二热点温升数据以及绕组的平均温升数据。在第一热点温升数据、第二热点温升数据以及平均温升数据均测量成功并满足试验要求时，确定该设备试验合格。相比于现有技术的试验方案只采用等效直流的试验方法，本发明试验方法中施加的等效电流可以为等效交流电流或者等效直接电流，等效交流电流试验和等效直接电流试验一并开展，充分考虑桥臂电抗器的交流电流和直流电流的叠加作用，从而提高温升试验的准确性。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种模块化多电平换流器用桥臂电抗器的温升试验方法，所述模块化多电平换流器包括桥臂电抗器，其特征在于，所述温升试验方法包括：

在稳态运行工况下，对所述桥臂电抗器施加第一等效电流值，并测量绕组的第一热点温升数据；

在过负荷运行工况下，对所述桥臂电抗器施加第二等效电流值，并测量所述绕组的第二热点温升数据；

在测量所述第二热点温升数据后，将所述桥臂电抗器上施加的所述第二等效电流值修改为所述第一等效电流；

在预设的时间内持续运行后，断开电源，测量所述绕组断电瞬间的热电阻，并根据所述热电阻，计算获得平均温升数据；

在所述第一热点温升数据、所述第二热点温升数据和所述平均温升数据同时满足试验要求时，确定所述桥臂电抗器为试验合格。

2.根据权利要求1所述的模块化多电平换流器用桥臂电抗器的温升试验方法，其特征在于，所述在稳态运行工况下，对所述桥臂电抗器施加第一等效电流值，并测量绕组的第一热点温升数据，具体为：

在稳态运行工况下，对所述桥臂电抗器施加的第一等效电流值为第一等效交流电流值；

从施加第一等效交流电流值起，每隔半小时读取所述绕组的第一热点温度和第一环境温度，当绕组的热点温升变化不超过每小时1K后，持续运行3小时；

根据所述第一热点温度和所述第一环境温度，计算获得所述第一热点温升数据。

3.根据权利要求2所述的模块化多电平换流器用桥臂电抗器的温升试验方法，其特征在于，所述在过负荷运行工况下，对所述桥臂电抗器施加第二等效电流值，并测量所述绕组的第二热点温升数据，具体为：

在过负荷运行工况下，对所述桥臂电抗器施加的第二等效电流值为第二等效交流电流值；其中，所述第二等效交流电流值由所述桥臂电抗器的过负荷能力要求而确定；

从施加所述第二等效交流电流值起，每隔半小时读取所述绕组的第二热点温度和第二环境温度，持续运行2小时；

根据所述第二热点温度和所述第二环境温度，计算获得所述第二热点温升数据。

4.根据权利要求3所述的模块化多电平换流器用桥臂电抗器的温升试验方法，其特征在于，所述第一等效交流电流值具体根据以下计算公式计算获得：

$I_{ac1}=\sqrt{\frac{I_{dc}^2{R}_{dc}+I_{ac50}^2{R}_{ac50}+\mathrm{\Σ}1.2P_H}{R_{ac1}}}$

其中，I_ac1为所述第一等效交流电流值，R_ac1为所述桥臂电抗器的等效交流电阻，I_dc为通过所述桥臂电抗器的额定直流电流，R_dc为所述桥臂电抗器的直流电阻，I_ac50为通过所述桥臂电抗器的额定交流基波电流，R_ac50为所述桥臂电抗器在额定交流基波电流下的交流电阻，∑P_H为所述桥臂电抗器的谐波总损耗。

5.根据权利要求1所述模块化多电平换流器用桥臂电抗器的温升试验方法，其特征在于，所述在稳态运行工况下，对所述桥臂电抗器施加第一等效电流值，并测量绕组的第一热点温升数据，具体为：

在稳态运行工况下，对所述桥臂电抗器施加的第一等效电流值为第三等效直流电流值；

从施加第三等效直流电流值起，每隔半小时读取所述绕组的第三热点温度和第三环境温度，当绕组的热点温升变化不超过每小时1K后，持续运行3小时；

根据所述第三热点温度和所述第三环境温度，计算获得所述第一热点温升数据。

6.根据权利要求5所述的模块化多电平换流器用桥臂电抗器的温升试验方法，其特征在于，所述在过负荷运行工况下，对所述桥臂电抗器施加第二等效电流值，并测量所述绕组的第二热点温升数据，具体为：

在过负荷运行工况下，对所述桥臂电抗器施加的第二等效电流值为第四等效直流电流值；其中，所述第四等效直流电流值由所述桥臂电抗器的过负荷能力要求而确定；

从施加所述第四等效直流电流值起，每隔半小时读取所述绕组的第四热点温度和第四环境温度，持续运行2小时；

根据所述第四热点温度和所述第四环境温度，计算获得所述第二热点温升数据。

7.根据权利要求6所述的模块化多电平换流器用桥臂电抗器的温升试验方法，其特征在于，

所述第三等效直流电流值具体根据以下计算公式计算获得：

$I_{dc1}=\sqrt{\frac{I_{dc}^2{R}_{dc}+I_{ac50}^2{R}_{ac50}+1.2{\mathrm{\ΣP}}_H}{R_{dc1}}}$

其中，I_dc1为所述第三等效直流电流值，R_dc1为所述桥臂电抗器的等效直流电阻，I_dc为通过所述桥臂电抗器的额定直流电流，R_dc为所述桥臂电抗器的直流电阻，I_ac50为通过所述桥臂电抗器的额定交流基波电流，R_ac50为所述桥臂电抗器在额定交流基波电流下的交流电阻，∑P_H为所述桥臂电抗器的谐波总损耗。

8.根据权利要求1至7任一项所述的模块化多电平换流器用桥臂电抗器的温升试验方法，其特征在于，所述第一热点温升数据、所述第二热点温升数据和所述平均温升数据同时满足试验要求，具体为：

在测量所述第一热点温升数据、所述第二热点温升数据和所述平均温升数据时不出现烟雾、局部温升异常偏高和异常放电声响，且所述第一热点温升数据≤85K，所述第二热点温升数据≤115K，所述平均温升数据≤65K。