CN105137212B - 一种高速电力电子开关实现换流阀极线间短路试验的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高速电力电子开关实现换流阀极线间短路试验的方法，利用高速电力电子开关在背靠背换流阀的直流侧正、负极间运行过程中进行分、合闸，可精确控制回路中短路电流的持续时间的，实现柔性直流输电换流阀直流侧正、负极间短路电流试验的开关作用，在解决晶闸管级取能及同步控制脉冲的条件下利用晶闸管组件作为高速电力电子开关完全满足了高效率、高可靠、大容量、精确控制回路中短路电流的持续时间的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种高速电力电子开关实现短路试验的方法，具体涉及一种高速电力电子开关实现换流阀极线间短路试验的方法。
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。这种技术即适合于小容量输电，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，在实际工程中电压越来越高、电流和容量越来越大。如何实现在试验环境中模拟与实际运行工况相同的等效全容量试验，是试验方法和技术要解决的关键问题。
在以往的类似试验方法中一般均是采用可熔断保险丝或者大容量开关来实现短路开通、关断的控制，但是传统机械性开关装置的合、分闸动作时间较长,且每次合、分闸动作时间一致性较差，无法满足短路电流试验持续时间的精确控制。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够精确控制回路中短路电流的持续时间的高速电力电子开关实现换流阀极线间短路试验的方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种高速电力电子开关实现换流阀极线间短路试验的方法，利用柔性直流输电背靠背回路试验系统进行换流阀极线间短路试验，所述柔性直流输电背靠背回路试验系统由换流器A站和换流器B站组成，换流器A站为整流站，换流器B站为逆变站，两个换流站分别连接变压器和高压断路器Q0后与高压线连接，高速电力电子开关L连接在柔性直流输电背靠背换流阀的直流侧正、负极间直流母线上；试品换流阀安装在背靠背回路试验系统的一个换流器站中，通过阀控系统控制高速电力电子开关L的开断，完成背靠背换流阀的直流侧正、负极间运行过程中的分、合闸，实现换流阀极线间短路试验；所述高速电力电子开关L由多级晶闸管串联而成，每个晶闸管级均由晶闸管并联一个RC取能回路及直流均压电阻构成，每个晶闸管级采用DC24V蓄电池单独取能。
进一步，通过光脉冲转换器将阀控系统发出的宽度为120°的光脉冲信号转换为电力电子开关所能接受的5脉冲信号；同时，使用光脉冲分配器将接收到的脉冲信号平均分配至电力电子开关的多级晶闸管控制单元，并使每一级晶闸管正常导通。
进一步，使用光脉冲分配器将接收到的脉冲信号平均分配至电力电子开关的多级晶闸管控制单元，并将分配的脉冲信号功率限制在4μW-20mW。
进一步，所述电力电子开关由多级晶闸管串联而成，每个晶闸管级均是由8000V/5000A的晶闸管并联一个RC取能回路及直流均压电阻构成。
进一步，通过阀控系统控制高速电力电子开关L的导通，使背靠背换流阀的直流侧正、负极间短路电流持续周期为100ms。
本发明采用利用高速电力电子开关在背靠背换流阀的直流侧正、负极间运行过程中进行分、合闸，可精确控制回路中短路电流的持续时间的，实现柔性直流输电换流阀直流侧正、负极间短路电流试验的开关作用，保证快速开通的同时，避免了采用其它方式在分、合闸过程中引起拉弧、操作过电流及过电压现象对试验数据的准确性和试验设备安全的影响，满足快速可靠、关断时无电弧、无操作过电流、容量大等要求。
进一步，使用光脉冲分配器将接收到的脉冲信号平均分配至电力电子开关15级的各控制单元，并将功率限制在4μW-20mW；避免损坏阀组件控制单元的光接收管，并使每一级晶闸管能够得到正常的触发脉冲，保证每一级晶闸管级在接收触发脉冲后均能正常开通。
进一步，通过阀控系统控制高速电力电子开关L的导通，使背靠背换流阀的直流侧正、负极间短路电流持续周期为100ms，电力电子开关开通时间仅需要1-2μs左右，且短路电流可达到63kA，性能参数完全满足了高效率、高可靠、大容量、精确控制回路中短路电流的持续时间的电力电子开关装置的目的。
附图说明
图1是本发明方法的原理示意图
图2电力电子开关5脉冲信号图
图3是本发明系统的电路原理图
图4高速电力电子开关电气原理图
具体实施方式
下面结合实施例对发明作进一步的详细说明。
本发明利用利用柔性直流输电背靠背回路试验系统进行换流阀极线间短路试验，如图3所示，所述柔性直流输电背靠背回路试验系统由换流器A站和换流器B站组成，换流器A站为整流站，换流器B站为逆变站，两个换流站分别连接连接变压器、高压断路器Q0和高压开关柜后与高压电线连接，两换流站之间连接直流母线，直流母线上安装有用于控制直流母线短路的高速电力电子开关L；两个换流器站共由24个阀组件构成，一个阀组件由2个功率模块组成，每个功率模块由2只IGBT反相并联2只二极管后串联构成,试品阀组件包含在背靠背回路试验系统的一个换流器站中，其中一半阀组件作为陪试阀段，另一半阀组件作为被试阀段进行短路电流试验；
如图4所示，所述高速电力电子开关L由多级晶闸管A1、A2串联而成，每个晶闸管级均由晶闸管并联一个RC取能回路及直流均压电阻构成，每个晶闸管级采用DC24V蓄电池单独取能。
背靠背回路试验系统中，Q0为换流阀A与换流阀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；L为高速电力电子开关，高速电力电子开关控制直流侧短路；还包括直流母线侧负载、直流负载电感及电阻用于调节输出电流大小。
本发明方法中电子开关利用±1100kV晶闸管直流输电换流阀组件来替代常规的电力电子开关，达到快速可靠、关断时无电弧、无操作过电流、大容量、可精确控制回路中短路电流的持续时间的电力电子开关装置的目的，实现柔性直流输电换流阀直流侧正、负极间短路电流试验的开关作用。回路中，电力电子开关串联接与柔性直流输电背靠背换流阀的直流侧正、负极间，由于电力电子开关(±1100kV晶闸管直流输电换流阀组件)的结构及阀控单元的控制策略造成电力电子开关的取能及触发脉冲的转换及电子开关的控制成为该发明的难点。
在解决晶闸管级取能及同步控制脉冲的条件下利用晶闸管组件作为高速电力电子开关完全满足了高效率、高可靠、大容量、精确控制回路中短路电流的持续时间的目的。
所述试验方法包括以下步骤：
A、电力电子开关采用±1100kV晶闸管直流输电换流阀组件的15级晶闸管串联而成，每个晶闸管级均是由8000V/5000A的晶闸管并联一个RC取能回路及直流均压电阻构成，由于电力电子开关串联接与直流母线正、负极间，所以电力电子开的RC取能回路将不起作用；采用DC24V蓄电池单独给晶闸管控制单元取能，使整个取能电源与换流阀阀组件形成等电位体；
B、如图1和图2所示，控制系统中由于背靠背阀控系统只能同步发出宽度为120°的光脉冲信号将电力电子开关导通，而且能量比较大，所以必须通过光脉冲转换器将宽度为120°的光脉冲信号转换为电力电子开关所能接受的5脉冲信号使晶闸管导通；同时，使用MSC光脉冲分配器将接收到的脉冲信号平均分配至电力电子开关15级的各控制单元，并将功率限制在4μW-20mW，目的是不损坏阀组件控制单元的光接收管，并使每一经晶闸管正常导通；
C、试验时，调整好上述试验装置状态，等待阀控系统控制脉冲发出，电力电子开关导通；由于短路试验不要求电力电子开关具备自动关断能力，所以在等待回路中能量释放完成后电力电子开关将自动关断。由于上述短路试验的短路电流持续周期为100ms，利用此种电力电子开关开通时间仅需要1-2μs左右，且短路电流可达到63kA，性能参数完全满足了快速、高效率、大容量、精确控制回路中短路电流的持续时间的电力电子开关装置的目的。
D、在试验中短路电流较大，而且在背靠背换流阀的直流侧正、负极间运行过程中进行分、合闸。利用此种高速电力电子开关在保证快速开通的同时，避免了采用其它方式在分、合闸过程中引起拉弧、操作过电流及过电压现象对试验数据的准确性和试验设备安全的影响。
Claims (4)
1.一种高速电力电子开关实现换流阀极线间短路试验的方法，其特征在于：利用柔性直流输电背靠背回路试验系统进行换流阀极线间短路试验，所述柔性直流输电背靠背回路试验系统由换流器A站和换流器B站组成，换流器A站为整流站，换流器B站为逆变站，两个换流站分别连接变压器和高压断路器Q0后与高压线连接，高速电力电子开关L连接在柔性直流输电背靠背换流阀的直流侧正、负极间直流母线上；试品换流阀安装在背靠背回路试验系统的一个换流器站中，通过阀控系统控制高速电力电子开关L的开断，完成背靠背换流阀的直流侧正、负极间运行过程中的分、合闸，实现换流阀极线间短路试验；
所述高速电力电子开关L由多级晶闸管串联而成，每个晶闸管级均由晶闸管并联一个RC取能回路及直流均压电阻构成，每个晶闸管级采用DC24V蓄电池单独取能；
通过光脉冲转换器将阀控系统发出的宽度为120°的光脉冲信号转换为高速电力电子开关L所能接受的5脉冲信号；同时，使用光脉冲分配器将接收到的脉冲信号平均分配至高速电力电子开关L的多级晶闸管控制单元，并使每一级晶闸管正常导通。
2.根据权利要求1所述的工程阀组件的短路试验方法，其特征在于：使用光脉冲分配器将接收到的脉冲信号平均分配至高速电力电子开关L的多级晶闸管控制单元，并将分配的脉冲信号功率限制在4μW-20mW。
3.根据权利要求1所述的工程阀组件的短路试验方法，其特征在于：所述高速电力电子开关L由多级晶闸管串联而成，每个晶闸管级均是由8000V/5000A的晶闸管并联一个RC取能回路及直流均压电阻构成。
4.根据权利要求1所述的工程阀组件的短路试验方法，其特征在于：通过 阀控系统控制高速电力电子开关L的导通，使背靠背换流阀的直流侧正、负极间短路电流持续周期为100ms。
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