CN105223499B - 柔性直流输电工程电压源换流器阀igbt过电流关断的试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柔性直流输电工程电压源换流器阀IGBT过电流关断的试验方法。该试验方法采用的试验回路由补能阀V3、试验电源S、试验电容C、试品阀V1、试品阀V2、试验电抗器L1、限流电抗器L2/L3、直流短路支路、隔离开关K01和K02组成。试验方法如下：使试品阀处于稳态连续运行状态，通过控制直流短路支路和陪试阀在预定时刻触发直流短路事件，使试品阀通过短路点形成正负极之间的直流短路，电抗器L1、L4在试品阀IGBT保护关断后通过试品阀续流二极管续流直至衰减为零。本发明能够满足电压源换流器阀IGBT过电流关断试验要求，即在发生特定的短路故障或误触发时，电压源换流器阀设计尤其是IGBT及其相关电路的设计能够耐受关断所产生的电流和电压应力。

Description

柔性直流输电工程电压源换流器阀IGBT过电流关断的试验 方法

技术领域：

本发明属于柔性高压直流输电、电力电子技术领域，具体涉及一种柔性直流输电工程电压源换流器阀IGBT过电流关断的试验方法。

背景技术：

随着柔性高压直流输电(VSC-HVDC)技术在电力系统工程实际中的应用，其核心部件电压源换流器阀的可靠性成为决定系统安全的关键因素。由于VSC-HVDC装置具有电压高、电流大、容量大的特点，所以搭建与实际运行工况等效的试验回路来对产品进行型式试验显得尤为重要。

电压源换流器阀核心器件为可关断器件IGBT，阀运行过程中存在两种过电流工况。一种是由故障引起的子模块内部或子模块之间的桥臂直通；另一种是由于各种原因引起的IGBT缓慢过电流，两种过电流的区别在于第一种过电流的电流上升率和电流幅值都很大。但是无论发生哪种工况的过电流都需要控制电路能够及时检测到过电流并闭锁IGBT触发脉冲以保护器件，从而保证子模块和整个系统的安全稳定运行。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种柔性直流输电工程电压源换流器阀IGBT过电流关断的试验方法，用以满足过电流关断试验的要求。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案来实现的：

柔性直流输电工程电压源换流器阀IGBT过电流关断的试验方法，所述试验方法采用的试验回路包括试验电源S、试验电容C、补能阀V3、限流电抗器L2/L3、试验电抗器L1、试品阀V1/V2、限流电阻R、断路器CB03、隔离开关K01/K02和直流短路支路；其中，直流短路支路包括可调电抗器L4、旁路电阻R2、断路器CB06和晶闸管阀V4；试验电源S高压端依次串接限流电抗器L2、限流电阻R、断路器CB03后与试验电容C高压端相连；试验电容C高压端与补能阀V3高压端相连；补能阀V3低压端串联限流电抗器L3后与试品阀V1高压端相连；补能阀V3低压端串联限流电抗器L3、试验电抗器L1后与试品阀V2高压端相连；试品阀V1高压端串联隔离开关K01后与可调电抗器L4高压端相连，试品阀V2高压端串联隔离开关K02后与可调电抗器L4高压端相连；旁路电阻R2与断路器CB06串联后并联于可调电抗器L4两端，可调电抗器L4低压端与晶闸管阀V4阳极相连；试验电源S低压端、试验电容C低压端、试品阀V1低压端、晶闸管阀V4阴极和试品阀V2低压端连接后与试验回路一次接地端子相连；

所述试验方法包括下述步骤：

1)选择试品阀V1和试品阀V2中一个作为试品阀，则另一个为陪试阀；

2)调节试验电抗器L1及可调电抗器L4使其满足试验参数要求，利用试验电源S对补能阀V3和试品阀充电，使试品阀在稳态参数下连续运行；

3)在预定时刻触发直流短路事件：

4)当检测到电流峰值达到试品阀V1或V2功率模块中IGBT过电流保护值时，闭锁试品阀试品阀V1或V2功率模块中IGBT触发脉冲，过电流通过试品阀V1或V2功率模块中IGBT反并联二极管续流直至衰减为零；

5)断开试验电源S，释放补能阀V3、试品阀和陪试阀子模块电容器能量，试验结束。

本发明进一步的改进在于，步骤1)中，通过两个隔离开关K01和K02来切换试品阀和陪试阀。

本发明进一步的改进在于，步骤2)中，通过调节试验电抗器L1、可调电抗器L4参数值满足试品阀V1或V2功率模块中IGBT过流关断试验对电流变化率di/dt和关断电流峰值的要求。

本发明进一步的改进在于，步骤3)中，通过以下两种方法在预定时刻触发直流短路事件：

方法一：在稳态运行电压下触发陪试阀，同时触发晶闸管阀V4，可调电抗器L4串连晶闸管阀V4、试验电抗器L1串连陪试阀，共同构成直流短路回路；

方法二：在稳态运行电压下触发晶闸管阀V4，可调电抗器L4串连晶闸管阀V4构成直流短路回路；

两种方法中，试品阀通过短路回路形成正负极之间的直流短路触发试品阀V1或V2功率模块中IGBT过电流事件。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

1、本发明所述柔性直流输电工程电压源换流器阀IGBT过电流关断试验方法简单易行，可靠性高，能够等效实际工况中的运行电压和电流，满足相关标准对柔性直流输电工程用电压源换流器阀IGBT过电流关断试验的要求。

2、本发明所述试验方法可通过调节电抗器L1、L4的参数值对IGBT过流关断试验要求的电流变化率di/dt和关断电流峰值进行灵活调节。

3、本发明所述柔性直流输电工程电压源换流器阀IGBT过电流关断试验方法不受试品阀内部串联功率子模块SM级数的限制(原理上可以无限扩容)，所述方法的参数和容量能够满足不同级数功率子模块串联的试品阀IGBT过电流关断试验要求。

4、本发明所述柔性直流输电工程电压源换流器阀IGBT过电流关断试验方法通过投切开关来选择试品阀，能够极大提高试验效率。

附图说明：

图1为柔性直流输电工程电压源换流器阀IGBT过电流关断试验回路原理图。

图2为柔性直流输电工程电压源换流器阀IGBT过电流关断试验方法流程图。

图3为柔性直流输电工程电压源换流器阀IGBT过电流关断试验波形图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

图1为柔性直流输电工程电压源换流器阀IGBT过电流关断试验回路原理图，包括试验电源S、试验电容C、试品阀V1/V2、补能阀V3、限流电抗器L2/L3、试验电抗器L1、隔离开关K01/K02和直流短路支路；其中，直流短路支路包括可调电抗器L4、旁路电阻R2、断路器CB06和晶闸管阀V4；试验电源S高压端依次串接限流电抗器L2、限流电阻R、断路器CB03后与试验电容C高压端相连；试验电容C高压端与补能阀V3高压端相连；补能阀V3低压端串联限流电抗器L3后与试品阀V1高压端相连；补能阀V3低压端串联限流电抗器L3、试验电抗器L1后与试品阀V2高压端相连；试品阀V1高压端串联隔离开关K01后与可调电抗器L4高压端相连，试品阀V2高压端串联隔离开关K02后与可调电抗器L4高压端相连；旁路电阻R2与断路器CB06串联后并联于可调电抗器L4两端，可调电抗器L4低压端与晶闸管阀V4阳极相连；试验电源S低压端、试验电容C低压端、试品阀V1低压端、晶闸管阀V4阴极和试品阀V2低压端连接后与试验回路一次接地端子相连。

柔性直流输电工程电压源换流器阀IGBT过电流关断试验方法流程图如图2所示，具体试验方法包括下述步骤：

1)通过闭合隔离开关K01或隔离开关K02选择一个阀组作为试品阀(与直流短路支路连接)进行试验，另一个阀组作为陪试阀；

2)调节试验电抗器L1及可调电抗器L4使其满足试验参数要求，利用试验电源S对补能阀V3、试品阀和陪试阀充电，使试品阀和陪试阀在稳态参数下连续运行；

3)通过以下两种方法在预定时刻触发直流短路事件：

方法一：在稳态运行电压下触发陪试阀，同时触发晶闸管阀V4，可调电抗器L4串连晶闸管阀V4、试验电抗器L1串连陪试阀，共同构成直流短路回路；

方法二：在稳态运行电压下触发晶闸管阀V4，可调电抗器L4串连晶闸管阀V4构成直流短路回路。

两种方法中，试品阀通过直流短路回路形成正负极之间的直流短路触发试品阀的功率模块中IGBT过电流事件。

4)当检测到电流峰值达到试品阀功率模块中IGBT过电流保护值时，闭锁试品阀IGBT触发脉冲，过电流通过试品阀功率模块中IGBT反并联二极管续流直至衰减为零；

5)断开试验电源S，释放补能阀V3、试品阀和陪试阀子模块电容器能量，试验结束。

采用本发明所述方法实施试品阀V1或V2功率模块中IGBT过电流关断试验的试验电压U和试验电流波I形如图3所示。

试验中，通过时序控制和电抗器参数配合，直流短路电流的大小和di/dt可灵活调节，以满足考核要求。

特别说明上述实施例是为更好对本发明进行说明而非对其进行限制。本发明所属技术领域的技术人员参照本发明进行的修改或变更均在本发明申请的权利要求保护范围之内。

Claims (4)

1.柔性直流输电工程电压源换流器阀IGBT过电流关断的试验方法，其特征在于，所述试验方法采用的试验回路包括试验电源S、试验电容C、补能阀V3、限流电抗器L2/L3、试验电抗器L1、试品阀V1/V2、限流电阻R、断路器CB03、隔离开关K01/K02和直流短路支路；其中，直流短路支路包括可调电抗器L4、旁路电阻R2、断路器CB06和晶闸管阀V4；试验电源S高压端依次串接限流电抗器L2、限流电阻R、断路器CB03后与试验电容C高压端相连；试验电容C高压端与补能阀V3高压端相连；补能阀V3低压端串联限流电抗器L3后与试品阀V1高压端相连；补能阀V3低压端串联限流电抗器L3、试验电抗器L1后与试品阀V2高压端相连；试品阀V1高压端串联隔离开关K01后与可调电抗器L4高压端相连，试品阀V2高压端串联隔离开关K02后与可调电抗器L4高压端相连；旁路电阻R2与断路器CB06串联后并联于可调电抗器L4两端，可调电抗器L4低压端与晶闸管阀V4阳极相连；试验电源S低压端、试验电容C低压端、试品阀V1低压端、晶闸管阀V4阴极和试品阀V2低压端连接后与试验回路一次接地端子相连；

所述试验方法包括下述步骤：

1)选择试品阀V1和试品阀V2中一个作为试品阀，则另一个为陪试阀；

2)调节试验电抗器L1及可调电抗器L4使其满足试验参数要求，利用试验电源S对补能阀V3和试品阀充电，使试品阀在稳态参数下连续运行；

3)在预定时刻触发直流短路事件：

4)当检测到电流峰值达到试品阀V1或V2功率模块中IGBT过电流保护值时，闭锁试品阀试品阀V1或V2功率模块中IGBT触发脉冲，过电流通过试品阀V1或V2功率模块中IGBT反并联二极管续流直至衰减为零；

5)断开试验电源S，释放补能阀V3、试品阀和陪试阀子模块电容器能量，试验结束。

2.根据权利要求1所述的柔性直流输电工程电压源换流器阀IGBT过电流关断的试验方法，其特征在于，步骤1)中，通过两个隔离开关K01和K02来切换试品阀和陪试阀。

3.根据权利要求1所述的柔性直流输电工程电压源换流器阀IGBT过电流关断的试验方法，其特征在于，步骤2)中，通过调节试验电抗器L1、可调电抗器L4参数值满足试品阀V1或V2功率模块中IGBT过流关断试验对电流变化率di/dt和关断电流峰值的要求。

4.根据权利要求1所述的柔性直流输电工程电压源换流器阀IGBT过电流关断的试验方法，其特征在于，步骤3)中，通过以下两种方法在预定时刻触发直流短路事件：

方法一：在稳态运行电压下触发陪试阀，同时触发晶闸管阀V4，可调电抗器L4串连晶闸管阀V4、试验电抗器L1串连陪试阀，共同构成直流短路回路；

方法二：在稳态运行电压下触发晶闸管阀V4，可调电抗器L4串连晶闸管阀V4构成直流短路回路；

两种方法中，试品阀通过短路回路形成正负极之间的直流短路触发试品阀V1或V2功率模块中IGBT过电流事件。