CN105334458A - 一种柔性直流输电电压源换流器阀运行试验方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种柔性直流输电电压源换流器阀运行试验方法，该方法所用的装置包括试验电源、辅助阀、试品阀、试验电容器、试验电抗器、限流电抗器。试验方法如下：利用试验电源对试品阀和辅助阀组充电，采用恒定直流电压控制策略使各阀子模块电压均匀分布并达到要求的试验电压；采用最近电平逼近调制策略在两试品阀两端产生同幅值不同相角的试验电压；采用功率控制策略，在两试品阀和试验电抗器间形成闭环功率回路，通过电磁能量交换得到试验电流；利用试验电源对辅助阀和试品阀进行补能，利用辅助阀平衡由电网导致的试验电压波动。本发明通过恒定直流电压控制策略，解决了1#试品阀V1、2#试品阀V2和辅助阀V3各功率子模块充电和均压问题。

Description

一种柔性直流输电电压源换流器阀运行试验方法
技术领域：
本发明属于柔性高压直流输电、电力电子技术和用户电力技术领域，具体涉及一种柔性直流输电电压源换流器阀运行试验方法。
背景技术：
目前，我国正广泛开展基于MMC型电压源换流器(VSC)阀的柔性直流输电(Flexible-HVDC)技术研究，已有±160kV/200MW南澳三端柔性直流输电工程和±200kV/400MW舟山五端柔性直流工程投入运行，±350kV/1000MW鲁西异步联网柔性直流输电工程也进入工程实施阶段。作为柔性直流输电(Flexible-HVDC)核心设备，电压源换流器阀电气性能将直接影响系统安全可靠运行，需要通过等效的试验方法对其性能进行考核。由于VSC阀基本工作原理、暂态/稳态运行工况均与常规高压直流输电工程用换流器(LCC)存在较大区别，LCC阀的试验方法已不能满足对VSC阀性能考核的要求。因此，应深入研究VSC阀的工作原理、阀中电力电子器件及其组合体上的电气应力、机械应力和热应力等，提出相应的等效试验方法。同时，柔性直流输电电压源换流器阀普遍具有电压高、电流大的特定，无法采用直接试验方法构建与实际运行工况完全一致的试验回路进行试验，因此，如何采用等效试验方法对其性能进行验证是需要解决的关键问题。
针对VSC阀试验技术，国外已经开展了很多前期工作。CIGREB448工作组针对阀在各种工况下耐受的应力进行了详细的阐述和分析，并提出了相关的试验建议；IEC62501制定了相关的阀试验标准，但并没有给出具体的试验方法国际上许多公司都在开展VSC阀试验方法研究。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种柔性直流输电电压源换流器阀运行试验方法，用以完成电压源换流器阀运行试验。
为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案予以实现：
一种柔性直流输电电压源换流器阀运行试验方法，该试验方法所用试验回路包括1#试品阀V1、2#试品阀V2、辅助阀V3、试验电源S、试验电容器C、试验电抗器L1、限流电抗器L2/L3；其中，试验电源S、限流电抗器L2串流后与试验电容器C高压端相连，且试验电容器C高压端与辅助阀V3高压端相连，辅助阀V3低压端串联限流电抗器L3后与1#试品阀V1高压端相连，辅助阀V3低压端串联限流电抗器L3、试验电抗器L1后与2#试品阀V2高压端相连；试验电源S低压端、试验电容器C低压端、1#试品阀V1低压端和2#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1#试品阀V1和2#试品阀V2具有完全相同的结构，均包含n个子模块SM，辅助阀V3为电压源换流器阀，包含m个子模块SM，其中，n、m均为正整数；
该试验方法包括以下步骤：
1)利用试验电源S、限流电抗器L2/L3串流组成充电支路，对试验电容器C、辅助阀V3、1#试品阀V1和2#试品阀V2充电；
2)按照恒定直流电压控制策略解锁辅助阀V3、1#试品阀V1和2#试品阀V2，使直流电压均匀分布，各阀功率子模块SM直流电容器电压最终均达到试验要求的电压值；
3)当各子模块SM电容电压达到要求值后，设定1#试品阀V1和2#试品阀V2输出电压标准参考波形，两输出电压等幅值不同相角；
4)按照试验控制策略解锁1#试品阀V1和2#试品阀V2，进入稳态连续运行，按照恒定直流电压控制策略控制辅助阀V3，对1#试品阀V1和2#试品阀V2进行补能；
5)1#试品阀V1和2#试品阀V2连续运行要求的时间后，闭锁辅助阀V3、1#试品阀V1和2#试品阀V2触发脉冲，将试验电源S与所接电网断开，将所有功率子模块直流电容器上的能量释放完毕后，试验完成。
本发明进一步的改进在于：所述1#试品阀V1、2#试品阀V2和辅助阀V3各子模块SM均包含：并联的半桥结构与子模块电容器或并联的H桥结构与子模块电容器、反并联二极管或反并联晶闸管、旁路开关和电容放电电阻。
本发明进一步的改进在于：n的取值为5-15，m的取值为5-20。
本发明进一步的改进在于：试验电源S和试验电容器C通过试验电抗器L1、限流电抗器L2/L3，在试验开始时对辅助阀V3、1#试品阀V1和2#试品阀V2充电，在1#试品阀V1和2#试品阀V2稳态运行过程中对其补能。
本发明进一步的改进在于：所述1#试品阀V1、2#试品阀V2和辅助阀V3直流电压采用恒定直流电压控制策略，所述1#试品阀V1、2#试品阀V2输出交流电压采用低开关频率的正弦波最低电平逼近调制。
相对于现有技术，本发明具有如下的优点：
本发明提供的试验方法利用1#试品阀V1、试验电抗器L1和2#试品阀V2构成功率闭环，提供与被试电压源型换流器阀(1#试品阀V1和2#试品阀V2)实际运行等效的试验电压和试验电流，满足对阀电气应力、机械应力和热应力的考核要求，且1#试品阀V1和2#试品阀V2子模块SM数量不受约束，能够满足不同子模块数阀段的运行试验要求。试验电源S同时实现了试验系统各阀功率子模块充电和试验运行中能量补充两种功能，优化了试验系统结构，解决了现有技术中采用两个独立电源实现相同功能带来的控制复杂性和可靠性问题。本发明通过恒定直流电压控制策略，解决了1#试品阀V1、2#试品阀V2和辅助阀V3各功率子模块充电和均压问题。通过辅助阀V3电压控制方法，在隔离电网电压波动的同时，稳定了试验电压。
附图说明：
图1为本发明柔性直流输电电压源换流器阀运行试验回路电路原理图。
图2为本发明柔性直流输电电压源换流器阀运行试验方法流程图。
图3柔性直流输电电压源换流器阀运行试验电压波形图。
图4柔性直流输电电压源换流器阀运行试验电流波形图。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。
本发明提供的运行试验电路原理图如图1所示，整个试验电路由1#试品阀V1、2#试品阀V2、辅助阀V3、试验电源S、试验电容器C、试验电抗器L1、限流电抗器L2/L3组成。
如图2所示，本发明一种柔性直流输电电压源换流器阀运行试验方法，该试验方法所用试验回路包括1#试品阀V1、2#试品阀V2、辅助阀V3、试验电源S、试验电容器C、试验电抗器L1、限流电抗器L2/L3；其中，试验电源S、限流电抗器L2串流后与试验电容器C高压端相连，且试验电容器C高压端与辅助阀V3高压端相连，辅助阀V3低压端串联限流电抗器L3后与1#试品阀V1高压端相连，辅助阀V3低压端串联限流电抗器L3、试验电抗器L1后与2#试品阀V2高压端相连；试验电源S低压端、试验电容器C低压端、1#试品阀V1低压端和2#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1#试品阀V1和2#试品阀V2具有完全相同的结构，均包含n个子模块SM，辅助阀V3为电压源换流器阀，包含m个子模块SM，其中，n、m均为正整数；
该试验方法包括以下步骤：
1)利用试验电源S、限流电抗器L2/L3串流组成充电支路，对试验电容器C、辅助阀V3、1#试品阀V1和2#试品阀V2充电；
2)按照恒定直流电压控制策略解锁辅助阀V3、1#试品阀V1和2#试品阀V2，使直流电压均匀分布，各阀功率子模块SM直流电容器电压最终均达到试验要求的电压值；
3)当各子模块SM电容电压达到要求值后，设定1#试品阀V1和2#试品阀V2输出电压标准参考波形，两输出电压等幅值不同相角；
4)按照试验控制策略解锁1#试品阀V1和2#试品阀V2，进入稳态连续运行，按照恒定直流电压控制策略控制辅助阀V3，对1#试品阀V1和2#试品阀V2进行补能；
5)1#试品阀V1和2#试品阀V2连续运行要求的时间后，闭锁辅助阀V3、1#试品阀V1和2#试品阀V2触发脉冲，将试验电源S与所接电网断开，将所有功率子模块直流电容器上的能量释放完毕后，试验完成。
其中，试验电源S电压可调，能够根据工程阀组不同子模块SM数量设定试验电压，满足1#试品阀V1和2#试品阀V2充电和补能要求。采用最近电平逼近调制策略控制1#试品阀V1和2#试品阀两端电压U1、U2，如图3所示。U1、U2具有相同的直流电压分量和等幅值不同相的交流电压分量幅值。各子模块SM电容器与试验电抗器L1形成电磁能量闭环回路，在1#试品阀V1和2#试品阀间流通具有一定交、直流分量的试验电流，如图4中I1、I2所示。I1、I2分别包含工频基波电流If、直流电流Id和二倍工频环流Ih。交流分量If通过1#试品阀V1和2#试品阀V2输出电压角差和试验电抗器L1值进行调节，直流电流分量Id通过两试品阀V1和V2间交、直流功率平衡进行调节，二倍工频换流通过对两试品阀输出电压标准波形进行直接调制得到。
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 (5)

1.一种柔性直流输电电压源换流器阀运行试验方法，其特征在于：该试验方法所用试验回路包括1#试品阀V1、2#试品阀V2、辅助阀V3、试验电源S、试验电容器C、试验电抗器L1、限流电抗器L2/L3；其中，试验电源S、限流电抗器L2串流后与试验电容器C高压端相连，且试验电容器C高压端与辅助阀V3高压端相连，辅助阀V3低压端串联限流电抗器L3后与1#试品阀V1高压端相连，辅助阀V3低压端串联限流电抗器L3、试验电抗器L1后与2#试品阀V2高压端相连；试验电源S低压端、试验电容器C低压端、1#试品阀V1低压端和2#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1#试品阀V1和2#试品阀V2具有完全相同的结构，均包含n个子模块SM，辅助阀V3为电压源换流器阀，包含m个子模块SM，其中，n、m均为正整数；
该试验方法包括以下步骤：
1)利用试验电源S、限流电抗器L2/L3串流组成充电支路，对试验电容器C、辅助阀V3、1#试品阀V1和2#试品阀V2充电；
2)按照恒定直流电压控制策略解锁辅助阀V3、1#试品阀V1和2#试品阀V2，使直流电压均匀分布，各阀功率子模块SM直流电容器电压最终均达到试验要求的电压值；
3)当各子模块SM电容电压达到要求值后，设定1#试品阀V1和2#试品阀V2输出电压标准参考波形，两输出电压等幅值不同相角；
4)按照试验控制策略解锁1#试品阀V1和2#试品阀V2，进入稳态连续运行，按照恒定直流电压控制策略控制辅助阀V3，对1#试品阀V1和2#试品阀V2进行补能；
5)1#试品阀V1和2#试品阀V2连续运行要求的时间后，闭锁辅助阀V3、1#试品阀V1和2#试品阀V2触发脉冲，将试验电源S与所接电网断开，将所有功率子模块直流电容器上的能量释放完毕后，试验完成。
2.根据权利要求1所述的一种柔性直流输电电压源换流器阀运行试验方法，其特征在于：所述1#试品阀V1、2#试品阀V2和辅助阀V3各子模块SM均包含：并联的半桥结构与子模块电容器或并联的H桥结构与子模块电容器、反并联二极管或反并联晶闸管、旁路开关和电容放电电阻。
3.根据权利要求1所述的一种柔性直流输电电压源换流器阀运行试验方法，其特征在于：n的取值为5-15，m的取值为5-20。
4.根据权利要求1所述的柔性直流输电电压源换流器阀运行试验方法，其特征在于：试验电源S和试验电容器C通过试验电抗器L1、限流电抗器L2/L3，在试验开始时对辅助阀V3、1#试品阀V1和2#试品阀V2充电，在1#试品阀V1和2#试品阀V2稳态运行过程中对其补能。
5.根据权利要求1所述的柔性直流输电电压源换流器阀运行试验方法，其特征在于：所述1#试品阀V1、2#试品阀V2和辅助阀V3直流电压采用恒定直流电压控制策略，所述1#试品阀V1、2#试品阀V2输出交流电压采用低开关频率的正弦波最低电平逼近调制。
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