CN105467307A - 柔性直流输电工程电压源换流器阀igbt过电流关断试验装置 - Google Patents

柔性直流输电工程电压源换流器阀igbt过电流关断试验装置 Download PDF

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Abstract

柔性直流输电工程电压源换流器阀IGBT过电流关断试验装置，包括试验电源、辅助阀、限流电抗器、试品阀、切换开关、可调电抗器和控制晶闸管阀等。试验时，首先通过投切开关选择试品阀，根据要求的过电流峰值和上升率di/dt来设定可调电抗器参数；然后用试验电源对辅助阀和试品阀充电，在试品阀连续稳态运行时输出电压的峰值处触发晶闸管阀导通，当检测到实际流过试品阀电流峰值达到设定的IGBT过电流保护值时，闭锁试品阀IGBT触发脉冲；最后断开试验电源，试验结束。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过电流关断试验装置
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过电流关断试验装置。
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：
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供了一种柔性直流输电工程电压源换流器阀IGBT过电流关断试验装置，用于等效发生特定短路故障或误触发的实际运行工况，对电流和电压应力进行考核，以验证电压源换流器阀设计是否合理和正确，尤其是IGBT及其相关电路过电流关断能力及特性是否满足设计要求。
为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案予以实现：
柔性直流输电工程电压源换流器阀IGBT过电流关断试验装置，包括试验电源S、试验电容器CL、辅助阀V3、限流电抗器L2/L3、试验电抗器L1、试品阀V1/V2、开关设备CB1/CB3/CB6、隔离开关K1/K2、可调电抗器L4、旁路电阻R2和晶闸管阀V4；其中，
试验电源S高压端串接限流电抗器L2、保护开关CB3后与试验电容器CL高压端相连；试验电容器CL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后与试品阀V2高压端相连；试品阀V1高压端串联隔离开关K1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K2后与可调电抗器L4高压端相连；旁路电阻R2串联旁路开关CB6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、试验电容器CL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。
本发明进一步的改进在于，所述试验电源S包括依次连接的进线总开关CB1、三相调压器VR、整流变压器T和6脉波整流桥Rec，其中，三相调压器VR一次侧通过串联总开关CB1与电网相连；试验电源S、限流电抗器L2和保护开关CB3串联组成充电支路，在过电流关断试验开始时对试验电容器CL、辅助阀V3、试品阀V1和试品阀V2充电。
本发明进一步的改进在于，所述隔离开关K1、隔离开关K2、可调电抗器L4、旁路电阻R2、旁路开关CB6、晶闸管阀V4组成了过电流触发支路，其中可调电抗器L4与旁路电阻R2、旁路开关CB6并接后再串接晶闸管阀V4，作为公共支路再分别通过隔离开关K1、隔离开关K2并接在试品阀V1和试品阀V2两端。
本发明进一步的改进在于，所述旁路电阻R2与旁路开关CB6串联后并接在可调电抗器L4两端，使得当CB6合闸时将施加于试品阀V1或V2上的直流短路电流迅速衰减至零。
本发明进一步的改进在于，所述公共支路分别通过隔离开关K1与试品阀V1或隔离开关K2与试品阀V2构成过电流关断的试验回路，通过投切隔离开关K1、K2来选择被试对象试品阀V1或V2。
本发明进一步的改进在于，所述可调电抗器L4能够设定不同的参数值以满足实际运行工况下IGBT过流关断时对电流变化率di/dt和关断电流峰值的要求。
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过电流关断试验装置运行容量大，能够实现等效于实际工况中的运行电压和电流，且能满足相关标准对工程阀IGBT过电流关断的试验要求，通过该试验装置能够准确检测试品阀IGBT耐受与实际工况相同的过电流下的关断性能。
2、本发明所述柔性直流输电工程电压源换流器阀IGBT过电流关断试验装置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)，所述装置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。
3、本发明所述柔性直流输电工程电压源换流器阀IGBT过电流关断试验装置可靠性高、操作方便且易于实现，可以灵活地通过投切开关来选择试品阀，提高了试验效率。
附图说明：
图1为本发明所述柔性直流输电工程电压源换流器阀IGBT过电流关断试验装置的电气原理接线图。
图2为本发明所述柔性直流输电工程电压源换流器阀IGBT过电流关断试验装置试验波形图。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
本发明提供的柔性直流输电工程电压源换流器阀IGBT过电流关断试验装置，等效发生特定短路故障或误触发的实际运行工况，对IGBT关断时的电流应力和电压应力进行考核，以验证阀设计是否满足要求。
如图1所示，首先，本实施例提供一种柔性直流输电工程电压源换流器阀IGBT过电流关断试验装置，包括试验电源S、试验电容器CL、辅助阀V3、限流电抗器L2/L3、试验电抗器L1、试品阀V1/V2、开关设备CB1/CB3/CB6、隔离开关K1/K2、可调电抗器L4、旁路电阻R2和晶闸管阀V4；其中试验电源S高压端串接限流电抗器L2、保护开关CB3后与试验电容器CL高压端相连；试验电容器CL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后与试品阀V2高压端相连；试品阀V1高压端串联隔离开关K1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K2后与可调电抗器L4高压端相连；旁路电阻R2串联旁路开关CB6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、试验电容器CL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。
其中，试验电源S由进线总开关CB1、三相调压器VR、整流变压器T和6脉波整流桥Rec依次连接而成，三相调压器VR一次侧通过串联总开关CB1与电网相连；试验电源S、限流电抗器L2和保护开关CB3串联组成充电支路，在过电流关断试验开始时对试验电容器CL、辅助阀V3、试品阀V1和试品阀V2充电。所述隔离开关K1、隔离开关K2、可调电抗器L4、旁路电阻R2、旁路开关CB6、晶闸管阀V4组成了过电流触发支路，其中可调电抗器L4与旁路电阻R2、旁路开关CB6并接后再串接晶闸管阀V4，作为公共支路再分别通过隔离开关K1、隔离开关K2并接在试品阀V1和试品阀V2两端。
所述旁路电阻R2与旁路开关CB6串联后并接在可调电抗器L4两端，使得当CB6合闸时将施加于试品阀V1或V2上的直流短路电流迅速衰减至零。
所述公共支路分别通过隔离开关K1与试品阀V1或隔离开关K2与试品阀V2构成过电流关断的试验回路，通过投切隔离开关K1、K2来选择被试对象试品阀V1或V2。
所述可调电抗器L4能够设定不同的参数值以满足实际运行工况下IGBT过流关断时对电流变化率di/dt和关断电流峰值的要求。
为了对本发明进一步的了解，现对其具体的试验步骤做如下说明：
1)将试品阀V1和试品阀V2同时接入试验回路中，设定可调电抗器L4电感值；
2)闭合隔离开关K1，把试品阀V1作为被试对象；或者闭合隔离开关K2，把试品阀V2作为被试对象；
3)启动试验电源对辅助阀V3、试品阀V1和试品阀V2充电，两阀进入稳态连续运行；
4)试品阀V1(或V2)在试品阀V1(或V2)输出电压UV1(或UV2)峰值时刻触发晶闸管阀V4导通，产生IGBT过电流；
5)过电流峰值达到设定的IGBT过流保护值时，试品阀V1(或V2)闭锁，过电流通过IGBT反并联的二极管和可调电抗器L4续流直至衰减为零；
6)断开试验进线开关CB1，释放辅助阀V3、试品阀V1和试品阀V2的子模块电容器能量，试验结束。
图2所示为本实施例采集到的IGBT过电流关断试验的试品阀电压和电流波形，从图中可以看出晶闸管阀V4触发导通后在电流达到过电流保护值时试品阀闭锁，在电流值小于最大安全关断电流极限值时IGBT关断。
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 (6)

1.柔性直流输电工程电压源换流器阀IGBT过电流关断试验装置，其特征在于：包括试验电源S、试验电容器CL、辅助阀V3、限流电抗器L2/L3、试验电抗器L1、试品阀V1/V2、开关设备CB1/CB3/CB6、隔离开关K1/K2、可调电抗器L4、旁路电阻R2和晶闸管阀V4；其中，
试验电源S高压端串接限流电抗器L2、保护开关CB3后与试验电容器CL高压端相连；试验电容器CL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后与试品阀V2高压端相连；试品阀V1高压端串联隔离开关K1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K2后与可调电抗器L4高压端相连；旁路电阻R2串联旁路开关CB6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、试验电容器CL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。
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过电流关断试验装置，其特征在于：所述试验电源S包括依次连接的进线总开关CB1、三相调压器VR、整流变压器T和6脉波整流桥Rec，其中，三相调压器VR一次侧通过串联总开关CB1与电网相连；试验电源S、限流电抗器L2和保护开关CB3串联组成充电支路，在过电流关断试验开始时对试验电容器CL、辅助阀V3、试品阀V1和试品阀V2充电。
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过电流关断试验装置，其特征在于，所述隔离开关K1、隔离开关K2、可调电抗器L4、旁路电阻R2、旁路开关CB6、晶闸管阀V4组成了过电流触发支路，其中可调电抗器L4与旁路电阻R2、旁路开关CB6并接后再串接晶闸管阀V4，作为公共支路再分别通过隔离开关K1、隔离开关K2并接在试品阀V1和试品阀V2两端。
4.根据权利要求3所述的柔性直流输电工程电压源换流器阀IGBT过电流关断试验装置，其特征在于，所述旁路电阻R2与旁路开关CB6串联后并接在可调电抗器L4两端，使得当CB6合闸时将施加于试品阀V1或V2上的直流短路电流迅速衰减至零。
5.根据权利要求3所述的柔性直流输电工程电压源换流器阀IGBT过电流关断试验装置，其特征在于，所述公共支路分别通过隔离开关K1与试品阀V1或隔离开关K2与试品阀V2构成过电流关断的试验回路，通过投切隔离开关K1、K2来选择被试对象试品阀V1或V2。
6.根据权利要求3所述的柔性直流输电工程电压源换流器阀IGBT过电流关断试验装置，其特征在于，所述可调电抗器L4能够设定不同的参数值以满足实际运行工况下IGBT过流关断时对电流变化率di/dt和关断电流峰值的要求。
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