CN105823945A - 一种真双极柔性直流无源逆变试验装置及试验方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种真双极柔性直流无源逆变试验装置及试验方法。该装置包括试验极和对极，还包括极控制系统及与该极控制系统连接的试验极电压互感器、电子互感器、阀控系统和对极电压互感器，还包括换流阀，所述换流阀与所述阀控系统连接并受其控制，所述试验极电压互感器用于采样试验极网侧交流电压，所述电子互感器用于采样试验极阀侧交流电压，所述对极电压互感器用于采样对极网侧交流电压，所述极控制系统根据试验极电压互感器、电子互感器和对极电压互感器采样的电压信号，控制试验极的工作状态。本发明实现了真双极拓扑结构的无源逆变试验以确保阀组触发相序的正确性，同时也为其他类似工程提供有益的借鉴。

Description

一种真双极柔性直流无源逆变试验装置及试验方法
技术领域
本发明属于柔性直流输电工程现场试验领域，具体涉及一种真双极柔性直流无源逆变试验装置及试验方法。
背景技术
柔性直流输电是以电压源换流器为核心的新一代直流输电技术，采用最先进的电压源型换流器（VoltageSourceConverter，VSC）和全控器件（InsulatedGateBipolarTransistor，IGBT），是输电技术的一次升级。柔性直流输电系统可以快速地对有功和无功两个目标进行独立调节，具有可控性较好、运行方式灵活、适用场合多等显著优势。厦门±320kV柔性直流输电科技示范工程是厦门岛的新型电力通道，是世界上第一个采用真双极接线柔性直流，工程调试无经验可借鉴。
柔性直流换流阀设备昂贵，为了防止在有源状态下首次解锁出现大电流损坏换流阀，需要通过无源逆变试验确认极控制系统、阀控制系统和换流阀之间是否正确工作，检验控制系统补偿换流变的相角差是否正确，对阀控系统执行延时进行测试以做到在极控系统进行完全补偿。然而，真双极拓扑结构柔性直流典型接线方式中，仅在换流变高压侧配置断路器且电压互感器配置在该断路器的后端，该断路器断开后，控制系统失去参考电压，无法进行无源逆变试验。因此，很有必要设计一套有效可行的装置及方法来实现真双极拓扑结构柔性直流输电换流阀无源逆变试验以确保阀组触发相序的正确性，同时也为其他类似工程提供有益的借鉴。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题，提供一种真双极柔性直流无源逆变试验装置及试验方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种真双极柔性直流无源逆变试验装置，包括试验极和对极，还包括极控制系统及与该极控制系统连接的试验极电压互感器、对极电压互感器、电子互感器、阀控系统，还包括一换流阀，所述换流阀与所述阀控系统连接并受其控制，所述试验极电压互感器用于采样试验极网侧交流电压，所述对极电压互感器用于采样对极网侧交流电压，所述电子互感器用于采样试验极阀侧交流电压，所述极控制系统根据试验极电压互感器、对极电压互感器、电子互感器采样的电压信号，控制试验极的工作状态。
在本发明一实施例中，所述试验极包括试验极交流侧断路器、试验极旁路断路器、试验极Ⅰ母刀闸开关、试验极Ⅱ母刀闸开关、试验极出线刀闸开关、试验极第四刀闸开关、试验极充电电阻、试验极换流变压器以及试验极桥臂电抗器，电网Ⅰ母母线经所述试验极Ⅰ母刀闸开关、试验极交流侧断路器、试验极出线刀闸开关、试验极第四刀闸开关、试验极旁路断路器、试验极换流变压器、试验极桥臂电抗器连接至所述换流阀，所述试验极充电电阻并联于所述试验极旁路断路器两端，所述试验极交流侧断路器还经所述试验极Ⅱ母刀闸开关与电网Ⅱ母母线连接。
在本发明一实施例中，所述对极的电路连接结构与试验极的电路连接结构一致。
在本发明一实施例中，所述换流阀包括上桥臂换流阀和下桥臂换流阀。
在本发明一实施例中，所述试验极电压互感器接至所述试验极出线刀闸开关与试验极第四刀闸开关之间的连接点，所述电子互感器接至所述试验极换流变压器与桥臂电抗器之间的连接点。
本发明还提供了一种基于上述所述真双极柔性直流无源逆变试验装置的试验方法，包括如下步骤，
S1：通过试验极对换流阀进行不控充电，当极控制系统检测到充电电压大于0.6pu后，延时10s发出启动换流阀子模块工作指令Dback_en至阀控系统，并传输给换流阀；所述充电电压即试验极电压互感器采样的试验极网侧交流电压；
S2：对极在确保极隔离的状态下，合上对极交流侧断路器使对极电压互感器带电，并对试验极和对极的交流电压在同源状态下进行二次电压核相，保证试验极和对极交流侧二次电压一致；核相正确后，将对极电压互感器采样的对极网侧交流电压接入试验极控制系统，作为无源逆变试验的参考电压；
S3：断开试验极交流侧断路器，极控制系统在检测到试验极交流侧断路器断开后即启动极控制系统自动录波功能，延时20ms发出解锁换流阀命令Deblock至阀控系统，并传输给换流阀，进行无源逆变试验；
S4：为防止电压降低造成阀子模块旁路数过多，解锁200ms后即收回解锁命令Deblock，闭锁换流阀；
S5：试验极交流侧断路器断开1s后，收回启动换流阀子模块工作指令Dback_en，换流阀子模块停止工作。
在本发明一实施例中，所述步骤S1中通过试验极对换流阀进行不控充电，需闭合试验极交流侧断路器、试验极Ⅰ母刀闸开关、试验极出线刀闸开关、试验极第四刀闸开关，断开试验极旁路断路器，电网Ⅰ母母线经所述试验极Ⅰ母刀闸开关、试验极交流侧断路器、试验极出线刀闸开关、试验极第四刀闸开关、试验极充电电阻、试验极换流变压器、试验极桥臂电抗器为换流阀进行不控充电。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：
（1）本发明试验方法实现过程简单，仅需将对极交流电压US接入到试验极极控制系统即可解决试验极断开交流断路器后无参考电压的问题；
（2）试验极极控制系统在检测到交流断路器断开后解锁200ms后即收回解锁命令，闭锁换流阀，1s后收回Dback_en指令，子模块停止工作，避免了阀子模块因电容电压降低造成旁路数过多；
（3）通过对试验波形的相角进行分析，可以确认极控制系统、阀控制系统和换流阀之间是否正确工作，可以检验控制系统补偿换流变的相角差是否正确；
（4）根据试验波形可以完成对阀控系统执行延时的测试，并做到在极控制系统中完全补偿，能有效减小有源状态下解锁瞬间的电流；
（5）本发明方法简单易于实现，为其他类似工程提供了有益的借鉴。
附图说明
图1为本发明试验主接线图。
图2控制设备接线图。
图3极控制系统无源逆变控制逻辑图。
图4网侧电压US与阀侧逆变电压UV录波图。
图5调制波Uref与阀侧逆变电压UV录波图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。
如图1-3所示，本发明的一种真双极柔性直流无源逆变试验装置，包括试验极和对极，还包括极控制系统及与该极控制系统连接的试验极电压互感器（图1中试验极的US）、电子互感器（图1中UV）、阀控系统和对极电压互感器（图1中对极的US），还包括换流阀（所述换流阀包括上桥臂换流阀VP和下桥臂换流阀VN），所述换流阀与所述阀控系统连接并受其控制，所述试验极电压互感器用于采样试验极网侧交流电压，所述电子互感器用于采样试验极阀侧交流电压，所述对极电压互感器用于采样对极网侧交流电压，所述极控制系统根据试验极电压互感器、电子互感器和对极电压互感器采样的电压信号，控制试验极的工作状态。
在本发明中，所述试验极包括试验极交流侧断路器（图1中试验极的QF1）、试验极旁路断路器（图1中试验极的QF2）、试验极Ⅰ母刀闸开关（图1中试验极的DS1）、试验极Ⅱ母刀闸开关图1中试验极的DS2）、试验极出线刀闸开关（图1中试验极的DS3）、试验极第四刀闸开关（图1中试验极的DS4）、试验极充电电阻（图1中试验极的R）、试验极换流变压器、试验极桥臂电抗器，电网Ⅰ母母线经所述试验极Ⅰ母刀闸开关、试验极交流侧断路器、试验极出线刀闸开关、试验极第四刀闸开关、试验极旁路断路器、试验极换流变压器、试验极桥臂电抗器连接至所述换流阀，所述试验极充电电阻并联于所述试验极旁路断路器两端，所述试验极交流侧断路器还经所述试验极Ⅱ母刀闸开关与电网Ⅱ母母线连接。
在本发明中，所述对极的电路连接结构与试验极的电路连接结构一致。
在本发明中，所述试验极电压互感器接至所述试验极出线刀闸开关与试验极第四刀闸开关之间的连接点，所述电子互感器接至所述试验极换流变压器与桥臂电抗器之间的连接点。
本发明还提供了一种基于上述所述真双极柔性直流无源逆变试验装置的试验方法，包括如下步骤，
S1：通过试验极对换流阀进行不控充电，当极控制系统检测到充电电压大于0.6pu后，延时10s发出启动换流阀子模块工作指令Dback_en至阀控系统，并传输给换流阀；所述充电电压即试验极电压互感器采样的试验极网侧交流电压；
S2：对极在确保极隔离的状态下，合上对极交流侧断路器使对极电压互感器带电，并对试验极和对极的交流电压在同源状态下进行二次电压核相，保证试验极和对极交流侧二次电压一致；核相正确后，将对极电压互感器采样的对极网侧交流电压接入试验极控制系统，作为无源逆变试验的参考电压；
S3：断开试验极交流侧断路器，极控制系统在检测到试验极交流侧断路器断开后即启动极控制系统自动录波功能，延时20ms发出解锁换流阀命令Deblock至阀控系统，并传输给换流阀，进行无源逆变试验；
S4：为防止电压降低造成阀子模块旁路数过多，解锁200ms后即收回解锁命令Deblock，闭锁换流阀；
S5：试验极交流侧断路器断开1s后，收回启动换流阀子模块工作指令Dback_en，换流阀子模块停止工作。
在本发明中，所述步骤S1中通过试验极对换流阀进行不控充电，需闭合试验极交流侧断路器、试验极Ⅰ母刀闸开关、试验极出线刀闸开关、试验极第四刀闸开关，断开试验极旁路断路器，电网母线经所述试验极Ⅰ母刀闸开关、试验极交流侧断路器、试验极出线刀闸开关、试验极第四刀闸开关、试验极充电电阻、试验极换流变压器、试验极桥臂电抗器为换流阀进行不控充电。
以下通过具体实现方案具体讲述本发明的技术方案。
本发明的真双极柔性直流无源逆变试验装置的试验方法，包括如下实现步骤：
（1）如图1所示，在试验极旁路断路器QF2处于分闸位置，试验极交流侧断路器QF1处于热备用的情况下，合上断路器QF1对换流阀进行不控充电。当极控制系统检测到充电电压大于0.6pu后，延时10s发出启动换流阀子模块工作指令Dback_en。等待直流电压稳定后，确认直流电压为当前阀侧线电压峰值。
（2）充电20s后，控制系统自动合上试验极旁路断路器QF2。
（3）对极在确保极隔离的状态下（DS4处于分闸状态），合上交流侧断路器QF1，使该极电压互感器US带电。
（4）对试验极和对极的交流电压US在同源状态下进行二次电压核相，确保两个极交流侧二次电压一致。
（5）核相正确后，如图2所述，切换开关K将对极的二次交流电压接入试验极极控制系统，作为无源逆变试验的参考电压。
（6）断开试验极交流侧断路器QF1，控制系统在检测到该断路器断开后即自动启动控制系统录波功能，延时20ms发出解锁命令Deblock，进行无源逆变试验。
（7）为了防止阀子模块因电压降低造成旁路数过多，解锁200ms后即收回解锁命令，闭锁换流阀。
（8）试验极交流侧断路器断开1s后，收回Dback_en指令，子模块停止工作。
（9）分析录波文件中阀逆变电压UV与参考电压US的相位关系是否正确，并测算阀控执行延时（控制系统发出调制波Uref与阀逆变电压UV时间差）。
该换流阀无源逆变试验方法成功运用于厦门±320kV柔性直流输电科技示范工程现场系统带电调试，试验结果如图4及表1所示。
注：换流变接线组别为YD7，换流阀无源逆变电压UV相位以网侧电压USA相为基准，测试超前相位。
图4和表1的试验结果说明阀侧电压Uv相序为正序，与网侧电压Us相位关系和换流变压器接线组别YD7相对应。阀组触发相序的正确性证明了极控制保护系统、阀基控制系统和换流阀之间工作的正确性，确保了换流阀的安全。
对图5波形进行测试可得表2所示的阀控系统执行延时，据此可以在极控制系统中对该延时进行补偿，能有效减小有源状态下解锁瞬间的电流。
注：测试调制波Uref与阀逆变电压UV各相时间差。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种真双极柔性直流无源逆变试验装置，其特征在于：包括试验极和对极，还包括极控制系统及与该极控制系统连接的试验极电压互感器、对极电压互感器、电子互感器、阀控系统，还包括一换流阀，所述换流阀与所述阀控系统连接并受其控制，所述试验极电压互感器用于采样试验极网侧交流电压，所述对极电压互感器用于采样对极网侧交流电压，所述电子互感器用于采样试验极阀侧交流电压，所述极控制系统根据试验极电压互感器、对极电压互感器、电子互感器采样的电压信号，控制试验极的工作状态。
2.根据权利要求1所述的一种真双极柔性直流无源逆变试验装置，其特征在于：所述试验极包括试验极交流侧断路器、试验极旁路断路器、试验极Ⅰ母刀闸开关、试验极Ⅱ母刀闸开关、试验极出线刀闸开关、试验极第四刀闸开关、试验极充电电阻、试验极换流变压器以及试验极桥臂电抗器，电网Ⅰ母母线经所述试验极Ⅰ母刀闸开关、试验极交流侧断路器、试验极出线刀闸开关、试验极第四刀闸开关、试验极旁路断路器、试验极换流变压器、试验极桥臂电抗器连接至所述换流阀，所述试验极充电电阻并联于所述试验极旁路断路器两端，所述试验极交流侧断路器还经所述试验极Ⅱ母刀闸开关与电网Ⅱ母母线连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种真双极柔性直流无源逆变试验装置，其特征在于：所述对极的电路连接结构与试验极的电路连接结构一致。
4.根据权利要求3所述的一种真双极柔性直流无源逆变试验装置，其特征在于：所述换流阀包括上桥臂换流阀和下桥臂换流阀。
5.根据权利要求3所述的一种真双极柔性直流无源逆变试验装置，其特征在于：所述试验极电压互感器接至所述试验极出线刀闸开关与试验极第四刀闸开关之间的连接点，所述电子互感器接至所述试验极换流变压器与桥臂电抗器之间的连接点。
6.一种基于权利要求5所述真双极柔性直流无源逆变试验装置的试验方法，其特征在于：包括如下步骤，
S1：通过试验极对换流阀进行不控充电，当极控制系统检测到充电电压大于0.6pu后，延时10s发出启动换流阀子模块工作指令Dback_en至阀控系统，并传输给换流阀；所述充电电压即试验极电压互感器采样的试验极网侧交流电压；
S2：对极在确保极隔离的状态下，合上对极交流侧断路器使对极电压互感器带电，并对试验极和对极的交流电压在同源状态下进行二次电压核相，保证试验极和对极交流侧二次电压一致；核相正确后，将对极电压互感器采样的对极网侧交流电压接入试验极控制系统，作为无源逆变试验的参考电压；
S3：断开试验极交流侧断路器，极控制系统在检测到试验极交流侧断路器断开后即启动极控制系统自动录波功能，延时20ms发出解锁换流阀命令Deblock至阀控系统，并传输给换流阀，进行无源逆变试验；
S4：为防止电压降低造成阀子模块旁路数过多，解锁200ms后即收回解锁命令Deblock，闭锁换流阀；
S5：试验极交流侧断路器断开1s后，收回启动换流阀子模块工作指令Dback_en，换流阀子模块停止工作。
7.根据权利要求6所述的真双极柔性直流无源逆变试验方法，其特征在于：所述步骤S1中通过试验极对换流阀进行不控充电，需闭合试验极交流侧断路器、试验极Ⅰ母刀闸开关、试验极出线刀闸开关、试验极第四刀闸开关，断开试验极旁路断路器，电网Ⅰ母母线经所述试验极Ⅰ母刀闸开关、试验极交流侧断路器、试验极出线刀闸开关、试验极第四刀闸开关、试验极充电电阻、试验极换流变压器、试验极桥臂电抗器为换流阀进行不控充电。
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