CN106932669A - 柔性直流输电系统中阀段短路试验装置及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种柔性直流输电系统中阀段短路试验装置，其中控制单元用于在阀段达到最高稳态结温并进入热平衡后，控制正弦电流回路输出一组幅值和周波次可调的正弦电流，以及控制直流衰减电流回路输出一组幅值可调的直流衰减电流；并在直流衰减电流达到其峰值之后，使其与正弦电流叠加形成短路试验电流；以及在短路试验电流的波形不过零时控制第五、六开关组件导通，使波形不过零的那部分电流输入阀段，在短路试验电流的波形过零时还控制第三开关组件导通，使波形过零的那部分电流流过第三开关组件，同时使阀段在短路试验电流断续时承受反压。相应地，提供一种短路试验方法。本发明能够提供使阀段耐受同实际工况相当的暂态电流、电压、以及热应力。

Description

柔性直流输电系统中阀段短路试验装置及试验方法

技术领域

本发明涉及柔性直流输电技术领域，具体涉及一种柔性直流输电系统中阀段短路试验装置，以及一种柔性直流输电系统中阀段短路试验方法。

背景技术

基于H半桥子模块拓扑的柔性直流输电系统在发生直流侧短路后，系统会迅速闭锁各H半桥子模块中的所有IGBT，以及开通与各H半桥子模块下管T2反向并联的SCR(晶闸管)，并发出前级交流断路器断开的系统保护指令。但由于前级交流断路器断开需要时间较长，通常在100ms左右，为了验证在直流侧短路期间，与H半桥子模块下管T2反向并联的二极管D2和SCR的可靠性，必须在实验室按照等效试验的方法，使被测阀段耐受同实际工况相当的暂态电流、电压、以及热应力。

下面通过分析实际系统发生直流侧短路后内部短路电流的形成机理。本领域技术人员公知的是，在柔性直流输电系统的双极直流侧发生短路后，电容会放电给桥臂电感，此过程形成的电流流过H半桥子模块上管T1，在被测阀段闭锁后该电流达到峰值；随后桥臂电感放电形成衰减的直流电流，同时叠加电网的三相正弦短路电流，从而形成短路电流，这就是短路电流的形成机理。而且，根据直流侧短路回路阻抗大小不同，叠加形成的短路电流的波形主要呈现出不过零和过零两种形式。

目前，行业内普遍采用直流衰减电流和正弦电流叠加的方法来等效短路电流，并提出相应的短路试验方案。然而，发明人发现，现有技术所提出的短路试验方案存在以下问题：

1)在直流衰减电流上升到峰值的过程中，衰减电流就已经流过与下管T2反向并联的二极管D2和SCR，随后，在衰减电流达到峰值后再与正弦电流叠加并对被测阀段进行短路试验。但是，直流衰减电流上升到峰值的过程中短路电流应该流过H半桥子模块上管T1，而非与下管T2反向并联的二极管D2和SCR，这就导致与下管T2反向并联的二极管D2和SCR没有完全耐受与实际相同的短路电流应力；

2)无法实现被测阀段短路电流过零断续这种工况下对H半桥子模块耐受反压能力的考核；

3)无法满足在最严酷状态下，对H半桥子模块耐受热应力的考核，即，无法在被测阀段运行至最高稳态结温并进入热平衡后立即进行短路试验。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中所存在的上述缺陷，提供一种能够使被测阀段耐受同实际工况相当的暂态电流、电压、以及热应力的柔性直流输电系统中阀段短路试验装置和试验方法。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是：

本发明提供一种柔性直流输电系统中阀段短路试验装置，其包括正弦电流回路、直流衰减电流回路、第三开关组件、第五开关组件、第六开关组件、阀段和控制单元；

所述正弦电流回路的第一端与直流衰减电流回路的第一端连接，并通过第五开关组件与所述阀段的第一端连接，所述正弦电流回路的第二端与直流衰减电流回路的第二端连接，并通过第六开关组件与所述阀段的第二端连接，所述第三开关组件的两端分别与正弦电流回路的第一端和第二端连接；

所述控制单元用于在所述阀段达到最高稳态结温并进入热平衡后，控制正弦电流回路输出一组幅值和周波次可调的正弦电流，以及控制直流衰减电流回路输出一组幅值可调的直流衰减电流；并在所述直流衰减电流达到其峰值之后，使其与所述正弦电流叠加形成短路试验电流；在所述短路试验电流的波形不过零时，控制第五开关组件和第六开关组件导通，从而使波形不过零的那部分电流输入所述阀段，以及在所述短路试验电流的波形过零时，还控制第三开关组件导通，从而使波形过零的那部分电流流过第三开关组件，同时使所述阀段在短路试验电流断续时承受反压。

可选地，所述控制单元还用于通过调节正弦电流回路输出的正弦电流的幅值和直流衰减电流回路输出的直流衰减电流的幅值，来调节所述短路试验电流的波形是否过零，以及在所述短路试验电流的波形过零时，调节波形过零的那部分电流的幅值。

可选地，所述短路试验装置还包括检测单元，用于检测所述短路试验电流的波形是否过零，并在检测到波形过零时发送过零提示至控制单元，以及在检测到波形不过零时发送未过零提示至控制单元；

所述控制单元还用于在接收到所述过零提示时控制第三开关组件导通，以及在接收到所述未过零提示时控制第三开关组件关断。

可选地，所述直流衰减电流回路包括第二高压直流源、第二接触器、第二充电电阻、第二储能电容、第二谐振电感、第二开关组件和第四开关组件；

所述第二高压直流源的正极依次经过第二接触器、第二充电电阻、第二开关组件和第四开关组件与直流衰减电流回路的第一端连接，所述第二高压直流源的负极与直流衰减电流回路的第二端连接，所述第二储能电容的两端分别与第二充电电阻和第二开关组件的连接点、直流衰减电流回路的第二端连接，所述第二谐振电感分别与第二开关组件和第四开关组件的连接点、直流衰减电流回路的第二端连接；

所述控制单元还用于控制第二接触器吸合，从而使第二高压直流源通过第二充电电阻为第二储能电容充电；然后控制第二开关组件在预设的t0时刻导通，产生谐振电流为第二谐振电感储能；接着在预设的t1时刻向所述阀段发出闭锁指令；再控制第四开关组件在预设的t2时刻导通，通过第二谐振电感续流产生幅值可调的直流衰减电流。

可选地，所述t2时刻处于所述直流衰减电流回路的第二储能电容和第二谐振电感产生的谐振电流的第一个负半波期间；所述控制单元还用于根据所述直流衰减电流的预输出幅值大小，调节所述t2时刻在所述第一个负半波的峰值及其后的期间内的具体时刻。

可选地，所述正弦电流回路包括第一高压直流源、第一接触器、第一充电电阻、第一储能电容、第一谐振电感和第一开关组件；

所述第一高压直流源的正极依次经过第一接触器、第一充电电阻、第一开关组件和第一谐振电感与正弦电流回路的第一端连接，所述第一高压直流源的负极与正弦电流回路的第二端连接，所述第一储能电容的两端分别与第一充电电阻和第一开关组件的连接点、正弦电流回路的第二端连接；

所述控制单元还用于控制第一接触器吸合，从而使第一高压直流源通过第一充电电阻为第一储能电容充电；然后控制第一开关组件在所述t2时刻导通，产生幅值和周波次可调的正弦电流；所述控制单元还用于控制第五开关组件和第六开关组件也在所述t2时刻导通。

可选地，所述控制单元还用于根据所述正弦电流回路产生的正弦电流震荡的周波次数，控制第一开关组件的导通和关断。

可选地，所述短路试验装置中的各个开关组件包括SCR、IEGT、IGCT和GTO中的至少一种。

可选地，所述第一开关组件包括两个反向并联的SCR；所述第二开关组件包括两个反向并联的SCR。

本发明还提供一种柔性直流输电系统中阀段短路试验方法，其包括如下步骤：

使所述阀段达到最高稳态结温并进入热平衡；

生成一组幅值可调的直流衰减电流以及一组幅值和周波次可调的正弦电流，并在所述直流衰减电流达到其峰值之后，使其与所述正弦电流叠加形成短路试验电流；

在所述短路试验电流的波形不过零时，使波形不过零的那部分电流输入所述阀段，以及在所述短路试验电流的波形过零时，为波形过零的那部分电流提供不同于所述阀段所在回路的其它通路，同时使所述阀段在短路试验电流断续时承受反压。

可选地，所述短路试验方法还包括步骤：在预设的t1时刻向所述阀段发出闭锁指令；

所述直流衰减电流的输出时刻、所述正弦电流的输出时刻，以及所述短路试验电流输入所述阀段的时刻相同，均为预设的t2时刻，且所述t1时刻早于所述t2时刻。

有益效果：

本发明所述短路试验装置和短路试验方法可以满足使所述阀段中各个阀模块中与下管T2反向并联的二极管D2和SCR完全耐受与实际相同的短路电流应力，即直流衰减电流达到峰值之后才与正弦电流同时输入到所述阀段，并流过与下管T2反向并联的二极管D2和SCR；还可以满足等效模拟所有类型的短路电流波形的试验，包括短路电流的波形不过零时，以及短路电流的波形过零时两种工况下所述阀段中各个阀模块耐受反压能力的考核；还可以满足在最严酷状态下，对所述阀段中各个阀模块耐受热应力能力的考核，即在所述阀段运行至最高稳态结温并进入热平衡后立即进行短路试验。因此本发明能够使所述阀段耐受同实际工况相当的暂态电流、电压、以及热应力，具有良好的试验等效性，且成本低、可靠性高。

附图说明

图1为本发明实施例1提供的一种柔性直流输电系统中阀段短路试验装置的电路示意图；

图2为图1中的阀模块的电路示意图；

图3为本发明实施例1提供的柔性直流输电系统中双极直流侧的短路电流波形不过零时的波形图；

图4为本发明实施例1提供的柔性直流输电系统中双极直流侧的短路电流波形过零时未过零那部分电流的波形图；

图5为本发明实施例1提供的柔性直流输电系统中双极直流侧的短路电流波形过零时被测阀段各个阀模块耐受反压的波形图；

图6为本发明实施例1提供的又一种柔性直流输电系统中阀段短路试验装置的电路示意图；

图7为图6中的阀段稳态运行试验平台的电路示意图；

图8为本发明实施例2提供的柔性直流输电系统中阀段短路试验方法的流程图。

图中：1－正弦电流回路；2－直流衰减电流回路；3－阀段稳态运行试验平台；31－被测阀段；32－陪测阀段。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1：

本实施例提供一种柔性直流输电系统中阀段短路试验装置，如图1所示，所述短路试验装置包括正弦电流回路1、直流衰减电流回路2、第三开关组件THY3、第五开关组件THY5、第六开关组件THY6、阀段(即短路试验的对象，本实施例中采用被测阀段31来表示)和控制单元(图中未示出)。

其中，被测阀段31包括多个阀模块，本实施例中，以阀模块采用H半桥子模块为例。如图2所示，每个阀模块包括模块电容C、晶体管T1、二极管D1、晶体管T2、二极管D2和SCR(晶闸管)。晶体管T1和晶体管T2串联后与模块电容C并联，且二极管D2、SCR分别与晶体管T2反向并联，二极管D1与晶体管T1反向并联。在实际应用中，晶体管T1可称为上管，晶体管T2可称为下管，且晶体管T1、晶体管T2可采用IGBT(绝缘栅双极型晶体管，Insulated GateBipolar Transistor)。

具体地，如图1所示，正弦电流回路1的第一端与直流衰减电流回路2的第一端连接，并通过第五开关组件THY5与被测阀段31的第一端连接，正弦电流回路1的第二端与直流衰减电流回路2的第二端连接，并通过第六开关组件THY6与被测阀段31的第二端连接，第三开关组件THY3的两端分别与正弦电流回路1的第一端和第二端连接。

其中，正弦电流回路1和直流衰减电流回路2构成短路试验装置平台。该平台中，正弦电流回路1用于在控制单元的控制下通过其第一端输出一组幅值和周波次(即周波次数)可调的正弦电流Iac，直流衰减电流回路2用于在控制单元的控制下通过其第一端输出一组幅值可调的直流衰减电流Idc，且所述正弦电流Iac和所述直流衰减电流Idc叠加后形成短路试验电流Isc；第五开关组件THY5和第六开关组件THY6的一端与该短路试验装置平台衔接、另一端与被测阀段31衔接，并在导通时使短路试验电流Isc输出至被测阀段31。

为了考核被测阀段31中各个阀模块耐受热应力的能力，需要在启动短路电流故障试验前先使被测阀段31达到最高稳态结温并进入热平衡，从而满足在最严酷的状态下，对被测阀段的各个阀模块的热应力耐受能力进行考核。在被测阀段31达到最高稳态结温并进入热平衡后，启动短路电流故障试验，具体为，控制单元控制正弦电流回路1输出一组幅值和周波次可调的正弦电流Iac，以及控制直流衰减电流回路2输出一组幅值可调的直流衰减电流Idc；并在所述直流衰减电流Idc达到其峰值之后，使其与所述正弦电流Iac叠加形成短路试验电流Isc；以及在所述短路试验电流Isc的波形不过零时，控制第五开关组件THY5和第六开关组件THY6导通，从而使波形不过零的那部分电流输入被测阀段31，以考核被测阀段31中各个阀模块耐受短路电流的能力，以及在短路试验电流Isc的波形过零时，控制第三开关组件THY3、第五开关组件THY5和第六开关组件THY6均导通，从而使波形过零的那部分电流流过第三开关组件THY3而非被测阀段31，同时使被测阀段31中各个阀模块在短路电流断续时承受反压，以考核被测阀段31中各个阀模块耐受反压的能力。

需要说明的是，在实际应用中，短路电流一般分为两种情况，第一种情况是短路电流的波形的幅值始终为正，即，短路电流始终不过零，波形如图3所示；第二种情况是短路电流的波形中部分波形的幅值为正、部分波形的幅值为负，即，短路电流时而过零(波形如图4所示)、时而不过零。

本发明实施例所述短路试验装置可用于处理这两种情况的短路试验电流Isc。具体地，当短路试验电流Isc为第一种情况时，控制第五开关组件THY5和第六开关组件THY6导通，第三开关组件THY3关断，为始终不过零的短路试验电流提供由正弦电流回路1、直流衰减电流回路2、第五开关组件THY5、第六开关组件THY6和被测阀段31构成的第一通路。当短路试验电流Isc为第二种情况时，在短路试验电流的波形的幅值为正时，控制第五开关组件THY5和第六开关组件THY6导通，第三开关组件THY3关断，为波形不过零的那部分电流提供由正弦电流回路1、直流衰减电流回路2、第五开关组件THY5、第六开关组件THY6和被测阀段31构成的第一通路；以及，在短路试验电流的波形的幅值为负时，控制第三开关组件THY3、第五开关组件THY5和第六开关组件THY6导通，为波形过零的那部分电流提供由正弦电流回路1、直流衰减电流回路2和第三开关组件THY3构成的第二通路，此时，被测阀段31处于短路电流断续状态。

本实施例中，所述短路试验装置包括检测单元(图中未示出)，用于检测短路试验电流Isc的波形是否过零，并在检测到波形过零时发送过零提示至控制单元，以及在检测到波形不过零时发送未过零提示至控制单元；控制单元还用于在接收到过零提示时控制第三开关组件THY3导通，以及在接收到未过零提示时控制第三开关组件THY3关断。此处，“检测到波形过零时”指的是检测到波形由不过零转换为过零的时刻，“检测到波形不过零时”指的是检测到波形由过零转换为不过零的时刻，而且从检测到波形过零时直至检测到波形不过零时的时段内，保持第三开关组件导通，以及从检测到波形不过零时直至检测到波形过零时的时段内，保持第三开关组件关断。例如，若短路试验电流Isc的波形在a1～a2时段不过零，在a2～a3时段过零，在a3～a4时段不过零，在a4～a5时段过零，则检测单元在a1时刻发送不过零提示至控制单元，由控制单元控制第三开关组件THY3关断；在a2时刻发送过零提示至控制单元，由控制单元控制第三开关组件THY3导通；在a3时刻发送不过零提示至控制单元，由控制单元控制第三开关组件THY3关断；在a4时刻发送过零提示至控制单元，由控制单元控制第三开关组件THY3导通；在a5时刻发送不过零提示至控制单元，由控制单元控制第三开关组件THY3关断，而且，第三开关组件THY3在a1～a2时段保持关断，在a2～a3时段保持导通，在a3～a4时段保持关断，在a4～a5时段保持导通。

此外，控制单元还用于通过调节正弦电流回路1输出的正弦电流Iac的幅值和直流衰减电流回路2输出的直流衰减电流Idc的幅值，来调节短路试验电流Isc的波形是否过零，以及在短路试验电流Isc的波形过零时，调节波形过零的那部分电流的幅值，具体的实现方式将在下文中详细描述。

如图1所示，直流衰减电流回路2包括第二高压直流源DC2、第二接触器SS2、第二充电电阻R2、第二储能电容C2、第二谐振电感L2、第二开关组件THY2和第四开关组件THY4。

第二高压直流源DC2的正极依次经过第二接触器SS2、第二充电电阻R2、第二开关组件THY2和第四开关组件THY4与直流衰减电流回路2的第一端连接，第二高压直流源DC2的负极与直流衰减电流回路2的第二端连接，第二储能电容C2的两端分别与第二充电电阻R2和第二开关组件THY2的连接点、直流衰减电流回路2的第二端连接，即第二高压直流源DC2、第二接触器SS2和第二充电电阻R2依次串联后，再与第二储能电容C2并联，第二谐振电感L2分别与第二开关组件THY2和第四开关组件THY4的连接点、直流衰减电流回路2的第二端连接。

控制单元还用于控制第二接触器SS2吸合，从而使第二高压直流源DC2通过第二充电电阻R2为第二储能电容C2充电，还可以预设第一电压值，并在第二储能电容C2的电压充至所示第一电压值时，控制第二接触器SS2断开；然后控制第二开关组件THY2在预设的t0时刻导通，第二储能电容C2和第二谐振电感L2产生谐振，并产生频率为f₀的谐振电流为第二谐振电感L2储能；接着在预设的t1时刻向被测阀段31发出闭锁指令，以关断被测阀段31的各个阀模块中所有晶体管T1和晶体管T2；再控制第四开关组件THY4在预设的t2时刻导通，由于第四开关组件THY4的电流输出回路阻抗远小于第二谐振电感L2和第二储能电容C2组成的谐振回路的阻抗，故流过第二开关组件THY2的电流将被换流至第四开关组件THY4所在回路，通过第二谐振电感L2续流产生幅值可调的直流衰减电流Idc。

其中，t0时刻在第二接触器SS2的吸合时刻之后，t1时刻在t0时刻之后，t2时刻在t1时刻之后并在所述直流衰减电流Idc达到其峰值的时刻之后，具体可由本领域技术人员根据实际情况进行设定。较优地，检测单元还用于检测所述谐振电流的波形，并获取所述谐振电流波形的第一个负半波所在时段；t1时刻和t2时刻均处于所述谐振电流的第一个负半波期间。换言之，t0时刻早于t1时刻，t1时刻早于t2时刻，且t1时刻和t2时刻可分别处于所述谐振电流的第一个负半波期间内的任意时刻。较优地，t2时刻与t1时刻的时间差在1ms以内。

进一步地，t2时刻处于直流衰减电流回路2的第二储能电容C2和第二谐振电感L2产生的谐振电流的第一个负半波期间；控制单元还用于根据直流衰减电流Idc的预输出幅值大小(可根据短路试验电流Isc的波形是否过零，以及波形过零那部分电流的幅值来设定)，来调节t2时刻在所述第一个负半波的峰值及其后的期间内(该期间指的是前述第一个负半波期间)的具体时刻，具体地，如果t2时刻选在所述谐振电流的第一个负半波的峰值时刻点，则所述直流衰减电流波形的幅值最大。可见，通过调节第四开关组件THY4的导通时刻t2，就可以调节直流衰减电流波形的幅值。

在直流衰减电流回路2中，第二谐振电感L2和第二储能电容C2的震荡频率优选为50Hz以下，这样较低的频率有利于控制第四开关组件THY4的导通时刻t2，具体的频率值主要取决于直流衰减电流的幅值大小，若第二谐振电感L2的感值较大，则直流衰减电流的幅值会变小，若第二储能电容C2的容值较大，则直流衰减电流的幅值会变大，控制单元也可以通过调节第二谐振电感L2的感值和第二储能电容C2的容值，来调节直流衰减电流Idc的幅值。

此外，控制单元还可以通过控制第二高压直流源DC2为第二储能电容C2充电的幅值，来调节直流衰减电流波形的幅值。

如图1所示，正弦电流回路1包括第一高压直流源DC1、第一接触器SS1、第一充电电阻R1、第一储能电容C1、第一谐振电感L1和第一开关组件THY1。

第一高压直流源DC1的正极依次经过第一接触器SS1、第一充电电阻R1、第一开关组件THY1和第一谐振电感L1与正弦电流回路1的第一端连接，第一高压直流源DC2的负极与正弦电流回路1的第二端连接，第一储能电容C1的两端分别与第一充电电阻R1和第一开关组件THY1的连接点、正弦电流回路1的第二端连接，即第一高压直流源DC1、第一接触器SS1和第一充电电阻R1依次串联后，再与第一储能电容C1并联。上述第一接触器SS1和第二接触器SS2分别用于各自所在回路的闭合及断开；第一充电电阻R1和第二充电电阻R2均用于限流。

控制单元还用于控制第一接触器SS1吸合，从而使第一高压直流源DC1通过第一充电电阻R1为第一储能电容C1充电；然后控制第一开关组件THY1在前述t2时刻导通，第一谐振电感L1和第一储能电容C1产生工频振荡，形成幅值和周波次可调的正弦电流Iac。控制单元还可以通过控制第一高压直流源DC1为第一储能电容C1充电的幅值，来调节正弦电流波形Iac的幅值。

较优地，控制单元还用于根据正弦电流回路1产生的正弦电流Iac震荡的周波次数，控制第一开关组件THY1的导通和关断。即，第一开关组件THY1的导通和关断具体取决于正弦电流Iac震荡的周波次数。所述周波次数取决于前级交流断路器断开所需的时间，由于现有前级交流断路器断开所需的时间一般为100ms，故所需周波次数为五个周波，相应地控制正弦电流回路1持续产生一组100ms的工频正弦电流。当然，本发明实施例所述周波次数也可以为其他数量，本领域技术人员可根据实际前级交流断路器断开所需时间来设定。其中，所述周波指的是交流电完成一次完整的变化的波形(如一个正弦波形)。

控制单元还用于控制第五开关组件THY5和第六开关组件THY6也在t2时刻导通，使得正弦电流Iac和直流衰减电流Idc叠加后形成的短路试验电流Isc在波形不过零的情况下无延时切入被测阀段31。所述无延时指的是延时时间在1ms以内。而当短路试验电流Isc的波形过零时，控制第三开关组件THY3导通，以使得被测阀段31处于短路电流断续状态，此时由于被测阀段31中的各个阀模块都处于闭锁状态，控制单元可控制被测阀段31中各个阀模块的上管T1和下管T2均关断，故上管T1和下管T2的阻抗相等，则上管T1和下管T2的两端分别承受1/2Uc的电压，该电压正极接SCR的阴极、负极接SCR阳极，使得与下管T2反向并联的二极管D2和SCR均承受1/2Uc的反向电压(即反压)；在被测阀段31中的各个阀模块处于闭锁状态时，控制单元也可以控制被测阀段31中各个阀模块的上管T1导通，这会迫使下管T2承受整个Uc的电压，使得与下管T2反向并联的二极管D2和SCR承受Uc的反向电压，从而完全与实际工况等效，此种情况下，各个阀模块耐受反压的波形如图5所示。其中，Uc为单个阀模块的电容电压。

上述实施例中使被测阀段31达到最高稳态结温并进入热平衡的实现方式可采用外部加热的方式，即所述短路试验装置还包括外部加热系统，用以加热被测阀段31。如利用大功率加热棒将水冷系统的冷却水加热至最高稳态结温，并用其加热被测阀段31，从而使被测阀段31达到最高稳态结温并进入热平衡，但该方法的效率较低，等效试验性也较低。

上述实施例中使被测阀段31在短路电流断续时承受反压的实现方式可采用外部高压注入的方式，即所述短路试验装置还包括外部高压注入系统，用以向被测阀段31注入反压。如利用高压电源在被测阀段31处于短路电流断续状态时向被测阀段31注入高压，但该方法的成本较高，且结构复杂。

为了克服上述实施例中使被测阀段31达到最高稳态结温的实现方式及使被测阀段31在短路电流断续时承受反压的实现方式所存在的缺点，本实施例还提供一种柔性直流输电系统中被测阀段短路试验装置，如图6所示，所述短路试验装置包括正弦电流回路1、直流衰减电流回路2、第三开关组件THY3、第五开关组件THY5、第六开关组件THY6、阀段稳态运行试验平台3和控制单元(图中未示出)。其中，正弦电流回路1、直流衰减电流回路2、第三开关组件THY3、第五开关组件THY5和第六开关组件THY6的结构、作用和连接关系均与上述实施例相同，此处不再赘述。

如图6所示，正弦电流回路1和直流衰减电流回路2作为短路试验装置平台通过第五开关组件THY5和第六开关组件THY6与阀段稳态运行试验平台3连接。如图7所示，阀段稳态运行试验平台3包括被测阀段31、陪测阀段32以及连接在二者之间的电感，其具体功能包括使被测阀段31达到最高稳态结温并进入热平衡，并且提供短路电流断续时被测阀段31中各个阀模块承受的反压。

具体地，控制单元除具有上述实施例中所描述的功能以外，还用于在启动短路电流故障试验前使阀段稳态运行试验平台3正常运行，即：使被测阀段31和陪测阀段32之间功率自循环运行，从而按照最真实的工况实现阀段稳态运行试验平台3中被测阀段31和陪测阀段32之间的功率自循环加热，直至被测阀段31达到最高稳态结温并进入热平衡，随后启动短路电流故障试验，以满足在最严酷状态下，对被测阀段31中各个阀模块的热应力耐受能力进行考核；所述控制单元还用于在被测阀段31处于短路电流断续状态时(即控制第三开关组件THY3导通，使波形过零的那部分电流流过第三开关组件THY3而非被测阀段31时)，利用阀模块自身的电容电压Uc使阀模块承受反压，从而完全与实际工况等效。至于承受反压的具体实现方式，前已述及，此处不再赘述。

本发明所述短路试验装置中，各个开关组件可包括SCR(Silicon ControlledRectifier，可控硅，亦可称为普通晶闸管)、IEGT(Injection Enhanced Gate Transistor，电子注入增强栅晶体管)、IGCT(Integrated Gate Commutated Thyristor，集成门极换流晶闸管)和GTO(Gate Turn-Off Thyristor，门控晶闸管)中的至少一种。例如，第一开关组件THY1包括两个反向并联的SCR；第二开关组件THY2包括两个反向并联的SCR；第三至第五开关组件各自只包括一个SCR。

实施例2：

本实施例提供一种柔性直流输电系统中阀段短路试验方法，如图8所示，所述短路试验方法包括如下步骤S101-S103。

S101.使所述阀段达到最高稳态结温并进入热平衡。

S102.生成一组幅值可调的直流衰减电流以及一组幅值和周波次可调的正弦电流，并在所述直流衰减电流达到其峰值之后，使其与所述正弦电流叠加形成短路试验电流。

S103.在短路试验电流的波形不过零时，使波形不过零的那部分电流输入所述阀段，以及在短路试验电流的波形过零时，为波形过零的那部分电流提供不同于所述阀段所在回路的其它通路，以使所述阀段处于短路电流断续状态，同时使所述阀段在短路电流断续时承受反压。

较优地，在步骤S101和步骤S102之间还包括如下步骤：在预设的t1时刻向所述阀段发出闭锁指令，以使得所述阀段的各个阀模块中的所有晶体管均关断。

而且，直流衰减电流的输出时刻、正弦电流的输出时刻，以及短路试验电流输入所述阀段的时刻相同，均为预设的t2时刻；所述t1时刻早于所述t2时刻，较优地，所述t2时刻与所述t1时刻的时间差在1ms以内；所述t2时刻在所述直流衰减电流达到其峰值的时刻之后，以使得短路试验电流在波形不过零的情况下无延时切入所述阀段。所述无延时指的是延时时间在1ms以内。

本实施例中，若所述阀段中各阀模块的结构采用图2所示结构，则当短路试验电流的波形过零时，使所述阀段处于短路电流断续状态，此时由于所述阀段中的各个阀模块都处于闭锁状态，可控制所述阀段中各个阀模块的上管T1和下管T2均关断，故上管T1和下管T2的阻抗相等，则上管T1和下管T2的两端分别承受1/2Uc的电压，该电压正极接SCR的阴极、负极接SCR阳极，使得与下管T2反向并联的二极管D2和SCR均承受1/2Uc的反向电压(即反压)；在所述阀段中的各个阀模块处于闭锁状态时，也可以控制所述阀段中各个阀模块的上管T1导通，这会迫使下管T2承受整个Uc的电压，使得与下管T2反向并联的二极管D2和SCR承受Uc的反向电压，从而完全与实际工况等效。

本实施例所述方法与实施例1所述装置中的相关特征可以相互参考。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种柔性直流输电系统中阀段短路试验装置，其特征在于，包括正弦电流回路、直流衰减电流回路、第三开关组件、第五开关组件、第六开关组件、阀段和控制单元；

所述正弦电流回路的第一端与直流衰减电流回路的第一端连接，并通过第五开关组件与所述阀段的第一端连接，所述正弦电流回路的第二端与直流衰减电流回路的第二端连接，并通过第六开关组件与所述阀段的第二端连接，所述第三开关组件的两端分别与正弦电流回路的第一端和第二端连接；

所述控制单元用于在所述阀段达到最高稳态结温并进入热平衡后，控制正弦电流回路输出一组幅值和周波次可调的正弦电流，以及控制直流衰减电流回路输出一组幅值可调的直流衰减电流；并在所述直流衰减电流达到其峰值之后，使其与所述正弦电流叠加形成短路试验电流；在所述短路试验电流的波形不过零时，控制第五开关组件和第六开关组件导通，从而使波形不过零的那部分电流输入所述阀段，以及在所述短路试验电流的波形过零时，还控制第三开关组件导通，从而使波形过零的那部分电流流过第三开关组件，同时使所述阀段在短路试验电流断续时承受反压。

2.根据权利要求1所述的短路试验装置，其特征在于，所述控制单元还用于通过调节正弦电流回路输出的正弦电流的幅值和直流衰减电流回路输出的直流衰减电流的幅值，来调节所述短路试验电流的波形是否过零，以及在所述短路试验电流的波形过零时，调节波形过零的那部分电流的幅值。

3.根据权利要求1所述的短路试验装置，其特征在于，

所述短路试验装置还包括检测单元，用于检测所述短路试验电流的波形是否过零，并在检测到波形过零时发送过零提示至控制单元，以及在检测到波形不过零时发送未过零提示至控制单元；

所述控制单元还用于在接收到所述过零提示时控制第三开关组件导通，以及在接收到所述未过零提示时控制第三开关组件关断。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的短路试验装置，其特征在于，

所述直流衰减电流回路包括第二高压直流源、第二接触器、第二充电电阻、第二储能电容、第二谐振电感、第二开关组件和第四开关组件；

所述第二高压直流源的正极依次经过第二接触器、第二充电电阻、第二开关组件和第四开关组件与直流衰减电流回路的第一端连接，所述第二高压直流源的负极与直流衰减电流回路的第二端连接，所述第二储能电容的两端分别与第二充电电阻和第二开关组件的连接点、直流衰减电流回路的第二端连接，所述第二谐振电感分别与第二开关组件和第四开关组件的连接点、直流衰减电流回路的第二端连接；

所述控制单元还用于控制第二接触器吸合，从而使第二高压直流源通过第二充电电阻为第二储能电容充电；然后控制第二开关组件在预设的t0时刻导通，产生谐振电流为第二谐振电感储能；接着在预设的t1时刻向所述阀段发出闭锁指令；再控制第四开关组件在预设的t2时刻导通，通过第二谐振电感续流产生幅值可调的直流衰减电流。

5.根据权利要求4所述的短路试验装置，其特征在于，所述t2时刻处于所述直流衰减电流回路的第二储能电容和第二谐振电感产生的谐振电流的第一个负半波期间；所述控制单元还用于根据所述直流衰减电流的预输出幅值大小，调节所述t2时刻在所述第一个负半波的峰值及其后的期间内的具体时刻。

6.根据权利要求4所述的短路试验装置，其特征在于，

所述正弦电流回路包括第一高压直流源、第一接触器、第一充电电阻、第一储能电容、第一谐振电感和第一开关组件；

所述第一高压直流源的正极依次经过第一接触器、第一充电电阻、第一开关组件和第一谐振电感与正弦电流回路的第一端连接，所述第一高压直流源的负极与正弦电流回路的第二端连接，所述第一储能电容的两端分别与第一充电电阻和第一开关组件的连接点、正弦电流回路的第二端连接；

所述控制单元还用于控制第一接触器吸合，从而使第一高压直流源通过第一充电电阻为第一储能电容充电；然后控制第一开关组件在所述t2时刻导通，产生幅值和周波次可调的正弦电流；所述控制单元还用于控制第五开关组件和第六开关组件也在所述t2时刻导通。

7.根据权利要求6所述的短路试验装置，其特征在于，所述控制单元还用于根据所述正弦电流回路产生的正弦电流震荡的周波次数，控制第一开关组件的导通和关断。

8.根据权利要求6所述的短路试验装置，其特征在于，所述短路试验装置中的各个开关组件包括SCR、IEGT、IGCT和GTO中的至少一种。

9.根据权利要求8所述的短路试验装置，其特征在于，所述第一开关组件包括两个反向并联的SCR；所述第二开关组件包括两个反向并联的SCR。

10.一种柔性直流输电系统中阀段短路试验方法，其特征在于，包括如下步骤：

使所述阀段达到最高稳态结温并进入热平衡；

生成一组幅值可调的直流衰减电流以及一组幅值和周波次可调的正弦电流，并在所述直流衰减电流达到其峰值之后，使其与所述正弦电流叠加形成短路试验电流；

在所述短路试验电流的波形不过零时，使波形不过零的那部分电流输入所述阀段，以及在所述短路试验电流的波形过零时，为波形过零的那部分电流提供不同于所述阀段所在回路的其它通路，同时使所述阀段在短路试验电流断续时承受反压。

11.根据权利要求10所述的短路试验方法，其特征在于，所述短路试验方法还包括步骤：在预设的t1时刻向所述阀段发出闭锁指令；

所述直流衰减电流的输出时刻、所述正弦电流的输出时刻，以及所述短路试验电流输入所述阀段的时刻相同，均为预设的t2时刻，且所述t1时刻早于所述t2时刻。