CN110221169A - 一种直流电网短路电流试验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种直流电网短路电流试验装置及方法，属于柔性直流输电及直流配网技术领域，装置包括变压器和整流器，变压器的输入端用于连接电源、输出端连接整流器，整流器的输出端连接有储能电容，储能电容两端并联有直流变换器，直流变换器用于采用载波移相的PWM调制向直流电网提供短路电流。本发明的直流电网短路电流试验装置中，在短路电流试验前，利用电源经过变压器、整流器给储能电容充电，当储能电容充电完成后，利用直流变换器采用载波移相的PWM调制向直流电网提供短路电流。本发明不会对直流电网造成冲击，能够提高直流输电系统的电压稳定，进而保证直流输电系统的安全运行。
Description
技术领域
本发明属于柔性直流输电及直流配网技术领域，具体涉及一种直流电网短路电流试验装置及方法。
背景技术
随着直流输电工程的增加，国内在直流输电技术领域的进展迅速，直流设备在实际直流输电工程中得到了更加广泛的应用，该应用存在着电压高、电流大、容量大的特点，而直流设备的电气性能将直接影响直流输电系统的可靠性和安全性，短路电流试验是验证直流设备能否承受短路故障引起的最大电流，且直流系统中短路电流可以达到几十kA甚至更高，所以需要短路电流试验合成装置验证其可靠性和安全性。
目前，直流电网短路电流试验装置的试验方法为采用6脉冲整流桥模拟桥臂短路，如图1所示，6脉冲整流桥输入电压由10kV转380V变压器提供，输出电压给后级DC/DC变换器提供输入电压，DC/DC采用多模块并联的H桥拓扑结构，可使DC/DC输出电流值达到几十kA满足短路电流测试要求。但是，采用这种试验装置对直流输电系统的冲击很大，同时要求供电系统具有非常高的短路容量，需要对大电网的容量要求很高，不利于直流输电系统的电压稳定，影响直流输电系统的安全运行。
发明内容
本发明的目的是提供一种直流电网短路电流试验装置及方法，用于解决现有直流电网短路电流试验装置影响直流输电系统的安全运行问题。
为解决上述技术问题，本发明提出一种直流电网短路电流试验装置，包括变压器和整流器，变压器的输入端用于连接电源、输出端连接整流器，整流器的输出端连接有储能电容，储能电容两端并联有直流变换器，直流变换器用于采用载波移相的PWM调制向直流电网提供短路电流。
本发明的直流电网短路电流试验装置中，在短路电流试验前，首先利用电源经过变压器、整流器给储能电容充电，对电网的冲击非常小，可忽略不计，当储能电容充电完成后，利用直流变换器采用载波移相的PWM调制向直流电网提供短路电流。本发明不会对直流电网造成冲击，能够提高直流输电系统的电压稳定，进而保证直流输电系统的安全运行。另外，本发明的直流电网短路电流试验装置灵活性高，可以对储能电容和直流变换器进行扩容，以满足更大电流等级的需求。
为减小直流变换器输出电流的纹波，直流变换器优选采用交错并联的Buck变换器，包括至少两个Buck单元，每个Buck单元包括全控型开关器件、二极管和电感，全控型开关器件的发射极分别连接二极管的阴极和电感的输入端，全控型开关器件的集电极连接储能电容的一端，二极管的阳极连接储能电容的另一端，电感的输出端和二极管的阳极作为输出端口用于连接直流电网。上述全控型开关器件为IGBT或MOSFET。
本发明的直流电网短路电流试验装置，在短路电流试验前，首先利用电源经过变压器、整流器给储能电容充电，对电网的冲击非常小，可忽略不计，当储能电容充电完成后，控制器利用载波移相的PWM调制控制直流变换器向直流电网提供短路电流。本发明不会对直流电网造成冲击，能够提高直流输电系统的电压稳定，进而保证直流输电系统的安全运行。另外，的直流电网短路电流试验装置灵活性高，可以对储能电容和直流变换器进行扩容，以满足更大电流等级的需求。
为减小直流变换器输出电流的纹波，直流变换器优选采用交错并联的Buck变换器，包括至少两个Buck单元，每个Buck单元包括全控型开关器件、二极管和电感，全控型开关器件的发射极分别连接二极管的阴极和电感的输入端，全控型开关器件的集电极连接储能电容的一端，二极管的阳极连接储能电容的另一端，电感的输出端和二极管的阳极作为输出端口用于连接直流电网，控制器用于控制每个全控型开关器件的基极，根据需要向直流电网提供的短路电流控制各全控型开关器件输出的脉冲信号，实现载波移相的PWM调制。上述全控型开关器件为IGBT或MOSFET。
为实现直流变换器的控制，还包括控制连接直流变换器的控制器，该控制器用于采用载波移相的PWM调制向直流电网提供短路电流。
为解决上述技术问题，本发明基于上述直流电网短路电流试验装置提出一种短路电流试验的方法，包括以下步骤：
控制变压器升压至整流器所需的电压值，经过整流器将交流电整流成直流电给储能电容充电，储能电容充电完成后，控制直流变换器采用载波移相的PWM调制向直流电网提供短路电流，进行短路电流试验。该方法能够提高直流输电系统的电压稳定，避免对直流电网造成冲击，进而保证直流输电系统的安全运行。
为实现短路电流的调节，根据所需提供短路电流的大小调节直流变换器中开关管的脉冲信号占空比，当增大短路电流时减小占空比，当减小短路电流时增大占空比。
附图说明
图1是现有技术的直流电网短路电流试验装置；
图2是本发明的直流电网短路电流试验装置。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
如图2所示的直流电网短路电流试验装置，包括调压器TY1、整流桥DR1、超级电容C1和DC/DC(直流变换器)。其中，调压器TY1的输入端用于连接AC380V电源、输出端连接整流桥DR1，整流桥DR1的输出端连接有超级电容C1，超级电容C1两端并联有DC/DC，DC/DC用于采用载波移相的PWM调制向直流电网提供短路电流。
本实施例的DC/DC为交错并联的Buck变换器，包括n个Buck单元，每个Buck单元包括全控型开关器件(Q1、Q2、…、Qn)、二极管(D1、D2、…、Dn)和电感(L1、L2、…、Ln)。其中，全控型开关器件的发射极分别连接二极管的阴极和电感的输入端，全控型开关器件的集电极连接储能电容的一端，二极管的阳极连接储能电容的另一端，电感的输出端和二极管的阳极作为输出端口用于连接直流电网(即负载)。上述全控型开关器件优选为IGBT或MOSFET。
直流电网短路电流试验装置进行短路电流试验的方法流程如下：
短路电流试验开始前，通过调压器TY1将AC380V逐渐升压至整流桥DR1所需的交流电压，经过整流桥DR1将交流电变换为直流电给超级电容C1充电，充电几分钟满电后，即可进行短路电流试验；超级电容C1通过交错并联的Buck变换器放电，交错并联的Buck变换器的控制采用载波移相，输出大电流以满足直流电网短路电流的要求，进行短路电流试验。
全控型开关器件(Q1、Q2、…、Qn)输出脉冲信号的占空比一致且可调，根据实际所需短路电流大小调整占空比的大小。当需要向直流电网提供的短路电流增大时，减小脉冲信号的占空比，当需要向直流电网提供的短路电流减小时，增大脉冲信号的占空比。
本发明的直流电网短路电流试验装置具有以下优点：
1)、可控性高，可以通过改变DC/DC输出脉冲信号的占空比大小进而调节装置输出电流的大小，以适应于不同电流等级；
2)、成本低，与常规的短路电流试验装置相比较，本发明的短路电流试验装置不需要大容量、大变比变压器，采用调压器即可满足要求，且调压器的容量减小，进而大幅降低了装置的体积和成本；
3)、电网无冲击，短路试验准备前对超级电容充电，前级二级管整流桥只需要较小功率就可以在短时间内完成对超级电容的充电，对电网的冲击很小可忽略不计，且无需对电网进行改造；
4)、灵活性高，可以对装置的超级电容和DC/DC进行扩容，对超级电容扩容时采用并联电容的方式，对DC/DC进行扩容时可根据需要设置Buck单元的个数，以满足更大电流等级的需求。
为了实现DC/DC的控制，上述直流电网短路电流试验装置还包括控制器，控制器控制连接DC/DC，用于控制每个全控型开关器件的基极，采用载波移相的PWM调制向直流电网提供短路电流。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，例如，以上试验电路实施例和试验装置实施例中，是采用调压器的实施方式，作为其他实施方式，还可以采用普通的变压器；本实施例的超级电容可以采用多个并联的普通电容代替，本实施例的DC/DC可采用公布号为CN108336907A、名称为“一种自激式交错并联Buck变换器”的中国专利申请中的交错并联的Buck变换器，另外，本实施例的交错并联的Buck变换器可仅采用一个Buck单元，或者两个或多个。因此，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。
Claims (6)
1.一种直流电网短路电流试验装置，其特征在于，包括变压器和整流器，变压器的输入端用于连接电源、输出端连接整流器，整流器的输出端连接有储能电容，储能电容两端并联有直流变换器，直流变换器用于采用载波移相的PWM调制向直流电网提供短路电流。
2.根据权利要求1所述的直流电网短路电流试验装置，其特征在于，所述直流变换器包括至少两个Buck单元，每个Buck单元包括全控型开关器件、二极管和电感，全控型开关器件的发射极分别连接二极管的阴极和电感的输入端，全控型开关器件的集电极连接储能电容的一端，二极管的阳极连接储能电容的另一端，电感的输出端和二极管的阳极作为输出端口用于连接直流电网。
3.根据权利要求2所述的直流电网短路电流试验装置，其特征在于，所述全控型开关器件为IGBT或MOSFET。
4.根据权利要求1所述的直流电网短路电流试验装置，其特征在于，还包括控制连接直流变换器的控制器，该控制器用于采用载波移相的PWM调制向直流电网提供短路电流。
5.一种采用如权利要求1-4任一项所述的直流电网短路电流试验装置进行短路电流试验的方法，其特征在于，包括以下步骤：
控制变压器升压至整流器所需的电压值，经过整流器将交流电整流成直流电给储能电容充电，储能电容充电完成后，控制直流变换器采用载波移相的PWM调制向直流电网提供短路电流，进行短路电流试验。
6.根据权利要求5所述的短路电流试验的方法，其特征在于，根据所需提供短路电流的大小调节直流变换器中开关管的脉冲信号占空比，当增大短路电流时减小所述占空比，当减小短路电流时增大所述占空比。
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