CN111812503A - 一种适用于柔性直流换流阀的测试方法及测试系统 - Google Patents

Abstract

一种适用于柔性直流换流阀的测试方法及测试系统，测试方法包括以下步骤：步骤1，根据待测试换流阀参数，选择测试电源；步骤2，短接柔性直流换流阀的直流侧，启动测试系统；步骤3，输入换流阀直流侧电流参考值I_{dc_ref}和交流侧三相电流参考值I_{a_refPQ}、I_{b_refPQ}、I_{c_refPQ}，并采样获得换流阀直流侧电流I_dc和交流侧三相电流I_a、I_b、I_c；步骤4，对换流阀直流侧电流I_dc和交流侧三相电流I_a、I_b、I_c进行闭环控制，生成6个桥臂调制波；步骤5，采集柔性直流换流阀电应力和热应力数据。本发明一方面可模拟换流阀实际运行中的桥臂电流波形，对阀组进行电应力及等效热测试，另一方面由于直流侧采用直接短接方式，仅从交流侧吸取有功损耗，对测试电源容量要求低。

Description

一种适用于柔性直流换流阀的测试方法及测试系统

技术领域

本发明属于电力电子变流器技术领域，具体涉及一种适用于大功率柔性直流换流阀的测试方法及测试系统。

背景技术

近年随着柔性直流输电技术的逐渐成熟，模块化多电平换流器在直流配电、直流建筑、新能源送出方面开始大规模应用。目前国内已完成多个直流配电示范工程，如贵州电网五端柔性直流、广东电网珠海唐家湾三端直流配电工程、张北柔性变电站示范工程等，直流配网层面已有20MVA容量的柔性直流换流阀投运。

对于柔性直流换流阀的厂内测试，传统的容量测试方法一般采用纯无功方式或双端功率对冲的方式进行。采用纯无功测试时，桥臂电流仅呈现纯交流分量无直流分量，不能完全模拟现场运行工况，且对测试电源的容量及允许电压波动范围有要求，对试验条件要求较高。采用双端功率对冲方式，也即采用两套背靠背柔性直流换流阀直流侧联接的方式进行测试，可以完全模拟现场工况，但需要设置陪试用的换流阀，试验回路成本投入大。以上两种测试方案尤其在面对大功率应用场合时，投入成本、电源及测试场地要求很高，技术经济性一般。

发明内容

为解决现有技术中存在的不足，为提高测试方法的技术经济性，也即满足桥臂电流波形/幅值的要求，又能尽可能的节约成本，本发明的目的在于，提供一种适用于大功率柔性直流换流阀的容量测试方法。

本发明采用如下的技术方案。一种适用于柔性直流换流阀的测试方法，包括以下步骤：

步骤1，根据待测试换流阀参数，选择测试电源；

步骤2，短接柔性直流换流阀的直流侧，启动测试系统；

步骤3，输入换流阀直流侧电流参考值I_{dc_ref}和交流侧三相电流参考值I_{a_refPQ}、I_{b_refPQ}、I_{c_refPQ}，并采样获得换流阀直流侧电流I_dc和交流侧三相电流I_a、I_b、I_c；

步骤4，对换流阀直流侧电流I_dc和交流侧三相电流I_a、I_b、I_c进行闭环控制，生成6个桥臂调制波，触发6个桥臂各个功率模块的导通状态；

步骤5，采集柔性直流换流阀电应力和热应力数据。

优选地，步骤1包括：计算换流器以换流阀直流侧电流参考值I_{dc_ref}运行的损耗值P_LOSS，即测试电源的有功容量需求，计算换流阀交流侧的视在功率S，即测试电源的容量需求。

优选地，步骤1包括：根据待测试换流阀参数，由如下公式计算获得输入换流阀直流侧电流参考值I_{dc_ref}和交流侧三相电流参考值I_{a_refPQ}、I_{b_refPQ}、I_{c_refPQ}

式中：

I_{q_ac_ref}表示各个桥臂的交流分量参考值；

I_{q_dc_ref}表示各个桥臂的直流分量参考值。

优选地，换流阀交流侧的视在功率S以如下公式计算，

式中：

V_{sa_refPQ},V_{sb_refPQ},V_{sc_refPQ}表示换流阀交流侧三相电压参考值；

I_{a_refPQ},I_{b_refPQ},I_{c_refPQ}表示换流阀交流侧三相电流参考值。

优选地，步骤4中，对换流阀直流侧电流I_dc进行PI控制。

优选地，步骤4中，对换流阀交流侧电流I_a、I_b和I_c进行无差拍控制。

本发明还提供了一种基于所述适用于柔性直流换流阀的测试方法的测试系统，柔性直流换流阀采用模块化多电平换流器结构，包括六个桥臂及桥臂电抗器，单个桥臂包括多个串联的功率模块；所述测试系统的特征在于，其包括：

测试电源，连接在柔性直流换流阀交流侧，用于提供有功损耗及无功功率；

直流侧短接模块，用于短接柔性直流换流阀的直流侧；

采样模块，用于获得换流阀直流侧电流I_dc，换流阀交流侧三相电流I_a、I_b和I_c，换流阀直流侧电压U_dc以及换流阀交流侧三相电压V_sa、V_sb和V_sc；

控制模块，包括：PI控制单元，用于控制换流阀直流侧电流I_dc，无差拍控制单元，用于控制换流阀交流侧三相电流I_a、I_b和I_c，以及调制单元，用于产生桥臂调制波{f_Uref[k]}_{k＝0,1,2,3,4,5}。

优选地，功率模块包括m个全桥模块和n个半桥模块，m≥n，m,n是正整数。

优选地，PI控制单元还可以用于控制换流阀直流侧电压U_dc。

优选地，测试系统还包括：测试数据采集模块，用于在测试过程中采集柔性直流换流阀电应力和热应力数据。

本发明的有益效果在于，与现有技术相比，换流阀直流侧直接短接可以进行大电流测试，仅从交流侧吸取有功损耗，对测试电源容量要求低，通过对直流电流、交流侧无功电流的控制以模拟实际运行中的桥臂电流波形进行电应力测试及热测试。本发明提供的测试方法和测试系统可大幅减化测试回路，降低对测试电源的需求，在单机运行的工况下，通过对交流侧、直流侧电流的控制即可产生所需的桥臂电流，与实际运行工况一致，为大容量换流阀的测试提供了优化解决方案。

附图说明

图1为柔性直流换流器测试接线图；

图2为全桥功率模块拓扑结构图；

图3为半桥功率模块拓扑结构图；

图4为桥臂电流波形；

图5为直流侧电流及交流侧电流控制框图

图6为电流控制软件流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本申请作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。

一种适用于柔性直流换流阀的测试方法，包括以下步骤：

步骤1，根据待测试换流阀参数，选择测试电源。测试电源指与柔直换流阀交流侧相连的交流电源。此处电源的容量，要满足待测阀体的额定容量对应交流无功功率和阀体损耗产生有功功率的均方根形成的视在功率。

具体包括：

计算换流阀以换流阀直流侧电流参考值I_{dc_ref}运行的损耗值P_LOSS，即测试电源的有功容量需求，因为阀体损耗相对阀体额定容量小，一般小于2％的额定容量，可忽略。因此，计算换流阀交流侧的无功功率Q，近似地认为视在功率S等于无功功率，即测试电源的容量需求。

如图1、4所示，桥臂电流由1/3直流电流与1/2交流侧电流叠加而成，与换流阀实际运行工况的波形一致。根据待测试换流阀参数，由如下公式计算获得输入换流阀直流侧电流参考值I_{dc_ref}和交流侧三相电流参考值I_{a_refPQ}、I_{b_refPQ}、I_{c_refPQ}

式中：

I_{q_ac_ref}表示各个桥臂的交流分量参考值；

I_{q_dc_ref}表示各个桥臂的直流分量参考值。

换流阀交流侧的视在功率S以如下公式计算，

式中：

V_{sa_refPQ},V_{sb_refPQ},V_{sc_refPQ}表示换流阀交流侧三相电压参考值；

I_{a_refPQ},I_{b_refPQ},I_{c_refPQ}表示换流阀交流侧三相电流参考值。

步骤2，直接短接柔性直流换流阀的直流侧正负极，启动测试系统。换流阀的直流侧直接短接的有益效果在于，以进行大电流测试，连接导体的截面积应满足输出电流需求。

步骤3，输入换流阀直流侧电流参考值I_{dc_ref}和交流侧三相电流参考值I_{a_refPQ}、I_{b_refPQ}、I_{c_refPQ}，并采样获得换流阀直流侧电流I_dc和交流侧三相电流I_a、I_b、I_c；

步骤4，如图5、6所示，对换流阀直流侧电流I_dc和交流侧三相电流I_a、I_b、I_c进行闭环控制，生成6个桥臂调制波{f_Uref[k]}_{k＝0,1,2,3,4,5}，触发6个桥臂各个功率模块的导通状态。更具体地，对换流阀直流侧电流I_dc进行PI控制；对换流阀交流侧电流I_a、I_b和I_c进行无差拍控制。

步骤5，采集柔性直流换流阀电应力和热应力数据。

如图1所示，本发明还提供了一种基于所述适用于柔性直流换流阀的测试方法的测试系统，柔性直流换流阀采用模块化多电平换流器结构，包括六个桥臂及桥臂电抗器，单个桥臂包括多个串联的功率模块；如图2、3所示，功率模块包括m个全桥模块和n个半桥模块，全桥模块的存在是为确保直流侧可以零起升流，一般典型设计，m≥n，m,n是正整数。

所述测试系统包括：测试电源、直流侧短接模块、采样模块、控制模块、测试数据采集模块。

测试电源，连接在柔性直流换流阀交流侧，仅用于提供有功损耗及无功功率，以上述方法中的计算方法进行选择。

直流侧短接模块，用于短接柔性直流换流阀的直流侧，连接导体的截面积应满足输出电流需求，换流阀仅从交流侧吸取有功损耗，对测试电源容量要求低。

采样模块，用于获得换流阀直流侧电流I_dc，换流阀交流侧三相电流I_a、I_b和I_c，换流阀直流侧电压U_dc以及换流阀交流侧三相电压V_sa、V_sb和V_sc；采样模块将采样数据传送至控制模块。

控制模块，包括：PI控制单元，用于控制换流阀直流侧电流I_dc，无差拍控制单元，用于控制换流阀交流侧三相电流I_a、I_b和I_c，以及调制单元，用于受控产生桥臂调制波{f_Uref[k]}_{k＝1,2,3,4,5}。测试系统控制换流阀直流侧电流I_dc和换流阀交流侧三相电流I_a,I_b,I_c时，测试模式为Idc/Q模式。

PI控制单元还可以用于控制换流阀直流侧电压U_dc。即常规运行为Udc/Q模式。

测试系统还包括：测试数据采集模块，用于在测试过程中采集柔性直流换流阀电应力和热应力数据。

本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明所提出的测试方法可大幅减化测试回路，降低对测试电源的需求，在单机运行的工况下，通过对交流侧、直流侧电流的控制即可产生所需的桥臂电流，与实际运行工况一致，为大容量换流阀的测试提供了一种全新的优化解决方案。

本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于柔性直流换流阀的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，根据待测试换流阀参数，选择测试电源；

步骤2，短接柔性直流换流阀的直流侧，启动测试系统；

步骤3，输入换流阀直流侧电流参考值I_{dc_ref}和交流侧三相电流参考值I_{a_refPQ}、I_{b_refPQ}、I_{c_refPQ}，并采样获得换流阀直流侧电流I_dc和交流侧三相电流I_a、I_b、I_c；

步骤4，对换流阀直流侧电流I_dc和交流侧三相电流I_a、I_b、I_c进行闭环控制，生成6个桥臂调制波，触发6个桥臂各个功率模块的导通状态；

步骤5，采集柔性直流换流阀电应力和热应力数据。

2.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于：

步骤1包括：计算换流器以换流阀直流侧电流参考值I_{dc_ref}运行的损耗值P_LOSS，即测试电源的有功容量需求，计算换流阀交流侧的视在功率S，即测试电源的容量需求。

3.根据权利要求2所述的测试方法，其特征在于：

步骤1包括：根据待测试换流阀参数，由如下公式计算获得输入换流阀直流侧电流参考值I_{dc_ref}和交流侧三相电流参考值I_{a_refPQ}、I_{b_refPQ}、I_{c_refPQ}

式中：

I_{q_ac_ref}表示各个桥臂的交流分量参考值；

I_{q_dc_ref}表示各个桥臂的直流分量参考值。

4.根据权利要求3所述的测试方法，其特征在于：

换流阀交流侧的视在功率S以如下公式计算，

式中：

V_{sa_refPQ},V_{sb_refPQ},V_{sc_refPQ}表示换流阀交流侧三相电压参考值；

I_{a_refPQ},I_{b_refPQ},I_{c_refPQ}表示换流阀交流侧三相电流参考值。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的测试方法，其特征在于：

步骤4中，对换流阀直流侧电流I_dc进行PI控制。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的测试方法，其特征在于：

步骤4中，对换流阀交流侧电流I_a、I_b和I_c进行无差拍控制。

7.一种基于权利要求1-6任一项所述适用于柔性直流换流阀的测试方法的测试系统，柔性直流换流阀采用模块化多电平换流器结构，包括六个桥臂及桥臂电抗器，单个桥臂包括多个串联的功率模块；所述测试系统的特征在于，其包括：

测试电源，连接在柔性直流换流阀交流侧，用于提供有功损耗及无功功率；

直流侧短接模块，用于短接柔性直流换流阀的直流侧；

采样模块，用于获得换流阀直流侧电流I_dc，换流阀交流侧三相电流I_a、I_b和I_c，换流阀直流侧电压U_dc以及换流阀交流侧三相电压V_sa、V_sb和V_sc；

控制模块，包括：PI控制单元，用于控制换流阀直流侧电流I_dc，无差拍控制单元，用于控制换流阀交流侧三相电流I_a、I_b和I_c，以及调制单元，用于产生桥臂调制波{f_Uref[k]}_{k＝0,1,2,3,4,5}。

8.根据权利要求7所述的用于柔性直流换流阀的测试系统，其特征在于：

功率模块包括m个全桥模块和n个半桥模块，m≥n，m,n是正整数。

9.根据权利要求7所述的用于柔性直流换流阀的测试系统，其特征在于：

PI控制单元还可以用于控制换流阀直流侧电压U_dc。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的用于柔性直流换流阀的测试系统，其特征在于：

测试系统还包括：测试数据采集模块，用于在测试过程中采集柔性直流换流阀电应力和热应力数据。

Images