CN111999578A - 一种可控避雷器模拟试验方法及装置 - Google Patents
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Abstract
一种可控避雷器模拟试验方法及装置，该方法包括：搭建可控避雷器模拟试验的主回路；搭建可控避雷器模拟试验控制回路；设置交流模拟电压源，模拟混合直流输电动模试验系统受端网侧电压跌落故障，产生直流过电压；判断直流过电压是否达到保护定值，若达到保护定值，则触发第一避雷器组、两端的IGBT导通，第一避雷器组短接，第二避雷器组导通；判断直流电压是否恢复至正常水平，若恢复则关断IGBT；判断第二避雷器组吸收的能量是否达到越限值，若达到越限值，则触发旁路开关导通，第一和第二避雷器组短接。本发明通过模拟混合直流输电动模试验系统受端网侧电压跌落故障产生直流过电压，有效验证可控避雷器限制过电压的控制策略和保护水平。
Description
技术领域
本发明涉及直流输电技术领域，具体涉及一种可控避雷器模拟试验方法及装置。
背景技术
晶闸管换流器(LCC)中晶闸管的半控特性，导致LCC逆变站存在换相失败的风险。将逆变站用模块化多电平换流器(MMC换流器)代替，形成LCC+MCC混合直流输电技术，可以从根本上解决逆变站换相失败的问题，同时还具有谐波含量少，有功无功功率能够单独控制等优势。
但由于MMC换流器过压水平较低，需要引入一定的辅助保护措施来吸收受端交流故障时直流侧的盈余能量，限制直流过电压，保护MMC换流器子模块，提高系统可靠性。常规限制方法在经济性和运行可靠性方面存在不足，因此过电压柔性限制方法亟待发展。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种可控避雷器模拟试验方法及装置，用于验证可控避雷器限制过电压的控制逻辑、保护水平、能量越限保护功能。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案实现：
本发明的第一方面提供了一种可控避雷器模拟试验方法，包括如下步骤：
搭建可控避雷器模拟试验的主回路：所述主回路包括第一避雷器组MOA1和第二避雷器组MOA2，第一避雷器组MOA1两端并联有IGBT，用于改变避雷器电阻片的接入数量；第一和第二避雷器组整体两端并联有旁路开关，用于当第二避雷器组MOA2能量越限后保护避雷器；
搭建可控避雷器模拟试验控制回路：所述控制回路包括模拟信号采集单元和第一避雷器组MOA1触发单元；
设置交流模拟电压源，模拟混合直流输电动模试验系统受端网侧电压跌落故障，产生直流过电压；
判断直流过电压是否达到保护定值，若达到保护定值，则触发第一避雷器组MOA1两端的IGBT导通，第一避雷器组MOA1短接，第二避雷器组MOA2导通；
判断直流电压是否恢复至正常水平，若恢复至正常水平，关断IGBT；
判断第二避雷器组MOA2吸收的能量是否达到越限值，若达到越限值，则触发旁路开关导通，第一和第二避雷器组整体短接。
进一步的，采用IGBT模拟实际工程中的电力电子开关K，并联在第一避雷器组MOA1两端，设置不同的触发延时以对应实际电力电子开关K的动作时间。
进一步的，采用旁路开关模拟实际工程中的BPS，并联在第一和第二避雷器组整体两端，设置不同的触发延时以对应实际快速机械开关的动作时间。
进一步的，模拟信号采集单元采集第二避雷器组MOA2端电压、第二避雷器组MOA2电流；
根据第二避雷器组MOA2端电压、第二避雷器组MOA2电流，积分计算第二避雷器组MOA2吸收的能量。
进一步的，所述判断直流过电压是否达到保护定值，若达到保护定值，则触发第一避雷器组MOA1两端的IGBT导通，第一避雷器组MOA1短接，第二避雷器组MOA2导通的步骤包括：
模拟信号采集单元采集MMC换流器桥臂子模块平均电压；
设置MMC换流器桥臂子模块平均电压保护定值UMAX，
判断采集的MMC换流器桥臂子模块平均电压是否大于设置的MMC换流器桥臂子模块平均电压保护定值UMAX，若是，则触发第一避雷器组MOA1两端的IGBT导通，第一避雷器组MOA1短接，第二避雷器组MOA2导通。
进一步的，所述第一避雷器组包括至少一个避雷器，每个避雷器两端并联连接有一个IGBT，第一避雷器组MOA1触发单元根据直流过电压的值确定第一避雷器组中导通的IGBT。
进一步的，还包括步骤：通过监测直流电压变化趋势判断可控避雷器限制过电压的保护水平；通过监测触发时序及桥臂子模块平均电压变化时序来判断可控避雷限制直流过电压的控制逻辑。
本发明的第二方面提供了一种可控避雷器模拟试验装置，用于实现如前所述的可控避雷器模拟试验方法，包括主回路和控制回路；
所述主回路包括第一避雷器组MOA1和第二避雷器组MOA2，第一避雷器组MOA1两端并联有IGBT，用于改变避雷器电阻片的接入数量；第一和第二避雷器组整体两端并联有旁路开关，用于当第二避雷器组MOA2能量越限后保护避雷器；
所述控制回路包括模拟信号采集单元和第一避雷器组MOA1触发单元，所述模拟信号采集单元用于采集MMC换流器桥臂子模块平均电压、第二避雷器组MOA2端电压和电流；所述第一避雷器组MOA1触发单元根据指令触发第一避雷器组MOA1两端的IGBT导通。
进一步的，所述第一避雷器组包括至少一个避雷器，每个避雷器两端并联连接有一个IGBT，第一避雷器组MOA1触发单元根据直流过电压的值确定第一避雷器组中导通的IGBT。
综上所述，本发明涉及一种可控避雷器模拟试验方法及装置，该方法包括如下步骤：搭建可控避雷器模拟试验的主回路；搭建可控避雷器模拟试验控制回路；设置交流模拟电压源，模拟混合直流输电动模试验系统受端网侧电压跌落故障，产生直流过电压；判断直流过电压是否达到保护定值，若达到保护定值，则触发第一避雷器组MOA1两端的IGBT导通，第一避雷器组MOA1短接，第二避雷器组MOA2导通；判断直流电压是否恢复至正常水平，若恢复至正常水平，关断IGBT；判断第二避雷器组MOA2吸收的能量是否达到越限值，若达到越限值，则触发旁路开关导通，第一和第二避雷器组整体短接。本发明通过模拟混合直流输电动模试验系统受端网侧电压跌落故障产生直流过电压，可以有效验证可控避雷器限制过电压的控制策略和保护水平。
附图说明
图1是本发明实施例的可控避雷器模拟试验方法的流程示意图；
图2是本发明实施例的可控避雷器模拟试验装置的电路原理图；
图3是本发明一具体实施例的可控避雷器触发逻辑流程；
图4是本发明实施例的过电压限制波形图；
图5是本发明实施例的第二避雷器组MOA2吸收能量图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
本发明可控避雷器技术的具体原理为将避雷器本体分为可控部分(MOA1)和固定部分(MOA2)，MOA1与电力电子开关K及其控制单元并联，避雷器整体与快速机械开关(BPS)及其控制单元并联。当产生过电压时，K触发导通，MOA1被短接，MOA2导通吸收能量，降低过电压水平。待电压恢复至正常水平后，关断K，避雷器整体承受系统电压。若MOA2吸收的能量达到越限值，则触发BPS，避雷器整体短接，保护避雷器不受损坏。
针对上述可控避雷器的工作原理，通过一种模拟试验来验证可控避雷器限制过电压的控制策略及保护水平。
本发明的第一方面提供了一种可控避雷器模拟试验方法，如图1所示，包括如下步骤：
步骤S100，搭建可控避雷器模拟试验的主回路：所述主回路包括第一避雷器组MOA1(可控部分)和第二避雷器组MOA2(固定部分)，第一避雷器组MOA1两端并联有IGBT，用于改变避雷器电阻片的接入数量；第一和第二避雷器组整体两端并联有旁路开关，用于当第二避雷器组MOA2能量越限后保护避雷器。采用IGBT模拟实际工程中的电力电子开关K，并联在第一避雷器组MOA1两端，设置不同的触发延时以对应实际电力电子开关K的动作时间。采用旁路开关模拟实际工程中的BPS，并联在第一和第二避雷器组整体两端，设置不同的触发延时以对应实际快速机械开关的动作时间。
步骤S200，搭建可控避雷器模拟试验控制回路：所述控制回路包括模拟信号采集单元和第一避雷器组MOA1触发单元。具体的，配置模拟信号采集单元，获取MOA2的端电压和电流、MMC换流器桥臂子模块平均电压；配置控制单元用于触发IGBT和BPS。
步骤S300，设置交流模拟电压源，模拟混合直流输电动模试验系统受端网侧电压跌落故障，产生直流过电压。具体的，设置MMC换流器桥臂子模块平均电压保护定值UMAX(130V)、设置MOA2吸收能量限定值PMAX(2000J)、设置模拟电压源电压跌落的深度UDOWN(30V)和跌落时间TDOWN(500ms)，模拟混合直流输电动模试验系统受端网侧电压跌落故障，产生直流过电压。
步骤S400，判断直流过电压是否达到保护定值，若达到保护定值，则触发第一避雷器组MOA1两端的IGBT导通，第一避雷器组MOA1短接，第二避雷器组MOA2导通，吸收直流侧盈余能量，限制直流电压上升。具体的，包括如下步骤：
步骤S410，模拟信号采集单元采集MMC换流器桥臂子模块平均电压；
步骤S420，设置MMC换流器桥臂子模块平均电压保护定值UMAX，
步骤S430，判断采集的MMC换流器桥臂子模块平均电压是否大于设置的MMC换流器桥臂子模块平均电压保护定值UMAX，若是，则触发第一避雷器组MOA1两端的IGBT导通，第一避雷器组MOA1短接，第二避雷器组MOA2导通。
步骤S500，判断直流电压是否恢复至正常水平，若恢复至正常水平，关断IGBT。
步骤S600，在MOA2导通期间，判断第二避雷器组MOA2吸收的能量是否达到越限值，若达到越限值，则触发旁路开关导通，第一和第二避雷器组整体短接，保护避雷器不受损坏。具体的，模拟信号采集单元采集第二避雷器组MOA2端电压、第二避雷器组MOA2电流；根据第二避雷器组MOA2端电压、第二避雷器组MOA2电流，积分计算第二避雷器组MOA2吸收的能量。
进一步的，所述第一避雷器组包括至少一个避雷器，每个避雷器两端并联连接有一个IGBT，第一避雷器组MOA1触发单元根据直流过电压的值确定第一避雷器组中导通的IGBT。
进一步的，还包括步骤：通过监测直流电压变化趋势判断可控避雷器限制过电压的保护水平；通过监测触发时序及桥臂子模块平均电压变化时序来判断可控避雷限制直流过电压的控制逻辑。、
具体的，该模拟试验基于混合直流输电动模系统，额定直流电压+4kV，额定直流电流10A。整流侧高低端均采用6脉动LCC换流器，逆变侧高端采用6脉动LCC换流器，低端采用基于半桥子模块的MMC换流器换流器。避雷器模拟试验电路接入低端MMC换流器换直流侧。下面结合图2说明可控避雷器模拟试验的试验电路：避雷器分为MOA1和MOA2，MOA1采用额定电压0.6kV、残压1.1kV的氧化锌避雷器，MOA2采用额定电压2.4kV、残压2.9kV的氧化锌避雷器；MOA1并联一只IGBT模拟电力电子开关K，并配置控制采集单元；避雷器整体并联一个旁路开关模拟BPS。MOA1通过IGBT导通关断进行投入切除，可在软件中设置相应的开通关断延时以对应工程中电力电子开关K的实际开通关断时间。避雷器整体通过旁路开关短接，亦可以在软件中设置相应的闭合延时以对应工程中快速机械开关的实际闭合时间。
结合图3说明可控避雷器模拟试验的控制策略。首选通过设置模拟电压源的跌落电压、跌落时间来模拟低端MMC换流器换流器网侧电压跌落故障。电压跌落过程中，MMC换流器换流器直流电压逐渐升高，通过判断MMC换流器换流器桥臂子模块平均电压是否达到保护定值UMAX来触发IGBT，短接MOA1。若达到触发条件后，MOA1短接，MOA2导通，吸收能量，限制直流电压升高。若IGBT未能正常触发导通，则触发旁路开关闭合。MOA2导通期间，判断MOA2吸收能量是否达到PMAX，若达到吸收能量上限，则触发旁路开关闭合。若没有达到能量上限，则判断MMC换流器桥臂子模块电压是否下降至正常值UN，降至正常值后触发IGBT关断，MOA1投入，避雷器整体承受直流电压。
结合图4和图5说明可控避雷器模拟试验结果。检测到子模块平均电压大于130V后，触发IGBT导通，MOA1短接，MOA2导通，吸收直流侧盈余能量，最大电流约为5.36A。直流过电压限制在2750V左右，子模块平均电压限制在140V。随着MOA2吸收能量，直流电压逐渐下降，待检测到子模块平均电压下降至120V时触发IGBT关断，避雷器整体承受直流电压，MOA2不再导通。通过采集MOA2端电压和电流积分求得MOA2导通期间共吸收能量1872J。通过该模拟方法可以有效验证可控避雷器限制过电压的控制策略和保护水平。
本发明的第二方面提供了一种可控避雷器模拟试验装置，用于实现如前所述的可控避雷器模拟试验方法，如图2所示，包括主回路和控制回路；所述主回路包括第一避雷器组MOA1和第二避雷器组MOA2，第一避雷器组MOA1两端并联有IGBT，用于改变避雷器电阻片的接入数量；第一和第二避雷器组整体两端并联有旁路开关，用于当第二避雷器组MOA2能量越限后保护避雷器；所述控制回路包括模拟信号采集单元和第一避雷器组MOA1触发单元，所述模拟信号采集单元用于采集MMC换流器桥臂子模块平均电压、第二避雷器组MOA2端电压和电流；所述第一避雷器组MOA1触发单元根据指令触发第一避雷器组MOA1两端的IGBT导通。
进一步的，所述第一避雷器组包括至少一个避雷器，每个避雷器两端并联连接有一个IGBT，第一避雷器组MOA1触发单元根据直流过电压的值确定第一避雷器组中导通的IGBT。
综上所述，本发明涉及一种可控避雷器模拟试验方法及装置，该方法包括如下步骤：搭建可控避雷器模拟试验的主回路；搭建可控避雷器模拟试验控制回路；设置交流模拟电压源，模拟混合直流输电动模试验系统受端网侧电压跌落故障，产生直流过电压；判断直流过电压是否达到保护定值，若达到保护定值，则触发第一避雷器组MOA1两端的IGBT导通，第一避雷器组MOA1短接，第二避雷器组MOA2导通；判断直流电压是否恢复至正常水平，若恢复至正常水平，关断IGBT；判断第二避雷器组MOA2吸收的能量是否达到越限值，若达到越限值，则触发旁路开关导通，第一和第二避雷器组整体短接。本发明通过模拟混合直流输电动模试验系统受端网侧电压跌落故障产生直流过电压，可以有效验证可控避雷器限制过电压的控制策略和保护水平。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (9)
1.一种可控避雷器模拟试验方法，其特征在于，包括如下步骤：
搭建可控避雷器模拟试验的主回路：所述主回路包括第一避雷器组MOA1和第二避雷器组MOA2，第一避雷器组MOA1两端并联有IGBT，用于改变避雷器电阻片的接入数量；第一和第二避雷器组整体两端并联有旁路开关，用于当第二避雷器组MOA2能量越限后保护避雷器；
搭建可控避雷器模拟试验控制回路：所述控制回路包括模拟信号采集单元和第一避雷器组MOA1触发单元；
设置交流模拟电压源，模拟混合直流输电动模试验系统受端网侧电压跌落故障，产生直流过电压；
判断直流过电压是否达到保护定值，若达到保护定值，则触发第一避雷器组MOA1两端的IGBT导通，第一避雷器组MOA1短接，第二避雷器组MOA2导通；
判断直流电压是否恢复至正常水平，若恢复至正常水平，关断IGBT；
判断第二避雷器组MOA2吸收的能量是否达到越限值，若达到越限值，则触发旁路开关导通，第一和第二避雷器组整体短接。
2.根据权利要求1所述的一种可控避雷器模拟试验方法，其特征在于，采用IGBT模拟实际工程中的电力电子开关K，并联在第一避雷器组MOA1两端，设置不同的触发延时以对应实际电力电子开关K的动作时间。
3.根据权利要求1所述的一种可控避雷器模拟试验方法，其特征在于，采用旁路开关模拟实际工程中的BPS，并联在第一和第二避雷器组整体两端，设置不同的触发延时以对应实际快速机械开关的动作时间。
4.根据权利要求1所述的一种可控避雷器模拟试验方法，其特征在于，模拟信号采集单元采集第二避雷器组MOA2端电压、第二避雷器组MOA2电流；
根据第二避雷器组MOA2端电压、第二避雷器组MOA2电流，积分计算第二避雷器组MOA2吸收的能量。
5.根据权利要求1所述的一种可控避雷器模拟试验方法，其特征在于，所述判断直流过电压是否达到保护定值，若达到保护定值，则触发第一避雷器组MOA1两端的IGBT导通，第一避雷器组MOA1短接，第二避雷器组MOA2导通的步骤包括：
模拟信号采集单元采集MMC换流器桥臂子模块平均电压；
设置MMC换流器桥臂子模块平均电压保护定值UMAX，
判断采集的MMC换流器桥臂子模块平均电压是否大于设置的MMC换流器桥臂子模块平均电压保护定值UMAX，若是，则触发第一避雷器组MOA1两端的IGBT导通，第一避雷器组MOA1短接，第二避雷器组MOA2导通。
6.根据权利要求1所述的一种可控避雷器模拟试验方法，其特征在于，所述第一避雷器组包括至少一个避雷器，每个避雷器两端并联连接有一个IGBT，第一避雷器组MOA1触发单元根据直流过电压的值确定第一避雷器组中导通的IGBT。
7.根据权利要求1所述的一种可控避雷器模拟试验方法，其特征在于，还包括步骤：通过监测直流电压变化趋势判断可控避雷器限制过电压的保护水平；通过监测触发时序及桥臂子模块平均电压变化时序来判断可控避雷限制直流过电压的控制逻辑。
8.一种可控避雷器模拟试验装置，其特征在于，用于实现如权利要求1-7任一项所述的可控避雷器模拟试验方法，包括主回路和控制回路；
所述主回路包括第一避雷器组MOA1和第二避雷器组MOA2，第一避雷器组MOA1两端并联有IGBT，用于改变避雷器电阻片的接入数量；第一和第二避雷器组整体两端并联有旁路开关，用于当第二避雷器组MOA2能量越限后保护避雷器；
所述控制回路包括模拟信号采集单元和第一避雷器组MOA1触发单元，所述模拟信号采集单元用于采集MMC换流器桥臂子模块平均电压、第二避雷器组MOA2端电压和电流；所述第一避雷器组MOA1触发单元根据指令触发第一避雷器组MOA1两端的IGBT导通。
9.根据权利要求8所述的一种可控避雷器模拟试验装置，其特征在于，所述第一避雷器组包括至少一个避雷器，每个避雷器两端并联连接有一个IGBT，第一避雷器组MOA1触发单元根据直流过电压的值确定第一避雷器组中导通的IGBT。
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