CN112816906B - 配网直流变压器中压侧双极短路试验平台与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种配网直流变压器中压侧双极短路试验平台与方法，可对配网直流变压器中压侧故障穿越能力进行整机测试，本发明通过低压直流源提供试验电压，通过陪测直流变压器给待测直流变压器提供稳态电压或短路开关，将中压直流电源与短路开关合二为一，能精确控制双极短路持续时间，对试验平台和待测设备均无损害，实现了安全、可靠的试验平台与方法，对于提升当前直流变压器设备制造业的技术水平、保障直流配网安全可靠运行具有重要意义，具有极高的工程应用价值。

Description

配网直流变压器中压侧双极短路试验平台与方法
技术领域
本发明涉及一种配网直流变压器中压侧双极短路试验平台与方法，属于电力电子技术领域。
背景技术
直流系统故障隔离技术是制约直流配网发展的关键技术问题，直流配网发生故障以后，故障电流快速上升，将严重危及系统中的相关电气设备，为了保证系统的安全可靠运行，必须快速切除故障。作为直流配网关键设备，直流变压器要求具备中压侧双极短路快速阻断和故障穿越能力。
然而，目前针对配网直流变压器中压侧故障穿越能力的研究和测试，多采用离线仿真和半实物仿真的方式搭建试验平台，缺乏对直流变压器整机进行短路试验的条件。因此，如何提供安全、可靠的配网直流变压器中压侧双极短路试验平台与方法，成为当前亟待解决的问题。
发明内容
本发明提供了一种配网直流变压器中压侧双极短路试验平台与方法，解决了背景技术中披露的问题。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
配网直流变压器中压侧双极短路试验平台，包括低压直流源和陪测直流变压器；
低压直流源连接陪测直流变压器的低压侧，用以给陪测直流变压器低压侧提供电压；
陪测直流变压器的中压侧连接待测直流变压器，用以给待测直流变压器提供稳态电压或短路开关。
陪测直流变压器包括若干个子模块，所有子模块的低压侧并联，所有子模块的中压侧串联，子模块的中压侧输出稳态电压或短路。
若至少一个子模块中压侧输出稳态电压，则陪测直流变压器给待测直流变压器提供稳态电压；若所有子模块中压侧均短路，则陪测直流变压器给待测直流变压器提供短路开关。
子模块包括依次串联的低压侧H桥、高频变压器、中压侧H桥和隔离半桥，低压侧H桥的输入端为子模块的低压侧，隔离半桥的输出端为子模块的中压侧。
子模块隔离半桥处于投入状态，子模块中压侧输出稳态电压；子模块隔离半桥不处于投入状态，子模块中压侧短路。
子模块中压侧输出的稳态电压等于输入电压；陪测直流变压器输出的稳态电压等于 k倍的输入电压， k为投入状态的隔离半桥数量。
配网直流变压器中压侧双极短路试验方法，包括，
构建配网直流变压器中压侧双极短路试验平台；
启动低压直流源；
控制陪测直流变压器向待测直流变压器提供稳态电压；
启动待测直流变压器到稳态运行模式；
控制陪测直流变压器向待测直流变压器提供短路开关，将待测直流变压器中压侧短路；
响应于短路时间达到阈值，陪测直流变压器恢复至提供稳态电压状态。
本发明所达到的有益效果：本发明通过低压直流源提供试验电压，通过陪测直流变压器给待测直流变压器提供稳态电压或短路开关，将中压直流电源与短路开关合二为一，实现了安全、可靠的试验平台，可对配网直流变压器中压侧故障穿越能力进行整机测试，对于提升当前直流变压器设备制造业的技术水平、保障直流配网安全可靠运行具有重要意义，具有极高的工程应用价值。
附图说明
图1为平台的电气接线图；
图2为输出波形图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。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发明的保护范围。
如图1所示，配网直流变压器中压侧双极短路试验平台，包括低压直流源和陪测直流变压器。
低压直流源连接陪测直流变压器的低压侧，用以给陪测直流变压器低压侧提供电压，即提供试验电源。
陪测直流变压器的中压侧连接待测直流变压器，用以给待测直流变压器提供稳态电压或短路开关。
陪测直流变压器包括若干个子模块，所有子模块的低压侧并联，所有子模块的中压侧串联，子模块的中压侧输出稳态电压或短路。所有子模块的输入一致，均为低压直流源输出的电压。若至少一个子模块中压侧输出稳态电压，则陪测直流变压器给待测直流变压器提供稳态电压，陪测直流变压器输出的电压即为子模块输出电压之和；若所有子模块中压侧均短路，那么陪测直流变压器给待测直流变压器提供短路开关，即待测直流变压器中压侧短路。
子模块包括依次串联的低压侧H桥、高频变压器、中压侧H桥和隔离半桥，低压侧H桥的输入端为子模块的低压侧，连接低压直流源输出端，隔离半桥的输出端为子模块的中压侧，所有隔离半桥的输出端串联后连接待测直流变压器中压侧。
子模块输出端的状态由隔离半桥控制，当隔离半桥处于投入状态，隔离半桥上管导通下管关断，子模块中压侧输出稳态电压；子模块隔离半桥不处于投入状态，隔离半桥上管关断下管导通，子模块中压侧短路。
子模块高频变压器的比为1:1，因此子模块中压侧输出的稳态电压等于输入电压；陪测直流变压器输出的稳态电压等于 k倍的输入电压， k为投入状态的隔离半桥数量；若 k为0，则待测直流变压器中压侧短路。
配网直流变压器中压侧双极短路试验方法，包括以下步骤：
步骤1，构建上述的配网直流变压器中压侧双极短路试验平台。
步骤2，设定低压直流源的输出电压,启动低压直流源。
步骤3，控制陪测直流变压器向待测直流变压器提供稳态电压。
设定陪测直流变压器的隔离半桥投入数量，启动陪测直流变压器输出稳态电压。
步骤4，启动待测直流变压器到稳态运行模式。
步骤5，控制陪测直流变压器向待测直流变压器提供短路开关，将待测直流变压器中压侧短路。
将陪测直流变压器的隔离半桥投入数量改为0，陪测直流变压器输出电压变为0，进入双极短路状态，并对短路时间进行计时。
步骤6，响应于短路时间达到阈值，陪测直流变压器恢复至提供稳态电压状态。
当短路时间达到阈值，隔离半桥投入数量恢复到初始值，短路故障消除，陪测直流变压器恢复至提供稳态电压状态。
对于中压侧额定电压为20kV的待测直流变压器，选择输出电压为1000V以下的可调低压直流源，输出功率能满足陪测直流变压器与待测直流变压器的功耗要求。
陪测直流变压器由32级子模块级联构成，选用1200V的IGBT作为开关器件，高频变压器变比为1:1，子模块的输出电压等于输入电压，中压侧总的输出电压取决于隔离半桥投入数量，当隔离半桥处于投入状态时，上管导通下管关断；否则上管关断下管导通。当投入隔离半桥数量为0时，所有隔离半桥的上管关断下管导通，构成双极短路开关。
在进行试验时，设定低压直流源的输出电压为769V，隔离半桥投入数量为26，陪测直流变压器输出的稳态电压为20kV，稳态运行时间为0~ t 1；设定中压侧双极短路时间为100ms，陪测直流变压器输出电压变为0，进入中压侧双极短路状态，当短路时间计数达到100ms，隔离半桥投入数量恢复到初始值26，短路故障消除，陪测直流变压器恢复到稳态运行电压20kV。
配网直流变压器中压侧双极短路试验平台最终输出的波形如图2所述，0~ t 1为初始稳态运行阶段， t 1~ t 2为双极短路持续阶段，即100ms， t 2以后短路故障消除，恢复到稳态运行阶段。
本发明通过低压直流源提供试验电压，通过陪测直流变压器给待测直流变压器提供稳态电压或短路开关，将中压直流电源与短路开关合二为一，能精确控制双极短路持续时间，对试验平台和待测设备均无损害，有效实现了安全、可靠的试验平台，可对配网直流变压器中压侧故障穿越能力进行整机测试，最接近实际中压侧双极短路和故障消除的工况，对于提升当前直流变压器设备制造业的技术水平、保障直流配网安全可靠运行具有重要意义，具有极高的工程应用价值。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.配网直流变压器中压侧双极短路试验平台，其特征在于：包括低压直流源和陪测直流变压器；
低压直流源连接陪测直流变压器的低压侧，用以给陪测直流变压器低压侧提供电压；
陪测直流变压器的中压侧连接待测直流变压器，用以给待测直流变压器提供稳态电压或短路开关；
其中，陪测直流变压器包括若干个子模块，所有子模块的低压侧并联，所有子模块的中压侧串联，子模块的中压侧输出稳态电压或短路；
子模块包括依次串联的低压侧H桥、高频变压器、中压侧H桥和隔离半桥，低压侧H桥的输入端为子模块的低压侧，隔离半桥的输出端为子模块的中压侧；子模块隔离半桥处于投入状态，子模块中压侧输出稳态电压；子模块隔离半桥不处于投入状态，子模块中压侧短路。
2.根据权利要求1所述的配网直流变压器中压侧双极短路试验平台，其特征在于：若至少一个子模块中压侧输出稳态电压，则陪测直流变压器给待测直流变压器提供稳态电压；若所有子模块中压侧均短路，则陪测直流变压器给待测直流变压器提供短路开关。
3.根据权利要求1所述的配网直流变压器中压侧双极短路试验平台，其特征在于：子模块中压侧输出的稳态电压等于输入电压；陪测直流变压器输出的稳态电压等于k倍的输入电压，k为投入状态的隔离半桥数量。
4.配网直流变压器中压侧双极短路试验方法，其特征在于：包括，
构建权利要求1~3任意一项所述的配网直流变压器中压侧双极短路试验平台；
启动低压直流源；
控制陪测直流变压器向待测直流变压器提供稳态电压；
启动待测直流变压器到稳态运行模式；
控制陪测直流变压器向待测直流变压器提供短路开关，将待测直流变压器中压侧短路；
响应于短路时间达到阈值，陪测直流变压器恢复至提供稳态电压状态。
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