CN113376453A - 一种电压源换流器子模块故障保护试验方法 - Google Patents

一种电压源换流器子模块故障保护试验方法 Download PDF

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殷冠贤
朱铭炼
谢晔源
欧阳有鹏
姜田贵
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Abstract

本发明公开了一种电压源换流器子模块故障保护试验方法。常规的电压源换流器子模块故障保护试验方法，无法满足电压源换流器子模块故障时的应力等效要求。本发明采用的技术方案为：在电压源换流器阀组试验装置上进行子模块的故障保护试验，满足试验时的电压源换流器子模块的电压应力、电流应力和故障保护部件动作动态过程与现场运行工况一致，实现对电压源换流器子模块故障保护的试验考核。

Description

一种电压源换流器子模块故障保护试验方法
技术领域
本发明涉及柔性直流输配电领域，具体涉及一种电压源换流器子模块故障保护试验方法。
背景技术
大功率电力电子产品被广泛地应用于智能电网的建设，成为现代全球能源互联网技术领域的关键技术，特别是电压源换流器在直流输电和无功补偿领域得到广泛应用，以往电压源换流器是多为两电平或三电平换流器，随着大功率电力电子产品的需求往电压更高、功率容量更大的方向发展，两电平或三电平技术已经满足不了日益增加的电压和容量的需求，越来越多的大功率电力电子产品采用模块化多电平拓扑，例如在高压大功率领域的柔性直流输电电压源换流器或链式静止同步补偿器多采用模块化多电平拓扑。
基于模块化多电平的电压源换流器具有经济、环保、高效、使用方便、控制灵活、谐波小、适用性强等特点，可大大减少或省去输出滤波电路，可以很好地改善电能质量，运用到各种场合，特别是用于污染性大和传统输电难于解决的独立负荷。因此对电压源换流器中主要由可关断半导体器件组成的子模块进行与实际现场等效的故障保护试验，是提高电压源换流器可靠性的重要试验手段。
电压源换流器子模块在故障时，由子模块的故障保护部件动作，使子模块呈现短路失效模式，从电压源换流器系统中切除，保证柔性直流换流阀继续稳定运行，通常采用保护晶闸管和保护开关用于实现运行期间电压源换流器子模块故障子模块的故障保护。目前现有电压源换流器子模块的故障保护试验都是在单个子模块试验装置上模拟进行，与实际现场电压源换流器子模块故障时候的电压应力、电流应力和故障保护部件动作动态过程不等效，无法满足电压源换流器子模块故障保护试验要求。
发明内容
为解决现有技术存在的不足，本发明提出一种电压源换流器子模块故障保护试验方法，可在电压源换流器阀组试验装置上进行子模块的故障保护试验，满足试验时的电压源换流器子模块的电压应力、电流应力和故障保护部件动作动态过程与现场运行工况一致，实现对电压源换流器子模块故障保护的试验考核。
为了达成上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种电压源换流器子模块故障保护试验方法，上述方法用试验装置包括补能电源、充电电源、稳态电抗、补能开关、阀充电开关和至少两个阀组；每个所述阀组由至少一个电压源换流器子模块组成，多个电压源换流器子模块之间串联连接，不同阀组之间一端直接相连、另一端通过所述稳态电抗相连；所述补能电源和所述补能开关串联后再与所述阀组中的任一电压源换流器子模块的直流电容并联，所述充电电源和所述阀充电开关串联后再与所述阀组并联；所述补能电源、充电电源、阀组共同相连的一端接地；其特征在于，上述方法包括下述步骤：
A、闭合阀充电开关，充电电源对阀组中的所有子模块的电容充电；
B、当子模块的电容电压达到设定值时断开阀充电开关，断开阀充电开关后闭合补能开关，投入补能电源；
C、触发阀组中的所有子模块按照控制策略投切并工作在稳态状态；
D、设定阀组中要进行故障保护试验的待测子模块序号，控制该序号对应的子模块闭锁，且该序号对应的子模块不参与阀组子模块电压排序，试验装置的其余子模块正常解锁，保持试验装置继续工作在稳态状态；
E、当设定序号对应的待测子模块的电容电压达到故障保护设定值后，该序号对应的子模块故障保护部件动作，断开补能开关、退出补能电源、退出充电电源，闭锁装置，试验结束。
上述子模块故障保护部件包含至少一个保护晶闸管和至少一个保护开关，所述保护晶闸管和所述保护开关并联于待测子模块的交流输出端口。
采用上述方案后，本发明的有益效果为：本发明提供的电压源换流器子模块故障保护试验方法，解决了单个子模块试验装置上进行电压源换流器子模块故障保护试验时，故障子模块与实际工况的电压应力、电流应力和故障保护部件动作动态过程不等效问题，在电压源换流器阀组试验装置上进行子模块的故障保护试验，满足试验时的电压源换流器子模块的电压应力、电流应力和故障保护部件动作动态过程与现场运行工况一致，实现对电压源换流器子模块故障保护的试验考核。
附图说明
图1是电压源换流器子模块故障保护试验装置原理图。
具体实施方式
以下将结合附图及具体实施例，对本发明的技术方案进行详细说明。
图1是电压源换流器子模块故障保护试验装置原理图，该装置包括补能电源E、充电电源Ey、稳态电抗L、补能开关Km、阀充电开关Ky和至少两个阀组V；每个所述阀组V由至少一个电压源换流器子模块M组成，多个电压源换流器子模块M之间串联连接，不同阀组V之间一端直接相连、另一端通过所述稳态电抗L相连；所述补能电源E和所述补能开关Km串联后再与所述阀组中的任一电压源换流器子模块M的直流电容并联，所述充电电源Ey和所述阀充电开关Ky串联后再与所述阀组V并联；所述补能电源E、充电电源Ey、阀组V共同相连的一端接地。
首先闭合阀充电开关Ky，充电电源Ey对阀组V中的所有子模块M的电容充电；当子模块M的电容电压达到设定值时断开阀充电开关Ky，断开阀充电开关Ky后闭合补能开关Km，投入补能电源E；然后触发阀组V中的所有子模块M按照控制策略投切并工作在稳态状态。
设定阀组V中要进行故障保护试验的待测子模块序号，记为n，控制该序号n对应的子模块M闭锁，且该序号n对应的子模块M不参与阀组V的子模块电压排序，试验装置的其余子模块M正常解锁，保持试验装置继续工作在稳态状态；
当所设定序号n对应的待测子模块M的电容电压达到故障保护设定值后，序号n对应的子模块故障保护部件TP动作，此时断开补能开关Km、退出补能电源E、退出充电电源Ey，闭锁装置，试验结束。
子模块故障保护部件TP包含至少一个保护晶闸管和至少一个保护开关，保护晶闸管和所述保护开关并联于待测子模块的交流输出端口X1-X2之间。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围。所属技术领域的普通技术人员应当理解到：对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明提出的技术思想和范围的任何修改或者等同替换均应涵盖在本发明权利要求的范围当中。

Claims (2)

1.一种电压源换流器子模块故障保护试验方法，所述方法用试验装置包括补能电源、充电电源、稳态电抗、补能开关、阀充电开关和至少两个阀组；每个所述阀组由至少一个电压源换流器子模块组成，多个电压源换流器子模块之间串联连接，不同阀组之间一端直接相连、另一端通过所述稳态电抗相连；所述补能电源和所述补能开关串联后再与所述阀组中的任一电压源换流器子模块的直流电容并联，所述充电电源和所述阀充电开关串联后再与所述阀组并联；所述补能电源、充电电源、阀组共同相连的一端接地；
其特征在于，所述方法包括下述步骤：
A、闭合阀充电开关，充电电源对阀组中的所有子模块的电容充电；
B、当子模块的电容电压达到设定值时断开阀充电开关，断开阀充电开关后闭合补能开关，投入补能电源；
C、触发阀组中的所有子模块按照控制策略投切并工作在稳态状态；
D、设定阀组中要进行故障保护试验的待测子模块序号，控制该序号对应的子模块闭锁，且该序号对应的子模块不参与阀组子模块电压排序，试验装置的其余子模块正常解锁，保持试验装置继续工作在稳态状态；
E、当设定序号对应的待测子模块的电容电压达到故障保护设定值后，该序号对应的子模块故障保护部件动作，断开补能开关、退出补能电源、退出充电电源，闭锁装置，试验结束。
2.如权利要求1所述的一种电压源换流器子模块故障保护试验方法，，其特征在于，所述子模块故障保护部件包含至少一个保护晶闸管和至少一个保护开关，所述保护晶闸管和所述保护开关并联于待测子模块的交流输出端口。
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