CN113567107A - 一种级联型换流阀测试系统及其控制方法 - Google Patents

一种级联型换流阀测试系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本申请提供一种级联型换流阀测试系统及其控制方法。所述级联型换流阀测试系统包括试验电源，试验电源工作在电压源模式，输出幅值、频率连续可调的试验电压，试验电源包括多绕组变压器和N个交直交变换阀段，多绕组变压器包括一初级线圈和M×N个次级线圈，初级线圈与交流电源连接；每个交直交变换阀段包括级联连接的电抗器和M个电源子模块，每个电源子模块的输入侧连接一次级线圈，各电源子模块的输出侧首尾依次串联连接，再与电抗器串联之后作为交直交变换阀段的输出端，交直交变换阀段的输出端与被测换流阀连接；交直交变换阀段的频率从0～10kHz连续可调，幅值从0～M×Vc连续可调，Vc为每个电源子模块输出电压。

Description

一种级联型换流阀测试系统及其控制方法
技术领域
本申请涉及大功率电力电子技术领域，具体涉及一种级联型换流阀测试系统及其控制方法。
背景技术
级联型换流阀为一类基于全控型半导体开关器件的换流器统称，由功率单元子模块级联构成，具有可靠性高、响应速度快、控制方式灵活等优势，是未来电力系统发展的重要组成部分。级联型换流阀目前已应用于柔性直流输电、静止无功补偿器、直流变压器、低频输电等多种关键场合，因此为确保其设备安全性、功能完备性、控保系统严谨性等，需要在出厂试验时对其进行完备的测试。
现有的级联型换流阀测试系统主要采用厂内交流电源经过单向变流器之后与被测换流阀连接，通过控制单向变流器可实现输出电压在一定范围内调整。
但是，这种试验方法无法实现功率的双向传输，不能进行换流阀间的对推试验。现有的测试系统仅可输出交流电压，无法满足换流阀的直流测试需求。现有的测试系统无法进行多种频率叠加的电压输出，无法满足混合频率或低频输电换流器的测试需求。现有的测试系统中电源变流器间连接方式固定，无法根据电压、电流的具体需求灵活调整变流器间连接方式，无法适应特殊工况下大电压、大电流的测试需求。
发明内容
本申请实施例提供一种级联型换流阀测试系统，包括试验电源，所述试验电源工作在电压源模式，输出幅值、频率连续可调的试验电压，所述试验电源包括多绕组变压器和N个交直交变换阀段，所述多绕组变压器包括一个初级线圈和M×N个次级线圈，所述初级线圈与交流电源连接，其中N、M均为≥2的整数；每个所述交直交变换阀段包括级联连接的电抗器和M个电源子模块，每个所述电源子模块的输入侧连接一个所述次级线圈，各电源子模块的输出侧首尾依次串联连接，再与所述电抗器串联之后作为所述交直交变换阀段的输出端，所述交直交变换阀段的输出端与被测换流阀连接；所述交直交变换阀段的频率从0～10kHz连续可调，所述幅值从0～M×Vc连续可调，Vc为每个所述电源子模块输出电压。
根据一些实施例，所述被测换流阀包括首尾依次串联连接的X个功率模组的交直变换器、直交变换器、直直变换器、交交变换器的至少一种，X为≥1的整数。
根据一些实施例，N＝2时，所述试验电源包括两个交直交变换阀段，一个所述交直交变换阀段的输出端连接所述被测换流阀的输入端，另一个所述交直交变换阀段的输出端连接所述被测换流阀的输出端。
根据一些实施例，所述N个交直交变换阀段的输出端首尾依次串联连接。
根据一些实施例，所述N个交直交变换阀段的输出端并联连接。
根据一些实施例，N＝3，所述N个交直交变换阀段的输出端构成星型连接或角形连接。
根据一些实施例，所述级联型换流阀测试系统还包括控制单元，所述控制单元通过光纤与所述试验电源和所述被测换流阀连接，控制所述试验电源的试验电压频率调节为所述被测换流阀提供电源。
根据一些实施例，所述级联型换流阀测试系统还包括人机交互单元，所述人机交互单元与所述控制单元通讯，发送控制指令给所述控制单元。
本申请实施例还提供一种如上所述的级联型换流阀测试系统的控制方法，包括：发送控制指令使试验电源工作在电压源模式，使交直交变换阀段输出幅值、频率连续可调的交流电压或恒定的直流电压，其中频率从0～10kHz连续可调，幅值从0～M×Vc连续可调；调节所述被测换流阀输出幅值、频率可调的交流电压或恒定的直流电压，以调节所述被测换流阀的输出电流或功率。
根据一些实施例，所述被测换流阀输出幅值、频率可调的电流为I＝(V1-V2)/XL，其中XL为试验电源的电抗器感值，V2为被测换流阀输出电压幅值。
根据一些实施例，N＝2时，所述试验电源包括两个交直交变换阀段，一个所述交直交变换阀段的输出端连接所述被测换流阀的输入端，另一个所述交直交变换阀段的输出端连接所述被测换流阀的输出端，所述控制方法包括：启动所述两个交直交变换阀段，控制试验电压；待所述试验电压稳定后，启动所述被测换流阀；以所述被测换流阀的有功功率或无功功功率为控制目标，控制流过所述被测换流阀的电流。
根据一些实施例，所述试验电源的恒定的直流电压通过以下方式获得：给所述电源子模块设置直流恒定给定电压；比较所述直流恒定给定电压与所述电源子模块的调制波电压，使所述电源子模块输出恒定的直流电压，所述试验电源输出恒定的直流电压。
根据一些实施例，所述试验电源的幅值、频率连续可调的交流电压通过以下方式获得：确定不同频率的所述试验电源的交流电压对应的电压给定值；叠加不同频率的所述试验电源的交流电压对应的电压给定值得到总电压给定值；比较所述总电压给定值与所述电源子模块的调制波电压，使所述电源子模块输出幅值、频率连续可调的交流电压，所述试验电源输出幅值、频率连续可调的交流电压。
根据一些实施例，所述电源子模块的N个交直交变换阀段的输出端并联连接时，所述试验电源的幅值、频率连续可调的交流电压通过以下方式获得：确定所述试验电源的交流电压对应的电压给定值以及采样值的偏差；将所述偏差经过比例积分调节后获得电流给定值；将所述电流给定值分配至所述N个交直交变换阀段，使所述电源子模块输出幅值、频率连续可调的交流电压，所述试验电源输出幅值、频率连续可调的交流电。
本申请实施例提供的技术方案，试验电源具有大范围可调的输出电压等级，可以用于测试多种不同电压等级的换流阀，可以用于测试多种不同串联级数的阀段。试验电源采用三相分相控制，可以用于测试一个静止同步补偿器的完整三相换流阀，也可以用于测试一个单相的阀段。试验电源可以实现宽频输出，也可以输出直流，可以用于低频输电、直流变压器等设备的试验测试。整个测试系统是自动化成套装置，被测换流阀可以直接连接试验电源，省去了被测换流阀的启动回路和开关回路以及相应的启动充电步骤，大量简化了试验电路的复杂度和操作复杂度。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请实施例提供的一种级联型换流阀测试系统示意图。
图2是本申请实施例提供的一种试验电源的交直交变换阀段组成示意图。
图3a是本申请实施例提供的一种整流模块采用单相整流电路时的电源子模块组成示意图。
图3b是本申请实施例提供的一种整流模块采用三相整流电路时的电源子模块组成示意图。
图4是本申请实施例提供的一种对推试验的原理示意图。
图5是本申请实施例提供的一种试验电源的交直交变换阀段串联连接的示意图。
图6是本申请实施例提供的一种试验电源的交直交变换阀段并联连接的示意图。
图7是本申请实施例提供的一种试验电源的交直交变换阀段星型连接的示意图。
图8是本申请实施例提供的一种级联型换流阀测试系统的控制方法流程示意图。
图9是本申请实施例提供的一种用于对推试验的级联型换流阀测试系统的控制方法流程示意图。
图10是本申请实施例提供的一种用于频率叠加的级联型换流阀测试系统的控制方法流程示意图。
图11是本申请实施例提供的一种用于并联均流的级联型换流阀测试系统的控制方法流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
应当理解，本申请的权利要求、说明书及附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。本申请的说明书和权利要求书中使用的术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
图1是本申请实施例提供的一种级联型换流阀测试系统示意图，级联型换流阀测试系统10包括试验电源2和控制单元1。
试验电源2工作在电压源模式，输出幅值、频率连续可调的试验电压。试验电源2包括多绕组变压器4和N个交直交变换阀段3。
多绕组变压器4包括一个初级线圈7和M×N个次级线圈8，初级线圈7与外部交流电源9连接，其中N、M均为≥2的整数。
每个交直交变换阀段3包括级联连接的电抗器5和M个电源子模块6，如图2所示。每个电源子模块6的输入侧连接一个次级线圈8，各电源子模块6的输出侧首尾依次串联连接，再与电抗器5串联之后作为交直交变换阀段3的输出端，交直交变换阀段3的输出端与被测换流阀20连接。
交直交变换阀段3的频率从0～10kHz连续可调，幅值从0～M×Vc连续可调，Vc为每个电源子模块6的输出电压。
整流模块采用单相整流电路时的电源子模块6，电路如图3a所示。
整流模块采用三相整流电路时的电源子模块6，电路如图3b所示。
被测换流阀20包括首尾依次串联连接的X个功率模组21组成的交直变换器、直交变换器、直直变换器、交交变换器的至少一种，X为≥1的整数。
N＝2时，试验电源2包括两个交直交变换阀段3，一个交直交变换阀段3的输出端连接被测换流阀20的输入端，另一个交直交变换阀段3的输出端连接被测换流阀20的输出端。N个交直交变换阀段3的输出端首尾依次串联连接或并联连接。
N＝3时，N个交直交变换阀段3的输出端构成星型连接或角形连接。
控制单元1通过光纤与试验电源2和被测换流阀20连接，控制试验电源2的试验电压频率调节为被测换流阀20提供电源。
可选地，级联型换流阀测试系统10还包括人机交互单元11，人机交互单元11与控制单元1通讯，发送控制指令给控制单元1。
图4是本申请实施例提供的一种对推试验的原理示意图。
如图4所示，当N＝2时，试验电源2包含2个交直交变换阀段，分别为第一阀段与第二阀段。
试验电源2的第一阀段的输出端与被测换流阀20的输入端连接，被测换流阀20的输出端与试验电源2的第二阀段的输出端连接。其中被测换流阀20为交直变换器、直交变换器、直直变换器、交交变换器的一种或者上述变换器的组合。
通过调节控制单元1向试验电源2及被测换流阀20下发的控制指令，使得功率在第一阀段和第二阀段之间实现双向传输，实现被测换流阀对推试验。
为实现试验电源的大电压输出，满足换流阀测试系统的大电压需求，交直交变换阀段的输出端首尾依次串联连接，如图5所示。
为实现试验电源的大电流输出，满足换流阀测试系统的大电流需求，交直交变换阀段的输出端并联连接，如图6所示。
当N＝3时，包含3个交直交变换阀段，3个交直交变换阀段构成星型连接或者角型连接，满足换流阀测试系统的三相测试需求，如图7所示。
图8是本申请实施例提供的一种级联型换流阀测试系统的控制方法流程示意图，包括以下控制流程。
在S110中，启动试验电源2的交直交变换阀段3。
在S120中，发送控制指令使试验电源2工作在电压源模式，使交直交变换阀段3输出幅值、频率连续可调的交流电压或恒定的直流电压，其中频率从0～10kHz连续可调，幅值从0～M×Vc连续可调。
在S130中，待试验电压稳定后，启动被测换流阀20。
在S140中，调节被测换流阀20输出幅值、频率可调的交流电压或恒定的直流电压，以调节被测换流阀20的输出电流或功率。
具体而言，以被测换流阀20的有功功率或无功功功率为控制目标，控制流过被测换流阀20的电流。其中，被测换流阀20输出幅值、频率可调的电流为I＝(V1-V2)/XL，XL为试验电源的电抗器感值，V2为被测换流阀20输出电压的幅值。
图9是本申请实施例提供的一种用于对推试验的级联型换流阀测试系统的控制方法流程示意图，。
在S210中，启动试验电源2的交直交变换阀段。
N＝2时，试验电源2包括两个交直交变换阀段，分别为第一阀段和第二阀段，第一阀段的输出端连接被测换流阀20的输入端，第二阀段的输出端连接被测换流阀20的输出端，对推试验的级联型换流阀测试系统电路如图4所示。
启动第一阀段和第二阀段，控制试验电压。
在S220中，发送控制指令使试验电源2工作在电压源模式，使交直交变换阀段3输出恒定的直流电压。
试验电源2的恒定的直流电压通过以下方式S221-S222获得。
在S221中，给电源子模块6设置直流恒定给定电压。
在S222中，比较直流恒定给定电压与电源子模块6的调制波电压，使电源子模块6输出恒定的直流电压，试验电源2输出恒定的直流电压。
在S230中，待试验电压稳定后，启动被测换流阀20。
在S240中，调节被测换流阀20输出恒定的直流电压，以调节被测换流阀20的输出电流或功率。
具体而言，以被测换流阀20的有功功率或无功功功率为控制目标，控制流过被测换流阀20的电流。
图10是本申请实施例提供的一种用于频率叠加的级联型换流阀测试系统的控制方法流程示意图。
在S310中，启动试验电源2的交直交变换阀段。
在S320中，发送控制指令使试验电源2工作在电压源模式，使交直交变换阀段3输出幅值、频率连续可调的交流电压，其中频率从0～10kHz连续可调，幅值从0～M×Vc连续可调。
试验电源的幅值、频率连续可调的交流电压通过以下频率叠加方式S321-S323获得。
在S321中，确定不同频率的试验电源2的交流电压对应的电压给定值。
在S322中，叠加不同频率的试验电源2的交流电压对应的电压给定值得到总电压给定值作为调制波。
在S323中，比较调制波与电源子6的载波，使电源子模块6输出幅值、频率连续可调的交流电压，试验电源2输出幅值、频率连续可调的交流电压。
在S330中，待试验电压稳定后，启动被测换流阀20。
在S340中，调节被测换流阀20输出幅值、频率可调的交流电压，以调节被测换流阀20的输出电流或功率。
其中，被测换流阀20输出幅值、频率可调的电流为I＝(V1-V2)/XL，XL为试验电源的电抗器感值，V2为被测换流阀20输出电压的幅值。
图11是本申请实施例提供的一种用于并联均流的级联型换流阀测试系统的控制方法流程示意图。
在S410中，启动试验电源2的交直交变换阀段。
在S420中，发送控制指令使试验电源2工作在电压源模式，使交直交变换阀段3输出幅值、频率连续可调的交流电压，其中频率从0～10kHz连续可调，幅值从0～M×Vc连续可调。
电源子模块的N个交直交变换阀段的输出端并联连接时，试验电源的幅值、频率连续可调的交流电压通过以下频率叠加方式S421-S423获得。
在S421中，确定试验电源2的交流电压对应的电压给定值以及采样值的偏差。
在S422中，将偏差经过比例积分调节后获得电流给定值。
在S423中，将电流给定值分配至N个交直交变换阀段，使电源子模块输出幅值、频率连续可调的交流电压，试验电源输出幅值、频率连续可调的交流电压。
在S430中，待试验电压稳定后，启动被测换流阀20。
在S440中，调节被测换流阀20输出幅值、频率可调的交流电压，以调节被测换流阀20的输出电流或功率。
其中，被测换流阀20输出幅值、频率可调的电流为I＝(V1-V2)/XL，XL为试验电源的电抗器感值，V2为被测换流阀20输出电压的幅值。
以上实施例仅为说明本申请的技术思想，不能以此限定本申请的保护范围，凡是按照本申请提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本申请保护范围之内。

Claims (14)

1.一种级联型换流阀测试系统，包括：
试验电源，工作在电压源模式，输出幅值、频率连续可调的试验电压，所述试验电源包括：
多绕组变压器，包括一个初级线圈和M×N个次级线圈，所述初级线圈与交流电源连接，其中N、M均为≥2的整数；
N个交直交变换阀段，每个所述交直交变换阀段包括级联连接的电抗器和M个电源子模块，每个所述电源子模块的输入侧连接一个所述次级线圈，各电源子模块的输出侧首尾依次串联连接，再与所述电抗器串联之后作为所述交直交变换阀段的输出端，所述交直交变换阀段的输出端与被测换流阀连接；
所述交直交变换阀段的频率从0～10kHz连续可调，所述幅值从0～M×Vc连续可调，Vc为每个所述电源子模块输出电压。
2.如权利要求1所述的级联型换流阀测试系统，其中，
所述被测换流阀包括首尾依次串联连接的X个功率模组的交直变换器、直交变换器、直直变换器、交交变换器的至少一种，X为≥1的整数。
3.如权利要求1所述的级联型换流阀测试系统，其中，N＝2时，所述试验电源包括两个交直交变换阀段，一个所述交直交变换阀段的输出端连接所述被测换流阀的输入端，另一个所述交直交变换阀段的输出端连接所述被测换流阀的输出端。
4.如权利要求1所述的级联型换流阀测试系统，其中，所述N个交直交变换阀段的输出端首尾依次串联连接。
5.如权利要求1所述的级联型换流阀测试系统，其中，所述N个交直交变换阀段的输出端并联连接。
6.如权利要求1所述的级联型换流阀测试系统，其中，N＝3，所述N个交直交变换阀段的输出端构成星型连接或角形连接。
7.如权利要求1所述的级联型换流阀测试系统，还包括：
控制单元，通过光纤与所述试验电源和所述被测换流阀连接，控制所述试验电源的试验电压频率调节为所述被测换流阀提供电源。
8.如权利要求7所述的级联型换流阀测试系统，还包括：
人机交互单元，与所述控制单元通讯，发送控制指令给所述控制单元。
9.一种如权利要求1至8之任一项所述的级联型换流阀测试系统的控制方法，包括：
启动试验电源的交直交变换阀段；
发送控制指令使试验电源工作在电压源模式，使交直交变换阀段输出幅值、频率连续可调的交流电压或恒定的直流电压，其中频率从0～10kHz连续可调，幅值从0～M×Vc连续可调；
待所述试验电压稳定后，启动所述被测换流阀；
调节所述被测换流阀输出幅值、频率可调的交流电压或恒定的直流电压，以调节所述被测换流阀的输出电流或功率。
10.如权利要求9所述的控制方法，其中，所述被测换流阀输出幅值、频率可调的电流为I＝(V1-V2)/XL，其中XL为试验电源的电抗器感值，V2为被测换流阀输出电压幅值。
11.如权利要求9所述的控制方法，其中，N＝2时，所述试验电源包括两个交直交变换阀段，一个所述交直交变换阀段的输出端连接所述被测换流阀的输入端，另一个所述交直交变换阀段的输出端连接所述被测换流阀的输出端，所述调节所述被测换流阀输出幅值、频率可调的交流电压或恒定的直流电压，以调节所述被测换流阀的输出电流或功率，包括：
以所述被测换流阀的有功功率或无功功功率为控制目标，控制流过所述被测换流阀的电流。
12.如权利要求9所述的控制方法，其中，所述试验电源的恒定的直流电压通过以下方式获得：
给所述电源子模块设置直流恒定给定电压；
比较所述直流恒定给定电压与所述电源子模块的调制波电压，使所述电源子模块输出恒定的直流电压，所述试验电源输出恒定的直流电压。
13.如权利要求9所述的控制方法，其中，所述试验电源的幅值、频率连续可调的交流电压通过以下方式获得：
确定不同频率的所述试验电源的交流电压对应的电压给定值；
叠加不同频率的所述试验电源的交流电压对应的电压给定值得到总电压给定值；
比较所述总电压给定值与所述电源子模块的调制波电压，使所述电源子模块输出幅值、频率连续可调的交流电压，所述试验电源输出幅值、频率连续可调的交流电压。
14.如权利要求9所述的控制方法，其中，所述电源子模块的N个交直交变换阀段的输出端并联连接时，所述试验电源的幅值、频率连续可调的交流电压通过以下方式获得：
确定所述试验电源的交流电压对应的电压给定值以及采样值的偏差；
将所述偏差经过比例积分调节后获得电流给定值；
将所述电流给定值分配至所述N个交直交变换阀段，使所述电源子模块输出幅值、频率连续可调的交流电压，所述试验电源输出幅值、频率连续可调的交流电压。
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