CN115728579A - 基于svg全桥模块的多拖多运行试验平台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于SVG全桥模块的多拖多运行试验平台，其包括：断路器，所述断路器用于控制所述多拖多运行试验平台的投入与退出；充电电源，所述充电电源用于向辅助阀、试品阀中的H桥模块内部直流支撑电容器预充电；补能电源，所述补能电源用于向辅助阀中电位最低的H桥模块内部直流支撑电容器充电；控保柜，所述控保柜用于控制断路器的开断以及充电电源、补能电源的开关；辅助阀，所述辅助阀通过可调电抗器与包含多个串联H桥模块的试品阀并联，通过调节所述可调电抗器的感抗值改变辅助阀与试品阀回路中的电流值。本发明可根据实际工程需求，灵活调整进行运行试验的H桥模块数量，提高出厂效率。
Description
技术领域
本发明涉及试验平台领域，尤其涉及一种基于SVG全桥模块的多拖多运行试验平台。
背景技术
在海风发电等远距离输电系统中，输电线路的阻抗以感抗为主，其过程中的损耗以无功功率为主。输电线路消耗无功功率会造成系统电压损失，从而降低了受电端的电压稳定性。在输电系统中，输电端和受电端的电压相位差用来输送有功功率，输电端和受电端的电压幅值差用来输送无功功率。但因无法通过发电机提供并长距离输送输电线路中消耗的无功功率，相比相位差而言幅值差只能在很有限的范围内进行调整。因此需要在受电端直接补偿无功功率。
同时，随着人们对环境问题的关注程度日益提高，通过减少温室气体排放以减缓气候变暖趋势成为了全球共识。因此风能、太阳能等清洁能源发电系统发展迅速，将会成为未来电能重要的来源基础。但因风能、太阳能等清洁能源发电的输出功率具有间歇性、随机性等特点，其发电装置接入电网会引起无功功率的大幅度波动，进而造成并网点电压不稳定。
为保证电网能够安全稳定地运行，需采取一定的无功补偿措施以支持大量的风电、光伏发电系统的接入。例如，在风电系统正常工作时，无功补偿装置提供风力发电机励磁所需的无功功率，风电系统与电网之间仅发生有功功率的交换，这样有利于电网的稳定，可以提高风电系统的可靠性；当电网出现电压跌落故障时，无功补偿装置向电力系统提供无功功率以支撑电网电压，维持风电场接入点处的电压稳定，避免风力发电机从电网上解列。
无功补偿装置的研究目前日渐趋于成熟，静止同步补偿器SVG已成为先进无功补偿装置的代表，在柔性交流输电系统中开始发挥极为重要作用。与静止无功补偿装置SVC相比，SVG无需使用大容量的电感、电容等储能元件，只需在其直流侧使用小容量的电容维持自身的电压；SVG的调节速度更快，调制采用PWM调制技术能够大大降低补偿电流的谐波含量；SVG接入电网时与电网之间连接的并网电感主要用于滤除SVG输出电流中的高频分量，该电感通常很小，故SVG具有良好的动态特性，能够有效地应对冲击性负荷的无功补偿需求。
随着电力电子变换技术日益成熟，H桥模块因其模块化程度高、可扩展性好的优势而在SVG中得到广泛的应用。随着风能、太阳能等清洁能源的装机容量逐步有计划的提高，SVG补偿容量需求随之进一步提升。SVG补偿容量的提升可通过提高挂网电压等级和提高全桥模块电流输出能力两种方式来实现。在不改变挂网电压等级的前提下，全桥模块的电流输出能力受限于IGBT技术的发展，现有的IGBT功率器件无法满足在提高电流输出能力提升的同时，满足原有的开关频率的需求，以满足调节系统谐波含量的功能。因此提高挂网电压等级，通过更多模块的级联来实现无功补偿容量的提升是提高无功补偿容量最便捷的一种方式。随着SVG装置逐步直挂到66kV甚至更高的系统电压中，无功补偿装置的全桥模块的数量需求会更紧迫，如何在满足各种标准对H桥模块出厂前试验规定的同时，提高H桥模块生产能力是各阀厂急需解决的问题。
H桥模块的运行试验项目一般采用两对级联模块的背靠背方式进行试验，换流链或若干链节的试验电路如附图1所示，其中一组级联模块输出感性无功，另一组级联模块输出相同容量的容性无功，直流电源提供模块的损耗；也可以采用级联模块带电感负载的试验电路图2所示。
上述功率模块运行试验平台需要对等数量的充电电源给H桥模块充电以补充运行试验H桥模块的有功损耗，而充电电源的扩展会受控保系统扩展性、试验平台占地、试验平台经济性等问题限制，实际搭建试验平台时一般只扩展到满足3对H桥功率模块的运行试验条件。
发明内容
本发明针对上述已有的运行试验平台因其局限性导致扩展性不高、无法实现更多H桥功率模块同时进行出厂运行试验、严重影响生产效率的问题，提供一种用于H桥模块的多拖多运行试验平台。
为了达到上述目的，本发明提供了一种基于SVG全桥模块的多拖多运行试验平台，其包括：
充电电源，所述充电电源的直流输出端与辅助阀并联，所述充电电源用于向辅助阀中的H桥模块内部直流支撑电容器、试品阀中的H桥模块内部直流支撑电容器预充电；
补能电源，所述补能电源的直流输出端与所述辅助阀中电位最低的H桥模块内部直流支撑电容器并联，所述补能电源用于向所述辅助阀中电位最低的H桥模块内部直流支撑电容器充电；
控保柜，所述控保柜的输出端与充电电源、补能电源的控制端相连，所述控保柜用于控制所述充电电源、所述补能电源的开关；
所述辅助阀，包括多个串联的H桥模块，所述辅助阀通过可调电抗器与包含多个串联H桥模块的试品阀并联，通过调节所述可调电抗器的感抗值改变辅助阀与所述试品阀回路中的电流值。
优选方式下，所述多拖多运行试验平台的绝缘器件包括：用于对地绝缘的环氧板；用于将所述电位最低的H桥模块与补能电源的地电位相连接的导线；用于支撑所述辅助阀H桥模块和所述试品阀H桥模块的高压绝缘子。
优选方式下，所述补能电源的直流输出端并联有用于维持补能电源输出电压稳定的直流支撑电容器。
优选方式下，所述多拖多运行试验平台还包括：断路器，所述断路器的一端与交流三相380V电源相连，所述断路器的另一端分别与充电电源、补能电源的交流输入端相连，所述断路器用于控制所述多拖多运行试验平台的投入与退出。
优选方式下，所述控保柜的输出端还与断路器的控制端相连，所述控保柜用于控制断路器的开断。
本发明的有益效果为：本发明只需一台高压直流充电电源和一台中压补能电源，便可灵活实现一对到十几对H桥模块的运行试验需求；本发明解决了一台高压充电电源同时给十几对H桥模块充电产生的绝缘问题和一台补能电源同时给十几对H桥模块提供有功功率导致的电压波动大的缺陷；本发明可根据实际工程需求，灵活调整进行运行试验的H桥模块数量，提高出厂效率。
附图说明
图1为两对级联模块的背靠背试验接线方式示意图；
图2为级联模块带电感负载的试验接线方式示意图；
图3为本发明的多拖多运行试验平台电路图。
具体实施方式
为验证H桥模块的基本功能，模拟无功补偿装置现场运行时H桥模块的运行工况，满足前期包括：(1)电压取能及检测；(2)控制单元硬件和软件功能；(3)各部件通信正常；(4)IGBT正常触发工作及其他设计需求。
可通过搭建如图3所示的电路，完成上述H桥模块运行试验。
搭建如图3所示的电气试验平台，具体包括以下部分组成：
(1)交流三相380V输入电源；
(2)充电电源：为满足给不同数量和不同型号的H桥模块内部直流支撑电容器预充电，当采用1700V的IGBT时，约为1000V，采用3300V的IGBT时，约为1800V，采用4500V的IGBT时，约为2400V；采用升压变压器将输入的三相交流380V升高到合适的交流电之后进行不控整流，通过不控整流桥级联方式，充电电源输出几千伏到几十千伏的直流电压，其可根据H桥模块电压等级和级联数量灵活调整；充电电源的直流输出端与辅助阀并联，充电电源用于向辅助阀中的H桥模块内部直流支撑电容器、试品阀中的H桥模块内部直流支撑电容器预充电。其中，辅助阀，包括多个串联的H桥模块，辅助阀通过可调电抗器与包含多个串联H桥模块的试品阀并联，通过调节所述可调电抗器的感抗值改变辅助阀与所述试品阀回路中的电流值。
(3)补能电源：补能电源的直流输出端与所述辅助阀中电位最低的H桥模块内部直流支撑电容器并联，为满足给单个H桥模块直流电容器充电，补充整个多拖多运行试验过程中H桥模块的有功损耗，采用将交流三相380V电压不控整流，通过不控整流桥级联方式，补能电源输出最大3～5kV直流电压；补能电源用于向所述辅助阀中电位最低的H桥模块内部直流支撑电容器充电。补能电源的直流输出端并联有用于维持补能电源输出电压稳定的直流支撑电容器。
(4)控保柜：控保柜的输出端与充电电源、补能电源的控制端相连，用于控制所述充电电源、所述补能电源的开关，从而实现控制运行试验平台的投入和退出、充电电源和补能电源的输出控制和保护、试验回路电压和电流的监测和保护等功能；
(5)可调电抗器：调整合适的电抗器感抗值，通过辅助阀和试品阀之间的电压差作用在电抗器上后，产生期望的电流值。
(6)断路器，断路器的一端与交流三相380V电源相连，所述断路器的另一端分别与充电电源、补能电源的交流输入端相连，所述断路器用于控制所述多拖多运行试验平台的投入与退出。所述控保柜的输出端还与断路器的控制端相连，所述控保柜用于控制断路器的开断。
多拖多运行试验平台的绝缘器件包括：用于对地绝缘的环氧板；用于将所述电位最低的H桥模块与补能电源的地电位相连接的导线；用于支撑所述辅助阀H桥模块和所述试品阀H桥模块的高压绝缘子。
如图3所示的多拖多运行试验平台，在级联H桥模块即图中所示辅助阀和试品阀的交流端口输入对地几千伏到几十千伏不等的直流电压，需保证试验区绝缘能力足以保证处于高电位的H桥模块不会发生对地放电问题，因此整个试验区需采用对地绝缘的环氧板平铺，低电位H桥模块通过补能电源与地电位固定，且级联H桥模块即图中所示辅助阀和试品阀采用高压绝缘子支撑。
如图3所示的多拖多运行试验平台的补能电源因需给较多数量的H桥模块提供有功损耗，因此在运行过程总会发生较大的电压波动，不利于试验平台稳定运行。为此本发明需在补能电源输出侧并联较大容量的直流支撑电容器以维持补能电源输出电压波动问题。
如图3所示的多拖多运行试验平台基本操作如下：
(1)根据多拖多运行试验平台的实际情况，选取合适的电抗器档位；
(2)闭合交流380V电源空开，提供试验平台电源；
(3)设定多拖多运行试验所需的直流充电电压，闭合充电电源断路器，按照一定的电压上升率逐步提高充电电压，给所有H桥模块预充电至运行试验所需的直流支撑电容器电压值；在电压上升期间，检测所有H桥模块取能电源是否按期正常工作，并与控保柜建立通信；
(4)断开充电电源回路；
(5)设定多拖多运行试验所需的单个H桥模块直流电压值，闭合补能电源回路；
(6)按照既定程序解锁H桥模块，进行规定时间的运行试验，控保柜实时检测各状态量；
(7)试验结束后，闭锁所有H桥模块；
(8)断开补能电源回路；
(9)待H桥模块内部元件将直流支撑电容器中能量消耗完后，进入试验区检查各H桥模块状态后，完成本次试验。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种基于SVG全桥模块的多拖多运行试验平台，其特征在于，包括：
充电电源，所述充电电源的直流输出端与辅助阀并联，所述充电电源用于向辅助阀中的H桥模块内部直流支撑电容器、试品阀中的H桥模块内部直流支撑电容器预充电；
补能电源，所述补能电源的直流输出端与所述辅助阀中电位最低的H桥模块内部直流支撑电容器并联，所述补能电源用于向所述辅助阀中电位最低的H桥模块内部直流支撑电容器充电；
控保柜，所述控保柜的输出端与充电电源、补能电源的控制端相连，所述控保柜用于控制所述充电电源、所述补能电源的开关；
所述辅助阀，包括多个串联的H桥模块，所述辅助阀通过可调电抗器与包含多个串联H桥模块的试品阀并联，通过调节所述可调电抗器的感抗值改变辅助阀与所述试品阀回路中的电流值。
2.根据权利要求1所述基于SVG全桥模块的多拖多运行试验平台，其特征在于，所述多拖多运行试验平台的绝缘器件包括：用于对地绝缘的环氧板；用于将所述电位最低的H桥模块与补能电源的地电位相连接的导线；用于支撑所述辅助阀H桥模块和所述试品阀H桥模块的高压绝缘子。
3.根据权利要求1所述基于SVG全桥模块的多拖多运行试验平台，其特征在于，所述补能电源的直流输出端并联有用于维持补能电源输出电压稳定的直流支撑电容器。
4.根据权利要求1所述基于SVG全桥模块的多拖多运行试验平台，其特征在于，所述多拖多运行试验平台还包括：断路器，所述断路器的一端与交流三相380V电源相连，所述断路器的另一端分别与充电电源、补能电源的交流输入端相连，所述断路器用于控制所述多拖多运行试验平台的投入与退出。
5.根据权利要求1～4所述基于SVG全桥模块的多拖多运行试验平台，其特征在于，所述控保柜的输出端还与断路器的控制端相连，所述控保柜用于控制断路器的开断。
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