CN115774193A - 一种高压直流输电换流阀用电流关断试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高压直流输电换流阀用电流关断试验装置，属于直流输电换流阀测试技术领域。本发明的高压直流输电换流阀用电流关断试验装置，包括高电压源、直流大电流源和故障电流源，高电压源和故障电流源用于并联在试品阀两端，高电压源用于为试品阀提供正反高电压；大电流源用于为试品阀提供稳态直流电流；故障电流源用于模拟换相失败时流经试品阀Vt的故障电流，用于为试品阀电流关断能力提供条件。本发明的试验装置采用三个独立的电源，可实现试品阀Vt不同电气应力组合，方式灵活，能够模拟各种实际工况，实现对换流阀用电流关断的各种工况下的试验。
Description
技术领域
本发明涉及一种高压直流输电换流阀用电流关断试验装置，属于直流输电换流阀测试技术领域。
背景技术
换相失败是直流输电系统逆变侧常见故障之一，它将引起直流输电系统直流电压降低、输送功率减少、电流增大、损伤直流换流站设备以及逆变侧交流系统过电压等不良后果。在多馈入直流系统中，单一交流故障能在大范围内引发多回直流换相失败，导致千万千瓦级的功率冲击，严重威胁电网安全运行。随着我国“双碳”战略的实施，西部大规模清洁能源仍需通过高压直流输电输送到东部负荷中心，直流馈入将更加密集，换相失败的问题将更加突出。为此，国内开始研发具备关断能力的高压直流输电换流阀。现有高压直流输电换流阀合成试验方法针对基于晶闸管的高压直流输电换流阀开发，不能考核可关断换流阀的关断能力。
发明内容
本发明的目的是提供一种高压直流输电换流阀用电流关断试验装置，以解决有换流阀合成试验方法不能进行电流关断试验的问题。
本发明为解决上述技术问题而提供一种高压直流输电换流阀用电流关断试验装置，该试验装置包括高电压源、直流大电流源和故障电流源，高电压源和故障电流源用于并联在试品阀两端，高电压源用于为试品阀提供正反高电压；大电流源用于为试品阀提供稳态直流电流；故障电流源用于模拟换相失败时流经试品阀Vt的故障电流，用于为试品阀电流关断能力提供条件。
本发明利用高电压源为试品阀提供必要的正反高电压及其变化率和电流变化率；利用大电流源为试品阀提供稳态直流电流；利用故障电流源模拟换相失败时流经试品阀Vt的故障电流，为验证试品阀Vt电流关断能力提供条件。本发明通过可为试品阀Vt提供多种试验应力，使得试品阀Vt所承受的电压、电流更接近实际工况。
进一步地，所述的直流大电流源包括整流侧变压器、逆变侧变压器、整流器、逆变器、和辅助控制阀Vaux；整流侧变压器与整流器的交流侧连接；逆变侧变压器与逆变器的交流侧连接；整流器直流侧的阴极和逆变器直流侧的阳极连接后接地；整流器直流侧的阳极和逆变器直流侧的阴极连接；辅助控制阀Vaux的阳极与整流器的一个桥臂连接，阴极用于与试品阀阳极连接。
本发明的直流大电流源采用整流器、逆变器和辅助控制阀，整流器和逆变器背靠背连接，通过辅助控制阀连接到试品阀上，该电流源能够为试品阀提供稳定、可靠的大电流。
进一步地，整流器采用6脉动整流器，逆变器采用6脉动逆变器，整流器直流侧的阳极和逆变器直流侧的阴极之间通过平波电抗器连接。
本发明的直流大电流源采用6脉动背靠背拓扑，能够产生600A～7000A电流，为试品阀提供稳定的直流电流。
进一步地，辅助控制阀Vaux由多级晶闸管级联构成。
本发明采用串联的多级晶闸管作为辅助控制阀，能够实现与试品阀的可靠连接。
进一步地，所述的高电压源包括直流电源、直流电容、第一辅助阀、第二辅助阀、翻转电容、第三辅助阀和第四辅助阀；所述直流电源正极连接直流电容正极和第一辅助阀阳极；第一辅助阀阴极与第二辅助阀阴极连接后与第一电抗器一端连接；第一电抗器另一端与翻转电容正极连接后与第三辅助阀阳极连接、与第四辅助阀阴极连接；第三辅助阀阴极与第四辅助阀阳极连接后与第二电抗器一端连接；第二电抗器另一端用于与试品阀阳极连接；反转电容负极、第二辅助阀阳极、直流电容负极、直流电源负极用于和试品阀阴极连接后接地。
本发明采用由直流电源、直流电容、反转电容和多个辅助阀构成高电压源，能够为试品阀Vt提供必要的正反高电压。
进一步地，第一辅助阀、第二辅助阀、第三辅助阀和第三辅助阀均由多级晶闸管级联构成。
本发明采用串联的多级晶闸管作为辅助阀，能够实现高电压源电路的可靠性。
进一步地，所述故障电流源包括补能电源、放电电容、放电电感和控制阀，补能电源并联于放电电容两端，放电电容正极连接放电电抗器一端，放电电抗器另一端连接控制阀阳极，控制阀阴极用于连接试品阀Vt阳极；放电电容负极接地。
本发明的故障电流源由补能电源、放电电容、放电电感和控制阀构成，电路结构简单，能够模拟换相失败时流经试品阀Vt的故障电流。
进一步地，所述补能电源包括直流电源和DC/DC变换器，直流电源并联于DC/DC变换器输入相位，DC/DC变换器输出侧用于并联在试品阀的电阻尼电容两端，为阻尼电容补能。
本发明采用由直流电源和DC/DC变换器构成补能电源，能够很好地为阻尼电容补能。
进一步地，所述控制阀由多级晶闸管级联构成。
本发明采用串联的多级晶闸管作为控制阀，能够实现与试品阀的可靠连接。
附图说明
图1是本发明高压直流输电换流阀用电流关断试验装置的结构示意图；
图2是本发明所采用的补能电源的电路拓扑图；
图3是本发明所采用的基于IGCT的可关断高压直流输电换流阀(试品阀Vt)的结构示意图；
图4是本发明电流关断试验中试品阀的电压、电流波形示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步地说明。
该试验装置包括高电压源、直流大电流源和故障电流源，高电压源和故障电流源用于并联在试品阀两端，高电压源用于为试品阀提供正反高电压；大电流源用于为试品阀提供稳态直流电流；故障电流源用于模拟换相失败时流经试品阀Vt的故障电流，用于为试品阀电流关断能力提供条件。
具体而言如图1所示，本实施例试验装置用于对试品阀Vt进行电流关断试验，直流大电流源采用6脉动背靠背拓扑，输出的大电流在600～7000A之间，直流大电流源包括整流侧变压器、逆变侧变压器、6脉动整流器、6脉动逆变器、平波电抗器Lsr和辅助控制阀Vaux；整流侧变压器与6脉动整流器连接；逆变侧变压器与6脉动逆变器连接；6脉动整流器阴极和6脉动逆变器阳极连接后接地；6脉动整流器阳极和6脉动逆变器阴极通过所述平波电抗器Lsr连接；辅助控制阀Vaux的阳极与整流器5号阀阳极连接，阴极与试品阀Vt阳极连接。6脉动整流器采用6个阀的全桥电路(如图1中上面的1号、2号、3号、4号、5号和6号阀)，6脉动逆变器也采用6个阀的全桥电路(如图1中下面的1号、2号、3号、4号、5号和6号阀)。
高电压源包括直流电源Vdc、直流电容CH、辅助阀Da2(也叫第一辅助阀)，辅助阀阀Da5(也叫第二辅助阀)、电抗器Ls、翻转电容Cs、辅助阀Da3(也叫第三辅助阀)、辅助阀Da4(也叫第四辅助阀)、电抗器Lc；直流电源Vdc正极连接直流电容CH正极和辅助阀Da2阳极；辅助阀Da2阴极与辅助阀Da5阴极连接后与电抗器Ls一端连接；电抗器Ls另一端与翻转电容Cs正极连接后与辅助阀Da3阳极连接、与辅助阀Da4阴极连接；辅助阀Da3阴极与辅助阀Da4阳极连接后与电抗器Lc一端连接；电抗器Lc另一端与试品阀Vt阳极连接；试品阀Vt阴极与电容Cs负极、辅助阀Da5阳极、电容CH负极、直流电源Vdc负极连接后接地。
故障电流源包括补能电源、放电电容Csc、放电电感Lsc和控制阀Vsu。补能电源并联于放电电容Cs两端，电容Cs正极连接放电电抗器Lsc一端，电抗器Lsc另一端连接控制阀Vsu阳极，Vsu阴极连接试品阀Vt阳极；电容Cs负极接地。其中补能电源电路如图2所示，包含直流电源Vs和一个DC/DC变换器，直流电源Vs并联于DC/DC变换器输入Vin，DC/DC变换器输出Vout并联于电容Cs，为Cs补能。
其中辅助阀Daux、辅助阀Da2、辅助阀Da3、辅助阀Da4、辅助阀Da5、辅助阀Vsu等采用多级晶闸管级联构成。
本实施例中的针对试品阀Vt的结构如图3所示，由至少5级IGCT级串联构成，并且并联一个避雷器(MOA)。在一次电流关断试验中，首先应操作试验装置，使试品阀Vt工作于最大连续负载试验，对试品阀进行预热；待试品阀Vt芯片的结温达到稳定后，进行电流关断试验，本发明采用最大连续负载试验方法，该方法是晶闸管换流阀常规试验方法。
利用上述试验装置的对试品阀进行电流关断的试验，试验过程中试品阀的电压、电流周期(20ms)波形如图4所示，过程如下。
t1时刻，触发试品阀Vt和Da3阀，引入高电压源电流；
t2时刻，触发Daux阀，引入直流大电流源，引入稳态电流；
t3时刻，触发Da5阀，使得Cs电容完成翻转；
t4时刻，触发Da2阀，为Cs电容补能；
t5时刻，触发Vsu阀，注入故障电流；
t6时刻，试品阀Vt关断故障电流，并在试品两端建立高电压；
t7时刻，启动故障电流源补能电路，为放电电容Csc充电。
在下一工作周期，重复上述时序，直至完成试验。
本发明的试验装置采用三个独立的电源，可获得试品阀Vt的正向电压、反向电压、稳态电路、故障电流，试品阀Vt关断故障电流在其内部产生的过电压，通过改变控制时序，可实现试品阀Vt不同电气应力组合，方式灵活，能够模拟各种实际工况，实现对换流阀用电流关断的各种工况下的试验。
Claims (9)
1.一种高压直流输电换流阀用电流关断试验装置，其特征在于，该试验装置包括高电压源、直流大电流源和故障电流源，高电压源和故障电流源用于并联在试品阀两端，高电压源用于为试品阀提供正反高电压；大电流源用于为试品阀提供稳态直流电流；故障电流源用于模拟换相失败时流经试品阀Vt的故障电流，用于为试品阀电流关断能力提供条件。
2.根据权利要求1所述的高压直流输电换流阀用电流关断试验装置，其特征在于，所述的直流大电流源包括整流侧变压器、逆变侧变压器、整流器、逆变器、和辅助控制阀Vaux；整流侧变压器与整流器的交流侧连接；逆变侧变压器与逆变器的交流侧连接；整流器直流侧的阴极和逆变器直流侧的阳极连接后接地；整流器直流侧的阳极和逆变器直流侧的阴极连接；辅助控制阀Vaux的阳极与整流器的一个桥臂连接，阴极用于与试品阀阳极连接。
3.根据权利要求2所述的高压直流输电换流阀用电流关断试验装置，其特征在于，整流器采用6脉动整流器，逆变器采用6脉动逆变器，整流器直流侧的阳极和逆变器直流侧的阴极之间通过平波电抗器连接。
4.根据权利要求2所述的高压直流输电换流阀用电流关断试验装置，其特征在于，辅助控制阀Vaux由多级晶闸管级联构成。
5.根据权利要求1所述的高压直流输电换流阀用电流关断试验装置，其特征在于，所述的高电压源包括直流电源、直流电容、第一辅助阀、第二辅助阀、翻转电容、第三辅助阀和第四辅助阀；所述直流电源正极连接直流电容正极和第一辅助阀阳极；第一辅助阀阴极与第二辅助阀阴极连接后与第一电抗器一端连接；第一电抗器另一端与翻转电容正极连接后与第三辅助阀阳极连接、与第四辅助阀阴极连接；第三辅助阀阴极与第四辅助阀阳极连接后与第二电抗器一端连接；第二电抗器另一端用于与试品阀阳极连接；反转电容负极、第二辅助阀阳极、直流电容负极、直流电源负极用于和试品阀阴极连接后接地。
6.根据权利要求5所述的高压直流输电换流阀用电流关断试验装置，其特征在于，第一辅助阀、第二辅助阀、第三辅助阀和第三辅助阀均由多级晶闸管级联构成。
7.根据权利要求1所述的高压直流输电换流阀用电流关断试验装置，其特征在于，所述故障电流源包括补能电源、放电电容、放电电感和控制阀，补能电源并联于放电电容两端，放电电容正极连接放电电抗器一端，放电电抗器另一端连接控制阀阳极，控制阀阴极用于连接试品阀Vt阳极；放电电容负极接地。
8.根据权利要求7所述的高压直流输电换流阀用电流关断试验装置，其特征在于，所述补能电源包括直流电源和DC/DC变换器，直流电源并联于DC/DC变换器输入相位，DC/DC变换器输出侧用于并联在试品阀的电阻尼电容两端，为阻尼电容补能。
9.根据权利要求7所述的高压直流输电换流阀用电流关断试验装置，其特征在于，所述控制阀由多级晶闸管级联构成。
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|---|---|---|---|---|
| CN116736100A (zh) * | 2023-06-15 | 2023-09-12 | 国网智能电网研究院有限公司 | 一种可控换相换流阀单阀大电流关断试验装置及方法 |
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2022
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| CN116736100B (zh) * | 2023-06-15 | 2024-04-02 | 国网智能电网研究院有限公司 | 一种可控换相换流阀单阀大电流关断试验装置及方法 |
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