CN116736100A - 一种可控换相换流阀单阀大电流关断试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及换流阀技术领域，公开了一种可控换相换流阀单阀大电流关断试验装置及方法，以真型单阀阀塔结构为试验对象，通过第一开关电路及第二开关电路实现谐振电路及补能电路投入和退出，补能电路用于给百余只可控器件高电位板卡获取能量，在电力电子器件高电位板卡取能正常的情况下，通过第二开关电路及第一开关电路退出补能电路、投入谐振电路，通过阀控设备控制百余只电力电子器件器件同步触发，将谐振电流引入到阀内，并经过一段时间同步关断，实现整个桥臂大电流关断。

Description

一种可控换相换流阀单阀大电流关断试验装置及方法

技术领域

本发明涉及换流阀技术领域，具体涉及一种可控换相换流阀单阀大电流关断试验装置及方法。

背景技术

可控换相换流阀是一种新型高压直流换流装备，继承了传统LCC输送容量大、损耗低和经济性高的优势，实现了换流桥臂可控关断，从根本上杜绝了换相失败现象，是未来远距离大容量直流输电优选技术路线。因此，针对可控换相换流阀桥臂可控关断能力的试验考核，是有效验证换流阀抵御换相失败的关键性试验项目。该项试验不但需要验证实际情况下桥臂内部百余只可控器件同步开通、关断的一致性，同时考核单阀在关断大电流过程中各元器件承受的电压、电流应力以及高di/dt及du/dt的瞬变应力。

现有技术方案只针对单个电力电子器件进行关断试验，未提出对整个桥臂可关断能力的等效性试验验证。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的未提出对整个可控换相换流阀的桥臂可关断能力的等效性试验验证缺陷，从而提供一种可控换相换流阀单阀大电流关断试验装置及方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

第一方面，本发明实施例提供一种可控换相换流阀单阀大电流关断试验装置，包括：谐振电路、补能电路、第一开关电路及第二开关电路，其中，谐振电路，其第一端通过第一开关电路与可控换相换流阀的第一端连接，其第二端与可控换相换流阀的第二端连接；补能电路，其第一端通过第二开关电路与可控换相换流阀的第一端连接，其第二端与可控换相换流阀的第二端连接，其第三端与交流电连接；可控换相换流阀，其第二端接地；控制第二开关电路闭合、第一开关电路断开，使得补能电路为可控换相换流阀供能；控制第一开关电路闭合、第二开关电路断开，以及控制可控换相换流阀电力电子器件同时触发，使得谐振电路的谐振电流引入至换流阀，经过预设时间后，控制可控换相换流阀电力电子器件同步关断。

本发明以真型单阀阀塔结构为试验对象，通过第一开关电路及第二开关电路实现谐振电路及补能电路投入和退出，补能电路用于给百余只可控器件高电位板卡获取能量，在电力电子器件高电位板卡取能正常的情况下，通过第二开关电路及第一开关电路退出补能电路、投入谐振电路，通过阀控设备控制百余只电力电子器件器件同步触发，将谐振电流引入到阀内，并经过一段时间同步关断，实现整个桥臂大电流关断。

本发明主要对阀塔(单阀)关断能力进行验证，同时还考核了电力电子器件的开通及关断特性，以及可关断器件与晶闸管器件在系统故障工况下的整体配合情况及电磁兼容特性。

本发明调整谐振电感参数模拟不同直流工程中换相电感，以实现对实际故障工况关断电压应力的模拟。

在一种可选的实施方式中，谐振电路包括：直流电源、谐振电容、谐振电感、放电电阻、第一分压电路、第一谐振开关电路及第二谐振开关电路，其中，直流电源，其第一端通过第一谐振开关电路分别与谐振电容的第一端、谐振电感的第一端连接，其第二端与谐振电容的第二端连接；放电电阻，其第一端通过第二谐振开关电路分别与谐振电感的第一端连接，其第二端与谐振电容的第二端连接；第一分压电路，其第一端分别与谐振电感的第二端，其第一端还通过第一开关电路与可控换相换流阀的第一端连接，其第二端与谐振电容的第二端、可控换相换流阀的第二端连接。

本发明搭建了LC谐振电流源和交流补能电源装置，实现单阀关断电流、关断电压及du/dt、di/dt应力耐受能力的考核。

本发明通过调整高压直流充电电源电压可获取对可控换相换流阀桥臂不同关断电流水平的等效性验证。

在一种可选的实施方式中，第一谐振开关电路包括：第一谐振开关。

在一种可选的实施方式中，第二谐振开关电路包括：第二谐振开关。

在一种可选的实施方式中，补能电路包括：保护电阻、第二分压电路及变压器，其中，第二分压电路，其第一端依次通过保护电阻、第二开关电路与可控换相换流阀的第一端连接，其第一端还与变压器原边的第一端连接，其第二端分别与变压器原边的第二端、可控换相换流阀的第二端连接。

在一种可选的实施方式中，第一分压电路及第二分压电路均包括：分压电容。

在一种可选的实施方式中，第一开关电路包括：第一快速开关。

在一种可选的实施方式中，第二开关电路包括：第二快速开关。

本发明第一快速开关、第二快速开关ms级投入和退出可以有效避免试品应力的叠加而造成损坏。

在一种可选的实施方式中，可控换相换流阀单阀大电流关断试验装置还包括：控制系统，其与谐振电路、第一开关电路、第二开关电路及可控换相换流阀连接，用于控制谐振电路、第一开关电路、第二开关电路及可控换相换流阀的运行状态。

第二方面，本发明实施例提供一种可控换相换流阀单阀大电流关断试验方法，应用于第一方面的可控换相换流阀单阀大电流关断试验装置，方法包括：控制第二开关电路闭合、第一开关电路断开，使得补能电路为可控换相换流阀供能；控制第一开关电路闭合、第二开关电路断开，以及控制可控换相换流阀电力电子器件同时触发，使得谐振电路的谐振电流引入至换流阀；经过预设时间后，控制可控换相换流阀电力电子器件同步关断。

在一种可选的实施方式中，使得谐振电路的谐振电流引入至换流阀的过程，包括：控制第一谐振电路闭合、第二谐振电路断开；当谐振电容的电压达到预设电压时，控制第一谐振电路断开；控制第一开关电路闭合；延时第一预设时间后，控制第二开关电路断开；控制可控换相换流阀电力电子器件同时触发，使得谐振电路的谐振电流引入至换流阀。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明实施例提供的试验装置的一个具体示例的组成图；

图2为本发明实施例提供的试验装置的另一个具体示例的组成图；

图3为本发明实施例提供的试验装置的具体电路拓扑结构；

图4为本发明实施例提供的试验装置的另一个具体示例的组成图；

图5为本发明实施例提供的试验方法的一个具体示例的流程图；

图6(a)～图6(c)均为本发明实施例提供的可控换相换流阀结构形式；

图7(a)～图7(c)均为本发明实施例提供的V12子阀结构形式；

图8(a)～图8(c)均为本发明实施例提供的控制时序图；

图9(a)、图9(b)均为本发明实施例提供的大电流分断试验电压电流波形。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

本发明实施例提供一种可控换相换流阀单阀大电流关断试验装置，如图1所示，包括：谐振电路1、补能电路2、第一开关电路3及第二开关电路4。

如图1所示，谐振电路1，其第一端通过第一开关电路3与可控换相换流阀的第一端连接，其第二端与可控换相换流阀的第二端连接。

具体地，谐振电路1通过高压直流充电电压给谐振电容充电，充电电压达到目标要求值后，谐振电容放电与谐振电感产生谐振电流注入到可控换相换流阀阀内。

如图1所示，补能电路2，其第一端通过第二开关电路4与可控换相换流阀的第一端连接，其第二端与可控换相换流阀的第二端连接，其第三端与交流电连接。可控换相换流阀，其第二端接地。

具体地，补能电路2与交流电连接，其可以以电磁感应原理感应交流电后，为可控换相换流阀电力电子器件级板卡供电。

具体地，控制第二开关电路4闭合、第一开关电路3断开，使得补能电路2为可控换相换流阀供能；控制第一开关电路3闭合、第二开关电路4断开，以及控制可控换相换流阀电力电子器件同时触发，使得谐振电路1的谐振电流引入至换流阀，经过预设时间后，控制可控换相换流阀电力电子器件同步关断。

具体地，为了防止谐振电路1与补能电路2之间相互耦合对电源装置造成损坏，通过控制第一开关电路3及第二开关电路4投入和退出，实现不同时间给可控换相换流阀注入电压和电流，实现VT阀大电流关断。

在一些可选的实施方式中，如图2所示，谐振电路1包括：直流电源11、谐振电容C1、谐振电感L1、放电电阻R1、第一分压电路12、第一谐振开关电路13及第二谐振开关电路14。

如图2所示，直流电源11，其第一端通过第一谐振开关电路13分别与谐振电容C1的第一端、谐振电感L1的第一端连接，其第二端与谐振电容C1的第二端连接。

如图2所示，放电电阻R1，其第一端通过第二谐振开关电路14分别与谐振电感L1的第一端连接，其第二端与谐振电容C1的第二端连接。

如图2所示，第一分压电路12，其第一端分别与谐振电感L1的第二端，其第一端还通过第一开关电路3与可控换相换流阀的第一端连接，其第二端与谐振电容C1的第二端、可控换相换流阀的第二端连接。

具体地，当第一开关电路3断开、第一谐振开关电路13闭合、第二谐振开关电路14断开时，直流电源11为谐振电容C1充电；当第一开关电路3闭合、第一谐振开关电路13断开、第二谐振开关电路14断开时，谐振电容C1放电，谐振电路1与谐振电感L1谐振；当第二谐振开关电路14闭合时，电感电流经过放电电阻R1。

可选地，如图3所示，第一谐振开关电路13包括：第一谐振开关K3。第二谐振开关电路14包括：第二谐振开关K4。

在一些可选的实施方式中，如图4所示，补能电路2包括：保护电阻R2、第二分压电路21及变压器T，其中，第二分压电路21，其第一端依次通过保护电阻R2、第二开关电路4与可控换相换流阀的第一端连接，其第一端还与变压器T原边的第一端连接，其第二端分别与变压器T原边的第二端、可控换相换流阀的第二端连接。

可选地，如图3所示，第一分压电路12及第二分压电路21均包括：分压电容(C2、C3)。第一开关电路3包括：第一快速开关K2。第二开关电路4包括：第二快速开关K1。

可选地，第一快速开关及第二快速开关可以是快速机械开关、半控或全控型电力电子器件构成的一种或多种混合构成的能够实现ms级投退的开关装置。

在一些可选的实施方式中，可控换相换流阀单阀大电流关断试验装置还包括：控制系统，其与谐振电路1、第一开关电路3、第二开关电路4及可控换相换流阀连接，用于控制谐振电路1、第一开关电路3、第二开关电路4及可控换相换流阀的运行状态。

可选地，如图3所示，控制系统由试验控制平台和阀控平台构成，试验控制平台通过下午控制时序来控制K1、K2和阀控平台，阀控平台在控制VT阀可控各个子阀，实现对可控换相换流阀大电流分断试验模拟。

本发明实施例建立了分断试验控制平台，控制参数可按照实际工况要求动态调整，实现对规模化电力电子器件精确化开关控制，同时可以将一次器件状态反馈给阀控平台，保证各级器件性能均正常。

本发明实施例建立了单阀大电流分断试验控制系统，可实现对谐振电流源、交流源、单阀规模化电力电子器件独立或联合控制。

需要说明的是，通过调整谐振电容C1的充电电压、谐振电感L1和控制时序等参数可模拟真型单阀不同关断电流、关断电压及du/dt、di/dt应力耐受能力。

本发明实施例提供一种可控换相换流阀单阀大电流关断试验方法，应用于以上实施例的可控换相换流阀单阀大电流关断试验装置，如图5所示，方法包括：

步骤S1：控制第二开关电路闭合、第一开关电路断开，使得补能电路为可控换相换流阀供能；

步骤S2：控制第一开关电路闭合、第二开关电路断开，以及控制可控换相换流阀电力电子器件同时触发，使得谐振电路1的谐振电流引入至换流阀；

步骤S3：经过预设时间后，控制可控换相换流阀电力电子器件同步关断。

具体地，本发明实施例以真型单阀阀塔结构为试验对象，通过第一开关电路及第二开关电路实现谐振电路及补能电路投入和退出，补能电路用于给百余只可控器件高电位板卡获取能量，在电力电子器件高电位板卡取能正常的情况下，通过第二开关电路及第一开关电路退出补能电路、投入谐振电路，通过阀控设备控制百余只电力电子器件器件同步触发，将谐振电流引入到阀内，并经过一段时间同步关断，实现整个桥臂大电流关断。

在一些可选的实施方式中，使得谐振电路的谐振电流引入至换流阀的过程，包括：

控制第一谐振电路闭合、第二谐振电路断开；当谐振电容的电压达到预设电压时，控制第一谐振电路断开；控制第一开关电路闭合；延时第一预设时间后，控制第二开关电路断开；控制可控换相换流阀电力电子器件同时触发，使得谐振电路的谐振电流引入至换流阀。

具体地，本发明实施例的可控换相换流阀拓扑结构如图6(a)～图6(c)所示，图6(a)～图6(c)分别为双支路结构形式、单支路晶闸管可控器件混合串联结构形式、单支路可控阀结构形式。

其中，V12子阀为具有电流关断和正反向电压阻断能力的电力电子器件构成，同时V12子阀具备旁路功能，旁路支路由多级晶闸管及其辅助部件串联构成，可关断器件由IGBT、IGCT、IEGT、GTO或MOSFET等器件中的一种或多种构成，可有如图7(a)～图7(c)几种形式。图6(a)～图6(c)分别为逆导型器件并联旁路晶闸管形式、逆阻型器件并联旁路晶闸管形式、由二级管、可关断器件及电容构成的H桥形式。

基于图6(a)～图6(c)三种结构，图8(a)～图8(c)分别给出双支路VT阀控制时序、单支路混合VT阀控制时序、单支路可控VT阀控制时序。

基于图8(a)～图8(c)，大电流关断试验操作流程如下：

(1)试验初始状态为K1闭合，K2断开；

(2)启动补能电路，监测试品阀VT状态，至试品阀供能系统正常运行；

(3)闭合K3启动直流电源，开始对谐振电容充电，待充电电压达到要求后，断开K3，与谐振电容隔离；

(4)施加K1打开信号，延时dT1(设置为可调时间，可ms级控制)，施加K2闭合信号，延时dT2。施加试品阀触发信号，其中，对于双支路阀触发V11、V12、V13阀导通，V11阀导通区间设计dT3；对于单支路混合阀触发V11、V12；对于单支路可控阀触发V12，谐振电容对谐振电感放电，产生谐振电流注入到试品阀；

(5)延时dT4，控制V12阀关断，对于双支路阀需同时开通V14阀，导通区间设置dT6；

(6)延时dT5，控制V13阀关断；

(7)试验完成后，闭合k4将试验电容放电，之后将试验谐振电容接地，挂上接地杆，试验完成。

上述试验流程形成的可控型换流阀VT上电压电流如图9(a)、图9(b)所示，其中，图9(a)、图9(b)分别为双支路阀电压电流、单支路可控阀电压电流。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (11)

1.一种可控换相换流阀单阀大电流关断试验装置，其特征在于，包括：谐振电路、补能电路、第一开关电路及第二开关电路，其中，

谐振电路，其第一端通过所述第一开关电路与可控换相换流阀的第一端连接，其第二端与所述可控换相换流阀的第二端连接；

补能电路，其第一端通过所述第二开关电路与可控换相换流阀的第一端连接，其第二端与所述可控换相换流阀的第二端连接，其第三端与交流电连接；

可控换相换流阀，其第二端接地；

控制所述第二开关电路闭合、第一开关电路断开，使得所述补能电路为所述可控换相换流阀供能；控制所述第一开关电路闭合、第二开关电路断开，以及控制所述可控换相换流阀电力电子器件同时触发，使得谐振电路的谐振电流引入至换流阀，经过预设时间后，控制所述可控换相换流阀电力电子器件同步关断。

2.根据权利要求1所述的可控换相换流阀单阀大电流关断试验装置，其特征在于，所述谐振电路包括：直流电源、谐振电容、谐振电感、放电电阻、第一分压电路、第一谐振开关电路及第二谐振开关电路，其中，

直流电源，其第一端通过所述第一谐振开关电路分别与所述谐振电容的第一端、所述谐振电感的第一端连接，其第二端与所述谐振电容的第二端连接；

放电电阻，其第一端通过所述第二谐振开关电路分别与所述谐振电感的第一端连接，其第二端与所述谐振电容的第二端连接；

第一分压电路，其第一端分别与所述谐振电感的第二端，其第一端还通过所述第一开关电路与所述可控换相换流阀的第一端连接，其第二端与所述谐振电容的第二端、可控换相换流阀的第二端连接。

3.根据权利要求2所述的可控换相换流阀单阀大电流关断试验装置，其特征在于，所述第一谐振开关电路包括：第一谐振开关。

4.根据权利要求2所述的可控换相换流阀单阀大电流关断试验装置，其特征在于，所述第二谐振开关电路包括：第二谐振开关。

5.根据权利要求2所述的可控换相换流阀单阀大电流关断试验装置，其特征在于，所述补能电路包括：保护电阻、第二分压电路及变压器，其中，

第二分压电路，其第一端依次通过所述保护电阻、所述第二开关电路与所述可控换相换流阀的第一端连接，其第一端还与所述变压器原边的第一端连接，其第二端分别与所述变压器原边的第二端、所述可控换相换流阀的第二端连接。

6.根据权利要求5所述的可控换相换流阀单阀大电流关断试验装置，其特征在于，所述第一分压电路及第二分压电路均包括：分压电容。

7.根据权利要求1所述的可控换相换流阀单阀大电流关断试验装置，其特征在于，所述第一开关电路包括：第一快速开关。

8.根据权利要求1所述的可控换相换流阀单阀大电流关断试验装置，其特征在于，所述第二开关电路包括：第二快速开关。

9.根据权利要求1所述的可控换相换流阀单阀大电流关断试验装置，其特征在于，还包括：

控制系统，其与所述谐振电路、第一开关电路、第二开关电路及可控换相换流阀连接，用于控制谐振电路、第一开关电路、第二开关电路及可控换相换流阀的运行状态。

10.一种可控换相换流阀单阀大电流关断试验方法，其特征在于，应用于权利要求1至9任一项所述的可控换相换流阀单阀大电流关断试验装置，所述方法包括：

控制第二开关电路闭合、第一开关电路断开，使得补能电路为可控换相换流阀供能；

控制第一开关电路闭合、第二开关电路断开，以及控制可控换相换流阀电力电子器件同时触发，使得谐振电路的谐振电流引入至换流阀；

经过预设时间后，控制可控换相换流阀电力电子器件同步关断。

11.根据权利要求10所述的可控换相换流阀单阀大电流关断试验方法，其特征在于，使得谐振电路的谐振电流引入至换流阀的过程，包括：

控制第一谐振电路闭合、第二谐振电路断开；

当谐振电容的电压达到预设电压时，控制第一谐振电路断开；

控制所述第一开关电路闭合；

延时第一预设时间后，控制第二开关电路断开；

控制所述可控换相换流阀电力电子器件同时触发，使得谐振电路的谐振电流引入至换流阀。