CN212693911U - 一种小电流下柔性直流黑模块试验系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型实施例公开了一种小电流下柔性直流黑模块试验系统。本实用新型包括依次连接的交流电源、交流断路器、交流限流模块、启动限流模块、桥臂电抗器和换流阀；换流阀包括多个功率模块和黑模块；交流电源用于当交流断路器闭合时，提供充电电流为多个功率模块和黑模块进行充电；启动限流模块用于使充电电流的电流值小于预定充电电流保护值；交流限流模块用于当黑模块的电容电压值大于过压击穿阈值时，使黑模块输出的释放电流的电流值小于预定交流进线电流保护值，从而保障试验系统稳定运行，在黑模块放电时不会跳闸，进而充分验证黑模块旁路技术方案的有效性和可靠性。
Description
技术领域
本实用新型涉及柔性直流输电试验领域，尤其涉及一种小电流下柔性直流黑模块试验系统。
背景技术
近几年，随着电力电子器件的发展，以及风力、太阳能等可再生能源发电技术的应用，柔性直流输电技术在国内外得到了快速发展和应用。相对传统的高压直流输电技术，柔性直流输电是一种控制更加灵活、谐波更少的新型直流输电方式，是基于可关断器件和脉冲宽度调制技术的电压源型换流器构成的直流输电系统，在新能源并网、孤岛供电以及异步联网等领域已有广泛应用。基于模块化多电平换流器(MMC，Modular MultilevelConverter)的柔性直流输电系统因其在有功功率和无功功率独立控制,新能源接入、异步联网及城市供电等方面的独特优势，柔性直流输电在海上风电并网、新能源消纳、电网柔性互联、远距离大容量送电等场合均有广泛应用。
而柔性直流输电系统的核心设备是换流阀，换流阀由多个功率模块组成，为了提高换流阀运行的可控性，不能因为单一功率模块故障而引起系统跳闸，这使得系统过程中不允许黑模块长时间存在。黑模块是指功率模块上行光纤与阀控部分失去通讯或接收到旁路指令后，因软件或硬件故障无法进行旁路 (即功率模块不受控)的状态。因此在工程应用前，需要开展柔性直流黑模块试验，保障柔性直流输电系统的正常运行。
但在在实验室的条件下，小电流的黑模块旁路技术方案由于电源容量不足等原因导致试验系统跳闸，无法保障试验系统的稳定运行，难以完整开展试验，进而无法充分验证黑模块旁路技术方案的有效性和可靠性。
实用新型内容
本实用新型实施例公开了一种小电流下柔性直流黑模块试验系统，解决了现有技术中试验系统跳闸、无法稳定运行，难以充分验证黑模块旁路技术方案的有效性和可靠性的技术问题。
本实用新型实施例提供了一种小电流下柔性直流黑模块试验系统，包括交流电源、交流断路器、交流限流模块、启动限流模块、桥臂电抗器和换流阀；
所述交流电源与所述交流断路器的第一端连接；
所述交流断路器的第二端与所述交流限流模块的第一端连接；
所述交流限流模块的第二端与所述启动限流模块的第一端连接；
所述启动限流模块的第二端与所述桥臂电抗器的第一端连接；
所述桥臂电抗器的第二端与所述换流阀连接；所述换流阀包括多个功率模块和黑模块；
所述交流电源，用于当所述交流断路器闭合时，提供充电电流为所述多个功率模块和所述黑模块进行充电；
所述启动限流模块，用于使所述充电电流的电流值小于预定充电电流保护值；
所述交流限流模块，用于当所述黑模块的电容电压值大于过压击穿阈值时，使所述黑模块输出的释放电流的电流值小于预定交流进线电流保护值。
可选地，所述系统还包括阀控装置和控制保护装置；
所述功率模块、所述阀控装置和所述控制保护装置之间依次连接；
所述阀控装置，用于当所述多个功率模块的电容电压值等于额定电容电压值时，从所述多个功率模块中选择至少一个功率模块执行关断操作；当所述黑模块的电容电压值为零时，对所述至少一个功率模块执行导通操作。
可选地，所述交流限流模块包括并联连接的交流限流电阻和交流限流断路器；
所述交流断路器的第二端与所述交流限流电阻的第一端连接；
所述交流限流电阻的第二端与所述启动限流模块的第一端连接；
所述交流限流电阻，用于当所述黑模块的电容电压值大于所述过压击穿阈值时限制所述释放电流，以使所述释放电流的电流值小于所述预定交流进线电流保护值；
所述交流限流断路器，用于当所述释放电流的电流值为零时闭合，当所述多个功率模块的电容电压值等于额定电容电压值时断开。
可选地，所述启动限流模块包括变压器、启动限流电阻和启动断路器；
所述交流限流模块的第二端与所述变压器的输入端连接；
所述变压器的输出端与所述启动限流电阻的第一端连接；
所述启动限流电阻的第二端与所述桥臂电抗器的第一端连接；
所述启动限流电阻与所述启动断路器并联连接；
所述启动限流电阻，用于当所述交流断路器闭合时限制所述充电电流的电流值，使所述充电电流的电流值小于预定充电电流保护值；
所述启动断路器，用于当所述充电电流的电流值大于或等于预定充电电流保护值时断开，当所述充电电流的电流值小于预定充电电流保护值时闭合。
可选地，所述功率模块、所述阀控装置和所述控制保护装置之间的连接方式为光纤连接。
可选地，所述功率模块的类型为半桥功率模块或者全桥功率模块；所述黑模块的类型为半桥功率模块或全桥功率模块。
从以上技术方案可以看出，本实用新型实施例具有以下优点：
本实用新型实施例提供了一种小电流下柔性直流黑模块试验系统包括交流电源、交流断路器、交流限流模块、启动限流模块、桥臂电抗器和换流阀。本实施例中，当所述柔性直流黑模块试验准备开始时，闭合所述交流断路器，由交流电源提供充电电流为所述换流阀中的功率模块和黑模块进行充电，为保护换流阀不因充电电流过大而损坏，通过启动限流模块限制所述充电电流小于预定充电电流保护值，当所述黑模块的电容电压值大于过压击穿阈值时，通过交流限流模块限制所述黑模块输出的释放电流的电流值，使所述释放电流的电流值小于预定交流进线电流保护值，从而保障试验系统稳定运行，在所述黑模块放电时不会跳闸，进而充分验证黑模块旁路技术方案的有效性和可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本实用新型实施例中提供的一种小电流下柔性直流黑模块试验系统的模块示意图；
图2为本实用新型实施例中提供的一种小电流下柔性直流黑模块试验系统的半桥功率模块的电路结构图；
图3为本实用新型实施例中提供的一种小电流下柔性直流黑模块试验系统的电路结构图。
具体实施方式
本实用新型实施例公开了一种小电流下柔性直流黑模块试验系统，用于解决现有技术中试验系统跳闸、无法稳定运行，难以充分验证黑模块旁路技术方案的有效性和可靠性的技术问题。
请参阅图1，本实用新型实施例中提供的一种柔性直流黑模块62试验系统的一个实施例，所述系统包括交流电源10、交流断路器20、交流限流模块 30、启动限流模块40、桥臂电抗器50和换流阀60；
所述交流电源10与所述交流断路器20的第一端连接；
所述交流断路器20的第二端与所述交流限流模块30的第一端连接；
所述交流限流模块30的第二端与所述启动限流模块40的第一端连接；
所述启动限流模块40的第二端与所述桥臂电抗器50的第一端连接；
所述桥臂电抗器50的第二端与所述换流阀60连接；所述换流阀60包括多个功率模块61和黑模块62；
所述交流电源10，用于当所述交流断路器20闭合时，提供充电电流为所述多个功率模块61和所述黑模块62进行充电；
所述启动限流模块40，用于使所述充电电流的电流值小于预定充电电流保护值；
所述交流限流模块30，用于当所述黑模块62的电容电压值大于过压击穿阈值时，使所述黑模块62输出的释放电流的电流值小于预定交流进线电流保护值。
在本申请实施例中，所述交流电源10与所述交流断路器20的第一端连接；所述交流断路器20的第二端与所述交流限流模块30的第一端连接；所述交流限流模块30的第二端与所述启动限流模块40的第一端连接；所述启动限流模块40的第二端与所述桥臂电抗器50的第一端连接；所述桥臂电抗器50的第二端与所述换流阀60连接；所述换流阀60包括多个功率模块61 和黑模块62，当所述柔性直流黑模块62试验准备开始时，闭合所述交流断路器2020，由交流电源10提供充电电流为所述换流阀60中的功率模块61和黑模块62进行充电，为保护换流阀60不因充电电流过大而损坏，通过启动限流模块40限制所述充电电流小于预定充电电流保护值，当所述黑模块62的电容电压值大于过压击穿阈值时，即黑模块62中的IGBT过压击穿时，通过交流限流模块30限制所述黑模块62输出的释放电流的电流值，使所述释放电流的电流值小于预定交流进线电流保护值，从而保障试验系统稳定运行，在所述黑模块62放电时不会跳闸，进而充分验证黑模块旁路技术方案的有效性和可靠性。
所述IGBT指的是Insulated Gate Bipolar Transistor，也就是绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；MOSFET 驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低，例如SM1和SMn。
其中，所述过压击穿阈值指的是所述黑模块62的IGBT被过压击穿所需要的电容电压值。
可选地，所述系统还包括阀控装置70和控制保护装置80；
所述功率模块61、所述阀控装置70和所述控制保护装置80之间依次连接；所述阀控装置70用于当所述多个功率模块61的电容电压值等于额定电容电压值时，从所述多个功率模块61中选择至少一个功率模块61执行关断操作；当所述黑模块62的电容电压值为零时，对所述至少一个功率模块61 执行导通操作。
值得一提的是，功率模块61的工作状态的方式可以通过导通或关断功率模块61的IGBT实现，例如需要将待关断功率模块61的工作状态调整为关断状态，则可以通过关断所述待关断功率模块61的IGBT实现，若是需要将其工作状态调整为导通状态，则可以导通所述待关断功率模块61的IGBT。
在本申请实施例中，当所述黑模块62的电容电压值为零时，此时黑模块 62的IGBT已经被过压击穿，而在此前关断的功率模块6160可能存在电压损失，此时需要重新导通多个功率模块6160，以便于后续功率模块6160的解锁。
其中，所述额定电容电压值为所述功率模块61中电容的额定电压值。
进一步地，所述交流限流模块30包括并联连接的交流限流电阻32和交流限流断路器31；
述交流断路器20的第二端与所述交流限流电阻32的第一端连接；
所述交流限流电阻32的第二端与所述启动限流模块40的第一端连接；
所述交流限流电阻32用于当所述黑模块62的电容电压值大于所述过压击穿阈值时限制所述释放电流，以使所述释放电流的电流值小于所述预定交流进线电流保护值；
所述交流限流断路器31用于当所述释放电流的电流值为零时闭合，当所述多个功率模块61的电容电压值等于额定电容电压值时断开。
在本申请实施例中，当所述交流电源10为所述换流阀60进行充电后，为防止黑模块62过压击穿时刻所输出的释放电流过大导致系统跳闸，此时可以通过交流限流断路器31在所述多个功率模块61的电容电压值等于额定电容电压值时断开，以接入交流限流电阻32。通过所述交流限流电阻32在所述黑模块62的电容电压值大于过压击穿阈值时，限制所述黑模块62所输出的释放电流，以使所述释放电流的电流值小于所述预定交流进线电流保护值。
而在释放电流的电流值为零时，即所述黑模块62还未被过压击穿，此时闭合所述交流限流断路器31，以加快充电的过程；或是黑模块62已经被过压击穿，此时释放电流的电流值依然为零，此时系统中的黑模块62已经被去除，闭合所述交流限流断流器31以执行后续的换流阀60解锁过程。
在具体实现中，何时闭合或断开交流限流断路器31可以通过仿真计算得到，交流限流电阻32的阻值可以根据系统阻抗匹配、能量根据仿真计算得到。断开交流限流断路器(即投入交流限流电阻32)的时间为黑模块62电容电压比IGBT过压门限值小约100-200V；闭合交流限流断路器(即断开交流限流电阻32)的时间为黑模块62电容放电完成后1-2s；其中，交流限流电阻32 的具体值应根据仿真和柔性直流系统阻抗进行匹配；根据交流限流电阻32投入的时间t和仿真的电流I可以计算的电阻的能量E:
E＝I2Rt
其中，R为交流限流电阻32的阻值。
可选地，所述交流限流电阻32的阻值可以设置为3-15Ω，可以通过本领域技术人员根据实际需要进行确定，本申请实施例对此不作限制。
进一步地，所述启动限流模块40包括所述启动限流模块40包括变压器、启动限流电阻42和启动断路器41；
所述交流限流模块30的第二端与所述变压器的输入端连接；
所述变压器的输出端与所述启动限流电阻42的第一端连接；
所述启动限流电阻42的第二端与所述桥臂电抗器50的第一端连接；
所述启动限流电阻42与所述启动断路器41并联连接；
所述启动限流电阻42，用于当所述交流断路器20闭合时限制所述充电电流的电流值，使所述充电电流的电流值小于预定充电电流保护值；
所述启动断路器41，用于当所述充电电流的电流值大于或等于预定充电电流保护值时断开，当所述充电电流的电流值小于预定充电电流保护值时闭合。
在本申请的一个示例中，当所述交流断路器20闭合时，交流电源10所产生的充电电流可能会瞬时过大，容易导致换流阀60等电气器件损坏，此时通过并联连接的启动限流电阻42和启动断路器41对充电电流的电流值进行限制，以保护系统中的电气器件。
具体地，可以通过启动断路器41在充电电流的电流值大于或等于预定充电电流保护值时断开，接入启动限流电阻42，以限制充电电流的电流值，使其小于预定充电电流保护值；而当充电电流的电流值小于预定充电流保护值时，闭合所述启动断路器41，加快充电过程，提高充电效率。
可选地，所述功率模块61、所述阀控装置70和所述控制保护装置80之间的连接方式为光纤连接。
为解决处于低电位的阀控装置70与高电位的功率模块61门极通道之间的绝缘以及触发信号在传输过程中受到电磁干扰的问题，功率模块61、所述阀控装置7061和所述控制保护装置80之间的信号可以光脉冲形式通过光纤电缆传输。
可选地，所述功率模块61的类型为半桥功率模块或者全桥功率模块，所述黑模块62的类型为半桥功率模块或者全桥功率模块。
参见图2，图2示出了本申请实施例中的半桥功率模块的电路结构图，其中，T1和T2表示IGBT，C为电容，U为输入电压，D1和D2为二极管。
参见图3，图3示出了本申请实施例中的全桥功率模块的电路结构图，其中，T1、T2、T3和T4为IGBT，C为电容，U为输入电压，D1、D2、D3和 D4为二极管。
在本申请实施例中，所述半桥功率模块和所述全桥功率模块均是用于柔性直流输电系统的换流阀60中。
本实用新型实施例提供了一种小电流下柔性直流黑模块62试验系统包括交流电源10、交流断路器20、交流限流模块30、启动限流模块40、桥臂电抗器50和换流阀60。本实施例中，当所述柔性直流黑模块62试验准备开始时，闭合所述交流断路器20，由交流电源10提供充电电流为所述换流阀60 中的功率模块61和黑模块62进行充电，为保护换流阀60不因充电电流过大而损坏，通过启动限流模块40限制所述充电电流小于预定充电电流保护值，当所述黑模块62的电容电压值大于过压击穿阈值时，通过交流限流模块30 限制所述黑模块62输出的释放电流的电流值，使所述释放电流的电流值小于预定交流进线电流保护值，从而保障试验系统稳定运行，在所述黑模块62放电时不会跳闸，进而充分验证黑模块62旁路技术方案的有效性和可靠性。
以上对本实用新型所提供的一种小电流下柔性直流黑模块试验系统进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。
Claims (6)
1.一种小电流下柔性直流黑模块试验系统，其特征在于，包括交流电源、交流断路器、交流限流模块、启动限流模块、桥臂电抗器和换流阀；
所述交流电源与所述交流断路器的第一端连接；
所述交流断路器的第二端与所述交流限流模块的第一端连接；
所述交流限流模块的第二端与所述启动限流模块的第一端连接；
所述启动限流模块的第二端与所述桥臂电抗器的第一端连接；
所述桥臂电抗器的第二端与所述换流阀连接；所述换流阀包括多个功率模块和黑模块；
所述交流电源，用于当所述交流断路器闭合时，提供充电电流为所述多个功率模块和所述黑模块进行充电；
所述启动限流模块，用于使所述充电电流的电流值小于预定充电电流保护值；
所述交流限流模块，用于当所述黑模块的电容电压值大于过压击穿阈值时，使所述黑模块输出的释放电流的电流值小于预定交流进线电流保护值。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括阀控装置和控制保护装置；
所述功率模块、所述阀控装置和所述控制保护装置之间依次连接；
所述阀控装置，用于当所述多个功率模块的电容电压值等于额定电容电压值时，从所述多个功率模块中选择至少一个功率模块执行关断操作；当所述黑模块的电容电压值为零时，对所述至少一个功率模块执行导通操作。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述交流限流模块包括并联连接的交流限流电阻和交流限流断路器；
所述交流断路器的第二端与所述交流限流电阻的第一端连接；
所述交流限流电阻的第二端与所述启动限流模块的第一端连接；
所述交流限流电阻，用于当所述黑模块的电容电压值大于所述过压击穿阈值时限制所述释放电流，以使所述释放电流的电流值小于所述预定交流进线电流保护值；
所述交流限流断路器，用于当所述释放电流的电流值为零时闭合，当所述多个功率模块的电容电压值等于额定电容电压值时断开。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述启动限流模块包括变压器、启动限流电阻和启动断路器；
所述交流限流模块的第二端与所述变压器的输入端连接；
所述变压器的输出端与所述启动限流电阻的第一端连接；
所述启动限流电阻的第二端与所述桥臂电抗器的第一端连接；
所述启动限流电阻与所述启动断路器并联连接；
所述启动限流电阻，用于当所述交流断路器闭合时限制所述充电电流的电流值，使所述充电电流的电流值小于预定充电电流保护值；
所述启动断路器，用于当所述充电电流的电流值大于或等于预定充电电流保护值时断开，当所述充电电流的电流值小于预定充电电流保护值时闭合。
5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述功率模块、所述阀控装置和所述控制保护装置之间的连接方式为光纤连接。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述功率模块的类型为半桥功率模块或者全桥功率模块；所述黑模块的类型为半桥功率模块或全桥功率模块。
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| CN113295973A (zh) * | 2021-05-18 | 2021-08-24 | 西安西电电力系统有限公司 | 压接型子模块过压击穿试验及其阀段运行回路的调整方法 |
| CN114002539A (zh) * | 2021-09-16 | 2022-02-01 | 许继电气股份有限公司 | 一种直流能量耗散阀黑模块故障保护方法及装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |