WO2015081897A1 - 一种用于mmc柔性直流子模块稳态运行的测试装置和方法 - Google Patents

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李春平
客金坤
贺之渊
杨卫刚
邓卫华
池浦田
夏方
战胜林
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国网辽宁省电力有限公司大连供电公司
国网智能电网研究院
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Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and method, and more particularly to a test apparatus and method for steady state operation of an MMC flexible DC sub-module.
  • the modular multi-level flexible direct current transmission system is mainly composed of a plurality of sub-modules connected in series and in parallel.
  • Each sub-module is composed of a capacitor, a rapid vacuum switch, an IGBT, an SCR, a power-receiving power supply, a sub-module central controller, etc.
  • the large-capacity modular multi-level flexible direct current transmission system is composed of a plurality of sub-modules, and can even reach 3000 . Before each module is composed of a flexible DC transmission system, it must pass the steady-state operation test of the rated voltage and current for simulating the actual working conditions.
  • the power of each sub-module is correspondingly large, and the voltage and current to be withstand are relatively large.
  • the voltage and current of the sub-module are tested by ordinary active power test method. The waste of electricity and heat problems.
  • the present invention provides a test apparatus and method for steady state operation of an MMC flexible DC sub-module, and controls reactive power exchange between the tested sub-module and the energy storage reactor through a test control system.
  • Whether the power device of the test sub-module is qualified and assembled correctly by long-term steady state operation.
  • reactive power test method By exchanging reactive power test method, it can save energy loss and save power.
  • there is a certain line loss and the energy supplement device needs to supplement its lost energy.
  • the invention provides a test device for steady state operation of an MMC flexible DC sub-module, the device comprising a control system, a tested sub-module, a pre-charge contactor, an energy storage reactor and a complementary power supply; the measured object
  • the module includes a sub-module SM1 and a sub-module SM2; the control system communicates with the sub-module SM1 and the sub-module SM2 through an optical fiber, and the pre-charging contactor and the energy storage reactor are connected in series with the sub-module SM1 and the sub-module SM2.
  • the complementary power supply is connected in parallel with the submodule SM1 and the submodule SM2, respectively.
  • the control system includes a host computer and a control chassis; the control chassis communicates with the submodule SM1 and the submodule SM2 through the optical fiber, and the test of the tested submodule is completed by the operation of the upper computer.
  • the sub-module SM1 and the sub-module SM2 each include an IGBT with an anti-parallel diode, a thyristor, a bypass switch, and a storage capacitor; the IGB is connected in parallel with the thyristor, the bypass switch, and the storage capacitor.
  • the two ends of the energy storage reactor are respectively connected to the IGBT of the submodule SM1 and the IGBT of the submodule SM2; when the submodule performs the high voltage and large current test, the storage capacitor of the energy storage reactor and the submodule to be tested are performed. Reactive exchange.
  • the energy storage reactor is an AC air core reactor.
  • the two ends of the pre-charging contactor respectively connect the storage capacitor of the sub-module SM1 and the storage capacitor of the sub-module SM2.
  • the complementary power supply is used for pre-charging the tested sub-module, and supplementing the power loss during the reactive exchange process of the tested sub-module and the energy storage reactor.
  • the invention also provides a test method for steady state operation of an MMC flexible DC sub-module, the method comprising the following steps:
  • Step 1 pre-charging the voltage of the storage capacitor of the sub-module SM1 and the sub-module SM2 to a rated value through the complementary power supply;
  • Step 2 Disconnect the pre-charge contactor
  • Step 3 The control system communicates with the sub-module SM1 and the sub-module SM2 respectively, and controls the turn-on and turn-off of the IGBTs of the sub-module SM1 and the sub-module SM2, so that the sub-module SM1 and the sub-module SM2 generate a sinusoidal pulse width with a phase difference of 180°.
  • Step 4 Perform current stress and voltage stress tests.
  • FIG. 1 is a structural diagram of a test apparatus for steady state operation of an MMC flexible DC sub-module
  • FIG. 2 is a flow chart of a test method for steady state operation of an MMC flexible DC sub-module.
  • the present invention provides a test apparatus for steady-state operation of an MMC flexible DC sub-module, the apparatus including a control system, a tested sub-module, a pre-charge contactor, an energy storage reactor, and a complementary power supply;
  • the sub-module SM1 and the sub-module SM2 are respectively connected to the sub-module SM1 and the sub-module SM2 through the optical fiber, and the pre-charging contactor and the energy storage reactor are respectively associated with the sub-module SM1.
  • the sub-module SM2 is connected in series, and the complementary power supply is connected in parallel with the sub-module SM1 and the sub-module SM2, respectively.
  • the control system includes a host computer and a control chassis; the control chassis communicates with the submodule SM1 and the submodule SM2 through the optical fiber, and the test of the tested submodule is completed by the operation of the upper computer.
  • the sub-module SM1 and the sub-module SM2 each include an IGBT with an anti-parallel diode, a thyristor, a bypass switch, and a storage capacitor; the IGB is connected in parallel with the thyristor, the bypass switch, and the storage capacitor.
  • the two ends of the energy storage reactor are respectively connected to the IGBT of the submodule SM1 and the IGBT of the submodule SM2; when the submodule performs the high voltage and large current test, the storage capacitor of the energy storage reactor and the submodule to be tested are performed. Reactive exchange.
  • the energy storage reactor is an AC air core reactor.
  • the two ends of the pre-charging contactor respectively connect the storage capacitor of the sub-module SM1 and the storage capacitor of the sub-module SM2.
  • the complementary power supply is used for pre-charging the tested sub-module, and supplementing the power loss during the reactive exchange process of the tested sub-module and the energy storage reactor.
  • the present invention also provides a test method for steady state operation of an MMC flexible DC sub-module, the method comprising the following steps:
  • Step 1 pre-charging the voltage of the storage capacitor of the sub-module SM1 and the sub-module SM2 to a rated value through the complementary power supply;
  • Step 2 Disconnect the pre-charge contactor
  • Step 3 The control system communicates separately through the optical fiber and the submodule SM1 and the submodule SM2. Controlling the turn-on and turn-off of the respective IGBTs of the sub-module SM1 and the sub-module SM2, so that the sub-module SM1 and the sub-module SM2 generate sinusoidal pulse width modulated waves with a phase difference of 180°;
  • Step 4 Perform current stress and voltage stress tests.
  • the two sub-modules can realize the resonance between the capacitor and the energy storage reactor through the SPWM control of the test controller, and realize the reactive exchange between. Since the reactive process is reactive, it is possible to avoid a large amount of power loss during long-term steady state testing. By adjusting the size of the energy storage reactor, the test current stress can be flexibly adjusted.

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Abstract

一种用于MMC柔性直流子模块稳态运行的测试装置和方法，通过测试控制系统控制被测子模块和储能电抗器之间的无功交换，模拟子模块在柔性直流输电系统工况运行的电压、电流应力。通过长时间稳态运行测试子模块的功率器件是否合格及组装的正确性。通过交换无功测试方法可以节约有功损耗节约电能，在无功交换过程中存在一定的线路损耗，需要补能装置对其损耗的电能进行补能。

Description

一种用于MMC柔性直流子模块稳态运行的测试装置和方法 技术领域
本发明涉及一种装置和方法，具体涉及一种用于MMC柔性直流子模块稳态运行的测试装置和方法。
背景技术
模块化多电平柔性直流输电系统，主要由多个子模块串并联组成的。每个子模块由电容器、急速真空开关、IGBT、SCR、取能电源、子模块中央控制器等组成；大容量模块化多电平柔性直流输电系统是由多个子模块组成的，甚至可达到3000个。每个模块在组成柔性直流输电系统之前，都要经过模拟实际工况的额定电压、电流长时间稳态运行测试。
对于大容模块化多电平柔性直流输电系统每个子模块的功率相应的也比较大，所要承受的电压、电流都比较大，通过普通的有功实验方法测试子模块的电压、电流会带来巨大的电能浪费和发热问题。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种用于MMC柔性直流子模块稳态运行的测试装置和方法，通过测试控制系统控制被测子模块和储能电抗器之间的无功交换，模拟子模块在柔性直流输电系统工况运行的电压、电流应力。通过长时间稳态运行测试子模块的功率器件是否合格及组装的正确性。通过交换无功测试方法可以节约有功损耗节约电能，在无功交换过程中存在一定的线路损耗，需要补能装置对其损耗的电能进行补能。
为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
本发明提供一种用于MMC柔性直流子模块稳态运行的测试装置，所述装置包括控制系统、被测子模块、预充电接触器、储能电抗器和补能电源；所述被测子模块包括子模块SM1和子模块SM2；所述控制系统通过光纤与所述子模块SM1和子模块SM2分别进行通讯，所述预充电接触器和储能电抗器均与所述子模块SM1和子模块SM2串联，所述补能电源与子模块SM1和子模块SM2分别并联。
所述控制系统包括上位机和控制机箱；所述控制机箱通过光纤与子模块SM1和子模块SM2进行通讯，通过上位机的操作，完成被测子模块的测试。
所述子模块SM1和子模块SM2均包括带反并联二极管的IGBT、晶闸管、旁路开关和储能电容；所述IGB与所述晶闸管、旁路开关及储能电容分别并联。
所述储能电抗器两端分别连接所述子模块SM1的IGBT和子模块SM2的IGBT；在子模块进行高电压大电流测试时，所述储能电抗器与被测子模块的储能电容进行无功交换。
所述储能电抗器为交流空心电抗器。
所述预充电接触器两端分别连接所述子模块SM1的储能电容和子模块SM2的储能电容。
所述补能电源用于对被测子模块进行预充电，同时补充被测子模块和储能电抗器无功交换过程中的电能损耗。
本发明还提供一种用于MMC柔性直流子模块稳态运行的测试方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1：通过所述补能电源将所述子模块SM1和子模块SM2的储能电容的电压预充电到额定值；
步骤2：断开所述预充电接触器；
步骤3：所述控制系统通过光纤和子模块SM1和子模块SM2分别进行通讯，控制子模块SM1和子模块SM2各自IGBT的开通和关断，使子模块SM1和子模块SM2产生相位相差180°的正弦脉宽调制波；
步骤4：进行电流应力和电压应力测试。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1.通过子模块和储能电抗器之间的无功交换实现对大容量子模块电流电压应力的测试，避免了电能损耗；
2.通过调节储能电抗器的大小，可以实现对不同电流应力的测试，对不同容量的子模块都适用；
3.可以同时测试两个子模块的电压、电流应力可以节约测试时间，特别是对于大容量模块化多电平柔性直流输电子模块数量较多时。
附图说明
图1是用于MMC柔性直流子模块稳态运行的测试装置结构图；
图2是用于MMC柔性直流子模块稳态运行的测试方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1，本发明提供一种用于MMC柔性直流子模块稳态运行的测试装置，所述装置包括控制系统、被测子模块、预充电接触器、储能电抗器和补能电源；所述被测子模块包括子模块SM1和子模块SM2；所述控制系统通过光纤与所述子模块SM1和子模块SM2分别进行通讯，所述预充电接触器和储能电抗器均与所述子模块SM1和子模块SM2串联，所述补能电源与子模块SM1和子模块SM2分别并联。
所述控制系统包括上位机和控制机箱；所述控制机箱通过光纤与子模块SM1和子模块SM2进行通讯，通过上位机的操作，完成被测子模块的测试。
所述子模块SM1和子模块SM2均包括带反并联二极管的IGBT、晶闸管、旁路开关和储能电容；所述IGB与所述晶闸管、旁路开关及储能电容分别并联。
所述储能电抗器两端分别连接所述子模块SM1的IGBT和子模块SM2的IGBT；在子模块进行高电压大电流测试时，所述储能电抗器与被测子模块的储能电容进行无功交换。
所述储能电抗器为交流空心电抗器。
所述预充电接触器两端分别连接所述子模块SM1的储能电容和子模块SM2的储能电容。
所述补能电源用于对被测子模块进行预充电，同时补充被测子模块和储能电抗器无功交换过程中的电能损耗。
如图2，本发明还提供一种用于MMC柔性直流子模块稳态运行的测试方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1：通过所述补能电源将所述子模块SM1和子模块SM2的储能电容的电压预充电到额定值；
步骤2：断开所述预充电接触器；
步骤3：所述控制系统通过光纤和子模块SM1和子模块SM2分别进行通讯， 控制子模块SM1和子模块SM2各自IGBT的开通和关断，使子模块SM1和子模块SM2产生相位相差180°的正弦脉宽调制波；
步骤4：进行电流应力和电压应力测试。
两个子模块通过测试控制器的SPWM控制，可实现电容和储能电抗器之间的谐振，实现之间的无功交换。由于交换过程中的是无功，所以可以避免长时间稳态测试大量的电能损失。通过调节储能电抗器的大小可以灵活的调节测试电流应力的大。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

  1. 一种用于MMC柔性直流子模块稳态运行的测试装置，其特征在于：所述装置包括控制系统、被测子模块、预充电接触器、储能电抗器和补能电源；所述被测子模块包括子模块SM1和子模块SM2；所述控制系统通过光纤与所述子模块SM1和子模块SM2分别进行通讯，所述预充电接触器和储能电抗器均与所述子模块SM1和子模块SM2串联，所述补能电源与子模块SM1和子模块SM2分别并联。
  2. 根据权利要求1所述的用于MMC柔性直流子模块稳态运行的测试装置，其特征在于：所述控制系统包括上位机和控制机箱；所述控制机箱通过光纤与子模块SM1和子模块SM2进行通讯，通过上位机的操作，完成被测子模块的测试。
  3. 根据权利要求2所述的用于MMC柔性直流子模块稳态运行的测试装置，其特征在于：所述子模块SM1和子模块SM2均包括带反并联二极管的IGBT、晶闸管、旁路开关和储能电容；所述IGB与所述晶闸管、旁路开关及储能电容分别并联。
  4. 根据权利要求3所述的用于MMC柔性直流子模块稳态运行的测试装置，其特征在于：所述储能电抗器两端分别连接所述子模块SM1的IGBT和子模块SM2的IGBT；在子模块进行高电压大电流测试时，所述储能电抗器与被测子模块的储能电容进行无功交换。
  5. 根据权利要求4所述的用于MMC柔性直流子模块稳态运行的测试装置，其特征在于：所述储能电抗器为交流空心电抗器。
  6. 根据权利要求3所述的用于MMC柔性直流子模块稳态运行的测试装置，其特征在于：所述预充电接触器两端分别连接所述子模块SM1的储能电容和子模块SM2的储能电容。
  7. 根据权利要求1所述的用于MMC柔性直流子模块稳态运行的测试装置，其特征在于：所述补能电源用于对被测子模块进行预充电，同时补充被测子模块和储能电抗器无功交换过程中的电能损耗。
  8. 一种用于MMC柔性直流子模块稳态运行的测试方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
    步骤1：通过所述补能电源将所述子模块SM1和子模块SM2的储能电容的电压预充电到额定值；
    步骤2：断开所述预充电接触器；
    步骤3：所述控制系统通过光纤和子模块SM1和子模块SM2分别进行通讯，控制子模块SM1和子模块SM2各自IGBT的开通和关断，使子模块SM1和子模块SM2产生相位相差180°的正弦脉宽调制波；
    步骤4：进行电流应力和电压应力测试。
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