專利名稱：一種柔性直流輸電mmc閥的故障電流運行試驗方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種柔性直流輸電領(lǐng)域的運行試驗方法，具體講涉及一種柔性直流輸 電MMC閥的故障電流運行試驗方法。
背景技術(shù)：
隨著柔性直流輸電(VSC-HVDC)技術(shù)在電力系統(tǒng)中的開始應(yīng)用，其核心部件——大 功率高壓絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)閥的可靠性成為系統(tǒng)安全的關(guān)鍵。由于VSC-HVDC裝 置普遍具有電壓高、電流大、容量大的特點，很難在試驗環(huán)境中構(gòu)建同實際運行工況相同的 全載電路進(jìn)行試驗，因此如何在試驗環(huán)境中構(gòu)建等效的試驗電路，進(jìn)行與實際運行工況強(qiáng) 度相當(dāng)?shù)脑囼灣蔀榻鉀Q問題的關(guān)鍵?；谀K化多電平換流器(MMC)的VSC-HVDC，是實現(xiàn)利用IGBT閥進(jìn)行直流輸電的 一種方式。其核心部件稱作MMC閥，在正常運行狀態(tài)中，子模塊通過上下兩個IGBT的配合， 可以輸出兩種電平0電平和電容器電壓。在柔性直流等基于可關(guān)斷器件閥大功率電力電子裝置的實際運行中，會發(fā)生由于 系統(tǒng)故障、直流側(cè)接地故障等原因引起子模塊中下管IGBT的二極管過電流，由于二極管的 不可控性，無法自身關(guān)斷過電流，同時由于系統(tǒng)保護(hù)動作時間較長，二極管必須承受故障期 間的過電流，但由于故障時的過電流會遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過器件本身的耐受值，因此必須通過子模塊 中與下管IGBT反并聯(lián)的保護(hù)晶閘管動作并分擔(dān)大部分的過電流，以達(dá)到保護(hù)器件本身及 裝置的目的。MMC高壓子模塊故障電流運行試驗的目的就是考驗其對于故障電流運行工況 下的最大電流、電壓和溫度應(yīng)力作用的設(shè)計是正確的。試驗中須通過外圍電路向試品注入 實際工況下的大電流和反向高電壓。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種MMC流閥故障電流試驗方法，該方法將指數(shù)衰減電流、 正弦電流疊加施加于被試換流閥MMC閥上，使被試換流閥耐受同實際故障工況相當(dāng)?shù)臅簯B(tài) 電流、暫態(tài)的熱與損耗強(qiáng)度，實現(xiàn)對被試閥故障運行工況的試驗考核。本發(fā)明的目的是用下述技術(shù)方案實現(xiàn)一種柔性直流輸電MMC閥的故障電流運行試驗方法，所述方法用試驗裝置包括衰 減電流注入回路、正弦電流注入回路、高電壓注入回路和試品閥；試品閥的輸出端分別與所 述衰減電流注入回路中的控制閥VI、正弦電流注入回路中的雙向控制閥V2和高電壓注入 回路中的雙向控制閥V3與連接；所述衰減電流注入回路的低壓端、正弦電流注入回路的低 壓端和高電壓注入回路的低壓端分別與試品閥的低壓端相連后接地；其改進(jìn)之處在于，所 述方法包括下述步驟A、給所述裝置的衰減電流注入回路、正弦電流注入回路和高電壓注入回路的直流 電容器充電；B、產(chǎn)生諧振電流，由衰減電流注入回路產(chǎn)生衰減電流；
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C、所述正弦電流注入回路產(chǎn)生正弦電流；通過所述衰減電流注入回路中的控制閥 Vl和正弦電流注入回路中的雙向控制閥V2觸發(fā)邏輯時序的配合，之后衰減電流繼續(xù)與正 弦電流疊加施加于試品閥上；D、控制關(guān)斷可關(guān)斷器件G，將衰減電流注入回路從電路中退出，正弦電流過零后， 正弦電流注入回路從電路中退出，觸發(fā)高電壓注入回路中的雙向控制閥V3將高電壓注入 回路投入，將反向電壓施加于所述試品閥上。本發(fā)明提供的一種優(yōu)選的技術(shù)方案是所述步驟A中，電源E1、E2和E3分別為所 述裝置的衰減電流注入回路、正弦電流注入回路和高電壓注入回路的直流電容器Cl、C2和 C3充電。本發(fā)明提供的第二優(yōu)選的技術(shù)方案是所述步驟B中，觸發(fā)所述衰減電流注入回 路中的控制閥VI，通過所述直流電容器Cl和負(fù)載電抗器Ll的諧振產(chǎn)生諧振電流，由衰減電 流注入回路，產(chǎn)生衰減電流。本發(fā)明提供的第三優(yōu)選的技術(shù)方案是所述步驟C中，觸發(fā)所述正弦電流注入回 路的雙向控制閥V2，由正弦電流注入回路，產(chǎn)生正弦電流，通過所述控制閥Vl和所述雙向 控制閥V2觸發(fā)邏輯時序的配合，令所述衰減電流達(dá)到峰值的時間和第一個正弦電流脈沖 達(dá)到峰值的時間相同，衰減電流繼續(xù)與正弦電流疊加施加于所述試品閥上。本發(fā)明提供的第四優(yōu)選的技術(shù)方案是所述步驟D中，在施加反向電壓時，控制關(guān) 斷可關(guān)斷器件G，將所述衰減電流注入回路從電路中退出，待正弦電流過零后，閉鎖所述雙 向控制閥V2的脈沖，所述正弦電流注入回路從電路中退出，再觸發(fā)所述雙向控制閥V3將高 電壓注入回路投入，將反向電壓施加于所述試品閥上，直至試驗結(jié)束。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明達(dá)到的有益效果是1、本發(fā)明提供的方法通過試驗電路中一系列輔助閥的觸發(fā)配合，將指數(shù)衰減電流 和正弦電流疊加施加于被試換流閥MMC閥，使被試換流閥耐受同實際故障工況相當(dāng)?shù)臅簯B(tài) 電流、暫態(tài)的熱與損耗強(qiáng)度，實現(xiàn)對被試閥故障運行工況的試驗考核，而且本發(fā)明提供的試 驗方法對于不同試驗方式的實現(xiàn)方便、簡單，對于試驗裝置的安全性十分有利；2、本發(fā)明提供的柔性直流輸電MMC閥的故障電流運行試驗方法完全滿足MMC閥故 障電流試驗的要求，可提供同實際運行工況相當(dāng)?shù)臅簯B(tài)熱強(qiáng)度、暫態(tài)故障電流強(qiáng)度、暫態(tài)高 電壓強(qiáng)度、附屬電路損耗強(qiáng)度、電流變化率(di/dt)強(qiáng)度、電壓變化率(dv/dt)強(qiáng)度。


圖1是柔性直流輸電MMC閥故障電流試驗裝置原理圖；圖2是柔性直流輸電MMC閥故障電流試驗電流、電壓波形。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。圖1是柔性直流輸電MMC閥故障電流試驗裝置原理圖，該裝置由衰減電流注入回 路、正弦電流注入回路、高電壓注入回路和試品閥組成。衰減電流注入回路中的控制閥VI、正弦電流注入回路中的雙向控制閥V2和高電 壓注入回路中的雙向控制閥V3分別與試品閥的輸出端連接；衰減電流注入回路的低壓端、
4正弦電流注入回路的低壓端和高電壓注入回路的低壓端分別與試品閥的低壓端相連后接 地。衰減電流注入回路包括電源E1、充電開關(guān)Kcl、直流電容器Cl、負(fù)載電抗器Li、控 制閥VI、集成門極換流閥晶體管IGCT、衰減電阻R和二極管D ；電源El經(jīng)過充電開關(guān)Kcl與 直流電容器Cl連接；IGCT反并聯(lián)二極管D組成可關(guān)斷器件G ；可關(guān)斷器件G與衰減電阻R 串聯(lián)，組成G-R支路；G-R支路與直流電容器Cl并聯(lián)后經(jīng)過負(fù)載電抗器Ll和控制閥Vl連 接與試品閥的輸出端。正弦電流注入回路包括電源E2、充電開關(guān)Kc2、直流電容器C2、負(fù)載電抗器L2和雙 向控制閥V2 ；電源E2經(jīng)過充電開關(guān)Kc2與直流電容器C2連接；直流電容器C2經(jīng)過負(fù)載電 抗器L2和雙向控制閥V2連接與試品閥的輸出端。高電壓注入回路包括電源E3、充電開關(guān)Kc3、直流電容器C3、負(fù)載電抗器L3和雙向 控制閥V3 ；電源E3經(jīng)過充電開關(guān)Kc3與直流電容器C3連接；直流電容器C3經(jīng)過負(fù)載電抗 器L3和雙向控制閥V3連接與試品閥的輸出端。試品閥包括串聯(lián)連接的子模塊SM1 SMn ；子模塊SM1包括電容C、兩個集成門極換 流閥晶體管IGCTl和IGCT2、兩個二極管Dll和D12以及控制閥V;IGCT1反并聯(lián)二極管D11， 組成可控關(guān)斷器件Gl ； IGCT2反并聯(lián)二極管D12，組成可控關(guān)斷器件G2 ；電容C、可控關(guān)斷器 件Gl和控制閥V依次串聯(lián)組成閉環(huán)結(jié)構(gòu)；可控關(guān)斷器件G2和控制閥V并聯(lián)。電源El、E2和E3分別為直流電容器Cl、C2和C3充電；觸發(fā)控制閥VI，通過直流 電容器Cl和負(fù)載電抗器Ll的諧振產(chǎn)生諧振電流，由負(fù)載電抗器Li、控制閥VI、試品閥、電 阻R和二極管D形成衰減電流注入回路，產(chǎn)生衰減電流；同時觸發(fā)控制閥V2，直流電容器 C2、負(fù)載電抗器L2、控制閥V2與試品閥形成正弦電流注入回路，產(chǎn)生正弦電流，通過控制閥 Vl和控制閥V2觸發(fā)邏輯時序的配合，令衰減電流達(dá)到峰值的時間和第一個正弦電流脈沖 達(dá)到峰值的時間相同，衰減電流繼續(xù)與正弦電流疊加施加于試品閥上；在需要施加反向電 壓時，控制關(guān)斷可關(guān)斷器件G，將衰減電流注入回路從電路中退出，待正弦電流過零后，閉鎖 控制閥V2的脈沖，正弦電流注入回路從電路中退出，再觸發(fā)控制閥V3將高電壓注入回路投 入，將反向電壓施加于試品閥上，直至試驗結(jié)束。圖2是柔性直流輸電MMC閥故障電流試驗電流、電壓波形；其中，呈現(xiàn)波動狀態(tài)的 是電流波形，在0. 2s時電流達(dá)到最大，為15KA ；電壓波形為下面的線，一直持續(xù)到0. 33s時 電壓保持OKV狀態(tài)，在0. 33s時刻，施加一反向電壓為IOKV左右。通過對衰減電流注入回路、正弦電流注入回路和高電壓注入回路這三個可獨立工 作的強(qiáng)度電路的時序控制，使被試品閥耐受同實際工況同樣惡劣的試驗強(qiáng)度，實現(xiàn)故障電 流試驗的目的。最后應(yīng)該說明的是結(jié)合上述實施例僅說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制。所 屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解到本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明的具體實施方式
進(jìn)行修 改或者等同替換，但這些修改或變更均在申請待批的權(quán)利要求保護(hù)范圍之中。
權(quán)利要求
1.一種柔性直流輸電MMC閥的故障電流運行試驗方法，所述方法用試驗裝置包括衰減 電流注入回路、正弦電流注入回路、高電壓注入回路和試品閥；試品閥的輸出端分別與所述 衰減電流注入回路中的控制閥VI、正弦電流注入回路中的雙向控制閥V2和高電壓注入回 路中的雙向控制閥V3與連接；所述衰減電流注入回路的低壓端、正弦電流注入回路的低壓 端和高電壓注入回路的低壓端分別與試品閥的低壓端相連后接地；其特征在于，所述方法 包括下述步驟A、給所述裝置的衰減電流注入回路、正弦電流注入回路和高電壓注入回路的直流電容 器充電；B、產(chǎn)生諧振電流，由衰減電流注入回路產(chǎn)生衰減電流；C、所述正弦電流注入回路產(chǎn)生正弦電流；通過所述衰減電流注入回路中的控制閥Vl 和正弦電流注入回路中的雙向控制閥V2觸發(fā)邏輯時序的配合，之后衰減電流繼續(xù)與正弦 電流疊加施加于試品閥上；D、控制關(guān)斷可關(guān)斷器件G，將衰減電流注入回路從電路中退出，正弦電流過零后，正弦 電流注入回路從電路中退出，觸發(fā)高電壓注入回路中的雙向控制閥V3將高電壓注入回路 投入，將反向電壓施加于所述試品閥上。
2.如權(quán)利要求1所述的柔性直流輸電MMC閥的故障電流運行試驗方法，其特征在于，所 述步驟A中，電源El、E2和E3分別為所述裝置的衰減電流注入回路、正弦電流注入回路和 高電壓注入回路的直流電容器Cl、C2和C3充電。
3.如權(quán)利要求1所述的柔性直流輸電MMC閥的故障電流運行試驗方法，其特征在于，所 述步驟B中，觸發(fā)所述衰減電流注入回路中的控制閥VI，通過所述直流電容器Cl和負(fù)載電 抗器Ll的諧振產(chǎn)生諧振電流，由衰減電流注入回路，產(chǎn)生衰減電流。
4.如權(quán)利要求1所述的柔性直流輸電MMC閥的故障電流運行試驗方法，其特征在于，所 述步驟C中，觸發(fā)所述正弦電流注入回路的雙向控制閥V2，由正弦電流注入回路，產(chǎn)生正弦 電流，通過所述控制閥Vl和所述雙向控制閥V2觸發(fā)邏輯時序的配合，令所述衰減電流達(dá)到 峰值的時間和第一個正弦電流脈沖達(dá)到峰值的時間相同，衰減電流繼續(xù)與正弦電流疊加施 加于所述試品閥上。
5.如權(quán)利要求1所述的柔性直流輸電MMC閥的故障電流運行試驗方法，其特征在于，所 述步驟D中，在施加反向電壓時，控制關(guān)斷可關(guān)斷器件G，將所述衰減電流注入回路從電路 中退出，待正弦電流過零后，閉鎖所述雙向控制閥V2的脈沖，所述正弦電流注入回路從電 路中退出，再觸發(fā)所述雙向控制閥V3將高電壓注入回路投入，將反向電壓施加于所述試品 閥上，直至試驗結(jié)束。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種柔性直流輸電MMC閥的故障電流運行試驗方法；該方法的步驟是給衰減電流注入回路、正弦電流注入回路和高電壓注入回路的直流電容器充電；產(chǎn)生諧振電流，由衰減電流注入回路產(chǎn)生衰減電流；正弦電流注入回路產(chǎn)生正弦電流；之后衰減電流繼續(xù)與正弦電流疊加施加于試品閥上；控制關(guān)斷可關(guān)斷器件G，將衰減電流注入回路從電路中退出，正弦電流過零后，正弦電流注入回路從電路中退出，觸發(fā)雙向控制閥V3將高電壓注入回路投入，將反向電壓施加于試品閥上；該方法使被試換流閥耐受同實際故障工況相當(dāng)?shù)臅簯B(tài)電流、暫態(tài)的熱與損耗強(qiáng)度，實現(xiàn)對被試閥故障運行工況的試驗考核，對于不同試驗方式的實現(xiàn)方便、簡單。
文檔編號G01R31/327GK102129034SQ20111003667
公開日2011年7月20日 申請日期2011年2月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月11日
發(fā)明者吳亞楠, 楊波, 羅湘, 高沖, 高陽 申請人:中國電力科學(xué)研究院