本發(fā)明涉及柔性直流輸電和電力電子應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種采用交流試驗(yàn)電源的換流閥穩(wěn)態(tài)運(yùn)行試驗(yàn)裝置及方法。

背景技術(shù)：

基于mmc電壓源換流器的柔性直流輸電系統(tǒng)具有向無(wú)源系統(tǒng)或者弱交流系統(tǒng)供電、有功和無(wú)功快速獨(dú)立控制、易于構(gòu)成多端網(wǎng)絡(luò)和環(huán)境友好等優(yōu)異性能，并且mmc-hvdc系統(tǒng)的輸送電壓諧波含量極低，無(wú)需再配置額外的濾波器，使得基于mmc的柔性直流輸電在輸電領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。而mmc-hvdc的核心部件功率單元模塊是整個(gè)柔性直流輸電換流閥的最小單元，功率單元模塊組成閥段，由閥段組成換流閥的6個(gè)橋臂。

換流閥的可靠性直接決定了柔性直流輸電系統(tǒng)的可靠性。為了保證在柔性直流輸電系統(tǒng)的各種工況中，換流閥能夠可靠運(yùn)行，iec標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了對(duì)換流閥閥段進(jìn)行的型式試驗(yàn)，其中包含了穩(wěn)態(tài)運(yùn)行試驗(yàn)。這是柔性直流輸電工程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中不可缺少的重要環(huán)節(jié)，是整個(gè)柔直系統(tǒng)后期安全穩(wěn)定持久運(yùn)行的重要保證。

柔性直流輸電的換流閥在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)會(huì)承受較大的電流，其中包括直流分量和交流分量。根據(jù)實(shí)際運(yùn)行工況的要求和iec標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，在試驗(yàn)過程中，橋臂電流的直流分量、交流分量的幅值、及交直流合成后橋臂電流的峰值都必須按照工程要求進(jìn)行調(diào)整。

根據(jù)實(shí)際運(yùn)行工況的要求和iec標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，在試驗(yàn)過程中，換流閥兩端的電壓一般包括直流電壓分量和交流電壓分量，在典型的設(shè)計(jì)下，直流電壓分量相當(dāng)于閥段額定電壓的一半，而交流電壓分量的幅值約等于閥段額定電壓的一半。為了給閥段供電，同時(shí)產(chǎn)生所需要的直流電壓分量，目前公開的所有方法都依靠高壓直流電源，明顯增加了試驗(yàn)成本。

公開號(hào)為cn202230181的中國(guó)專利“柔性直流輸電mmc閥穩(wěn)態(tài)運(yùn)行試驗(yàn)的功率環(huán)試驗(yàn)裝置”采用了兩個(gè)直流電源，需要依靠額外的高壓直流電源充電和額外的低壓直流電源補(bǔ)能，明顯增大了試驗(yàn)裝置的成本。

公開號(hào)為cn105372586a的中國(guó)專利“一種柔性直流輸電電壓源換流器閥運(yùn)行試驗(yàn)方法”也采用了直流試驗(yàn)電源，需要額外的低壓直流電源補(bǔ)能，明顯增大了試驗(yàn)裝置的成本。并且專利中的方法需要額外的高壓直流整流電源及高壓電容器組，明顯增大了試驗(yàn)裝置的成本，而且控制復(fù)雜。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種采用交流試驗(yàn)電源的換流閥穩(wěn)態(tài)運(yùn)行試驗(yàn)裝置及方法，充分利用現(xiàn)有柔性直流換流閥輔助運(yùn)行試驗(yàn)裝置，將試品閥和補(bǔ)能閥的單元連接方向相反，這種連接方式能夠配合交流電源的工作周期實(shí)現(xiàn)對(duì)補(bǔ)能閥和試品閥的交替充電過程直接采用普通的小功率變壓器對(duì)試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行充電、補(bǔ)能，不需要配置直流電源。所需的小功率變壓器，可以簡(jiǎn)單用一個(gè)小功率的單相變壓器實(shí)現(xiàn)，或者一個(gè)調(diào)壓器來(lái)實(shí)現(xiàn)，主回路簡(jiǎn)單可靠。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種采用交流試驗(yàn)電源的換流閥穩(wěn)態(tài)運(yùn)行試驗(yàn)裝置，包括試品閥1、試品閥2、補(bǔ)能閥、變壓器t1、環(huán)流抑制電抗l02、補(bǔ)能橋臂電抗l01、開關(guān)k01和交流試驗(yàn)電源s0。

所述的試品閥1和試品閥2一端相連并接地，另外一端分別接在環(huán)流抑制電抗l02的兩邊，變壓器t1的副邊繞組與補(bǔ)能閥、補(bǔ)能橋臂電抗l01串聯(lián)后，一端接地，另外一端接環(huán)流抑制電抗l02的任何一端，變壓器t1的原邊繞組與開關(guān)k01串接之后與交流試驗(yàn)電源s0相連接。

所述的試品閥1、2和補(bǔ)能閥的單元連接方向相反，這種連接方式能夠配合交流電源的工作周期實(shí)現(xiàn)對(duì)補(bǔ)能閥和試品閥的交替充電過程。

所述的變壓器t1可以采用調(diào)壓器，在試驗(yàn)過程中通過調(diào)壓器的緩慢調(diào)壓對(duì)試驗(yàn)電路進(jìn)行充電。

在變壓器t1和開關(guān)k01中間還可以串聯(lián)有充電電阻r，并且在充電電阻r上還并聯(lián)有旁路開關(guān)k02，在試驗(yàn)過程中通過充電電阻和旁路開關(guān)對(duì)試驗(yàn)電路進(jìn)行充電。

還可以采用兩個(gè)環(huán)流抑制電抗l02和l03使兩個(gè)試品閥平衡布置，連接方式為：試品閥1和試品閥2一端相連并接地，另外一端與環(huán)流抑制電抗l02、l03串聯(lián)，變壓器t1的副邊繞組、補(bǔ)能閥、補(bǔ)能橋臂電抗l01串聯(lián)后，一端接地，另外一端連接在環(huán)流抑制電抗l02、l03的中點(diǎn)上。

一種采用交流試驗(yàn)電源的換流閥穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的試驗(yàn)方法，包括：

(1)在試品閥和補(bǔ)能閥中的單元電容電壓還沒有建立起來(lái)時(shí)，需要對(duì)它們進(jìn)行充電，有兩種充電方法可選：利用調(diào)壓器t1進(jìn)行充電和利用充電電阻r和充電電阻旁路開關(guān)k02進(jìn)行充電兩種充電方法；

(2)采用交流試驗(yàn)電源，利用試品閥與補(bǔ)能閥的反向連接和交流電源的正反相周期波對(duì)補(bǔ)能閥和試品閥的交替充電的方法；

(3)由于補(bǔ)能橋臂的電流直接流經(jīng)變壓器繞組，因此在試驗(yàn)過程中，控制補(bǔ)能橋臂的調(diào)制信號(hào)直流分量和試品橋臂的調(diào)制信號(hào)直流分量必須相等，使得補(bǔ)能橋臂的電流中直流偏置分量為0，避免引起變壓器的磁路保護(hù)；

(4)試驗(yàn)過程中，控制試品閥1和試品閥2的調(diào)制信號(hào)，使得試品閥中的電流滿足要求；控制補(bǔ)能閥的調(diào)制信號(hào)，使得補(bǔ)能閥、試品閥1、試品閥2中的電容電壓平衡，并滿足試驗(yàn)要求。

所述的利用調(diào)壓器t1進(jìn)行充電的方法為：

步驟一、開始時(shí)，將調(diào)壓器t1調(diào)到輸出為零電壓，閉合k01；

步驟二、然后緩慢上升調(diào)壓器t1輸出電壓，因?yàn)樵嚻烽y和補(bǔ)能閥連接時(shí)，其中單元的連接方向相反，所以在交流電源的正半波時(shí)對(duì)試品閥充電，而交流電源的負(fù)半波時(shí)對(duì)補(bǔ)能閥充電；

步驟三、等待調(diào)壓器上升到規(guī)定電壓，充電結(jié)束，這時(shí)試品閥和補(bǔ)能閥上的橋臂電容電壓和都等于交流電源的峰值電壓，可以開始試驗(yàn)。

所述的利用充電電阻r和充電電阻旁路開關(guān)k02進(jìn)行充電的方法為：

步驟一、首先閉合k01，開始對(duì)試品閥和補(bǔ)能閥充電；

步驟二、因?yàn)樵嚻烽y和補(bǔ)能閥連接時(shí)，其中單元的連接方向相反，所以在交流電源的正半波時(shí)對(duì)試品閥充電，而交流電源的負(fù)半波時(shí)對(duì)補(bǔ)能閥充電；

步驟三、等待充電結(jié)束單元電壓穩(wěn)定后，閉合充電電阻旁路開關(guān)k02。這時(shí)的試品閥和補(bǔ)能閥上的橋臂電容電壓和都等于交流電源的峰值電壓，可以開始試驗(yàn)。

還包括以下方法：在試驗(yàn)過程中，試品閥1、試品閥2和環(huán)流抑制電抗l02中流過了所需的試驗(yàn)電流，試驗(yàn)電流的產(chǎn)生，依靠試品閥1和試品閥2的調(diào)試信號(hào)不同產(chǎn)生；典型的試驗(yàn)情況下，試品閥1和試品閥2的調(diào)制波都給定為正弦信號(hào)，兩者幅值、頻率相等，相差相差一個(gè)小的角度；因此，試品閥1和試品閥2中間的環(huán)流抑制電抗器上，將承受兩者電壓的差值，因而產(chǎn)生一個(gè)相同頻率的正弦環(huán)流。而兩個(gè)試品閥之間微小的電容電壓差將導(dǎo)致環(huán)流抑制電抗器上的直流分量；正弦環(huán)流和直流分量合成了所需的試驗(yàn)電流。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明的一種采用交流試驗(yàn)電源的換流閥穩(wěn)態(tài)運(yùn)行試驗(yàn)裝置及方法，將試品閥和補(bǔ)能閥的單元連接方向相反，這種連接方式能夠配合交流電源的工作周期實(shí)現(xiàn)對(duì)補(bǔ)能閥和試品閥的交替充電過程直接采用普通的小功率變壓器對(duì)試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行充電、補(bǔ)能，不需要配置直流電源。所需的小功率變壓器，可以簡(jiǎn)單用一個(gè)小功率的單相變壓器實(shí)現(xiàn)，或者一個(gè)調(diào)壓器來(lái)實(shí)現(xiàn)，主回路簡(jiǎn)單可靠。

2、本發(fā)明的一種采用交流試驗(yàn)電源的換流閥穩(wěn)態(tài)運(yùn)行試驗(yàn)裝置，可以采用利用充電電阻r和充電電阻旁路開關(guān)k02進(jìn)行充電和利用調(diào)壓器t1進(jìn)行充電兩種充電方法，采用調(diào)壓器充電能夠在充電過程中對(duì)充電電流進(jìn)行穩(wěn)定調(diào)節(jié)。

3、本發(fā)明的一種采用交流試驗(yàn)電源的換流閥穩(wěn)態(tài)運(yùn)行試驗(yàn)裝置，在交流電源與試品閥中間串接補(bǔ)能閥及補(bǔ)能橋臂電抗l01，使其中只會(huì)流過很小的交流電流，用于補(bǔ)償試品閥的試驗(yàn)損耗。

4、本發(fā)明的一種采用交流試驗(yàn)電源的換流閥穩(wěn)態(tài)運(yùn)行試驗(yàn)方法，在試驗(yàn)過程中，控制補(bǔ)能橋臂的調(diào)制信號(hào)直流分量和試品橋臂的調(diào)制信號(hào)直流分量必須相等，使得補(bǔ)能橋臂的電流中直流偏置分量為0，能夠避免引起變壓器的磁路保護(hù)。

5、本發(fā)明的一種采用交流試驗(yàn)電源的換流閥穩(wěn)態(tài)運(yùn)行試驗(yàn)方法，在試驗(yàn)過程中，通過控制試品閥1和試品閥2的調(diào)制信號(hào)，使得試品閥中的電流滿足要求；通過控制補(bǔ)能閥的調(diào)制信號(hào)，使得補(bǔ)能閥、試品閥1、試品閥2中的電容電壓平衡，并滿足試驗(yàn)要求。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的換流閥穩(wěn)態(tài)運(yùn)行試驗(yàn)裝置拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；

圖2是本發(fā)明的采用調(diào)壓器控制充電過程的運(yùn)行試驗(yàn)裝置拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；

圖3是本發(fā)明的采用充電電阻控制充電過程的運(yùn)行試驗(yàn)裝置拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；

圖4是本發(fā)明的兩個(gè)試品閥完全對(duì)稱的運(yùn)行試驗(yàn)裝置拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；

圖5是本發(fā)明的功率單元模塊電路原理圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明提供的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。

如圖1所示，一種采用交流試驗(yàn)電源的換流閥穩(wěn)態(tài)運(yùn)行試驗(yàn)裝置，包括試品閥1、試品閥2、補(bǔ)能閥、變壓器t1、環(huán)流抑制電抗l02、補(bǔ)能橋臂電抗l01、開關(guān)k01和交流試驗(yàn)電源s0。

所述的試品閥1和試品閥2一端相連并接地，另外一端分別接在環(huán)流抑制電抗l02的兩邊，變壓器t1的副邊繞組與補(bǔ)能閥、補(bǔ)能橋臂電抗l01串聯(lián)后，一端接地，另外一端接環(huán)流抑制電抗l02的任何一端，變壓器t1的原邊繞組與開關(guān)k01串接之后與交流試驗(yàn)電源s0相連接。

所述的試品閥1、2和補(bǔ)能閥的單元連接方向相反，這種連接方式能夠配合交流電源的工作周期實(shí)現(xiàn)對(duì)補(bǔ)能閥和試品閥的交替充電過程。

如圖2所示，所述的變壓器t1可以采用調(diào)壓器，在試驗(yàn)過程中通過調(diào)壓器的緩慢調(diào)壓對(duì)試驗(yàn)電路進(jìn)行充電。

如圖3所示，在變壓器t1和開關(guān)k01中間還可以串聯(lián)有充電電阻r，并且在充電電阻r上還并聯(lián)有旁路開關(guān)k02，在試驗(yàn)過程中通過充電電阻和旁路開關(guān)對(duì)試驗(yàn)電路進(jìn)行充電。

如圖4所示，還可以采用兩個(gè)環(huán)流抑制電抗l02和l03使兩個(gè)試品閥平衡布置，連接方式為：試品閥1和試品閥2一端相連并接地，另外一端與環(huán)流抑制電抗l02、l03串聯(lián)，變壓器t1的副邊繞組、補(bǔ)能閥、補(bǔ)能橋臂電抗l01串聯(lián)后，一端接地，另外一端連接在環(huán)流抑制電抗l02、l03的中點(diǎn)上。

如圖5所示，所述試驗(yàn)裝置的試品閥閥段由一個(gè)或多個(gè)功率單元模塊級(jí)聯(lián)而成，每個(gè)功率單元子模塊包括igbt1和igbt2、電容器csm、放電電阻rc、旁路晶閘管tr、功率單元模塊主控板組成；通過控制觸發(fā)上下igbt的導(dǎo)通和關(guān)斷來(lái)控制功率單元模塊的投入和切出。

一種采用交流試驗(yàn)電源的換流閥穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的試驗(yàn)方法，包括：

(1)在試品閥和補(bǔ)能閥中的單元電容電壓還沒有建立起來(lái)時(shí)，需要對(duì)它們進(jìn)行充電，有兩種充電方法可選：利用調(diào)壓器t1進(jìn)行充電和利用充電電阻r和充電電阻旁路開關(guān)k02進(jìn)行充電兩種充電方法；

(2)采用交流試驗(yàn)電源，利用試品閥與補(bǔ)能閥的反向連接和交流電源的正反相周期波對(duì)補(bǔ)能閥和試品閥的交替充電的方法；

(3)由于補(bǔ)能橋臂的電流直接流經(jīng)變壓器繞組，因此在試驗(yàn)過程中，控制補(bǔ)能橋臂的調(diào)制信號(hào)直流分量和試品橋臂的調(diào)制信號(hào)直流分量必須相等，使得補(bǔ)能橋臂的電流中直流偏置分量為0，避免引起變壓器的磁路保護(hù)；

(4)試驗(yàn)過程中，控制試品閥1和試品閥2的調(diào)制信號(hào)，使得試品閥中的電流滿足要求；控制補(bǔ)能閥的調(diào)制信號(hào)，使得補(bǔ)能閥、試品閥1、試品閥2中的電容電壓平衡，并滿足試驗(yàn)要求。

所述的利用調(diào)壓器t1進(jìn)行充電的方法為：

步驟一、開始時(shí)，將調(diào)壓器t1調(diào)到輸出為零電壓，閉合k01；

步驟二、然后緩慢上升調(diào)壓器t1輸出電壓，因?yàn)樵嚻烽y和補(bǔ)能閥連接時(shí)，其中單元的連接方向相反，所以在交流電源的正半波時(shí)對(duì)試品閥充電，而交流電源的負(fù)半波時(shí)對(duì)補(bǔ)能閥充電；

步驟三、等待調(diào)壓器上升到規(guī)定電壓，充電結(jié)束，這時(shí)試品閥和補(bǔ)能閥上的橋臂電容電壓和都等于交流電源的峰值電壓，可以開始試驗(yàn)。

所述的利用充電電阻r和充電電阻旁路開關(guān)k02進(jìn)行充電的方法為：

步驟一、首先閉合k01，開始對(duì)試品閥和補(bǔ)能閥充電；

步驟二、因?yàn)樵嚻烽y和補(bǔ)能閥連接時(shí)，其中單元的連接方向相反，所以在交流電源的正半波時(shí)對(duì)試品閥充電，而交流電源的負(fù)半波時(shí)對(duì)補(bǔ)能閥充電；

步驟三、等待充電結(jié)束單元電壓穩(wěn)定后，閉合充電電阻旁路開關(guān)k02。這時(shí)的試品閥和補(bǔ)能閥上的橋臂電容電壓和都等于交流電源的峰值電壓，可以開始試驗(yàn)。

還包括以下方法：在試驗(yàn)過程中，試品閥1、試品閥2和環(huán)流抑制電抗l02中流過了所需的試驗(yàn)電流，試驗(yàn)電流的產(chǎn)生，依靠試品閥1和試品閥2的調(diào)試信號(hào)不同產(chǎn)生；典型的試驗(yàn)情況下，試品閥1和試品閥2的調(diào)制波都給定為正弦信號(hào)，兩者幅值、頻率相等，相差相差一個(gè)小的角度；因此，試品閥1和試品閥2中間的環(huán)流抑制電抗器上，將承受兩者電壓的差值，因而產(chǎn)生一個(gè)相同頻率的正弦環(huán)流。而兩個(gè)試品閥之間微小的電容電壓差將導(dǎo)致環(huán)流抑制電抗器上的直流分量；正弦環(huán)流和直流分量合成了所需的試驗(yàn)電流。

由于外部連接了交流變壓器t1，其兩端電壓為工頻交流電。因此，補(bǔ)能橋臂和試品橋臂的連接方向必須相反，使得在工頻電壓的正半波，試品橋臂獲得能量輸入；而在工頻電壓的負(fù)半波，補(bǔ)能橋臂獲得能量輸入。同時(shí)，在試驗(yàn)中，試品橋臂和補(bǔ)能橋臂輸出的直流電壓分量必須相等，相互抵消，以避免在變壓器繞組中引起直流偏置電流，導(dǎo)致變壓器飽和。

所述的換流閥穩(wěn)態(tài)運(yùn)行試驗(yàn)裝置中，補(bǔ)能閥及補(bǔ)能橋臂電抗l01中只會(huì)流過很小的交流電流，用于補(bǔ)償試品閥的試驗(yàn)損耗。試品閥1、試品閥2、環(huán)流抑制電抗l02中流過試驗(yàn)所需的運(yùn)行電流，包括交流分量和直流分量。試驗(yàn)過程中，控制試品閥1和試品閥2的調(diào)制信號(hào)，使得試品閥中的電流滿足要求；控制補(bǔ)能閥的調(diào)制信號(hào)，使得補(bǔ)能閥、試品閥1、試品閥2中的電容電壓平衡，并滿足試驗(yàn)要求。

以上實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于上述的實(shí)施例。上述實(shí)施例中所用方法如無(wú)特別說明均為常規(guī)方法。