一种柔性直流输电阀的故障运行试验装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种柔性直流输电阀的故障运行试验装置：该装置包括衰减电流注入回路、正弦电流注入回路和高电压注入回路。被试阀的高压端分别与所述衰减电流注入回路中的控制阀S1、正弦电流注入回路中的双向控制阀S3和高电压注入回路中的双向控制阀S4相连接；所述衰减电流注入回路的低压端、正弦电流注入回路的低压端和高电压注入回路的低压端分别与被试阀的低压端相连后接地。该装置使被试阀耐受同实际故障工况相当的暂态电流、暂态的热与损耗强度，实现对阀在故障运行工况下的试验考核，同时为主电路参数设计及保护设计提供依据。该试验装置可根据实际工况，调节衰减电流的幅值、上升时间和衰减过程，实现测试通用性需求。

Fault operation test device for flexible DC transmission valve

The invention relates to a fault operation test device of a flexible DC transmission valve: the device comprises a damping current injection circuit, a sinusoidal current injection circuit and a high voltage injection circuit. The subjects of high pressure end valve are respectively connected with the attenuation of current injection control valve S1, sinusoidal current loop into the bidirectional control valve in S3 circuit and high voltage into the bidirectional control valve in S4 circuit are connected; the attenuation of low voltage and current injection circuit sinusoidal current injection circuit of high voltage and low voltage end into the low end circuit are respectively connected with the low-pressure end valve to be tested after grounding. The device to be tested and heat loss tolerance with the actual strength of a valve fault transient current, a transient, the valve test in fault conditions, at the same time as the main design and the protection circuit design parameters provide the basis. The test device can adjust the amplitude, rise time and attenuation process of the attenuation current according to the actual working conditions, so as to realize the test universal requirements.

【技术实现步骤摘要】
一种柔性直流输电阀的故障运行试验装置
本专利技术涉及一种柔性直流输电系统阀的试验装置。
技术介绍
模块化多电平变流器(modularmultilevelconverter，MMC)由于其易扩展性，可实现故障状况下的冗余，其自2003年提出以来受到广泛关注，被认为是实现柔性直流输电(HVDC-Flexible)工程化的换流器拓扑之一。MMC的桥臂不仅是执行开关动作的阀，而且是连接在变流器某相交流输出端与直流母线之间的可控电压源。每相桥臂单元由若干个阀塔与一个阀电抗器构成，每个阀塔由若干个阀组件成，是独立的支持部分，每个阀组件由若干子模块串联构成。子模块的核心器件为大功率高压绝缘栅双极型晶体管(IGBT)，也称模块化多电平变流器阀(MMC阀)。在正常运行状态中，子模块通过上下两个IGBT的配合，输出两种电平：0电平和电容器电压。在基于模块化多电平变流器的柔性直流输电系统(MMC-HVDC)的实际运行中，会发生由于系统故障、直流侧短路故障等原因引起桥臂过电流，此时桥臂所有子模块的IGBT均闭锁，桥臂过电流会通过子模块中下管IGBT的二极管与外部构成回路，由于二极管的不可控性，无法自身关断过电流，同时由于系统保护动作时间较长，断路器还未动作，二极管必须承受故障期间的过电流。由于故障时的过电流会远远超过器件本身的耐受值，因此必须通过子模块中与下管IGBT反并联的保护晶闸管动作来分担大部分的过电流，以达到保护器件本身及装置的目的。由于柔性直流输电装置普遍具有电压高、电流大、容量大的特点，很难在试验环境中构建同实际运行工况相同的全载电路进行故障试验，因此必须在试验环境中构建等效的试验电路，进行与实际运行工况强度相当的试验。模块化多电平变流器阀的故障电流运行试验目的就是考验在故障电流出现时，控制系统能及时闭锁IGBT，同时触发晶闸管，保护子模块下管IGBT反并联的二极管，同时验证MMC子模块各功能参数对最大电流、电压和温度应力作用的设计是否适宜。试验中须通过外围电路向被试阀注入实际工况下的大电流和反向高电压。专利201110036675.8《一种柔性直流输电MMC阀的故障电流运行试验方法》提出一种试验装置，其装置由衰减电流注入回路、正弦电流注入回路、高电压注入回路和试品阀组成。衰减电流注入回路中的控制阀V1、正弦电流注入回路中的双向控制阀V2和高电压注入回路中的双向控制阀V3分别与试品阀的输出端连接；衰减电流注入回路的低压端、正弦电流注入回路的低压端和高电压注入回路的低压端分别与试品阀的低压端相连后接地。衰减电流注入回路包括电源E1、充电开关Kc1、直流电容器C1、负载电抗器L1、控制阀V1、集成门极换流阀晶体管IGCT、衰减电阻R和二极管D；电源E1经过充电开关Kc1与直流电容器C1连接；IGCT反并联二极管D组成可关断器件G；可关断器件G与衰减电阻R串联，组成G-R支路；G-R支路与直流电容器C1并联后经过负载电抗器L1和控制阀V1连接与试品阀的输出端。该装置中衰减电流注入回路的拓扑为电阻电容并联后与电感串联，即RC-L拓扑。试验开始后，衰减电流注入回路始终工作在这一种拓扑模式下。为了使试验开始阶段电流有较快的上升速率同时保持后续衰减电流衰减速率较慢，电感L和电阻R的选取比较困难。同时，该电路中电阻R消耗的瞬时功率和总的能量都很大，系统需配备较强的散热系统。为获得一定数值的最大电流，电容的预充电电压会很大，要求电容要有比较大的耐压。当衰减电流注入回路退出运行时，电容上会有一定反向充电电压，不利于操作安全。中国电机工程学报第31卷第1期文献《模块化多电平换流器HVDC直流双极短路子模块过电流分析》的分析结果表明，柔性直流输电系统在发生直流侧双极短路故障时，每相桥臂工作在两种模式下：1子模块电容向桥臂电感和线路杂散电阻放电；2当子模块上下IGBT闭锁后，电感电流通过杂散电阻放电。即桥臂工作模式为RLC+RL模式。整个过程中，电网侧向上下桥臂注入交流电流。
技术实现思路
本专利技术的目的是简化现有试验装置的参数选择，模拟实际系统故障时桥臂的工作模式，提出一种基于模块化多电平变流器的柔性直流输电阀故障电流试验装置拓扑。该装置将指数衰减电流、正弦电流叠加施加于被试模块化多电平变流器阀上，使被试阀耐受同实际故障工况相当的暂态电流、暂态的热与损耗强度，实现对被试阀的故障运行工况的试验考核。为更好模拟故障发生时，流过下管IGBT反并联二极管的过电流，本专利技术试验方法产生衰减的机理是通过触发控制阀，使电容向电感电阻放电，通过控制可关断器件的导通时刻，使衰减电流注入回路的工作模式变为电感通过电阻续流。因此，衰减电流注入回路的运行模式模拟了故障时桥臂的工作模式。通过正弦电流注入回路中电容与电感的充放电，模拟故障时电网侧注入的交流电流。衰减电流注入回路参数的选择可参考桥臂的参数。当衰减电流注入回路退出工作时，电感上的能量通过泄放电阻消耗掉，电容上不会有电压，这有利于系统的安全操作。本专利技术采用的技术方案是：所述试验装置包括衰减电流注入回路、正弦电流注入回路和高电压注入回路。被试阀的输出端分别与所述衰减电流注入回路、正弦电流注入回路和高电压注入回路连接；所述衰减电流注入回路的低压端、正弦电流注入回路的低压端和高电压注入回路的低压端分别与被试阀的低压端相连后接地。衰减电流注入回路包括第一电源、第一充电开关、第一直流电容器、第一负载电抗器、衰减电阻、第一控制阀、可关断器件、泄放电阻、二极管；第一电源经过第一充电开关与第一直流电容器连接；可关断器件与泄放电阻并联，与二极管串联，组成GR-D支路；GR-D支路经第二控制阀与直流电容器并联；GR-D支路经第一负载电抗器、衰减电阻和第二控制阀与被试阀的输出端相连接。正弦电流注入回路包括第二电源、第二充电开关、第二直流电容器、第二负载电抗器和第一双向控制阀；电源经过第二充电开关与第二直流电容器连接；第二直流电容器经过第二负载电抗器和第一双向控制阀与被试阀的输出端相连接。高电压注入回路包括第三电源、第三充电开关、第三直流电容器、第三负载电抗器和第二双向控制阀；电源经过第三充电开关与第三直流电容器连接；第三直流电容器经过第三负载电抗器和第二双向控制阀连接于被试阀的输出端。被试阀的输出端分别与所述衰减电流注入回路中的第一控制阀、正弦电流注入回路中的第一双向控制阀和高电压注入回路中的第二双向控制阀连接；所述衰减电流注入回路的低压端、正弦电流注入回路的低压端和高电压注入回路的低压端分别与被试阀的低压端相连后接地。本专利技术的工作过程如下：A、闭合第一充电开关、第二充电开关和第三充电开关，通过外加直流电源分别给所述装置的第一直流电容器、第二直流电容器和第三直流电容器充电，当电容电压达到预定值后，断开第一充电开关、第二充电开关和第三充电开关。B、通过控制可关断器件、第一控制阀、第二控制阀触发导通、关断时序，使得第一直流电容器、第一负载电抗器L1、衰减电阻进行组合，产生衰减电流；通过触发双向控制阀，使正弦电流注入回路工作，产生正弦电流；C、通过所述衰减电流注入回路和正弦电流注入回路触发逻辑时序的配合，使衰减电流与正弦电流叠加施加于被试阀上；D、关断可关断器件，将衰减电流注入回路从电路中退出；关断第一双向控制阀的触发脉冲，待正本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种柔性直流输电阀的故障运行试验装置，所述装置包括衰减电流注入回路、正弦电流注入回路和高电压注入回路；被试阀的输出端分别与所述衰减电流注入回路、正弦电流注入回路和高电压注入回路连接；所述衰减电流注入回路的低压端、正弦电流注入回路的低压端和高电压注入回路的低压端分别与被试阀的低压端相连后接地；衰减电流注入回路包括第一电源(U

【技术特征摘要】
1.一种柔性直流输电阀的故障运行试验装置，所述装置包括衰减电流注入回路、正弦电流注入回路和高电压注入回路；被试阀的输出端分别与所述衰减电流注入回路、正弦电流注入回路和高电压注入回路连接；所述衰减电流注入回路的低压端、正弦电流注入回路的低压端和高电压注入回路的低压端分别与被试阀的低压端相连后接地；衰减电流注入回路包括第一电源(U1)、第一充电开关(K1)、第一直流电容器(C1)、第一负载电抗器(L1)、衰减电阻(R1)、第一控制阀(S1)、可关断器件(G)、泄放电阻(R2)，以及二极管(D)；第一电源(U1)经过第一充电开关(K1)与第一直流电容器(C1)连接；可关断器件(G)与泄放电阻(R2)并联，再与二极管(D)串联，组成GR-D支路；GR-D支路经第二控制阀(S2)与第一直流电容器(C1)并联；GR-D支路经第一负载电抗器(L1)、衰减电阻(R1)和第一控制阀(S1)与被试阀的输出端相连接；正弦电流注入回路包括第二电源(U2)、第二充电开关(K2)、第二直流电容器(C2)、第二负载电抗器(L2)和第一双向控制阀(S3)；第二电源(U2)经过第二充电开关(K2)与第二直流电容器(C2)连接；第二直流电容器(C2)经过第二负载电抗器(L2)和第一双向控制阀(S3)与被试阀的输出端相连接；高电压注入回路包括第三电源(U3)、第三充电开关(K3)、第三直流电容器(C3)、第三负载电抗器(L3)和第二双向控制阀(S4)；第三电源(U3)经过第三充电开关(K3)与第三直流电容器(C3)连接；第三直流电容器(C3)经过第三负载电抗器(L3)和第二双向控制阀(S4)连接于被试阀的输出端；所述的衰减电流注入回路中的第一控制阀(S1)、正弦电流注入回路中的第一双向控制阀(S3)和高电压注入回路中的第二双向控制阀(S4)分别与被试阀的输出端连接；衰减电流注入回路的低压端、正弦电流注入回路的低压端和高电压注入回路的低压端分别与被试阀的低压端相连后接地，所述故障运行试验装置的工作过程如下：A、第一电源(U1)、第二电源(U2)和第三电源(U3)分别为给所述装置的衰减电流注入回路的第一直流电容器(C1)、正弦电流注入回路的第二直流电容器(C2)和高电...

【专利技术属性】
技术研发人员：王平，王霖，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11