一种模块化多电平换流阀的稳态试验电路和方法技术

本发明专利技术提供了一种模块化多电平换流阀的稳态试验电路和方法，稳态试验电路通过直流电源给辅助阀中的支撑电容充电和补能，而不需要采用单独的电源给试品阀中的支撑电容充电，简化了试验电路，同时也降低了试验成本。稳态试验方法中通过辅助阀和试品阀的瞬时功率可建立稳态试验电路的功率平衡方程，进而得到了辅助阀和试品阀之间的负载电抗器的电流直流偏置量，然后根据辅助阀和试品阀的输出电压相角差得到试品阀的电流交流分量，并且可结合辅助阀与试品阀输出电压的相角差所在范围，确定试品阀的运行工况，得到整流侧模块化多电平换流阀和逆变侧模块化多电平换流阀各自的运行工况，整个过程简单可靠，实用性强。

【技术实现步骤摘要】
一种模块化多电平换流阀的稳态试验电路和方法
本专利技术涉及柔性直流输电
，具体涉及一种模块化多电平换流阀的稳态试验电路和方法。
技术介绍
柔性直流输电相比于交流输电和传统直流输电，在运行性能上具有独特的优势。随着模块化多电平柔性直流输电换流阀技术的不断发展，柔性直流输电工程、柔性直流输电网络建设的脚步也不断加快。作为模块化多电平柔性直流输电的核心设备之一，柔性直流输电换流阀的性能决定着柔性直流输电系统的运行可靠性和稳定性，因此，保证模块化多电平柔性直流输电换流阀(即模块化多电平换流阀)的可靠性成为保证柔性直流输电系统可靠性的必要措施之一。模块化多电平换流阀的最小功能单元是子模块，因此，柔性直流输电系统的安全稳定运行，等效为每个子模块单元均能承受柔性直流输电系统实际工况下的电气应力，并可以在此电气应力下稳定可靠运行。因此，对每一个子模块进行稳态试验是柔性直流输电子模块生产过程中必不可少的关键环节。现有技术中针对于模块化多电平换流阀的稳态试验往往设有两个直流电源，分别为充电直流电源和补能直流电源，两者均只具有一个输出接口。补能直流电源与辅助阀低压端子模块的支撑电容连接，用于给试验电路补充有功损耗；充电直流电源用于为试验回路中所有电容充电，使辅助阀和试品阀建立触发解锁的试验电压。由于辅助阀和试品阀中的子模块较多，试验回路的有功损耗较大，因此对补能直流电源的功率输出能力有很高的要求。因此，现有技术中关于模块化多电平换流阀的稳态试验电路成本高，且电路复杂。现有技术中辅助阀与试品阀输出电压的相角差调节困难，及时调节也不能实现平滑调节，负载电抗器需要承受冲击性的电气应力，使负载电抗器的电流达到试验要求，因此现有的模块化多电平换流阀的稳态试验不能准确的反映模块化多电平换流阀的运行工况。
技术实现思路
为了克服上述现有技术中试验电路成本高、电路复杂以及因稳态试验过程导致不能准确的反映模块化多电平换流阀运行工况的缺陷，本专利技术提供一种模块化多电平换流阀的稳态试验电路和方法，方法中先根据辅助阀和试品阀的瞬时功率确定稳态试验电路的功率平衡方程，然后根据稳态试验电路的功率平衡方程确定负载电抗器的电流直流偏置量，最后根据负载电抗器的电流直流偏置量完成模块化多电平换流阀的运行工况的稳态试验。为了实现上述专利技术目的，本专利技术采取如下技术方案：一方面，本专利技术提供一种模块化多电平换流阀的稳态试验电路，包括直流电源、辅助阀、试品阀和负载电抗器；所述辅助阀、负载电抗器和试品阀依次串联，所述直流电源设有N个输出接口，所述辅助阀和试品阀均包括N个串联的子模块，所述N个输出接口分别与辅助阀中的支撑电容连接。所述辅助阀中第一个子模块的高压端出线通过负载电抗器与试品阀中第一个子模块的高压端出线连接，所述辅助阀中第N个子模块的低压端出线与试品阀中的第N个子模块的低压端出线直接连接。所述子模块包括支撑电容C、均压电阻R、IGBT1、IGBT2、与IGBT1反并联的二极管D1、与IGBT2反并联的二极管D2、旁路晶闸管T和旁路开关K；所述支撑电容C与均压电阻R并联，所述IGBT1和IGBT2通过均压电阻R反向并联，所述旁路晶闸管T和旁路开关K均与IGBT2并联。令一方面，本专利技术还提供一种采用模块化多电平换流阀的稳态试验电路实现稳态试验的方法，包括：根据稳态试验电路的功率平衡方程确定负载电抗器的电流直流偏置量；根据负载电抗器的电流直流偏置量确定模块化多电平换流阀的运行工况；所述稳态试验电路的功率平衡方程通过辅助阀和试品阀的瞬时功率进行构建。所述稳态试验电路的功率平衡方程如下式：∫T(p1+p2)dt＝0其中，T表示工频周期，p1表示辅助阀的瞬时功率，p2表示试品阀的瞬时功率，且满足：其中，Udc表示辅助阀和试品阀输出电压的峰值，且Udc＝N·Usm，Usm表示子模块中支撑电容的额定电压，N表示辅助阀和试品阀均包中子模块的个数；U1表示辅助阀输出电压交流分量的有效值，U2表示试品阀输出电压交流分量的有效值；ω表示工频角频率；u1表示辅助阀的输出电压，且u2表示试品阀的输出电压，且δ表示辅助阀与试品阀输出电压的相角差；Idc表示负载电抗器的电流直流偏置量；i表示负载电抗器的电流，且满足表示负载电抗器电流交流分量的相位角，Iac表示负载电抗器电流交流分量的有效值，且j表示虚数单位，X表示负载电抗器的电抗，A1、B1、C1、A2、B2和C2均表示中间量，且满足：其中，λ1和λ2均表示电压调制比，且k表示电流调制比，所述根据稳态试验电路的功率平衡方程确定负载电抗器的电流直流偏置量包括：根据稳态试验电路的功率平衡方程确定如下式的辅助阀和试品阀的直流功率平衡方程：其中，p1_dc表示辅助阀瞬时功率的直流功率，p2_dc表示试品阀瞬时功率的直流功率；根据辅助阀和试品阀的直流功率平衡方程得到如下式的负载电抗器的电流直流偏置量：所述根据负载电抗器的电流直流偏置量确定模块化多电平换流阀的运行工况包括：根据Idc和Iac调节X、δ，得到试品阀的电流交流分量和电流直流分量；分以下两种情况确定模块化多电平换流阀的运行工况：1)当0≤δ≤90°时，试品阀的电流直流分量为负，试品阀电流交流分量与电流直流分量叠加即为试品阀的电流，是带负偏置的交流电流，此时试品阀的运行工况为整流侧模块化多电平换流阀的运行工况；2)当-90°≤δ≤0时，试品阀的电流直流分量为正，试品阀电流交流分量与电流直流分量叠加即为试品阀的电流，是带正偏置的交流电流，试品阀的运行工况为逆变侧模块化多电平换流阀的运行工况。与最接近的现有技术相比，本专利技术提供的技术方案具有以下有益效果：本专利技术提供的模块化多电平换流阀的稳态试验电路包括直流电源、辅助阀、试品阀和负载电抗器，其中辅助阀、负载电抗器和试品阀依次串联，直流电源设有N个输出接口，辅助阀和试品阀均包括N个串联的子模块，N个输出接口分别与辅助阀中的支撑电容连接，通过直流电源给辅助阀中的支撑电容充电和补能，而不需要采用单独的电源给试品阀中的支撑电容充电，简化了试验电路，同时也降低了试验成本；本专利技术提供的采用模块化多电平换流阀的稳态试验电路实现稳态试验的方法中，通过辅助阀和试品阀的瞬时功率可建立稳态试验电路的功率平衡方程，进而得到了辅助阀和试品阀之间的负载电抗器的电流直流偏置量，然后根据辅助阀和试品阀的输出电压的相角差得到负载电抗器的电流交流分量，最后结合辅助阀与试品阀输出电压的相角差的所在范围，确定试品阀的运行工况，得到整流侧模块化多电平换流阀和逆变侧模块化多电平换流阀各自的运行工况，整个过程简单可靠，实用性强；本专利技术采用的直流电源属于高压小电流的直流电源，在运行阶段补充稳态试验电路的有功损耗(理想情况下，稳态试验电路有功损耗为零，即直流电源无电流输出)，远低于稳态试验电路的试验容量，最大限度的降低了对直流电源的容量要求，避免了采用大容量的试验电源，经济性较高；本专利技术提供的技术方案可以从严检验子模块的设计和接线的正确性，保证子模块的可靠运行能力，从而保证柔性直流换流站的安全稳定运行；本专利技术提供的技术方案能够再现子模块的工程运行的电气应力(电压应力和电流应力)和热应力，验证子模块在实际工况电气应力下运行的安全可靠性，为子模块各器件选型和子模块原理设计的提供验证依据。附图说明图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种模块化多电平换流阀的稳态试验电路，其特征在于，包括直流电源、辅助阀、试品阀和负载电抗器；所述辅助阀、负载电抗器和试品阀依次串联，所述直流电源设有N个输出接口，所述辅助阀和试品阀均包括N个串联的子模块，所述N个输出接口分别与辅助阀中的支撑电容连接。

【技术特征摘要】
1.一种模块化多电平换流阀的稳态试验电路，其特征在于，包括直流电源、辅助阀、试品阀和负载电抗器；所述辅助阀、负载电抗器和试品阀依次串联，所述直流电源设有N个输出接口，所述辅助阀和试品阀均包括N个串联的子模块，所述N个输出接口分别与辅助阀中的支撑电容连接。2.根据权利要求1所述的模块化多电平换流阀的稳态试验电路，其特征在于，所述辅助阀中第一个子模块的高压端出线通过负载电抗器与试品阀中第一个子模块的高压端出线连接，所述辅助阀中第N个子模块的低压端出线与试品阀中的第N个子模块的低压端出线直接连接。3.根据权利要求1所述的模块化多电平换流阀的稳态试验电路，其特征在于，所述子模块包括支撑电容C、均压电阻R、IGBT1、IGBT2、与IGBT1反并联的二极管D1、与IGBT2反并联的二极管D2、旁路晶闸管T和旁路开关K；所述支撑电容C与均压电阻R并联，所述IGBT1和IGBT2通过均压电阻R反向并联，所述旁路晶闸管T和旁路开关K均与IGBT2并联。4.一种采用如权利要求1-3任一所述的模块化多电平换流阀的稳态试验电路实现稳态试验的方法，其特征在于，包括：根据稳态试验电路的功率平衡方程确定负载电抗器的电流直流偏置量；根据负载电抗器的电流直流偏置量确定模块化多电平换流阀的运行工况；所述稳态试验电路的功率平衡方程通过辅助阀和试品阀的瞬时功率进行构建。5.根据权利要求4所述的模块化多电平换流阀的稳态试验方法，其特征在于，所述稳态试验电路的功率平衡方程如下式：∫T(p1+p2)dt＝0其中，T表示工频周期，p1表示辅助阀的瞬时功率，p2表示试品阀的瞬时功率，且满足：其中，Udc表示辅助阀和试品阀输出电压的峰值，且Udc＝N·Usm，N表示辅助阀和试品阀均包中子模块的个数，Usm表示子模块中支撑电容...

【专利技术属性】
技术研发人员：查鲲鹏，闻福岳，张宝树，周剑波，张晓林，
申请(专利权)人：中电普瑞电力工程有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11