[发明专利]一种模块化多电平换流阀的集成试验电路及其控制方法

说明书

技术领域：

本发明涉及电力电子领域，具体涉及一种模块化多电平换流阀的集成试验电路及其控制方法。

背景技术：

模块化多电平换流阀在高压直流输电(HVDC)、灵活交流输电(FACTS)等高压大容量应用场合正日益推广，其必须按照IEC相关标准和实际运行工况进行出厂试验和型式试验，以检验其设计和生产。目前模块化多电平换流阀试验方法和试验装置仍是空白。

模块化多电平换流阀采用功率模块PM级联的方法来提升换流阀的电压和容量等级，如图1所示。功率模块通常包括四个部分(见图2)：(1)由多个全控型器件如绝缘栅双极晶体管IGBT模块组成的半桥结构电力电子单元，每个IGBT模块内集成了反并联二极管；(2)起储能和直流电压支撑作用的电容C；(3)控制和保护功率模块的模块控制器；(4)为模块控制器供电的高位取能电源。换流阀有4种基本运行工况：(a)上电；(b)闭锁；(c)解锁；(d)掉电。其中，换流阀解锁后，根据负载的不同，分为空载、满载和过负载运行。此外，换流阀通常配置有过压、过流、过温和短路等保护。模块化多电平换流阀具有如下突出的特点：

1)换流阀功率模块的级联数需根据实际应用系统情况确定，可从几只到上百只。

2)在高压应用场合，模块控制器带电工作依赖于主电。这是由于换流阀各功率模块处于不同的高电位(百千伏以上)，模块控制器的供电电源通常采用从主电路部件高位取能方式，以避免与地电位的高电压隔离难题。

换流阀试验一方面要求完成换流阀控制保护功能和各种运行工况的试验检验，另一方面必须要充分考虑到模块化多电平换流阀特殊性，因此对换流阀的试验方法和电路设计需满足以下要求：

(1)满足换流阀功率模块级联数可变的试验要求。

(2)通常来说，在换流阀上主电之前需要其控制器先正常工作，以实施换流阀上电过程中的可靠控制和保护。而高压模块化多电平换流阀采取高位取能供电模式，其控制器无法提前带电工作，因此试验方法必须考虑此工况下换流阀的安全测试，在换流阀本身有故障的情况避免由于试验导致其故障范围扩大。

发明内容：

针对现有技术的不足，本发明提供一种模块化多电平换流阀的集成试验电路及其控制方法，该电路有效集成了换流阀的电压调节、交流试验电路和直流试验电路，结合从交流充电到直流带载、从低压到额定电压到过压、从空载到满载到过载到短路的试验方法，对换流阀实施全面、系统和可靠的试验。

本发明提供的一种模块化多电平换流阀的集成试验电路，其改进之处在于，所述集成试验电路包括主电路、试品阀和控制保护电路，所述控制保护电路控制主电路和试品阀，进行试品阀充电和带载试验。

本发明提供的第一优选方案的集成试验电路，其改进之处在于，所述主电路包括调压回路、单相交流试验回路、直流试验回路和负载；所述单相交流试验回路和所述直流试验回路并联后与所述调压回路串联；

所述单相交流试验回路包括两个输出端(I、II)；所述直流试验回路包括两个输出端(I、II)；

所述单相交流试验回路的输出端I和输出端II之间设置负载。

本发明提供的第二优选方案的集成试验电路，其改进之处在于，所述控制保护电路包括阀基控制器和主电路控制器；所述阀基控制器分别与所述试品阀连接和所述主电路控制器连接；所述主电路控制器与所述主电路连接。

本发明提供的第三优选方案的集成试验电路，其改进之处在于，所述试品阀为换流阀，所述试品阀包括试品阀A和试品阀B；

所述试品阀A的正极和所述试品阀B的正极分别与所述单相交流试验回路的两个输出端(I、II)连接；

所述试品阀A的电容极或所述试品阀B的电容极与所述直流试验回路的输出端I连接；

所述试品阀A和所述试品阀B的负极短接并与所述直流试验回路的输出端II连接。

本发明提供的第四优选方案的集成试验电路，其改进之处在于，所述主电路包括开关(K₁-K₄)，所述开关K₁设置在所述调压回路和所述单相交流试验电路之间；所述开关K₂设置在所述调压回路和所述直流试验回路之间；所述开关K₃设置在所述直流试验回路和所述试品阀之间；所述开关K₄设置在所述单相交流试验回路的两个输出端(I、II)之间，与所述负载串联。

本发明提供的第五优选方案的集成试验电路，其改进之处在于，所述调压回路调节输入交流试验电源电压幅值的大小，用于满足不同功率模块串联级数换流阀的试验电压等级要求。