[发明专利]柔性直流输电换流阀稳态大功率运行试验装置及试验方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种柔性直流输电换流阀稳态大功率运行试验装置及试验方法。

背景技术

由于柔性直流输电(VSC-HVDC)装置普遍具有高电压、强电流、大容量的特点，导致在试验环境中很难构建与实际运行工况相同的全载电路进行试验，因此，如何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成为解决问题的关键。

基于模块化多电平换流阀的VSC-HVDC，是利用IGBT阀进行直流输电的一种新技术，子模块(SM)是构成换流阀的最小功率单元，它由IGBT组成的半桥和电容器并联组成，若干个子模块串联构成一个换流阀组件，它能够成比例体现换流阀的电气特性，是进行换流阀稳态运行试验的基本电气单元。

通常，一个VSC-HVDC换流阀工程项目包括数千个子模块，如果对所有子模块逐个进行稳态功率试验，这将是一项既费时又费力的工程，稳态功率试验的目的是对生产工艺环节进行测试，检查有无元件温升异常的地方，因此科学简单的柔性直流输电换流阀大功率稳态试验方法尤为重要，可以为柔性直流输电换流阀大批量生产奠定良好的基础。

发明内容

本发明的目的是提供一种柔性直流输电换流阀稳态大功率运行试验装置及试验方法，通过构建与实际运行工况相同的全载电路进行换流阀稳态功率运行试验，对元件电流、电压和温升的检测，验证换流阀设计的正确性。

为实现上述目的，本发明的装置方案是：一种柔性直流输电换流阀稳态大功率运行试验装置，包括隔离变压器(TR1)、整流桥(REC1)和换流阀阀组，所述整流桥的交流输入端连接隔离变压器，其直流输出端连接换流阀阀组，该试验装置还包括一个BUCK-BOOST升降压电路，该升降压电路包括一个由IGBT与反并联二极管组成的第一IGBT模块、第一电阻(R)、直流母线支撑电容(C1)和负载电抗器(L1)，第一电阻(R)与第一IGBT模块串联后并联在所述整流桥(REC1)的直流输出端，所述直流母线支撑电容(C1)并联在第一电阻(R)与第一IGBT模块串联支路的两端，且通过负载电抗器(L1)连接换流阀阀组。

该试验装置还设有断路器输入开关(KM)、三相调压器(TY)和滤波电抗器(LR)，所述断路器输入开关(KM)连接三相电源，并与三相调压器(TY)、滤波电抗器(LR)和隔离变压器(TR1)依次串联。

所述换流阀阀组由一组串联的换流阀子模块组成，包括投入运行的换流阀子模块和冗余换流阀子模块。

所述换流阀子模块由子模块旁路开关(K1n)、两个第二IGBT模块(T1n和T1m)、晶闸管(Tn)、子模块电容(C_SM1N)和第二电阻(R1n)组成，所述第二IGBT模块由一个IGBT器件和一个反并联的二极管组成，所述两个第二IGBT模块(T1n和T1m)串联，第二电阻(R1n)与子模块电容(C_SM1N)依次并联在两个第二IGBT模块(T1n和T1m)串联支路的两端，旁路开关(K1n)、晶闸管(Tn)依次并联在其中一个第二IGBT模块(T1m)的两端。

本发明的方法方案是：一种柔性直流输电换流阀稳态大功率运行试验方法，步骤如下：

(1)设定子模块电容电压并计算直流母线支撑电容电压，闭合试验装置交流侧断路器输入开关(KM)，试验装置开始启动；

(2)当直流母线支撑电容电压达到计算出的电压值时，控制直流母线经负载电抗器向各串联的换流阀子模块的电容充电，直到各子模块电容电压均达到设定电压值时，试验装置启动完毕；

(3)试验装置启动完毕后，对各串联换流阀子模块的IGBT发触发脉冲，由各串联的换流阀子模块电容经负载电抗器向直流母线放电。之后，试验装置不断重复换流阀子模块电容充放电过程，电路进入稳态运行状态；

(4)当试验运行过程中检测到换流阀阀组中的一个换流阀子模块故障时，闭合该故障子模块的旁路开关，将该故障子模块旁路，同时，将一个冗余换流阀子模块的旁路开关断开，将其投入运行；

(5)闭锁换流阀子模块IGBT的触发脉冲，输出泄放回路IGBT触发脉冲，将直流母线电容能量释放完毕，试验结束；或者，断开断路器输入开关(KM)，通过由直流母线支撑电容(C1)和负载电抗器(L1)组成的LC回路将系统能量释放完毕，试验结束；

(6)当一组换流阀子模块测试完成之后，可更换下一组待测试的换流阀子模块，重新执行步骤(1)～(5)。