专利名称：柔性直流输电mmc阀稳态运行试验的背靠背试验装置的制作方法
技术领域：
柔性直流输电MMC阀稳态运行试验的背靠背试验装置技术领域[0001]本实用新型属于柔性直流输电和电力电子应用技术领域，具体涉及柔性直流输电 MMC阀稳态运行试验的背靠背试验装置。
背景技术：
[0002]随着柔性直流输电(VSC-HVDC)技术在电力系统中的逐步应用，其核心部件——大功率绝缘栅双极型晶体管(IGBT)阀的可靠性成为电力系统安全的关键因素之一。基于模块化多电平换流器(MMC)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MMC的最小功率单元，它由IGBT组成的半桥(或者H桥)与电容器并联组成。 若干个子模块串联构成一个MMC阀组件，它能够成比例体现MMC阀的电气特性，是进行MMC 阀稳态运行试验的基本电气单元。MMC阀稳态运行试验是为了考察MMC阀在长期实际运行工况下对最大电流、电压和温度等关键应力的耐受能力，以验证MMC阀设计的正确性。[0003]由于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。实用新型内容[0004]本实用新型提供了一种用于柔性直流输电MMC阀稳态运行试验的背靠背试验装置，该试验装置实现在被试阀组件上等效再现实际工况下的运行电压、电流与热强度。并且该装置结构简单、灵活，参数调节方式简便，能够满足MMC阀组件稳态运行试验的要求。[0005]本实用新型提供的柔性直流输电MMC阀稳态运行试验的背靠背试验装置，其改进之处在于，所述背靠背试验电路包括阀组件(1、2、3、4)、电抗(Ln、L12, L21, L22)、负载电抗 (L1, L2)、支撑电容(Cdci、Cdc2)和交流电源Us ；[0006]所述阀组件(1、2)分别通过相应的所述电抗(Ln、L12)连接到交流输出端A，构成整流侧；所述阀组件(3、4)分别通过相应的所述电抗(L21、L22)连接到交流输出端B，构成逆变侧；所述交流输出端A和所述交流输出端B与同一个交流电源Us连接；[0007]所述整流侧和所述逆变侧分别并联于所述支撑电容Q3a和CD。2的串联支路两侧， 形成背靠背装置。[0008]本实用新型提供的第一优选方案的背靠背试验装置，其改进之处在于，所述支撑电容Cio和所述支撑电容CD。2串联；所述支撑电容Cio和所述支撑电容CD。2的串联结点接地。[0009]本实用新型提供的第二优选方案的背靠背试验装置，其改进之处在于，所述阀组件(1、2、3、4)均包括η个串联的子模块；所述子模块由半桥结构与子模块电容器并联组成； 或所述子模块由H桥结构与子模块电容器并联组成；所述子模块电容器为Csfc ；[0010]所述半桥结构或H桥结构均包括开关Kn、晶闸管Tn、IGBT器件(TfTn2)以及二极管 Dnl 和 Dn2 ；[0011 ] 所述IGBT器件Tnl反并联二极管Dnl组成IGBT模块1 ；所述IGBT器件Tn2反并联二极管Dn2组成IGBT模块2 ；所述IGBT模块1和IGBT模块2串联，组成IGBT模块1和IGBT 模块2串联支路；[0012]所述IGBT模块2、晶闸管Tn和开关Kn依次并联。[0013]本实用新型提供的第三优选方案的背靠背试验装置，其改进之处在于，所述交流输出端I和所述交流电源Us之间串有所述负载电抗L1 ；[0014]本实用新型提供的第四优选方案的背靠背试验装置，其改进之处在于，所述交流输出端II和所述交流电源Us之间串有所述负载电抗L2 ；[0015]本实用新型提供的较优选方案的背靠背试验装置，其改进之处在于，所述子模块包括电阻I n，所述电阻I^n与IGBT模块1和IGBT模块2串联支路并联。[0016]与现有技术比，本实用新型的有益效果为[0017]1、本实用新型提供的试验装置的整流侧和逆变侧共用一个电源，通过一定的控制方式，使电源发出的有功回到电源本身，电源只需提供整个装置阀的各种损耗和负载的损耗即可，最大程度降低了对电源容量的要求；[0018]2、本实用新型提供的试验装置所采用的调制方式不仅能够产生与实际工程等效的多电平正弦阶梯波电压，而且与传统的脉宽调制方式相比大大降低了开关频率，减少了开关损耗；[0019]3、本实用新型提供的试验装置通过一定的有功、无功控制策略，即可得到精确的交、直流叠加的电流应力，不仅调节方式灵活、简单，而且与实际工程具有较高的等效性；[0020]4、本实用新型提供的试验装置中的阀组件取自实际工程，而且装置运行原理和控制策略与实际工程中的MMC有很高的相似性，这为MMC在投入实际应用之前提供了必要的、 有效的阀运行可靠性考察手段和控制策略验证环境。
[0021]图1为本实用新型提供的背靠背式MMC阀组件稳态运行试验装置拓扑图。[0022]图2为本实用新型提供的MMC阀段稳态运行试验桥臂电压波形示意图。[0023]图3为本实用新型提供的MMC阀段稳态运行试验桥臂电流波形示意图。
具体实施方式
[0024]
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式
作进一步的详细说明。[0025]图1是背靠背式MMC阀组件稳态运行试验装置拓扑图。背靠背试验装置包括阀组件1、阀组件2、阀组件3、阀组件4、电抗Ln、电抗L12、电抗L21、电抗L22、负载电抗L1、负载电抗L2、支撑电容Cio、支撑电容Cdc2和交流电源U2 ；阀组件1通过电抗L11连接到交流输出端 A，阀组件2通过电抗L12也连接到交流输出端A，构成整流侧。阀组件3通过电抗L21连接到交流输出端B，阀组件4通过电抗L22连接到交流输出端B，构成逆变侧。整流侧和逆变侧并联，支撑电容CDa和Cdc2串联后并联于整流侧和逆变侧之间，且支撑电容Cdci和所述支撑电容Cdc2的串联结点接地。这样，整流侧、支撑电容和逆变侧构成背靠背试验装置。[0026]交流输出端A和交流输出端B分别串联一个负载电抗L1和负载电抗L2后连接到同一个交流电源Us的同一侧；[0027]本实施例的阀组件1、2、3和4均包括η个(η取决于实际工程中阀组件所含子模块的个数，不同的工程η不同)串联的子模块；子模块由半桥结构与子模块电容器并联组成； 或所述子模块由H桥结构与子模块电容器并联组成；所述子模块电容器为Csfc ；[0028]所述半桥结构或H桥结构均包括开关Κη、晶闸管Τη、电阻Rn、IGBT器件(Tnl、Tn2)以及二极管Dnl和Dn2 ；[0029]所述IGBT器件Tnl反并联二极管Dnl组成IGBT模块1 ；所述IGBT器件Tn2反并联二极管Dn2组成IGBT模块2 ；所述IGBT模块1和IGBT模块2串联，组成IGBT模块1和IGBT 模块2串联支路；[0030]所述IGBT模块2、晶闸管Tn和开关Kn依次并联，电阻Ι η与IGBT模块1和IGBT模块2串联支路并联。[0031]本实施例的试验装置对应的试验方法包括如下步骤[0032](1)设定子模块电容电压Usm，直流电压Udc，有功功率P，无功功率Q ；[0033](2)闭合隔离开关K，启动充电模式，令Us对所有子模块电容器充电。当电容器电压达到设定值后，退出充电模式；[0034](3)启动运行模式，发出子模块IGBT触发脉冲，电路进入稳态运行状态。两个相单元分别作整流和逆变运行，子模块电容器和桥臂电抗器进行能量交换使得阀组件中产生试验所需的电流应力，并在阀组件两端建立试验所需电压应力。[0035](4)断开隔离开关K，退出Us，闭锁IGBT触发脉冲，试验结束。[0036]稳态运行试验电路旨在阀组件上产生两种应力一是可调节的带直流偏置的多电平正弦阶梯波电压应力，二是可调节的带直流偏置的正弦波电流应力。电路稳态运行时，电路稳态运行时，4个阀组件中的IGBT工作在开关频率较低的正弦阶梯波调制方式下，两端将得到如图2所示的正弦阶梯波，直流偏置为|。调节整流侧和逆变侧所交换的有功功率P和Q，即可分别改变阀组件中电流i的直流分量Id。和交流分量Ia。的大小，其波形示意图如图3所示。[0037]最后应该说明的是结合上述实施例仅说明本实用新型的技术方案而非对其限制。所属领域的普通技术人员应当理解到本领域技术人员可以对本实用新型的具体实施方式
进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均在申请待批的权利要求保护范围之中。
权利要求1.柔性直流输电MMC阀稳态运行试验的背靠背试验装置，其特征在于，所述背靠背试验电路包括阀组件1、阀组件2、阀组件3、阀组件4、电抗Ln、电抗L12、电抗L21、电抗L22、负载电抗L1、负载电抗L2、支撑电容Cio、支撑电容CD。2和交流电源Us ；所述阀组件1、所述阀组件2分别通过相应的所述电抗Ln、所述电抗L12连接到交流输出端A，构成整流侧；所述阀组件3、所述阀组件4分别通过相应的所述电抗L21、所述电抗L22 连接到交流输出端B，构成逆变侧；所述交流输出端A和所述交流输出端B与所述交流电源 Us连接；所述整流侧和所述逆变侧分别并联于所述支撑电容cDa和CD。2的串联支路两侧。
2.如权利要求1所述的背靠背试验装置，其特征在于，所述支撑电容Cio和所述支撑电容CD。2串联；所述支撑电容CDa和所述支撑电容CD。2串联结点接地。
3.如权利要求1所述的背靠背试验装置，其特征在于，所述阀组件1、所述阀组件2、所述阀组件3、所述阀组件4均包括η个串联的子模块；所述子模块由半桥结构与子模块电容器并联组成；或所述子模块由H桥结构与子模块电容器并联组成；所述子模块电容器为CsMn ；所述半桥结构或H桥结构均包括开关Kn、晶闸管Tn、IGBT器件Tnl、IGBT器件Tn2以及二极管Dnl和Dn2 ；所述IGBT器件Tnl反并联二极管Dnl组成IGBT模块1 ；所述IGBT器件Tn2反并联二极管Dn2组成IGBT模块2 ；所述IGBT模块1和IGBT模块2串联，组成IGBT模块1和IGBT模块2串联支路；所述IGBT模块2、晶闸管Tn和开关Kn依次并联。
4.如权利要求1所述的背靠背试验装置，其特征在于，所述交流输出端I和所述交流电源Us之间串有所述负载电抗Lp
5.如权利要求1所述的背靠背试验装置，其特征在于，所述交流输出端II和所述交流电源Us之间串有所述负载电抗L2。
6.如权利要求3所述的背靠背试验装置，其特征在于，所述子模块包括电阻所述电阻I^n与IGBT模块1和IGBT模块2串联支路并联。
专利摘要本实用新型为柔性直流输电MMC阀稳态运行试验的背靠背试验装置，该装置包括整流侧、逆变侧和支撑电容；整流侧和所述逆变侧分别并联于支撑电容两侧形成背靠背电路，整流侧的输入端和逆变侧的输出端均接入同一个电源。本实用新型整流侧和逆变侧共用一个电源，通过一定的控制方式，使电源发出的有功回到电源本身，最大程度降低了对电源容量的要求，且本实用新型的阀组件取自实际工程，试验电路运行原理和控制策略与实际工程中的MMC有很高的相似性，这为MMC在投入实际应用之前提供了必要的、有效的阀运行可靠性考察手段和控制策略验证环境。
文档编号G01R31/327GK202275142SQ20112031077
公开日2012年6月13日 申请日期2011年8月25日 优先权日2011年8月25日
发明者吴亚楠, 查鲲鹏, 罗湘 申请人:中国电力科学研究院