专利名称：一种电压源型换流器子模块的运行试验装置及其试验方法
技术领域：
本发明涉及一种应用于电力系统电力电子装置的试验装置及其试验方法，具体涉及一种电压源型换流器子模块的运行试验装 置及其试验方法。
背景技术：
柔性输电技术因可以实现有功无功的独立控制等特点，成为解决我国能源战略调整、新能源接入、城市配电网增容、孤岛送电等问题的重要技术手段，受到广泛的关注。电压源型(VSC)换流器是柔性输电的核心设备，其关键技术的突破及其在电网中的安全稳定运行对柔性输电的发展起到重要的作用。目前，基于IGBT直接串联的第一代VSC换流器主电路结构简单，控制复杂性低，所需器件较少，从而装置紧凑，重量轻，但随着电压等级的升高，其在串联均压方面的技术困难日益明显。基于换流单元串联的模块化多电平VSC换流器技术相对简单、实现较为容易，但主电路结构和控制复杂、所用电力电子器件过多，随着电压等级的上升，装置的复杂度大幅上升，可靠性下降。基于IGBT器件串联与换流单元串联相结合的第三代VSC换流器较之于前两种结构的VSC换流器，具有均压难度低，控制复杂性小等优点，成为目前发展的主流方向，其拓扑结构见附图I。第三代VSC换流器关键技术的突破与完善的试验手段密不可分，其中子模块的运行试验是关系到提高第三代VSC换流器设计和制造水平，提高其可靠性的重要试验手段，子模块的拓扑结构见附图2所示。目前对VSC换流器的试验方法主要有大功率全载试验方法、背靠背对拖试验方法、多源复合试验方法等，这些主要是针对整个换流器进行试验，所需电压等级高、容量大，控制复杂。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种电压源型换流器子模块的运行试验装置及其试验方法，本发明电路简单，控制容易，易于实现，能够等效子模块在实际工况下的电压、电流、热等应力，为第三代VSC换流器的试验提供了一种崭新的技术手段，为其实用化应用提供了一条崭新的路径。本发明的目的是采用下述技术方案实现的—种电压源型换流器子模块的运行试验装置，其改进之处在于，所述子模块运行试验装置包括充电电源E、辅助开关K、辅助模块、试品模块及负载电抗器L ；所述辅助开关K两端分别与充电电源E和辅助模块连接；所述负载电抗器L两端分别与辅助模块和试品模块连接；所述充电电源E、辅助模块中的电容Csl和下桥臂V3以及试品模块中的电容Cs2和下桥臂V4均接地。其中，所述辅助模块和试品模块结构相同，均为子模块结构。其中，所述辅助模块包括上桥臂VI、下桥臂V3和电容Csl ;所述上桥臂Vl和下桥臂V3串联形成V1-V3支路；所述电容Csl与V1-V3支路并联。
其中，所述辅助模块包括上桥臂VI、下桥臂V3和电容Csl ;所述辅助模块上桥臂Vl和辅助模块下桥臂V3串联形成V1-V3支路；所述电容Csl与V1-V3支路并联。其中，所述辅助模块上桥臂Vl和辅助模块下桥臂V3均包括至少两个串联的IGBT模块；所述IGBT模块由IGBT芯片反并联二极管组成。其中，所述试品模块包括上桥臂V2、下桥臂V4和电容Cs2 ;所述试品模块上桥臂V2和试品模块下桥臂V4串联形成V2-V4支路；所述电容Cs2与V2-V4支路并联。其中，所述试品模块上桥臂V2和试品模块下桥臂V4均包括至少两个串联的IGBT模块；所述IGBT模块由IGBT芯片反并联二极管组成。其中，所述辅助模块上桥臂Vl和辅助模块下桥臂V3之间中点与试品模块上桥臂V2和试品模块下桥臂V4之间中点通过所述负载电抗器L连接。本发明基于另一目的提供的一种电压源型换流器子模块的运行试验方法，其改进之处在于，所述方法包括下述步骤A、闭合所述辅助开关K，为所述辅助模块中电容Csl和试品模块中电容Cs2充电达到工作电压(工作电压大小与IGBT串联个数和IGBT的额定电压有关)；B、开通上桥臂Vl和下桥臂V4，负载电抗器L中电流为正方向；C、关断辅助模块上桥臂VI，由于负载电抗器L的续流作用，所述试品模块下桥臂V4与辅助模块下桥臂V3中二极管形成回路，负载电抗器L中电流方向为正方向；D、关断试品模块下桥臂V4，开通试品模块上桥臂V2与辅助模块下桥臂V3，负载电抗器L中电流为负方向；E、关断试品模块上桥臂V2，由于负载电抗器L的续流作用，所述辅助模块下桥臂V3与试品模块下桥臂V4中二极管形成回路，负载电抗器L中电流为负方向。其中，所述方法调节充电电源E的大小来调节试验电流的大小。 与现有技术比，本发明达到的有益效果是I、本发明提供的电压源型换流器子模块的运行试验装置结构简单，电路容易实现，控制策略简单，易于实现和调节。2、本发明提供的电压源型换流器子模块的运行试验方法步骤简单，能够等效子模块在实际工况下的电压、电流、热等应力，为第三代VSC换流器的试验提供了一种崭新的技术手段，为其实用化应用提供了一条崭新的路径。
图I是目前第三代VSC换流器结构示意图；图2是目前第三代VSC换流器子模块结构示意图；图3是本发明提供的电压源型换流器子模块的运行试验装置的结构图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步的详细说明。本发明提供的电压源型换流器子模块的运行试验装置如图3所示，包括充电电源E，辅助开关K，辅助模块，试品模块及负载电抗器L。其中辅助模块和试品模块结构相同，均为子模块结构。
辅助开关K两端分别与充电电源E和辅助模块连接；所述负载电抗器L两端分别与辅助模块和试品模块连接；充电电源E、辅助模块中的电容Csl和下桥臂V3以及试品模块中的电容Cs2和下桥臂V4均接地。辅助模块包括上桥臂VI、下桥臂V3和电容Csl ;所述辅助模块上桥臂Vl和辅助模块下桥臂V3串联形成V1-V3支路；所述电容Csl与V1-V3支路并联。辅助模块上桥臂Vl和辅助模块下桥臂V3均包括至少两个串联的IGBT模块；所述IGBT模块由IGBT芯片反并
联二极管组成。
试品模块包括上桥臂V2、下桥臂V4和电容Cs2 ;所述试品模块上桥臂V2和试品模块下桥臂V4串联形成V2-V4支路；所述电容Cs2与V2-V4支路并联。试品模块上桥臂V2和试品模块下桥臂V4均包括至少两个串联的IGBT模块；所述IGBT模块由IGBT芯片反并
联二极管组成。辅助模块上桥臂Vl和辅助模块下桥臂V3之间中点与试品模块上桥臂V2和试品模块下桥臂V4之间中点通过所述负载电抗器L连接。本发明提供一种电压源型换流器子模块的运行试验方法，该方法包括下述步骤A、闭合所述辅助开关K，为所述辅助模块中电容Csl和试品模块中电容Cs2充电达到额定工作电压(工作电压大小与IGBT串联个数和IGBT的额定电压有关)；B、首先开通辅助阀上桥臂Vl和试品阀下桥臂V4，负载电抗器L中电流为正方向；C、关断辅助模块上桥臂VI，由于负载电抗器L的续流作用，所述试品模块下桥臂V4与辅助模块下桥臂V3中二极管形成回路，负载电抗器L中电流方向为正方向；D、关断试品模块下桥臂V4，开通试品模块上桥臂V2与辅助模块下桥臂V3，负载电抗器L中电流为负方向；E、关断试品模块上桥臂V2，由于负载电抗器L的续流作用，所述辅助模块下桥臂V3与试品模块下桥臂V4中二极管形成回路，负载电抗器L中电流为负方向。通过对辅助模块和试品模块中桥臂V1-V4的控制，在负载电抗器L上形成近似为正弦电流波形，达到试验的目的。该方法调节充电电源E的大小来调节试验电流的大小。本发明提供的电压源型换流器子模块的运行试验装置及其试验方法，能够等效子模块在实际工况下的电压、电流、热等应力，为第三代VSC换流器的试验提供了一种崭新的技术手段，为其实用化应用提供了一条崭新的路径。最后应当说明的是以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解依然可以对本发明的具体实施方式
进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1.一种电压源型换流器子模块的运行试验装置，其特征在于，所述子模块运行试验装置包括充电电源E、辅助开关K、辅助模块、试品模块及负载电抗器L ; 所述辅助开关K两端分别与充电电源E和辅助模块连接；所述负载电抗器L两端分别与辅助模块和试品模块连接；所述充电电源E、辅助模块中的电容Csl和下桥臂V3以及试品模块中的电容Cs2和下桥臂V4均接地。
2.如权利要求I所述的运行试验装置，其特征在于，所述辅助模块和试品模块结构相同，均为子模块结构。
3.如权利要求I所述的运行试验装置，其特征在于，所述辅助模块包括上桥臂VI、下桥臂V3和电容Csl ;所述上桥臂Vl和下桥臂V3串联形成V1-V3支路；所述电容Csl与V1-V3支路并联。
4.如权利要求3所述的运行试验装置，其特征在于，所述上桥臂Vl和下桥臂V3均包括至少两个串联的IGBT模块；所述IGBT模块由IGBT芯片反并联二极管组成。
5.如权利要求I所述的运行试验装置，其特征在于，所述试品模块包括上桥臂V2、下桥臂V4和电容Cs2 ;所述上桥臂V2和下桥臂V4串联形成V2-V4支路；所述电容Cs2与V2-V4支路并联。
6.如权利要求5所述的运行试验装置，其特征在于，所述上桥臂V2和下桥臂V4均包括至少两个串联的IGBT模块；所述IGBT模块由IGBT芯片反并联二极管组成。
7.如权利要求3和5中任一项所述的运行试验装置，其特征在于，所述上桥臂Vl和下桥臂V3之间中点与上桥臂V2和下桥臂V4之间中点通过所述负载电抗器L连接。
8.一种电压源型换流器子模块的运行试验方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤 A、闭合所述辅助开关K，为所述辅助模块中电容Csl和试品模块中电容Cs2充电达到工作电压； B、开通上桥臂Vl和下桥臂V4，负载电抗器L中电流为正方向； C、关断上桥臂VI，由于负载电抗器L的续流作用，所述上桥臂V4与下桥臂V3中二极管形成回路，负载电抗器L中电流方向为正方向； D、关断下桥臂V4，开通上桥臂V2与下桥臂V3，负载电抗器L中电流为负方向； E、关断上桥臂V2，由于负载电抗器L的续流作用，所述下桥臂V3与下桥臂V4中二极管形成回路，负载电抗器L中电流为负方向。
9.如权利要求7所述的运行试验方法，其特征在于，所述方法调节充电电源E的大小来调节试验电流的大小。
全文摘要
本发明涉及一种电压源型换流器子模块的运行试验装置及运行试验方法，该子模块运行试验装置包括充电电源E、辅助开关K、辅助模块、试品模块及负载电抗器L；辅助开关K两端分别与充电电源E和辅助模块连接；所述负载电抗器L两端分别与辅助模块和试品模块连接；所述充电电源E、辅助模块中的电容Cs1和下桥臂V3以及试品模块中的电容Cs2和下桥臂V4均接地。本发明提供的方案能够等效子模块在实际工况下的电压、电流、热等应力，为第三代VSC换流阀子模块的试验提供了一种崭新的技术手段，为其实用化应用提供了一条崭新的路径。
文档编号G01R31/00GK102901889SQ20121033954
公开日2013年1月30日 申请日期2012年9月13日 优先权日2012年9月13日
发明者温家良, 王秀环, 李跃, 周军川, 张堃 申请人:国网智能电网研究院, 国家电网公司