一种链式STATCOM换流链端间耐压试验电路和方法与流程

文档序号：12359344阅读：421来源：国知局

本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种链式STATCOM换流链端间耐压试验电路和方法。

背景技术：

静止同步补偿器(Static Synchronous Compensator，STATCOM)，是一种新型静止无功动态补偿装置，由并联接入系统的电压源换流器构成，其输出的容性或感性无功电流连续、可调且独立于与系统连接点的电压。它是以电压源换流器((Voltage Source Converter，VSC)为核心，直流侧采用直流电容器为储能元件，利用可关断器件将直流侧电压转换成与电网同频率的交流电压，并通过连接电抗器并联在电网上，适当地调节交流侧输出电压的幅值和相位，或者直接控制其交流侧电流，就可以使装置吸收或者发出满足要求的无功电流，实现动态无功补偿的目的。STATCOM可以等效地被视为幅值和相位均可以控制的一个与电网同频率的交流电压源。该装置具有动态连续无功补偿、调节速度快、调节范围广、欠压下无功调节能力强、谐波含量小、功耗低的特点。

为了形成实用的大容量和符合要求的低谐波，STATCOM多采用链式多电平拓扑结构，每相换流链都是一个独立的链，由N个结构完全相同的基本单元串联而成，如附图1所示，每一个基本单元是由全控的大功率器件及其相关电路、触发系统、散热器和绝缘结构通过一定的连接方式组成的，结构及控制非常复杂，又由于在电力系统中的实际运行工况也很复杂，因此，大功率换流链是一个非常复杂的电气部件，为了能够在系统中长期安全可靠的运行，根据行业相关试验标准要求，需对换流链进行高压试验测试，以检验换流链的绝缘强度、电气特性和其它运行特性。

STATCOM是灵活交流输电技术的一个重要方面，而链式结构又是一种新型的拓扑结构，由N个结构完全相同的链节单元串联而成；其链节单元的直流侧由直流电容器组成，链节单元的供电由接在电容器两端的取能电路完成，如附图2所示。对级联链节单元，保证各个链节单元的直流母线电压均衡，才能保证各功率半导体器件承受相同的应力，从而保证各个元件都在安全工作范围内。

由于链节单元的组成元件在硬件上不可能做到完全一致，参数存在差异，所以各个链节参数必然存在着一些差异。对于直流母线取能的STATCOM而言，在启动过程中，取能电源的启动时间、启动功率、所带负载大小存在一定的差异，由于直流电容的电气特性和参数不一致性等因素会造成各链节直流电容电压不平衡，这在低压不控整流期间尤为明显，当差异较大时，会引起STATCOM不能正常启动，甚至导致直流侧电容过电压，威胁装置安全。

技术实现要素：

为了解决链式STATCOM试验存在的上述问题，本发明提供一种链式STATCOM换流链端间耐压试验电路和方法，该试验电路简单，试验方法可靠，获得了良好的效果，解决了大容量换流链端间试验难题，为STATCOM提供了试验依据。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

本发明提供一种链式STATCOM换流链端间耐压试验电路，所述换流链由多个链节单元串联组成；所述链节单元包括直流母线支撑电容器、取能电源、全控器件、触发电路、旁路器件、散热器和链节单元控制器；所述试验电路包括输入控制模块、升压模块、测量保护模块、被测模块和充电模块；所述输入控制模块与升压模块串联后，与测量模块、被测模块和充电模块分别并联。

所述输入控制模块包括第一电源和第一开关柜；

第一电源为10KV及10KV以上电压等级的交流电源，其容量大小需满足换流链在进行端间耐压试验时各链节单元静态正常工作所需的功率；

第一开关柜的电压等级与第一电源的电压等级相同，其容量与升压模块相匹配，测量保护模块对第一开关柜进行控制，以实现对换流链的保护。

所述升压模块包括调压器、升压变压器和限流电阻；

所述调压器的电压等级满足第一电源的电压等级，其容量与升压变压器功率相匹配；

所述升压变压器将原边绕组上的电压通过副边绕组升高，其副边绕组由多绕组组成，多绕组采用串联或并联方式连接用于改变所述升压变压器的输出电压和输出电流，以满足对换流链进行端间耐压试验的需求；

所述限流电阻对升压变压器的输出电流进行限制，避免升压变压器因过载而损坏。

所述测量保护模块包括用于采集调压器输出电流的第一电流传感器、用于采集升压变压器输出电流的第二电流传感器、电压采样电路、信号采集调理电路和控制操作台。

所述第一电流传感器用于防止调压器出现故障时对第一电源进行保护；

所述第二电流传感器用于防止换流链出现过电流故障时，实现对升压变压器、调压器和第一电源的保护；

所述电压采样电路用于对变压器输出电压通过电容器分压后电压的采样，实现对换流链端间电压的监视和过电压的保护；

所述信号采集调理电路对升压变压器的输出电压和输出电流进行处理后，上传给所述控制操作台完成数据的显示和数据的采集。

所述被测模块包括换流链、第一断路器和第二断路器；

所述第一断路器和第二断路器完成升压模块和充电模块之间的切换，两者需满足换流链端间最高试验电压时规范要求的电压等级。

所述充电模块包括软启电阻、第二开关柜和第二电源；

第二电源通过软启电阻对换流链各链节单元中的直流母线支撑电容器进行充电，满足每个取能电源启动时所需的能量；

第二开关柜的电压等级与第二电源的电压等级相同，可对第二电源进行控制和保护。

本发明还提供一种链式STATCOM换流链端间耐压试验方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：搭建换流链端间耐压试验电路；

步骤2：上位机向换流链各链节单元下发闭锁命令；

步骤3：确认第一断路器和第二断路器处于分闸状态；

步骤4：将第一开关柜合闸，通过控制操作台缓慢升高调压器的输出电压，当升压变压器的输出电压为第二电源电压的90％时，停止升压并使升压变压器的输出电压保持不变；

步骤5：将第二断路器合闸；

步骤6：将第二开关柜合闸，通过软启电阻给换流链各个链节单元的直流母线支撑电容器充电，检查取能电源是否正常启动，并检查各个链节单元上报状态是否正常；

步骤7：确保各链节单元与上位机通信正常且无故障信息，将第二开关柜分闸；

步骤8：第二断路器分闸，并将第一断路器合闸；

步骤9：通过控制操作台调节调压器，使换流链端间电压逐渐升高，在升压过程中，若控制操作台显示的换流链中各链节单元的直流母线电压满足要求，则使换流链端间电压继续升高；

步骤10：换流链端间电压达到换流链端间最高试验电压后，维持1分钟，若无异常则结束换流链端间耐压试验。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明提供的试验电路简单，方便可靠，提供换流链的高压试验测试手段，验证了换流链的绝缘特性及运行特性，为STATCOM的可靠运行打下了坚实基础；

本发明提供的试验方法获得了良好的效果，且本发明的成功实施，解决了大功率换流链端间耐压试验难题，为大容量STATCOM的产品化提供了测试依据。

附图说明

图1是STATCOM中换流链链节连接示意图；

图2是STATCOM中链节单元结构示意图；

图3是本发明实施例中链式STATCOM换流链端间耐压试验电路结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

STATCOM换流链结构、组成及控制复杂，在电力系统中的运行工况复杂多样，要能够长期安全可靠运行，按照相关标准规定，必须对换流链进行高压试验测试，以检验换流链的绝缘性能及其它运行特性。

常规链式STATCOM换流链端间试验电路中，通常试验电源可输出的电压较高且调节范围宽，但电源容量较小，被试换流链两端通过调压器和升压变压器施加试验时，电压由低向高逐步升高，当链节两端电压升高至取能电源启动电压时，电源启动对控制电路进行供电。电源启动功率较大，受试验电源容量的限制和试验回路阻抗、保护电路的影响，在启动过程中会将直流母线电压瞬间拉低，及易造成电源的反复启动，加之取能电源的启动时间和其负载的差异，会造成各链节直流电容电压不平衡，在逐步升压过程中，这种不平衡差距会越来越大，致使有的链节取能电源甚至不能启动，有的链节在没有达到换流链试验耐压值时产生直流电容过电压，无法完成端间试验，究其原因主要是试验电源在低电压时输出功率和升压速度所致。

针对启动过程中直流电压不平衡问题，可在链节单元中设计均压电路，电路主要由功率电阻与开关器件组成，当直流电压偏高时启动均压电路来强迫平衡直流电容电压，但该方法势必会增加装置的损耗及成本。

如图3，本发明提供一种链式STATCOM换流链端间耐压试验电路，所述换流链由多个链节单元串联组成；所述链节单元包括直流母线支撑电容器、取能电源、全控器件、触发电路、旁路器件、散热器和链节单元控制器；所述试验电路包括输入控制模块、升压模块、测量保护模块、被测模块和充电模块；所述输入控制模块与升压模块串联后，与测量模块、被测模块和充电模块分别并联。