一种交直流宽频宽压装置及其系统接入方法与流程

1.本发明属于电力系统技术领域，涉及一种交直流宽频宽压装置及其系统接入方法。


背景技术：

2.新型电力系统发展下，高比例新能源和高比例电力电子“双高”特性愈发显著，电力电子设备对电力系统的影响正在逐步加深，电力电子设备已涉及到工频交流、直流和低频交流等范畴，未来，中频交流等电力电子设备的应用也将是一种趋势。
3.目前，针对交流和直流设备进行试验测试，往往采用多套装置进行检测，设备投资大、利用率不高。有必要面向低频、工频和中频交流以及直流开发一套复用的试验测试装置。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本发明提出一种交直流宽频宽压装置，实现对低频、工频和中频交流以及直流设备的复用测试，以有效减少设备投资，提升装置利用率；此外，针对交直流宽频宽压装置在交直流系统中的在线接入和离网接入需求，提出相应的系统接入方法，以实现装置无冲击平稳接入和启动。
5.为此，本发明采用的技术方案为：一种交直流宽频宽压装置，其包含输入开关s1、启动电阻r、旁路开关s2、多绕组变压器、换流阀、输出变压器、输出开关s3和直流开关s4；
6.所述输入开关s1的一端与输入系统相连，另一端与启动电阻r和旁路开关s2的一端相连，启动电阻r的另一端和旁路开关s2的另一端相连后再与多绕组变压器的一端相连，多绕组变压器的另一端和换流阀的一端相连，换流阀的另一端与输出变压器的一端和直流开关s4的一端相连，输出变压器的另一端与输出开关s3的一端相连，直流开关s4的另一端作为直流输出端与外部直流系统相连，输出开关s3的另一端与外部交流系统相连。
7.所述的与交直流宽频宽压装置相连的输入系统的交流频率一般为50hz或60hz，而交直流宽频宽压装置输出的交流频率范围较宽，如15hz～200hz。
8.进一步地，所述的换流阀采用三相独立方式，每相均由多个双h桥模块级联构成。
9.更进一步地，除与多绕组变压器之间存在的电磁耦合外，换流阀的每相还含有上下两个输出端口，其中上输出端口与输出变压器的对应相相连，下输出端口与其他相的下输出端口直接相连。
10.进一步地，所述的双h桥模块内含有滤波单元、有源前端h桥、电容和逆变h桥，滤波单元由电感构成，有源前端h桥和逆变h桥均由4个igbt及其反并联二极管构成，多绕组变压器的一个副边绕组与一个双h桥模块内的滤波单元相连，然后依次连接有源前端h桥、电容和逆变h桥。
11.上述交直流宽频宽压装置的交流有源系统接入方法，其步骤如下：
12.(1)闭合输入开关s1，换流阀所有双h桥模块内的电容被充电；
13.(2)当充电电流较小，近乎为零时，闭合旁路开关s2，将启动电阻r旁路；
14.(3)以定直流电压控制模式解锁所有双h桥模块内的有源前端h桥，解锁后所有模块电容被控制在某一设定的直流电压udc；
15.(4)以定交流电压定频率控制模式解锁所有双h桥模块内的逆变h桥，根据逆变调制策略的不同，各模块可级联输出任何可控范围内的不同频率的交流电压电流波形；
16.(5)通过合同期的方式，闭合输出开关s3；
17.(6)输出开关s3闭合后，立即将控制模式由以定交流电压定频率控制切换至定有功功率定无功功率控制，并调整相应的有功功率和无功功率指令值。
18.上述交直流宽频宽压装置的交流无源系统接入方法，其步骤如下：
19.(1)闭合输入开关s1，换流阀所有双h桥模块内的电容被充电；
20.(2)当充电电流较小，近乎为零时，闭合旁路开关s2，将启动电阻r旁路；
21.(3)以定直流电压控制模式解锁所有双h桥模块内的有源前端h桥，解锁后所有模块电容被控制在某一设定的直流电压udc；
22.(4)以定交流电压定频率控制模式解锁所有双h桥模块内的逆变h桥，根据逆变调制策略的不同，各模块可级联输出任何可控范围内的不同频率的交流电压电流波形；
23.(5)闭合输出开关s3。
24.上述交直流宽频宽压装置的直流有源系统接入方法，其步骤如下：
25.(1)闭合输入开关s1，换流阀所有双h桥模块内的电容被充电；
26.(2)当充电电流较小，近乎为零时，闭合旁路开关s2，将启动电阻r旁路；
27.(3)以定直流电压控制模式解锁所有双h桥模块内的有源前端h桥，解锁后所有模块电容被控制在某一设定的直流电压udc；
28.(4)闭合直流开关s4；
29.(5)以定有功功率控制模式解锁所有双h桥模块内的逆变h桥，并调整相应功率指令值。
30.上述交直流宽频宽压装置的直流无源系统接入方法，其步骤如下：
31.(1)闭合输入开关s1，换流阀所有双h桥模块内的电容被充电；
32.(2)当充电电流较小，近乎为零时，闭合旁路开关s2，将启动电阻r旁路；
33.(3)以定直流电压控制模式解锁所有双h桥模块内的有源前端h桥，解锁后所有模块电容被控制在某一设定的直流电压udc；
34.(4)以定直流电压控制模式解锁所有双h桥模块内的逆变h桥；
35.(5)闭合直流开关s4。
36.进一步地，所述的以定直流电压控制模式解锁所有双h桥模块内的有源前端h桥中，通过将模块直流电压指令值和模块直流电压测量值作差后，经pi控制器后，再与三角调制波比较后，形成有源前端h桥内四个igbt的触发信号，实现对直流电压的控制。
37.进一步地，所述的以定交流电压定频率控制模式解锁所有双h桥模块内的逆变h桥中，通过交流电压指令值和测量值作差后，经pi控制器后，再经空间矢量脉宽调制svpwm后，形成逆变h桥内四个igbt的触发脉冲，实现对不同频率交流电压的控制。
38.与现有技术相比，本发明具有的有益技术效果如下：
39.(1)本发明提出的交直流宽频宽压装置，能够实现对低频、工频和中频交流以及直
流设备的复用测试，有效减少设备投资，提升装置利用率。
40.(2)本发明提出的交直流宽频宽压装置系统接入方法，能够满足装置在交直流系统中的在线接入和离网接入需求，实现装置无冲击平稳接入和启动。
附图说明
41.图1为本发明交直流宽频宽压装置的结构示意图；
42.图2为本发明交直流宽频宽压装置双h桥模块结构示意图；
43.图3为本发明交直流宽频宽压装置的系统接入方法的流程图。
具体实施方式
44.为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案及其相关原理进行详细说明。
45.图1所示为交直流宽频宽压装置结构示意图，从图中可以看出，交直流宽频宽压装置包含输入开关s1、启动电阻r、旁路开关s2、多绕组变压器、换流阀、输出变压器、输出开关s3、直流开关s4和相关辅助设备。输入开关s1的一端与输入系统相连，另一端与启动电阻r和旁路开关s2的一端相连，启动电阻r的另一端和旁路开关s2的另一端相连后再与多绕组变压器的一端相连，多绕组变压器的另一端和换流阀的一端相连，换流阀的另一端与输出变压器的一端和直流开关s4的一端相连，输出变压器的另一端与输出开关s3的一端相连，直流开关s4的另一端作为直流输出端与外部直流系统相连，输出开关s3的另一端与外部交流系统相连。
46.与交直流宽频宽压装置相连的输入系统的交流频率一般为50hz或60hz，而交直流宽频宽压装置输出的交流频率范围较宽，如15hz～200hz。
47.换流阀采用三相独立方式，每相均由多个双h桥模块级联构成。除与多绕组变压器之间存在的电磁耦合外，每相还含有上下两个输出端口，其中上输出端口与输出变压器的对应相相连，下输出端口与其他相的下输出端口直接相连。
48.图2所示为交直流宽频宽压装置双h桥模块结构示意图，从图中可以看出，双h桥模块内含有滤波单元、有源前端h桥、电容和逆变h桥。滤波单元由电感构成，有源前端h桥由4个igbt及其反并联二极管构成，逆变h桥由4个igbt及其反并联二极管构成。多绕组变压器的一个副边与一个双h桥模块内的滤波单元相连，然后依次连接有源前端h桥、电容和逆变h桥。
49.图3所示为交直流宽频宽压装置的系统接入方法流程图，从图中可以看出，共分为四种情况，当接入交流有源系统时：
50.(1)闭合输入开关s1，所有双h桥模块内的电容被充电；
51.(2)当充电电流较小，近乎为零时，闭合旁路开关s2，将启动电阻r旁路；
52.(3)以定直流电压控制模式解锁所有双h桥模块内的有源前端h桥，解锁后所有模块电容被控制在某一设定的直流电压udc；
53.(4)以定交流电压定频率控制模式解锁所有双h桥模块内的逆变h桥，根据逆变调制策略的不同，各模块可级联输出任何可控范围内的不同频率的交流电压电流波形；
54.(5)通过合同期的方式，闭合输出开关s3；
55.(6)输出开关s3闭合后，立即将控制模式由以定交流电压定频率控制切换至定有功功率定无功功率控制，并调整相应的有功功率和无功功率指令值。
56.当接入交流无源系统时：
57.(1)闭合输入开关s1，所有双h桥模块内的电容被充电；
58.(2)当充电电流较小，近乎为零时，闭合旁路开关s2，将启动电阻r旁路；
59.(3)以定直流电压控制模式解锁所有双h桥模块内的有源前端h桥，解锁后所有模块电容被控制在某一设定的直流电压udc；
60.(4)以定交流电压定频率控制模式解锁所有双h桥模块内的逆变h桥，根据逆变调制策略的不同，各模块可级联输出任何可控范围内的不同频率的交流电压电流波形；
61.(5)闭合输出开关s3。
62.当接入直流有源系统时：
63.(1)闭合输入开关s1，所有双h桥模块内的电容被充电；
64.(2)当充电电流较小，近乎为零时，闭合旁路开关s2，将启动电阻r旁路；
65.(3)以定直流电压控制模式解锁所有双h桥模块内的有源前端h桥，解锁后所有模块电容被控制在某一设定的直流电压udc；
66.(4)闭合直流开关s4；
67.(5)以定有功功率控制模式解锁所有双h桥模块内的逆变h桥，并调整相应功率指令值。
68.当接入直流无源系统时：
69.(1)闭合输入开关s1，所有双h桥模块内的电容被充电；
70.(2)当充电电流较小，近乎为零时，闭合旁路开关s2，将启动电阻r旁路；
71.(3)以定直流电压控制模式解锁所有双h桥模块内的有源前端h桥，解锁后所有模块电容被控制在某一设定的直流电压udc；
72.(4)以定直流电压控制模式解锁所有双h桥模块内的逆变h桥；
73.(5)闭合直流开关s4。
74.此外，以定直流电压控制模式解锁所有双h桥模块内的有源前端h桥中，通过将模块直流电压指令值和模块直流电压测量值作差后，经pi控制器后，再与三角调制波比较后，形成有源前端h桥内四个igbt的触发信号，实现对直流电压的控制。
75.以定交流电压定频率控制模式解锁所有双h桥模块内的逆变h桥中，通过交流电压指令值和测量值作差后，经pi控制器后，再经空间矢量脉宽调制svpwm后，形成逆变h桥内四个igbt的触发脉冲，实现对不同频率交流电压的控制。
76.本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。