专利名称：一种柔性直流输电mmc阀的故障电流运行试验装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种柔性直流输电领域的运行试验装置，具体讲涉及一种柔性直流输电MMC阀的故障电流运行试验装置。
背景技术：
随着柔性直流输电(VSC-HVDC)技术在电力系统中的开始应用，其核心部件——大功率高压绝缘栅双极型晶体管(IGBT)阀的可靠性成为系统安全的关键。由于VSC-HVDC装置普遍具有电压高、电流大、容量大的特点，很难在试验环境中构建同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器(MMC)的VSC-HVDC，是实现利用IGBT阀进行直流输电的一种方式。其核心部件称作MMC阀，在正常运行状态中，子模块通过上下两个IGBT的配合， 可以输出两种电平0电平和电容器电压。在柔性直流等基于可关断器件阀大功率电力电子装置的实际运行中，会发生由于系统故障、直流侧接地故障等原因引起子模块中下管IGBT的二极管过电流，由于二极管的不可控性，无法自身关断过电流，同时由于系统保护动作时间较长，二极管必须承受故障期间的过电流，但由于故障时的过电流会远远超过器件本身的耐受值，因此必须通过子模块中与下管IGBT反并联的保护晶闸管动作并分担大部分的过电流，以达到保护器件本身及装置的目的。MMC高压子模块故障电流运行试验的目的就是考验其对于故障电流运行工况下的最大电流、电压和温度应力作用的设计是正确的。试验中须通过外围电路向试品注入实际工况下的大电流和反向高电压。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种MMC流阀故障电流试验装置，该试验装置将指数衰减电流、正弦电流叠加施加于被试换流阀MMC阀上，使被试换流阀耐受同实际故障工况相当的暂态电流、暂态的热与损耗强度，实现对被试阀故障运行工况的试验考核。本实用新型采用下述技术方案实现本实用新型的目的一种柔性直流输电MMC阀的故障电流运行试验装置，其改进之处在于，所述装置包括衰减电流注入回路、正弦电流注入回路、高电压注入回路和试品阀；试品阀的输出端分别与所述衰减电流注入回路中的控制阀VI、正弦电流注入回路中的双向控制阀V2和高电压注入回路中的双向控制阀V3连接；所述衰减电流注入回路的低压端、正弦电流注入回路的低压端和高电压注入回路的低压端分别与试品阀的低压端相连后接地。本实用新型提供的一种优选的技术方案是所述衰减电流注入回路包括电源E1、 充电开关Kcl、直流电容器Cl、负载电抗器Li、控制阀VI、集成门极换流阀晶体管IGCT、衰减电阻R和二极管D ；所述电源El与直流电容器Cl并联；所述充电开关Kcl连接在所述电源 El与直流电容器Cl之间；所述集成门极换流阀晶体管IGCT反并联二极管D组成可控关断器件G ；所述可控关断器件G与衰减电阻R串联，组成G-R支路；所述负载电抗器Ll和控制阀Vl串联；所述G-R支路与直流电容器Cl并联后与负载电抗器Ll和控制阀Vl串联。本实用新型提供的第二优选的技术方案是所述正弦电流注入回路包括电源E2、 充电开关Kc2、直流电容器C2、负载电抗器L2和双向控制阀V2 ；所述电源E2与直流电容器 C2并联；所述充电开关Kc2连接在所述电源E2与直流电容器C2之间；所述负载电抗器L2 和控制阀V2串联；所述直流电容器C2与所述负载电抗器L2和双向控制阀V2串联。本实用新型提供的第三优选的技术方案是所述高电压注入回路包括电源E3、充电开关Kc3、直流电容器C3、负载电抗器L3和双向控制阀V3 ；所述电源E3与直流电容器C3 并联；所述充电开关Kc3连接在所述电源E3与直流电容器C3之间；所述负载电抗器L3和控制阀V3串联；所述直流电容器C3与所述负载电抗器L3和双向控制阀V3串联。与现有技术相比，本实用新型达到的有益效果是1、本实用新型提供的试验装置通过试验电路中一系列辅助阀的触发配合，将指数衰减电流和正弦电流叠加施加于被试换流阀MMC阀，使被试换流阀耐受同实际故障工况相当的暂态电流、暂态的热与损耗强度，实现对被试阀故障运行工况的试验考核，而且本实用新型提供的试验装置对于不同试验方式的实现方便、简单；2、本实用新型提供的柔性直流输电MMC阀的故障电流运行试验装置完全满足MMC 阀故障电流试验的要求，可提供同实际运行工况相当的暂态热强度、暂态故障电流强度、暂态高电压强度、附属电路损耗强度、电流变化率(di/dt)强度、电压变化率(dv/dt)强度。
图1是柔性直流输电MMC阀故障电流试验装置原理图；图2是柔性直流输电MMC阀故障电流试验电流、电压波形。
具体实施方式
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。图1是柔性直流输电MMC阀故障电流试验装置原理图，该装置由衰减电流注入回路、正弦电流注入回路、高电压注入回路和试品阀组成。试品阀的输出端分别与衰减电流注入回路中的控制阀VI、正弦电流注入回路中的双向控制阀V2和高电压注入回路中的双向控制阀V3与连接；衰减电流注入回路的低压端、 正弦电流注入回路的低压端和高电压注入回路的低压端分别与试品阀的低压端相连后接地。衰减电流注入回路包括电源E1、充电开关Kcl、直流电容器Cl、负载电抗器Li、控制阀VI、集成门极换流阀晶体管IGCT、衰减电阻R和二极管D ；电源El经过充电开关Kcl与直流电容器Cl连接；集成门极换流阀晶体管IGCT反并联二极管D组成可控关断器件G ；可控关断器件G与衰减电阻R串联，组成G-R支路；G-R支路与直流电容器Cl并联后经过负载电抗器Ll和控制阀Vl连接与试品阀的输出端。正弦电流注入回路包括电源E2、充电开关Kc2、直流电容器C2、负载电抗器L2和双向控制阀V2 ；电源E2经过充电开关Kc2与直流电容器C2连接；直流电容器C2经过负载电抗器L2和双向控制阀V2连接与试品阀的输出端。[0021]高电压注入回路包括电源E3、充电开关Kc3、直流电容器C3、负载电抗器L3和双向控制阀V3 ；电源E3经过充电开关Kc3与直流电容器C3连接；直流电容器C3经过负载电抗器L3和双向控制阀V3连接与试品阀的输出端。试品阀包括串联连接的子模块SM1 SMn ；子模块SM1包括电容C、两个绝缘栅双极型晶体管IGBTl和IGBT2、两个二极管Dll和D12以及保护晶闸管V ；IGBTl反并联二极管 D11，组成可控关断器件Gl ； IGBT2反并联二极管D12，组成可控关断器件G2 ；电容C、可控关断器件Gl和可控关断器件G2依次串联组成闭环结构；可控关断器件G2和控制阀V反并联；子模块SM1 SMn结构相同。电源El、E2和E3分别为直流电容器Cl、C2和C3充电；触发控制阀VI，通过直流电容器Cl和负载电抗器Ll的谐振产生谐振电流，由负载电抗器Li、控制阀VI、试品阀、电阻R和二极管D形成衰减电流注入回路，产生衰减电流；同时触发控制阀V2，直流电容器 C2、负载电抗器L2、控制阀V2与试品阀形成正弦电流注入回路，产生正弦电流，通过控制阀 Vl和控制阀V2触发逻辑时序的配合，令衰减电流达到峰值的时间和第一个正弦电流脉冲达到峰值的时间相同，衰减电流继续与正弦电流叠加施加于试品阀上；在需要施加反向电压时，控制关断可控关断器件G，将衰减电流注入回路从电路中退出，待正弦电流过零后，闭锁控制阀V2的脉冲，正弦电流注入回路从电路中退出，再触发控制阀V3将高电压注入回路投入，将反向电压施加于试品阀上，直至试验结束。图2是柔性直流输电MMC阀故障电流试验电流、电压波形；其中，呈现波动状态的是电流波形，在0. 2s时电流达到最大，为15KA ；电压波形为下面的线，一直持续到0. 33s时电压保持OKV状态，在0. 33s时刻，施加一反向电压为IOKV左右。通过对衰减电流注入回路、正弦电流注入回路和高电压注入回路这三个可独立工作的强度电路的时序控制，使被试品阀耐受同实际工况同样恶劣的试验强度，实现故障电流试验的目的。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1.一种柔性直流输电MMC阀的故障电流运行试验装置，其特征在于，所述装置包括衰减电流注入回路、正弦电流注入回路、高电压注入回路和试品阀；试品阀的输出端分别与所述衰减电流注入回路中的控制阀Vl、正弦电流注入回路中的双向控制阀V2和高电压注入回路中的双向控制阀V3连接；所述衰减电流注入回路的低压端、正弦电流注入回路的低压端和高电压注入回路的低压端分别与试品阀的低压端相连后接地。
2.如权利要求1所述的一种柔性直流输电MMC阀的故障电流运行试验装置，其特征在于，所述衰减电流注入回路包括电源E1、充电开关Kcl、直流电容器Cl、负载电抗器Li、控制阀VI、集成门极换流阀晶体管IGCT、衰减电阻R和二极管D ；所述电源El与直流电容器Cl 并联；所述充电开关Kcl连接在所述电源El与直流电容器Cl之间；所述集成门极换流阀晶体管IGCT反并联二极管D组成可控关断器件G ；所述可控关断器件G与衰减电阻R串联， 组成G-R支路；所述负载电抗器Ll和控制阀Vl串联；所述G-R支路与直流电容器Cl并联后与负载电抗器Ll和控制阀Vl串联。
3.如权利要求1所述的一种柔性直流输电MMC阀的故障电流运行试验装置，其特征在于，所述正弦电流注入回路包括电源E2、充电开关Kc2、直流电容器C2、负载电抗器L2和双向控制阀V2 ；所述电源E2与直流电容器C2并联；所述充电开关Kc2连接在所述电源E2与直流电容器C2之间；所述负载电抗器L2和控制阀V2串联；所述直流电容器C2与所述负载电抗器L2和双向控制阀V2串联。
4.如权利要求1所述的一种柔性直流输电MMC阀的故障电流运行试验装置，其特征在于，所述高电压注入回路包括电源E3、充电开关Kc3、直流电容器C3、负载电抗器L3和双向控制阀V3 ；所述电源E3与直流电容器C3并联；所述充电开关Kc3连接在所述电源E3与直流电容器C3之间；所述负载电抗器L3和控制阀V3串联；所述直流电容器C3与所述负载电抗器L3和双向控制阀V3串联。
专利摘要本实用新型涉及一种柔性直流输电MMC阀的故障电流运行试验装置，该装置包括衰减电流注入回路、正弦电流注入回路、高电压注入回路和试品阀；试品阀的输出端分别与衰减电流注入回路中的控制阀V1、正弦电流注入回路中的双向控制阀V2和高电压注入回路中的双向控制阀V3与连接；衰减电流注入回路的低压端、正弦电流注入回路的低压端和高电压注入回路的低压端分别与试品阀的低压端相连后接地；该装置使被试换流阀耐受同实际故障工况相当的暂态电流、暂态的热与损耗强度，实现对被试阀故障运行工况的试验考核，而且该装置对于不同试验方式的实现方便、简单。
文档编号G01R31/327GK202066942SQ20112003616
公开日2011年12月7日 申请日期2011年2月11日 优先权日2011年2月11日
发明者周万迪, 国彬, 易荣, 罗湘, 高冲 申请人:中国电力科学研究院