专利名称：多电平换流器半桥式子模块连续电流运行试验方法
技术领域：
本发明涉及基于电压源换流器的柔性直流输电(VSC-HVDC)领域，特别是多电平换流器的半桥式子模块连续电流运行试验装置。
背景技术：
随着全控型电力电子器件的发展和电力电子技术在电力系统中的应用，基于电压源换流器的柔性直流输电(VSC-HVDC)技术日益受到重视。模块化多电平换流器(ModularMultilevel Converter)是VSC-HVDC系统中应用的电压源换流器的一种，它由多个半桥或全桥式子模块按照一定的方式连接而成，通过分别控制各个子模块IGBT组件的投入和切除状态使换流器输出的交流电压逼近正弦波，实现能量的高效传输。 半桥式子模块如图I所示，由两个IGBT组件T1、T2和二极管Dsml、Dsm2以及子模块电容器Csm组成。IGBT组件Tl和二极管Dsml反并联形成IGBT/Diode模块1，IGBT组件T2和二极管Dsm2反并联形成IGBT/Diode模块2 ； IGBT/Diode模块I和IGBT/Diode模块2顺序串联后与子模块电容Csm并联连接，子模块上端为正端、下端为负端。VSC-HVDC在进行大容量传输时，电压源换流器必须长期高电压、大电流运行，其可靠性是电力系统安全运行的关键。所以，每个子模块在投入运行前都必须进行试验运行，然而如果通过搭建一个与实际工况相同的负荷环境来试验，则需要整个换流器和相关系统的配合，几乎与实际系统无异，所以，这种试验方式是不可行的。因此，必须构建一个等效试验平台，对换流器子模块进行与实际工况强度相当的试验验证。
发明内容
本发明的目的是提供一种换流器半桥式子模块连续电流运行试验方法，用以解决如何用试验验证换流器子模块在运行工况下的承受情况的问题。为实现上述目的，本发明的方案是一种换流器半桥式子模块连续电流运行试验方法，设置换流器半桥式子模块连续电流运行试验装置，包括依次连接的一个可调交流电源，一个桥式不控整流电路和直流母线，直流正负母线之间设有串联的直流侧滤波电容器(Cl、C2)，直流正母线用于连接试品子模块正端，直流负母线用于连接试品子模块负端；所述直流滤波电容器(Cl、C2)的串联点连接一个电感(L)，该串联点用于通过该电感(L)连接试品子模块的两开关器件连接点(m)，试验方法步骤如下1)在试品子模块的两端加直流电压，为试品子模块的电容(Csm)和连接在试品子模块两端的电容器支路充电，电容器支路电支路由所述两直流滤波电容器(Cl、C2)串联构成；2)充电完毕后，控制试品子模块上、下开关器件的投切，在电感(L)上形成连续、可控的电流。通过依次连接的一个可调交流电源和一个桥式不控整流电路为所述充电支路充电。采用SPWM控制方式控制试品子模块上、下开关器件的投切。还设置有一条放电支路，放电支路与充电支路并联；在所述步骤2)持续一定时间后，启动放电支路进行放电。所述放电支路由放电控制开关(KM)与放电电阻(R)串联而成。本发明中，通过搭建一个与实际工况等效的试验平台，实现了对模块化多电平换流器子模块大电流、高电压和稳态热强度条件下的连续电流运行性能的验证。就此而言，本发明提供的柔性直流输电模块化多电平换流器半桥式子模块连续电流运行试验装置可满足子模块连续电流运行试验的要求。此外，本发明提供的子模块连续电流试验装置，仅通过对试品子模块两个IGBT器件的控制，可方便的实现电感上大电流的连续输出，操作灵活，对模块化多电平换流器半桥式子模块实际工况电流实现了良好的复现。本发明提供的方案使试品子模块IGBT组件长时间耐受与实际工况相当的连续电流，并能充分考核IGBT组件的发热情况，试验装置简单灵活、操作方便，可满足柔性直流输电多电平换流器半桥式子模块运行试验的要求。
图I是半桥式子模块电路原理 图2是试验系统电路原理 图3是连续电流运行试验电流波形；
图4是连续电流运行试验电压波形。
具体实施例方式下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。如图2所示的试验系统，由试验装置和试品子模块构成。试验装置包括三相调压器TY、三相升压整流变压器TR，三相整流桥、放电控制开关KM、放电电阻R、直流侧滤波电容器C1、C2以及电感L ;直流侧滤波电容器C1、C2串联在直流母线之间；试品子模块的两开关器件连接点m通过电感L与电容器Cl、C2串联点DCO相连；试品子模块电容器Csm正极与直流正母线相连，负极与直流负母线相连。放电支路连接在直流正负母线之间，由放电控制开关KM与放电电阻R串联而成。试验开始时，调节调压器TY，通过变压器、整流桥建立直流母线电压，同时对电容器Cl、C2和试品子模块电容器Csm进行充电，待直流母线电压达到试验要求后停止调节调压器；待电容器Cl、C2和子模块电容器Csm充电完成后，输出大功率绝缘栅双极型晶闸管IGBT器件的触发脉冲，子模块工作在连续电流运行状态；试品子模块工作在空间矢量脉宽调制SPWM (Sinusoidal Pulse Width Modulation)方式下,通过对试品子模块上下IGBT模块的投切控制，可以改变两个IGBT模块连接中点的电压，相对于两电容器连接中点的直流电平，在电感L上形成了一个可控的电压，从而产生一个可控的电流，该电流流经试品子模块，使试品子模块耐受同实际工况同样恶劣的电流强度和热强度，实现对子模块连续电流运行试验的目的。试验结束后，闭锁IGBT器件的触发脉冲，闭合开关KM，将电容器C1、C2和子模块电容Csm中的能量释放完毕。如图2所示给出了模块化多电平换流器半桥式子模块连续电流运行试验电流波形。电流波形有效值为1200A，周期为50Hz，呈正弦波形式。如图3所示给出了模块化多电平换流器半桥式子模块连续电流运行试验电压波形。包括子模块电容Csm电压和电容器C1、C2电压。子模块连续电流运行试验子模块电容电压波形是带波动的直流电压，平均值为1030V，电压波动的频率为100Hz，波动峰峰值为40V ;电容器C1、C2的电压也为带波动的直流电压，平均值为515V，电压波动频率为50Hz，波动峰峰值为210V。 以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的技术人员阅读本申请后，参照上述实施例对本发明进行种种修改或变更的行为，均在申请待批本发明的权利申请要求保护范围之内。
权利要求
1.一种多电平换流器半桥式子模块连续电流运行试验方法，其特征在于，设置换流器半桥式子模块连续电流运行试验装置，包括依次连接的一个可调交流电源，一个桥式不控整流电路和直流母线，直流正负母线之间设有串联的直流侧滤波电容器(Cl、C2)，直流正母线用于连接试品子模块正端，直流负母线用于连接试品子模块负端；所述直流滤波电容器(C1、C2)的串联点连接一个电感(L)，该串联点用于通过该电感(L)连接试品子模块的两开关器件连接点U)，试验方法步骤如下1)在试品子模块的两端加直流电压，为试品子模块的电容(Csm)和连接在试品子模块两端的电容器支路充电，电容器支路电支路由所述两直流滤波电容器(C1、C2)串联构成；2)充电完毕后，控制试品子模块上、下开关器件的投切，在电感(L)上形成连续、可控的电流。
2.根据权利要求I所述的多电平换流器半桥式子模块连续电流运行试验方法，其特征在于，通过依次连接的一个可调交流电源和一个桥式不控整流电路为所述充电支路充电。
3.根据权利要求I所述的多电平换流器半桥式子模块连续电流运行试验方法，其特征在于，采用SPWM控制方式控制试品子模块上、下开关器件的投切。
4.根据权利要求3所述的换流器半桥式子模块连续电流运行试验方法，其特征在于，还设置有一条放电支路，放电支路与充电支路并联；在所述步骤2)持续一定时间后，启动放电支路进行放电。
5.根据权利要求4所述的多电平换流器半桥式子模块连续电流运行试验方法，其特征在于，所述放电支路由放电控制开关(KM)与放电电阻(R)串联而成。
全文摘要
本发明涉及一种多电平换流器半桥式子模块连续电流运行试验方法，步骤如下1)在试品子模块的两端加直流电压，为试品子模块的电容(Csm)和连接在试品子模块两端的电容器支路充电，电容器支路电支路由所述两直流滤波电容器(C1、C2)串联构成；2)充电完毕后，控制试品子模块上、下开关器件的投切，在电感(L)上形成连续、可控的电流。本发明用以解决如何用试验验证换流器子模块在运行工况下的承受情况的问题。
文档编号G01R31/00GK102944768SQ201210360290
公开日2013年2月27日 申请日期2012年9月25日 优先权日2012年9月25日
发明者姚为正, 张建, 吴金龙, 杨美娟, 刘刚, 刘普, 韩坤, 梁燕, 甄帅 申请人:许继集团有限公司, 国家电网公司