专利名称：一种换流器并网实验系统及其实验方法
技术领域：
本发明涉及换流器技术领域，具体涉及一种换流器并网实验系统及其实验方法。
背景技术：
近年来高压大容量的电力电子技术和产品迅速发展，如静止同步补偿器(STATicsynchronous COMpensator, STATC0M)、柔性直流输电(Voltage-Source-Converter HighVoltage Direct Current, VSC-HVDC)、统一电能质量调节器(United Power QualityConditioner, UPQC)、统一潮流控制器(United Power Flow Controller, UPFC),等等。这类换流器的额定电压通常为6kV、10kV、35kV甚至更高，额定容量通常为几兆伏安、几十兆伏安甚至几百兆伏安。在实验室或者厂内对它们进行并网实验时，通常要求接入点的电网电压较高、短路容量较大，从而与被实验换流器的参数相匹配。要达到足够高的电压和足够大的短路容量，就不得不投入大量的资金新建配电线路和高压变电站。然而，绝大多数的实验室或者企业没有足够的资金实力来改善电网。于是，只能基于现有的低压(如380V)配电网来进行实验，即利用升压变压器将低电压升至6kV、10kV、35kV或更高电压；然后，在高压侧母线进行换流器并网实验，这种方法主要有以下缺点(I)高压侧母线的短路容量极为有限，电网非常薄弱。换流器在高压侧并网时所引发的暂态过程，对低压侧来说相当剧烈，冲击电流很大，一方面会导致高压侧母线电压严重畸变，另一方面极易导致低压侧开关KKl跳闸，从而使得高压实验无法顺利进行；(2)换流器全部潮流都要流过升压变压器T和低压开关KKl，因此只有当升压变压器T和低压开关KKl的容量足够大时，才能实现换流器的高压满容量运行；这使得系统的容量很大，造价过高。因此，在实验室或厂内往往只能完成低压实验，而高压满容量实验却不可行。这种情况阻碍了高压大容量换流器的技术研究和产品研制。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种换流器并网实验系统及其实验方法，本发明具有在弱电网下实现安全、可靠的换流器并网以及高压满容量实验的特点。为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是一种换流器并网实验系统，包括依次电连接的低压开关、升压变压器、高压断路器、换流器以及和所述低压开关、升压变压器、高压断路器、换流器均电连接的控制器，在所述低压开关和升压变压器间电连接电抗器，电抗器与旁路开关并联，旁路开关受控制器的控制，在升压变压器和高压断路器间电连接至少一组高压负载，高压负载的投切受到控制器的控制，所述低压开关和升压变压器的容量不低于单组高压负载容量的一半。所述实验系统为单相、三相或多相。所述换流器并网实验系统的实验方法，包括如下步骤
步骤I :实验之前，确保旁路开关为断开状态，所有负载为断开状态；步骤2 :闭合低压开关，低压侧母线带电，从而高压侧母线也带电；步骤3 :满足并网条件时，闭合高压断路器，换流器在控制器的控制下并网，并运行在零出力或微出力模式；步骤4 :暂态过程结束，闭合旁路开关，将电抗器旁路，在控制器的控制下，换流器仍然运行在零出力或微出力状态。为了实现换流器的高压满容量运行，采取的步骤为步骤I :在控制器的控制下，使得换流器出力的极性与高压负载的极性相反，并调整换流器的出力，使得通过低压开关和升压变压器的潮流约为单组高压负载出力的一半；此时潮流在低压开关、升压变压器、高压断路器和换流器之间流动；步骤2 :投入一组高压负载，流过低压开关和升压变压器的潮流极性反转，但数值仍为单组高压负载容量的一半左右，高压负载所需的其余潮流则全部由换流器提供；步骤3 :重复步骤2，以单组高压负载的容量为步长逐步增大换流器的出力，并伴随逐组投入高压负载，直到换流器达到满出力为止；这样，就实现了换流器的高压满容量运行，且绝大部分的潮流在高压负载和换流器之间流动，只流过高压断路器；仅有少部分潮流流过低压开关和升压变压器，大小约为单组高压负载容量的一半。要将换流器从高压满容量的运行状态恢复到零出力，则采取与上述步骤相反的方法以单组高压负载的容量为步长逐步降低换流器的出力，并伴随逐组切除高压负载，保证流过低压开关和升压变压器的最大潮流不超过单组高压负载容量的一半，直到换流器达到零出力为止。本发明和现有技术相比，具有如下有益效果I、无需改变实验室或厂内现有的供电网条件，则可实现兆瓦级乃至百兆瓦级换流器的并网实验；2、升压变压器只承担很小的潮流，所需容量很小，造价很低；3、只需增加一组低压电抗器和旁路开关，造价很低；4、操作步骤简单，且可以全部实现自动控制。
图I为本发明实验系统线路连接示意图。图2为本发明高压负载未投入，换流器增加出力时的潮流示意图(单线图)。图3为投入一组高压负载后的潮流示意图(单线图)。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对本发明作更详细的说明。如图I所示，本发明一种换流器并网实验系统，包括依次电连接的低压开关KK1、升压变压器T、高压断路器DL、换流器以及用于控制所述低压开关KKl、高压断路器DL、换流器的控制器，在所述低压开关KKl和升压变压器T间电连接电抗器L，电抗器L与旁路开关KK2并联，旁路开关KK2受到控制器的控制，在升压变压器T和高压断路器DL间电连接至少一组高压负载，高压负载的投切受到控制器的控制，所述低压开关KKl和升压变压器T的容量不低于单组高压负载容量的一半。图I为单相，也可为三相或多相。本发明换流器并网实验系统的实验方法，包括如下步骤步骤I :实验之前，确保旁路开关KK2为断开状态，所有负载为断开状态；步骤2 :闭合低压开关KK1，低压侧母线带电，从而高压侧母线也带电；步骤3 :满足并网条件时，闭合高压断路器DL，换流器在控制器的控制下并网，并运行在零出力或微出力模式；由于电抗器L的存在，换流器并网瞬间引发的暂态冲击受到抑制，对低压侧系统的影响很小；步骤4 :暂态过程结束，闭合旁路开关KK2，将电抗器L旁路，在控制器的控制下，换流器仍然运行在零出力或微出力状态；此时，运行已经相对稳定，对低压侧系统无冲击。为了实现换流器的高压满容量运行，采取的步骤为步骤I :在控制器的控制下，使得换流器出力的极性与高压负载的极性相反，并调整换流器的出力，使得通过低压开关KKl和升压变压器T的潮流约为单组高压负载出力的一半；如图2粗实转折箭头所示，此时潮流在低压开关KKl、升压变压器T、高压断路器DL和换流器之间流动；步骤2 :如图3所示，投入一组高压负载，流过低压开关KKl和升压变压器T的潮流极性反转，但数值仍为单组高压负载容量的一半左右，高压负载所需的其余潮流则全部由换流器提供；步骤3 :重复步骤2，以单组高压负载的容量为步长逐步增大换流器的出力，并伴随逐组投入高压负载，直到换流器达到满出力为止；这样，就实现了换流器的高压满容量运行，且绝大部分的潮流在高压负载和换流器之间流动，只流过高压断路器DL;仅有少部分潮流流过低压开关KKl和升压变压器T，大小约为单组高压负载容量的一半。要将换流器从高压满容量的运行状态恢复到零出力，则采取与上述步骤相反的方法以单组高压负载的容量为步长逐步降低换流器的出力，并伴随逐组切除高压负载，保证流过低压开关KKl和升压变压器T的最大潮流不超过单组高压负载容量的一半，直到换流器达到零出力为止。
权利要求
1.一种换流器并网实验系统，包括依次电连接的低压开关、升压变压器、高压断路器、换流器以及和所述低压开关、升压变压器、高压断路器、换流器均电连接的控制器，其特征在于在所述低压开关和升压变压器间电连接电抗器，电抗器与旁路开关并联，旁路开关受到控制器的控制，在升压变压器和高压断路器间电连接至少一组高压负载，高压负载的投切受到控制器的控制，所述低压开关和升压变压器的容量不低于单组高压负载容量的一半。
2.根据权利要求I所述的换流器并网实验系统，其特征在于所述实验系统为单相、三相或多相。
3.权利要求I或2所述的换流器并网实验系统的实验方法，其特征在于包括如下步骤 步骤I :实验之前，确保旁路开关为断开状态，所有负载为断开状态； 步骤2 :闭合低压开关，低压侧母线带电，从而高压侧母线也带电； 步骤3 :满足并网条件时，闭合高压断路器，换流器在控制器的控制下并网，并运行在零出力或微出力模式； 步骤4 :暂态过程结束，闭合旁路开关，将电抗器旁路，在控制器的控制下，换流器仍然运行在零出力或微出力状态。
4.根据权利要求I所述换流器并网实验系统的实验方法，其特征在于为了实现换流器的高压满容量运行，采取的步骤为 步骤I :在控制器的控制下，使得换流器出力的极性与高压负载的极性相反，并调整换流器的出力，使得通过低压开关和升压变压器的潮流约为单组高压负载出力的一半；此时潮流在低压开关、升压变压器、高压断路器和换流器之间流动； 步骤2 :投入一组高压负载，流过低压开关和升压变压器的潮流极性反转，但数值仍为单组高压负载容量的一半左右，高压负载所需的其余潮流则全部由换流器提供； 步骤3 :重复步骤2，以单组高压负载的容量为步长逐步增大换流器的出力，并伴随逐组投入高压负载，直到换流器达到满出力为止；这样，就实现了换流器的高压满容量运行，且绝大部分的潮流在高压负载和换流器之间流动，只流过高压断路器；仅有少部分潮流流过低压开关和升压变压器，大小约为单组高压负载容量的一半。
5.根据权利要求4所述的实验方法，其特征在于要将换流器从高压满容量的运行状态恢复到零出力，则采取与权利要求4所述步骤相反的方法以单组高压负载的容量为步长逐步降低换流器的出力，并伴随逐组切除高压负载，保证流过低压开关和升压变压器的最大潮流不超过单组高压负载容量的一半，直到换流器达到零出力为止。
全文摘要
一种换流器并网实验系统及其实验方法，该实验系统在低压开关和升压变压器间电连接电抗器，电抗器与旁路开关并联，旁路开关受到控制器的控制，在升压变压器和高压断路器间电连接至少一组高压负载，高压负载的投切受到控制器的控制，低压开关和升压变压器的容量不低于单组高压负载容量的一半；其实验方法为首先，确保旁路开关和所有负载为断开状态，然后闭合低压开关，满足并网条件时，闭合高压断路器，换流器在控制器的控制下并网，并运行在零出力或微出力模式，暂态过程结束，闭合旁路开关，将电抗器旁路，在控制器的控制下，换流器仍然运行在零出力或微出力状态；本发明具有在弱电网下实现安全、可靠的换流器并网以及高压满容量实验的特点。
文档编号G01R31/00GK102928699SQ20121040638
公开日2013年2月13日 申请日期2012年10月23日 优先权日2012年5月28日
发明者张春朋, 莫昕 申请人:清华大学