一种模块化多电平换流器换流阀的功率对冲试验装置制造方法

一种模块化多电平换流器换流阀的功率对冲试验装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种模块化多电平换流器换流阀的功率对冲试验装置，属于电力电子和直流输电【技术领域】。本装置包括括直流电源，换流阀，连接电抗以及直流支撑电容等。第一换流阀的下端和第二换流阀的上端分别通过第一连接电抗和第二连接电抗连接在一起构成第一桥臂，第三换流阀的下端和第四换流阀的上端分别通过第三连接电抗和第四连接电抗连接在一起构成第二桥臂。通过两个换流桥臂调制策略的相位角度差控制有功功率，通过两个桥臂调制策略的调制比差控制无功功率，以使各个换流阀工作于设定的电压和电流应力，进行稳态运行工况的测试。本对冲试验装置电路结构简单，能够最为准确地对被测换流阀进行稳态运行试验。
【专利说明】一种模块化多电平换流器换流阀的功率对冲试验装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种模块化多电平换流器换流阀的功率对冲试验装置，属于电力电子和直流输电【技术领域】。
【背景技术】
[0002]柔性直流输电已经成为目前最有潜质的新型电力传输方式。由于模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,以下简称MMC)具有公共直流端，且有易拓展、有功无功可解耦控制、谐波特性优秀、开关器件损耗小等特点，十分适用于柔性直流输电系统。柔性直流输电模块化多电平换流器的电压和容量极高，无法在现场投运之前进行整机试验，因此必须通过等效试验手段有效地验证换流阀在额定工况下运行时所能长期承受的电压电流应力，并检验换流阀的压装及连接工艺、控制电源、控制、保护、冷却、电磁兼容等方面的设计是否达到了技术标准的要求。
[0003]申请号为201120310757.2的中国专利《柔性直流输电MMC阀稳态运行试验的功率环试验装置》公开了一种试验装置，通过等效试验的方法在被试阀段上等效实现实际运行工况下的运行电压、电流与热强度。但是该装置需要充电电源和补能电源两个直流电源，所需直流电源较多，并且还需要在运行试验中通过额外的电压均衡控制算法将补能电源的能量分配到所有阀组件的直流电容上。另一方面换流阀在试验电路中的连接和运行方式与在实际装置中的连接和运行方式并不一致，导致试验运行工况与实际运行工况还是存在一定的差异，影响验证效果。
[0004]申请号为201310090549.X的中国专利《柔性直流输电MMC换流阀运行试验装置及试验方法》公开了一种试验装置和试验方法，但是该装置和方法也是需要充电电源和补能电源多个直流电源，并且换流阀组件在试验电路中的连接和运行方式与在实际装置中的连接和运行方式并不一致，导致试验运行工况与实际运行工况还是存在一定的差异，影响验证效果。
[0005]申请号为201110244817.X的中国专利《柔性直流输电MMC阀稳态运行试验的背靠背试验方法》公开了 一种背靠背试验方法，该方法通过将整流桥臂和逆变桥臂共同接入同一个交流电源，使电源发出的有功回到电源本身，降低了对电源容量的要求。但是这种方法需要使被测的换流阀接入交流电源，在测试过程中还需要实现换流阀并入交流电源的控制算法，实现较为复杂。并且由于测试中换流阀存在一定的谐波，容易对所使用的交流电源产生干扰，对交流电源的容量要求也较高。

【发明内容】

[0006]本实用新型的目的是提出一种模块化多电平换流器换流阀的功率对冲试验装置，使换流阀的稳态运行等效试验装置的电路结构更为简单，并通过换流阀间的功率对冲使直流电源只需提供试验装置运行期间产生的损耗，本实用新型的另一个目的是使换流阀在试验电路中所承受的电压电流运行工况与实际运行工况也最为接近，能够最为准确地对被测换流阀进行稳态运行试验。
[0007]本实用新型提出的模块化多电平换流器换流阀的功率对冲试验装置，包括直流电源、隔离开关，充电旁路开关、充电限流电阻、第一换流阀、第二换流阀、第三换流阀、第四换流阀、第一连接电抗、第二连接电抗、第三连接电抗、第四连接电抗、第一直流支撑电容和第二直流支撑电容；所述的第一换流阀的下端和第二换流阀的上端分别通过第一连接电抗和第二连接电抗连接在一起构成第一桥臂，两个连接电抗的连接点构成第一桥臂的交流输出端；所述的第三换流阀的下端和第四换流阀的上端分别通过第三连接电抗和第四连接电抗连接在一起构成第二桥臂，两个连接电抗的连接点构成第二桥臂的交流输出端，第一桥臂的交流输出端和第二桥臂的交流输出端相连；所述的直流电源的正极与隔离开关相互串联，所述的充电限流电阻与充电旁路开关相互并联，并联电路的一端与直流电源和隔离开关的串联电路相连，并联电路的另一端与第一直流支撑电容的正极、第一换流阀的上端和第三换流阀的上端相互连接；所述的直流电源的负极与第二直流支撑电容的负极、第二换流阀的下端和第四换流阀的下端相互连接，第一直流支撑电容的负极与第二直流支撑电容的正极相连后接地；所述的第一换流阀、第二换流阀、第三换流阀和第四换流阀分别包括第一半导体开关、第二半导体开关、第一二极管、第二二极管和直流电容，所述的第一半导体开关的集电极、第一二极管的阴极和直流电容的正极相互连接，第一半导体开关的发射极、第一二极管的阳极、第二半导体开关的集电极、第二二极管的阴极相互连接后构成换流阀的上端；第二半导体开关的发射极、第二二极管的阳极和直流电容的负极相互连接后构成换流阀的下端。
[0008]本实用新型提出的模块化多电平换流器换流阀的功率对冲试验装置其优点是:采用本实用新型提出的模块化多电平换流器换流阀的稳态运行功率对冲试验装置，其电路结构简单，只需要采用一个直流电源。试验过程中的有功功率和无功功率只在两个桥臂之间对冲流动，直流电源只需提供试验装置运行期间产生的损耗。被测换流阀在试验电路中的接线和运行方式与在实际装置中的接线和运行方式完全一致，所承受的电压电流运行工况与实际运行工况也最为接近，能够最为准确地对被测换流阀进行稳态运行试验。在试验运行中，只需要简单的开环控制换流桥臂输出电压的幅值和相位，不需要额外的并网运行控制和电压均和控制。
【专利附图】

【附图说明】
[0009]图1是本实用新型提出的模块化多电平换流器换流阀的功率对冲试验装置的电路图。
[0010]图2是本实用新型提出的对冲试验装置的工作电压电流波形图。
【具体实施方式】
[0011]本实用新型提出的模块化多电平换流器换流阀的功率对冲试验装置，其电路图如图1所示，包括:
[0012]包括直流电源E1、隔离开关K1，充电旁路开关K2、充电限流电阻R1、第一换流阀、第二换流阀、第三换流阀、第四换流阀、第一连接电抗L1、第二连接电抗L2、第三连接电抗L3、第四连接电抗L4、第一直流支撑电容Cdl和第二直流支撑电容Cd2 ;所述的第一换流阀的下端和第二换流阀的上端分别通过第一连接电抗和第二连接电抗连接在一起构成第一桥臂，两个连接电抗的连接点构成第一桥臂的交流输出端；所述的第三换流阀的下端和第四换流阀的上端分别通过第三连接电抗和第四连接电抗连接在一起构成第二桥臂，两个连接电抗的连接点构成第二桥臂的交流输出端，第一桥臂的交流输出端和第二桥臂的交流输出端相连；
[0013]所述的直流电源的正极与隔离开关相互串联，所述的充电限流电阻与充电旁路开关相互并联，并联电路的一端与直流电源和隔尚开关的串联电路相连，并联电路的另一端与第一直流支撑电容的正极、第一换流阀的上端和第三换流阀的上端相互连接；
[0014]所述的直流电源的负极与第二直流支撑电容的负极、第二换流阀的下端和第四换流阀的下端相互连接，第一直流支撑电容的负极与第二直流支撑电容的正极相连后接地；
[0015]所述的第一换流阀、第二换流阀第三换流阀、第四换流阀分别包括第一半导体开关S1、第二半导体开关S2、第一二极管D1、第二二极管D2、直流电容Cl，所述的第一半导体开关的集电极、第一二极管的阴极和直流电容的正极相互连接，第一半导体开关的发射极、第一二极管的阳极、第二半导体开关的集电极、第二二极管的阴极相互连接后构成换流阀的上端；第二半导体开关的发射极、第二二极管的阳极和直流电容的负极相互连接后构成换流阀的下端。
[0016]以下结合附图1，详细介绍本实用新型对冲试验装置的工作原理。在使用本实用新型的模块化多电平换流器换流阀的功率对冲试验装置时，首先闭合隔离开关K1，直流电源El通过充电限流电阻Rl向换流阀电容充电；当换流阀电容电压达到预设值时，闭合充电旁路开关K2，换流阀电容充电完毕。在稳态运行时，按照一定的调制策略发出第一桥臂触发脉冲，使第一桥臂交流输出端对地电压的幅值为V1，相位角度为δ i ;按照一定的调制策略发出第二桥臂触发脉冲，使第二桥臂交流输出端对地电压的幅值为V2，相位角度为δ 2。
[0017]如果第一桥臂的脉冲宽度调制策略参考波的调制比为M1，则第一桥臂对地输出电压幅值为:
【权利要求】
1.一种模块化多电平换流器换流阀的功率对冲试验装置，其特征在于该装置包括直流电源、隔离开关，充电旁路开关、充电限流电阻、第一换流阀、第二换流阀、第三换流阀、第四换流阀、第一连接电抗、第二连接电抗、第三连接电抗、第四连接电抗、第一直流支撑电容和第二直流支撑电容；所述的第一换流阀的下端和第二换流阀的上端分别通过第一连接电抗和第二连接电抗连接在一起构成第一桥臂，两个连接电抗的连接点构成第一桥臂的交流输出端；所述的第三换流阀的下端和第四换流阀的上端分别通过第三连接电抗和第四连接电抗连接在一起构成第二桥臂，两个连接电抗的连接点构成第二桥臂的交流输出端，第一桥臂的交流输出端和第二桥臂的交流输出端相连；所述的直流电源的正极与隔离开关相互串联，所述的充电限流电阻与充电旁路开关相互并联，并联电路的一端与直流电源和隔离开关的串联电路相连，并联电路的另一端与第一直流支撑电容的正极、第一换流阀的上端和第三换流阀的上端相互连接；所述的直流电源的负极与第二直流支撑电容的负极、第二换流阀的下端和第四换流阀的下端相互连接，第一直流支撑电容的负极与第二直流支撑电容的正极相连后接地；所述的第一换流阀、第二换流阀、第三换流阀和第四换流阀分别包括第一半导体开关、第二半导体开关、第一二极管、第二二极管和直流电容，所述的第一半导体开关的集电极、第一二极管的阴极和直流电容的正极相互连接，第一半导体开关的发射极、第一二极管的阳极、第二半导体开关的集电极、第二二极管的阴极相互连接后构成换流阀的上端；第二半导体开关的发射极、第二二极管的阳极和直流电容的负极相互连接后构成换流阀的下端。
【文档编号】G01R31/327GK203720321SQ201420038025
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年1月21日 优先权日:2014年1月21日
【发明者】饶宏, 宋强, 许树楷, 刘文华, 黎小林, 朱喆, 李建国 申请人:清华大学, 中国南方电网有限责任公司电网技术研究中心