本发明涉及
背景技术：
柔性直流输电相比于交流输电和传统直流输电，在运行性能上具有独特的优势。随着模块化多电平柔性直流输电换流阀技术的不断发展，柔性直流输电工程、柔性直流输电网络建设的脚步也不断加快。作为模块化多电平柔性直流输电的核心设备之一，柔性直流输电换流阀的性能决定着柔性直流输电系统的运行可靠性和稳定性，因此，保证模块化多电平柔性直流输电换流阀(即模块化多电平换流阀)的可靠性成为保证柔性直流输电系统可靠性的必要措施之一。
模块化多电平换流阀的最小功能单元是子模块，因此，柔性直流输电系统的安全稳定运行，等效为每个子模块单元均能承受柔性直流输电系统实际工况下的电气应力，并可以在此电气应力下稳定可靠运行。因此，对每一个子模块进行稳态试验是柔性直流输电子模块生产过程中必不可少的关键环节。现有技术中针对于模块化多电平换流阀的稳态试验往往设有两个直流电源，分别为充电直流电源和补能直流电源，两者均只具有一个输出接口。补能直流电源与辅助阀低压端子模块的支撑电容连接，用于给试验电路补充有功损耗；充电直流电源用于为试验回路中所有电容充电，使辅助阀和试品阀建立触发解锁的试验电压。由于辅助阀和试品阀中的子模块较多，试验回路的有功损耗较大，因此对补能直流电源的功率输出能力有很高的要求。现有技术中负载电抗器的电流交流分量和电流直流分量不能完全解耦，导致负载电抗器的电流交流分量和电流直流分量不能单独控制。且负载电抗器的电流谐波含量大，与模块化多电平换流阀的实际运行工况相差较大，不能完全再现模块化多电平换流阀实际运行工况。
技术实现要素：
为了克服上述现有技术中负载电抗器的电流交流分量和电流直流分量不能单独控制且不能完全再现模块化多电平换流阀实际运行工况的不足，本发明提供一种模块化多电平换流阀的稳态试验装置和方法，稳态试验装置包括负载电抗器、通过负载电抗器连接的试品阀和辅助阀、用于给辅助阀和试品阀提供冷却水的水冷装置、用于给辅助阀中的支撑电容充电的直流电源、用于通过光纤向辅助阀和试品阀发送解锁命令和闭锁命令并控制辅助阀和试品阀各自输出电压的相位角以及直流电源的输出电压的控制装置以及用于在稳态试验装置发生故障时对稳态试验装置进行保护的保护装置，并通过在充电阶段和试验阶段对辅助阀和试品阀进行解锁或闭锁控制，实现对模块化多电平换流阀的稳态试验，并能够完全再现模块化多电平换流阀实际运行工况。
负载电抗器的电流交流分量和电流直流分量可以完全解耦
为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
本发明提供一种模块化多电平换流阀的稳态试验装置，包括负载电抗器、通过负载电抗器连接的试品阀和辅助阀、水冷装置、直流电源、控制装置和保护装置；
所述水冷装置，用于给辅助阀和试品阀提供冷却水；
所述直流电源，用于给辅助阀中的支撑电容充电；
所述控制装置，用于通过光纤向辅助阀和试品阀发送解锁命令和闭锁命令，并控制辅助阀和试品阀各自输出电压的相位角以及直流电源的输出电压；
所述保护装置，用于在稳态试验装置发生故障时对稳态试验装置进行保护。
所述辅助阀和试品阀均包括n个串联的子模块；
所述辅助阀中第一个子模块的高压端出线通过负载电抗器与试品阀中第一个子模块的高压端出线连接，所述辅助阀中第n个子模块的低压端出线与试品阀中的第n个子模块的低压端出线直接连接。
所述子模块包括支撑电容c、均压电阻r、igbt1、igbt2、与igbt1反并联的二极管d1、与igbt2反并联的二极管d2、旁路晶闸管t和旁路开关k；
所述支撑电容c与均压电阻r并联，所述igbt1和igbt2通过均压电阻r反向并联，所述旁路晶闸管t和旁路开关k均与igbt2并联。
所述直流电源通过变压器与交流电网连接，所述变压器与交流电网之间设有断路器。
所述直流电源包括n个电源模块，所述电源模块包括ac/dc变换器和dc/dc变换器；
所述ac/dc变换器的交流侧与变压器的副边连接，所述ac/dc变换器的直流侧与dc/dc变换器的一侧连接，所述dc/dc变换器的另一侧与辅助阀中的支撑电容连接。
所述稳态试验装置还包括：
测量模块，用于测量负载电抗器的对地电压信息和电流信息；
监视模块，用于显示水冷装置的状态信息和负载电抗器的对地电压信息和电流信息；
录波模块，用于存储负载电抗器的对地电压信息和电流信息。
所述测量模块包括：
第一电压互感器，用于测量电抗器辅助阀侧的对地电压信息；
第二电压互感器，用于测量电抗器试品阀侧的对地电压信息；
电流互感器，用于测量负载电抗器的电流信息。
所述保护装置通过测量模块测量的负载电抗器的对地电压信息和电流信息判断稳态试验装置的运行状态。
所述水冷装置通过水管与辅助阀和试品阀中的所有子模块分别连接，其包括：
主水泵，用于调节通过试品阀和辅助阀的冷却水的流量和压力；
去离子模块，用于去除冷却水中的离子，保证冷却水满足电导率要求；
温度控制模块，用于控制流入试品阀和辅助阀的冷却水的温度，保证冷却水的温度满足试验要求。
本发明还提供一种模块化多电平换流阀的稳态试验方法，包括充电阶段和试验阶段；
所述充电阶段包括：
在辅助阀和试品阀均处于闭锁状态下，通过直流电源给辅助阀中的所有支撑电容充电；使辅助阀解锁并在试品阀继续处于闭锁状态下，辅助阀中的支撑电容通过负载电抗器给试品阀中的所有支撑电容充电；
通过控制模块使辅助阀闭锁，并通过控制模块使辅助阀和试品阀均解锁；
在辅助阀和试品阀均处于解锁状态下，通过直流电源给辅助阀和试品阀中的所有支撑电容充电；
所述试验阶段包括：
调节辅助阀和试品阀的输出电压相角差和载波移相脉宽调制的调制比，使负载电抗器的电流增大到辅助阀和试品阀中子模块的试验电流；
在载波移相脉宽调制方式下，对辅助阀和试品阀中的所有子模块进行投切。
所述在辅助阀和试品阀均处于闭锁状态下，通过直流电源给辅助阀中的所有支撑电容充电，包括：
通过控制模块控制直流电源的输出电压，使直流电源的输出电压逐渐升高，当直流电源的输出电压升高到直流电源输出电压第一设定阈值时，辅助阀中的所有支撑电容充电完成。
所述使辅助阀解锁并在试品阀继续处于闭锁状态下，辅助阀中的支撑电容通过负载电抗器给试品阀中的所有支撑电容充电，包括：
所述辅助阀接收控制模块发送的解锁命令并进行解锁，辅助阀中的支撑电容通过负载电抗器给试品阀中的所有支撑电容充电，直至负载电抗器两端电压平衡，试品阀中的所有支撑电容充电完成。
所述通过控制模块使辅助阀闭锁，并通过控制模块使辅助阀和试品阀均解锁，包括：
所述辅助阀接收控制模块发送的闭锁命令并进行闭锁，然后辅助阀和试品阀接收控制模块发送的解锁命令并同时解锁。
所述在辅助阀和试品阀均处于解锁状态下，通过直流电源给辅助阀和试品阀中的所有支撑电容充电，包括：
通过控制模块控制直流电源的输出电压，使直流电源的输出电压逐渐升高，当直流电源的输出电压升高到直流电源输出电压第二设定阈值且负载电抗器两端电压平衡时，辅助阀和试品阀中的所有支撑电容充电完成。
所述直流电源输出电压第一设定阈值大于辅助阀和试品阀中子模块运行解锁的最低电压；
所述直流电源输出电压第二设定阈值等于试品阀和辅助阀中子模块的试验电压，且直流电源输出电压第二设定阈值大于直流电源输出电压第一设定阈值。
与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：
本发明提供的模块化多电平换流阀的稳态试验装置包括负载电抗器、通过负载电抗器连接的试品阀和辅助阀、用于给辅助阀和试品阀提供冷却水的水冷装置、用于给辅助阀中的支撑电容充电的直流电源、用于通过光纤向辅助阀和试品阀发送解锁命令和闭锁命令并控制辅助阀和试品阀各自输出电压的相位角以及直流电源的输出电压的控制装置以及用于在稳态试验装置发生故障时对稳态试验装置进行保护的保护装置，通过控制装置实现负载电抗器的电流交流分量和电流直流分量的完全解耦，使得载电抗器的电流交流分量和电流直流分量能够单独控制，且稳态试验电路结构简单；
本发明提供的模块化多电平换流阀的稳态试验方法通过在充电阶段和试验阶段对辅助阀和试品阀进行解锁或闭锁控制，并在不同阶段对辅助阀和试品阀中的支撑电容进行充电，实现对模块化多电平换流阀的稳态试验；
本发明提供的技术方案只通过直流电源设有的n个输出接口为辅助阀中的支撑电容充电和补能，而不需要单独设置另外的直流电源的为试品阀中的支撑电容充电，使得整个试验电路成本较低；
本发明提供的技术方案中负载电抗器的电流谐波含量小，能够完全再现模块化多电平换流阀实际运行工况。
附图说明
图1是本发明实施例中模块化多电平换流阀的稳态试验装置结构图；
图2是本发明实施例中子模块结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明实施例提供一种模块化多电平换流阀的稳态试验装置，该稳态试验装置具体结构图如图1所示，图1中的t1表示变压器，k1表示断路器，s表示隔离开关，稳态试验装置包括负载电抗器、通过负载电抗器连接的试品阀和辅助阀、水冷装置、直流电源、控制装置和保护装置；
其中的水冷装置，用于给辅助阀和试品阀提供冷却水；
其中的直流电源，用于给辅助阀中的支撑电容充电；
其中的控制装置，用于通过光纤向辅助阀和试品阀发送解锁命令和闭锁命令，并控制辅助阀和试品阀各自输出电压的相位角以及直流电源的输出电压；
其中的保护装置，用于在稳态试验装置发生故障时对稳态试验装置进行保护。
上述的辅助阀和试品阀均包括3个串联的子模块，其中辅助阀中第一个子模块的高压端出线通过负载电抗器与试品阀中第一个子模块的高压端出线连接，辅助阀中第3个子模块的低压端出线与试品阀中的第3个子模块的低压端出线直接连接。
如图2，子模块包括支撑电容c、均压电阻r、igbt1、igbt2、与igbt1反并联的二极管d1、与igbt2反并联的二极管d2、旁路晶闸管t和旁路开关k；
其中的支撑电容c与均压电阻r并联，igbt1和igbt2通过均压电阻r反向并联，所述旁路晶闸管t和旁路开关k均与igbt2并联。
上述直流电源通过变压器与交流电网连接，变压器与交流电网之间设有断路器，直流电源包括3个电源模块，每个电源模块包括ac/dc变换器和dc/dc变换器；
ac/dc变换器的交流侧与变压器的副边连接，ac/dc变换器的直流侧与dc/dc变换器的一侧连接，dc/dc变换器的另一侧与辅助阀中的支撑电容连接。
本发明实施例提供的稳态试验装置包括测量模块、监视模块和录波模块，下面分别对上述三个模块的功能进行详细介绍：
其中的测量模块，用于测量负载电抗器的对地电压信息和电流信息；
其中的监视模块，用于显示水冷装置的状态信息和负载电抗器的对地电压信息和电流信息；
其中的录波模块，用于存储负载电抗器的对地电压信息和电流信息。
上述测量模块包括第一电压互感器、第二电压互感器和电流互感器，其中的第一电压互感器，用于测量电抗器辅助阀侧的对地电压信息；其中的第二电压互感器，用于测量电抗器试品阀侧的对地电压信息；其中的电流互感器，用于测量负载电抗器的电流信息。
上述的保护装置通过测量模块测量的负载电抗器的对地电压信息和电流信息判断稳态试验装置的运行状态。
上述的水冷装置通过水管与辅助阀和试品阀中的所有子模块分别连接，水冷装置包括：
主水泵，用于调节通过试品阀和辅助阀的冷却水的流量和压力；
去离子模块，用于去除冷却水中的离子，保证冷却水满足电导率要求；
温度控制模块，用于控制流入试品阀和辅助阀的冷却水的温度，保证冷却水的温度满足试验要求。
本发明实施例还提供一种针对上述模块化多电平换流阀进行稳态试验方法，该稳态试验方法包括充电阶段和试验阶段，下面分别对这两个阶段的具体过程进行详细介绍：
1、充电阶段具体过程如下：
1-1在辅助阀和试品阀均处于闭锁状态下，通过直流电源给辅助阀中的所有支撑电容充电；使辅助阀解锁并在试品阀继续处于闭锁状态下，辅助阀中的支撑电容通过负载电抗器给试品阀中的所有支撑电容充电；
1-2通过控制模块使辅助阀闭锁，并通过控制模块使辅助阀和试品阀均解锁；
1-3在辅助阀和试品阀均处于解锁状态下，通过直流电源给辅助阀和试品阀中的所有支撑电容充电；
2、试验阶段具体过程如下：
2-1调节辅助阀和试品阀的输出电压相角差和载波移相脉宽调制的调制比，使负载电抗器的电流增大到辅助阀和试品阀中子模块的试验电流；
2-2在载波移相脉宽调制方式下，对辅助阀和试品阀中的所有子模块进行投切。
上述1-1中，在辅助阀和试品阀均处于闭锁状态下，通过直流电源给辅助阀中的所有支撑电容充电，具体过程如下：
通过控制模块控制直流电源的输出电压，使直流电源的输出电压逐渐升高，当直流电源的输出电压升高到直流电源输出电压第一设定阈值时，辅助阀中的所有支撑电容充电完成。
上述1-1中，使辅助阀解锁并在试品阀继续处于闭锁状态下，辅助阀中的支撑电容通过负载电抗器给试品阀中的所有支撑电容充电，具体过程如下：
辅助阀接收控制模块发送的解锁命令并进行解锁，辅助阀中的支撑电容通过负载电抗器给试品阀中的所有支撑电容充电，直至负载电抗器两端电压平衡，试品阀中的所有支撑电容充电完成。
上述1-2中，通过控制模块使辅助阀闭锁，并通过控制模块使辅助阀和试品阀均解锁，具体过程如下：
辅助阀接收控制模块发送的闭锁命令并进行闭锁，然后辅助阀和试品阀接收控制模块发送的解锁命令并同时解锁。
上述1-3中，在辅助阀和试品阀均处于解锁状态下，通过直流电源给辅助阀和试品阀中的所有支撑电容充电，具体过程如下：
通过控制模块控制直流电源的输出电压，使直流电源的输出电压逐渐升高，当直流电源的输出电压升高到直流电源输出电压第二设定阈值且负载电抗器两端电压平衡时，辅助阀和试品阀中的所有支撑电容充电完成。
上述的直流电源输出电压第一设定阈值大于辅助阀和试品阀中子模块运行解锁的最低电压；且直流电源输出电压第二设定阈值等于试品阀和辅助阀中子模块的试验电压，且直流电源输出电压第二设定阈值大于直流电源输出电压第一设定阈值。
为了描述的方便，以上所述装置的各部分以功能分为各种模块或单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各模块或单元的功能在同一个或多个软件或硬件中实现。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。