链式SVG两并一串测试模式下的软上电方法与流程

本发明属于电气工程领域，具体涉及一种链式svg两并一串测试模式下的软上电方法。

背景技术：

随着新能源发电及特高压输电技术的快速发展，电力系统对动态无功补偿设备的需求日趋迫切。在具有快速提供动态无功补偿能力的各类无功设备中，静态同步发生器(staticvargenerator,svg)因具有动态响应速度快、并网谐波小而受到广泛关注。

为了保证svg设备到达客户现场时能一次投运成功且稳定运行，通常要求在svg出厂试验中尽量多地完成相关测试项目，特别是svg在额定电压、额定电流的试验项目，因为充分的试验项目能够提高设备的可靠性与稳定性。但目前svg设备单机容量越来越大，甚至可高达数十兆乏甚至上百兆乏，常常远远超过svg企业的厂区供电容量(一般不超过数兆伏安)。若想在出厂前进行大容量svg在额定电压、额定电流下的整机性能考核，对试验系统和电网容量要求都很高，另外对svg生产企业也是一个非常庞大的资金投入。

目前，svg出厂测试一般是对svg各部件进行分项测试，比如测试功率模块单体的换流链对冲试验、测试装置电压控制能力的整机空载试验、测试控制保护系统的半实物仿真测试等，受条件所限常常不进行同时达到额定电压和额定电流的整机满载试验。仅有少量svg会在出厂前用对冲试验平台进行带载对冲试验，利用电容器或电抗器组或其他svg作为陪测无功设备，让被测svg和陪测无功设备两者中一个发感性无功而另一个发容性无功，两套设备输出无功互补抵消，使得对外输出总无功近似为零，避免厂区供电网络容量超限。但这种方法需在厂区配置与被测svg容量相当的陪测无功设备，当svg容量较小时，因陪测设备容量较小或厂内常有其他项目的svg产品可用作陪测无功装置，尚易于实现；但若当svg容量达百兆乏时，由于此类svg项目数目本身就较少，可能数年才会生产一套装置，难以再找到一台陪测svg来进行功率对冲，若单独为此装置建设前述对冲试验平台，则试验平台造价太高、且利用率也非常有限。

发明专利cn201810654389.x提出了一种大容量svg的出厂满载测试方法，其特征是将三相svg重构为两并一串的接线方式，再对并联两相进行无功对冲功率考核。可在svg对外输出容量远小于其额定容量的条件下进行svg在额定电压和额定电流下的分相考核测试，且不需要额外增加陪测设备，便于在有限厂区供电容量下实现对大容量svg的出厂满载测试，该方法对应测试平台的结构简单、造价低，是一种svg测试方法，解决了svg在厂内高效、经济的满载测试问题。相对于常规svg，该测试方法的结构特征是svg运行在两并一串的测试模式，但其分析都是基于桥臂直流电压都基本达到其额定电压附近的前提假设。在装置上电时阶段，各相桥臂的直流母线电压尚未达到一定数值时，作为电压源变流器，各换流链无法输出所需的交流电压，此时前述控制目标必然无法实现。同时由于分相满载测试系统采用了两并一串的接线方式，其电压电流特征迥异于常规的单相换流链或三相对称换流链，导致常规svg的软上电过程不再适用；而额外增加软上电硬件设备虽然也可解决上电问题，但会带来额外的成本问题，导致测试平台造价高、增加实现难度。

技术实现要素：

本发明目的在于提供一种适用于svg两并一串测试模式下的软上电方法。

本发明提供的这种链式svg两并一串测试模式下的软上电方法，在被测试svg已完成两并一串接线方式的测试模式接线前提条件下(图1)，包括如下步骤：

s1.投入软上电电阻，并使得各相svg换流链的各功率模块为封锁状态；

s2.合闸进线断路器，从而对三相换流链进行不控整流模式下的自然充电；

s3.在串联相的svg换流链的直流电压充电至第一设定值时，给串联相svg换流链中各功率模块发送电子旁路驱动信号使得前述各模块处于旁路状态，同时保持并联两相的svg换流链中的各功率模块为封锁状态，从而利用电网线电压对并联两相的svg换流链进行充电；

s4.在并联两相的svg换流链的直流电压达到额定值时，给并联两相的svg换流链的各功率模块发送电子旁路驱动信号使得前述各模块处于旁路状态，同时将串联相的svg换流链的各功率模块从电子旁路状态切换到封锁状态，从而利用电网线电压对串联相的svg换流链进行充电；

s5.在串联相的svg换流链的直流电压达到额定值时，将各相svg换流链的各功率模块转换为封锁状态；此时链式svg两并一串测试模式下的软上电过程完成；

所述的电子旁路状态的定义为svg换流链中对应每个全桥模块的2个上半桥同时导通或2个下半桥同时导通；

所述的封锁状态的定义为svg换流链中对应每个全桥模块的igbt信号均关断。

所述的第一设定值为并网点线电压峰值的50％。

本发明提供的这种链式svg两并一串测试模式下的软上电方法，针对svg两并一串接线方式特殊设计，与该接线方式下的换流链电压电流特点相适应，可实现将三相功率模块直流电容电压平滑充电至额定值；利用svg自身限流电阻和器件驱动控制来实现，不需额外配置充电电路或辅助硬件，硬件成本低、经济性好；而且充电过程中各模块仅有封锁或旁路两种状态，控制简单，易于实现。

附图说明

图1为链式svg两并一串测试模式的一次接线示意图。

图2为本发明方法的方法流程示意图。

图3为本发明方法在软上电期间三相不控整流阶段的svg系统等效电路模型示意图。

图4为本发明方法的软上电过程仿真结果示意图。

具体实施方式

在svg两并一串测试模式上电启动前，svg已完成换流链、滤波电抗、软启动电路、控制系统等内部组件组装；然后再按照图1所示的两并一串测试模式对应一次接线图进行外部端口连接，比如ab相端口并联后接到电网额定线电压对应a相端口，c相端口连接到电网c相端口，该接线方式构成svg内ab两相并联而c相串联。

如图2所示为本发明方法的程序流程示意图，在软上电之间的系统状态为：三相进线断路器断开、软上电继电器断开、换流链各链节驱动和控制电源无电、各功率模块开关管断开、上层控制系统供电正常、各部件单体试验合格、各部件外部连接正常；

然后，按照如下步骤进行软上电过程：

s1.投入软上电电阻，并使得各相svg换流链的各功率模块为封锁状态；

在具体实施时，首先保持三相进线断路器分闸状态，保持三相软上电电阻的并联继电器处于断开位置，同时对任意一个模块都发驱动闭锁信号，因功率模块在链节控制电源低于最低工作电压或无驱动解锁信号时，各模块驱动都自动保持igbt关断，因此对模块发驱动闭锁信号可保持各开关器件断开；

s2.合闸进线断路器，从而对三相换流链进行不控整流模式下的自然充电；

在具体实施时，合上三相进线断路器，同时仍然保持各换流链功率模块闭锁状态，此时电网电压源、软上电电阻、连接电抗、换流链各模块内自带反并联二极管、链节直流电容等构成电流回路，三相功率模块进行不控整流充电，其中软上电电阻限制启动冲击电流，各模块直流母线电压平稳上升。由于其中c相换流链的电流等于并联ab两相之和，因svg三相换流链内部参数一般对称，c相直流电压充电速率约为a相或b相的两倍。在该阶段中，由于ab两相并联且状态相同，c相电流为a相与b相电流之和，此时svg系统等效电路如图3所示。根据基尔霍夫电压定律，此时电压方程可表示为：

因三相换流链都工作在不控整流模式，且c相电流等于ab两相电流之和。所以c相直流电压充电速率约为a相或b相的两倍，c相换流链直流电压在此阶段中的任意时刻均为a相或b相直流电压的2倍。即

udc_c＝2udc_a

当不控整流模式达到稳态时，充电电流约等于0。此时可以得到：

ug_ac峰值＝udc_a稳态+udc_c稳态

即理论上其最高可上升至电网线电压峰值的2/3；

s3.在串联相的svg换流链的直流电压充电至第一设定值(比如并网点线电压峰值的50％)时，使得串联相的svg换流链中的各功率模块为电子旁路状态，同时保持并联两相的svg换流链中的各功率模块为封锁状态，从而利用电网线电压对并联两相的svg换流链进行充电；

在具体实施时，当c相换流链直流母线电压上述到设定阀值时(阀值可取为电网线电压峰值的50％-60％，以确保超过换流链各功率模块的供电单元最低输入电压，此时该相各功率模块供电电源已可正常工作，igbt可正常驱动)，对c相换流链各功率模块发电子旁路信号(即每个全桥模块2个上半桥同时导通或2个下半桥同时导通)强制c相换流链输出电压为零；此时电网电压源、三相软上电电阻、三相连接电抗、ab两相换流链各模块内自带反并联二极管、ab相链节直流电容等构成电流回路，对ab两相进行不控整流充电；此时c相换流链直流母线电容与电流回路断开，其直流母线电压基本保持不变；而ab两相直流电压逐渐升高，理论上其最高可上升至电网线电压峰值；但因各相换流链额定直流电压一般为电网线电压有效值附近，为避免过充电，可在ab两相换流链直流电压达到其额定值时切换到下一步骤；

s4.在并联两相的svg换流链的直流电压达到额定值时，使得并联两相的svg换流链的各功率模块为电子旁路状态，同时将串联相的svg换流链的各功率模块从电子旁路状态切换到封锁状态，从而利用电网线电压对串联相的svg换流链进行充电；

在具体实施时，当并联ab两相换流链直流电压达到其额定值时，先将c相换流链驱动从电子旁路状态切换到封锁状态，再对ab两相换流链发电子旁路信号，此时电网电压源、三相软上电电阻、三相连接电抗、c两相换流链各模块内自带反并联二极管、c相链节直流电容等构成电流回路，用电网线电压对c相的换流链进行不控整流型充电；此时ab相换流链直流母线电容与电流回路断开，其直流母线电压基本保持不变；而c两相直流电压逐渐升高，理论上其最高可上升至电网线电压峰值；但因各相换流链额定直流电压一般为电网线电压有效值附近，为避免过充电，可在c相换流链直流电压达到其额定值时切换到下一步骤；

s5.在串联相的svg换流链的直流电压达到额定值时，将各相svg换流链的各功率模块转换为封锁状态；此时链式svg两并一串测试模式下的软上电过程完成；

在具体实施时，当c相换流链直流电压也达到其额定值时，此时三个换流链的直流电压都达到其额定值附近时，再对3相换流链的驱动都发封锁信号；此时在a相回路+c相回路构成的回路中，由于ac两相直流电压之和超过电网线电压，在换流链内部二极管单相导通特性作用下，不会产生电流；此时充电完成，svg进入待机状态；

所述的电子旁路状态的定义为svg换流链的各功率模块的每个全桥模块的2个上半桥同时导通或2个下半桥同时导通；

所述的封锁状态的定义为svg换流链的各功率模块的每个全桥模块的igbt信号均关断。

同时，c相直流电压充电设定阀值(第一设定值)理论上可以取并网点线电压峰值50％-66％中的任意值。但优选地可取为并网点线电压峰值的50％，这样既可以保证该相换流链各功率模块的驱动电源正常工作，足以该相功率模块能够可靠地实现电子旁路；同时又可避免充电操作时间过长。

此外，在前述步骤中直流电压是否达到设定阀值的判断逻辑中，可以设置滞环比较环节，从而避免因直流电压细微波动导致各步骤间出现抖动：比如对第三步中的c相直流电压充电设定阀值，可设置当c相直流电压超过并网点线电压峰值的50％后强制c相电子旁路，当c相直流电压低于并网点线电压峰值的48％时关闭c相电子旁路状态，当c相直流电压在并网点线电压峰值48％-50％之间时保持当前状态不变。同理其他阀值比较逻辑都做类似处理。

根据上述方法，对一台svg软上电过程进行仿真，所得结果如图4所示，从中可以看到不同阶段的各相电压电流变化规律，三相电流冲击较小且三相电压可以平稳地达到额定值。