一种直流耗能阀通流试验电路及方法与流程

1.本发明涉及大功率电力电子领域，尤其涉及一种直流耗能阀通流试验装置及方法。


背景技术：

2.在海上风电通过柔性直流输电送出系统中，海上换流站一般运行于孤岛模式，换流站负责控制交流电压，流入柔性直流系统的功率由风电场的输出功率决定。当陆上换流站或受端交流电网出现故障时，风电场送出的功率无法及时消纳，使得直流系统的输入功率大于输出功率，必然导致直流电压持续升高，危及系统安全。直流耗能装置并联与直流母线，当上述情况发生时，可通过直流耗能装置将电网故障期间的盈余功率泄放掉，以协助系统完成故障穿越。
3.直流耗能装置中的核心设备是直流耗能阀，一种技术路线是采用mmc子模块串联构成直流耗能阀。直流耗能阀虽然采用mmc子模块，但其实际工况与mmc大相径庭，不能直接套用柔性直流换流阀试验标准iec 62501对直流耗能阀进行试验。上述故障发生时，直流耗能阀消耗系统盈余功率，其将承受相应的电压、电流应力。


技术实现要素：

4.基于现有技术的上述情况，为了考核直流耗能阀在不同耗能工况下的电气耐受能力，本发明提供了一种参数可调、易于实现的解决方案。本发明通过提供一种直流耗能阀通流试验电路及方法，为直流耗能阀提供与实际工况相当的电气应力，以达到考核其通流性能的目的。
5.为达到上述目的，根据本发明的一个方面，本发明提供了一种直流耗能阀通流试验电路，包括：电压源、第一隔离阀1、限流电阻r、试品阀、第二隔离阀2、辅助阀和电流源；其中，所述电压源与所述第一隔离阀1、限流电阻r和试品阀串联；所述第二隔离阀2与所述辅助阀串联后与所述试品阀并联，所述电流源与所述辅助阀并联。
6.进一步的，所述电压源的正极与所述第一隔离阀1的阳极连接，所述第一隔离阀1的阴极与所述限流电阻r的一端连接，所述试品阀的正极与所述限流电阻r的另一端连接，所述试品阀的负极与所述电压源负极连接后接地。
7.进一步的，所述第二隔离阀2的阴极与所述试品阀的正极连接，所述第二隔离阀2的阳极与所述辅助阀的正极连接，所述辅助阀的负极与所述试品阀的负极连接。
8.进一步的，所述电流源的正极与所述辅助阀的正极连接，所述电流源的负极与所述辅助阀的负极连接。
9.进一步的，所述电流源为直流电流源，所述电压源为直流电压源，且所述电流源和电压源的输出可调。
10.进一步的，所述试品阀由n个mmc半桥子模块串联构成，所述半桥子模块包括电容器c、第一igbt t1及与所述第一igbt t1反并联的第一二极管d1、第二igbt t2及与所述第
二igbt t2反并联的第二二极管d2；其中所述第一igbt t1和所述第二igbt t2串联后与所述电容器c并联，所述第一igbt t1与所述第二igbt t2之间的连接点为正极，所述第二igbt t2的另一端为负极，相单元的正极与所述子模块正极一致，所述相单元的负极与所述子模块负极一致。
11.进一步的，所述n为大于等于5的自然数。
12.进一步的，所述辅助阀为全控开关，所述第一隔离阀1和第二隔离阀2为半控开关。
13.根据本发明的另一方面，本发明提供了一种用于直流耗能阀通流试验电路的试验方法，包括以下步骤：
14.(1)导通所述辅助阀，启动所述电流源并调节电流源输出电流达到试验要求值；
15.(2)启动所述电压源，为所述试品阀充电至试验要求值；
16.(3)闭锁所述电压源；
17.(4)导通所述试品阀中所有子模块中的第二igbt(t2)，关断所述辅助阀，使得试验电流从所述辅助阀转移至所述试品阀；
18.(5)关断所述试品阀中所有子模块中的第二igbt(t2)，导通所述辅助阀，使得试验电流从所述试品阀转移至所述辅助阀；
19.(6)按照试验要求的开关频率重复步骤(4)和(5)，持续试验要求时间，试验结束。
20.综上所述，本发明提供了一种由电压源、第一隔离阀、限流电阻、试品阀、第二隔离阀、辅助阀和电流源构成的直流耗能阀通流试验电路，以及用于所述直流耗能阀通流试验电路的试验方法。
21.本发明具有如下有益的技术效果：
22.(1)采用电压源、电流源联合工作为试品阀提供试验要求的电气应力，极大的降低了对试验电源容量的需求，降低了试验成本。
23.(2)电压源、电流源的输出可调，满足直流耗能阀不同通流试验需求。
24.(3)当电压源工作时，第二隔离阀承受高电压，保护电流源；当电流源工作时，第一隔离阀将电压源隔离开，保护电流源。
附图说明
25.图1是本发明直流耗能阀通流试验电路图；
26.图2是本发明半桥子模块电气原理图；
27.图3是本发明直流耗能阀通流试验方法流程图；
28.图4是本发明直流耗能阀通流试验的试品阀与辅助阀的换流控制图。
具体实施方式
29.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
30.本发明提供了一种由电压源、第一隔离阀、限流电阻、试品阀、第二隔离阀、辅助阀和电流源构成的直流耗能阀通流试验电路，以及用于所述直流耗能阀通流试验电路的试验
方法。
31.下面对结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。本发明提供了一种直流耗能阀通流试验电路，如图1所示，该直流耗能阀通流试验电路包括：电压源、第一隔离阀1、限流电阻r、试品阀、第二隔离阀2、辅助阀和电流源。其中，所述电压源是直流电压源，输出可调，用于为试品阀充电，提供试验电压；所述电流源是直流电流源，所述可调，用于为试品阀提供试验电流。
32.其中，所述直流电压源与所述第一隔离阀1、限流电阻r和试品阀串联，所述直流电压源的正极与所述第一隔离阀1的阳极连接，所述第一隔离阀1的阴极与所述限流电阻r的一端连接，所述试品阀的正极与所述限流电阻r连接，所述试品阀的负极与所述直流电压源的负极连接后接地；所述第二隔离阀2与所述辅助阀串联后与所述试品阀并联，所述第二隔离阀2的阴极与所述试品阀的正极连接，所述第二隔离阀2的阳极与所述辅助阀的正极连接，所述辅助阀的负极与所述试品阀的负极连接；所述直流电流源与所述辅助阀并联，所述直流电流源的正极与所述辅助阀的正极连接，所述直流电流源的负极与所述辅助阀的负极连接。
33.所述试品阀由n个mmc半桥子模块串联构成，在一个可选的实施例中，所述半桥子模块包括电容器c、第一igbt t1及与所述第一igbt t1反并联的第一二极管d1、第二igbt t2及与所述第二igbt t2反并联的第二二极管d2；其中所述第一igbt t1和所述第二igbt t2串联后与所述电容器c并联，所述第一igbt t1与所述第二igbt t2之间的连接点为正极，所述第二igbt t2的另一端为负极，相单元的正极与所述子模块正极一致，所述相单元的负极与所述子模块负极一致，所述子模块的电路原理图如图2所示。当所述第一igbt t1导通以及所述第二igbt t2关断时，子模块处于投入状态；当所述第二igbt t2导通以及所述第一igbt t1关断时，子模块处于切除状态。
34.在本发明的另一个可选实施例中，还提供了一种mmc阀igbt过电流关断试验方法，可用于所述换流阀过电流关断试验电路，该试验方法的流程图如图3所示，具体包括如下步骤：
35.步骤1：导通所述辅助阀，启动所述电流源并调节电流源输出电流达到试验要求值；
36.步骤2：启动所述电压源，为所述试品阀充电至试验要求值；
37.步骤3：闭锁所述电压源；
38.步骤4：导通所述试品阀中所有子模块中的第二igbt t2，关断所述辅助阀，使得试验电流从所述辅助阀转移至所述试品阀；
39.步骤5：关断所述试品阀中所有子模块中的第二igbt t2，导通所述辅助阀，使得试验电流从所述试品阀转移至所述辅助阀；
40.步骤6：按照试验要求的开关频率重复步骤4、5，持续试验要求时间，试验结束。
41.具体地，试验开始后，首先导通辅助阀并启动所述电流源，调节电流源使得电流源输出电流达到试验要求；然后启动所述电压源为试品阀充电，试品阀充电过程中按照预定的均压策略进行控制；电压源工作过程中，由于第二隔离阀2的存在，使得电流源免受高电压侵扰；试品阀充电完成后闭锁电压源和试品阀，然后按照预定的换流时序控制试品阀中的第二igbt t2导通，闭锁辅助阀，使得电流源电流从辅助阀中换流至试品阀中，形成试验
电流。所述试品阀通流一定时间后，导通辅助阀闭锁试品阀，使得电流源电流从试品阀中换流至辅助阀中。上述换流过程中，为了确保电流源负载平滑切换，辅助阀和试品阀的开通关断必须有一定的交叠时间δt，如图4所示。按照要求的开关频率重复上述通流过程并持续试验规定的时间即可完成直流耗能阀通流试验。
42.综上所述，本发明涉及一种直流耗能阀通流试验电路，包括电压源、第一隔离阀、限流电阻、试品阀、第二隔离阀、辅助阀和电流源。以及一种mmc阀igbt过电流关断试验方法，可用于所述耗能阀过电流关断试验电路，为直流耗能阀提供与实际工况相当的电气应力，以达到考核其通流性能的目的。并且具有如下有益的技术效果：
43.(1)采用电压源、电流源联合工作为试品阀提供试验要求的电气应力，极大的降低了对试验电源容量的需求，降低了试验成本。
44.(2)电压源、电流源的输出可调，满足直流耗能阀不同通流试验需求。
45.(3)当电压源工作时，第二隔离阀承受高电压，保护电流源；当电流源工作时，第一隔离阀将电压源隔离开，保护电流源。
46.应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。