一种换流阀均压电容电路核心器件不拆线参数测量方法与流程

[0001]
本发明涉及高压直流输电技术领域，具体涉及一种换流阀均压电容电路核心器件不拆线参数测量方法。


背景技术：

[0002]
当输电距离较长、输送容量较大时，直流送电是优选的输电方案。特高压直流输电具备点对点、超远距离、大容量送电能力的特点，是我国西南大水电基地和西北大煤电基地的超远距离、超大容量外送的主要输电方式。换流站是高压直流输电系统主要组成部件之一，实现交流系统到直流系统的转换，是高压直流输电的核心技术。而换流阀是换流器的基本单元，是进行换流的关键设备。换流阀采用分层布置，由多个阀模块串联而成，换流阀单阀包含晶闸管级、阳极电抗器和均压电容等核心器件，这些器件的参数对于直流输电系统的稳定、可靠运行具有十分重要的意义，也因此，在直流输电工程投运以前以及设备检修期间，需要对换流阀中的核心器件进行检测试验，以确保换流阀电气性能符合设计要求，保证设备的安全和直流输电工程的可靠性。
[0003]
直流输电系统中，换流阀是换流器的基本单元，是进行换流的关键设备。换流阀采用分层布置，由多个阀模块串联而成。换流阀单阀由78个晶闸管级(3个冗余)和12个阀电抗器串联而成。多个阀段构成一个单阀，阀段与单阀具有相同的电气特性，但仅承担部分阀电压。13个晶闸管级与2台阀电抗器串联后，再并联1台均压电容器组成一个阀段。因此，2个阀段组成1个组件，3个组件组成1个单阀。
[0004]
国外厂商在阻抗测量设备的研发中起步较早，其技术己经足够成熟可靠，产品测量精度高，稳定性强，功能丰富，可以应用在很多尖端领域，而国内的阻抗测量研究起步较晚，进度也比较缓慢，各研究机构和商业公司在品牌、研发和销售等方面相比国外机构还有一定的差距。目前换流阀均压电容电路核心器件参数的传统测试方法比较单一，大多采用万用表、电容桥等对其中各个器件逐个进行测量，为了保证测量精度，这种方法需要逐个器件拆线单独测量，测试效率低，工作量大，严重影响检测进度。除此之外，现有阻抗测试仪虽然精度高，但是不能实现对换流阀核心器件的不拆线测量，在对换流阀进行维护和检修时，这种测量方式不仅费时费力，还可能损坏原有设备。


技术实现要素：

[0005]
针对现有技术的不足，本发明提供一种换流阀均压电容电路核心器件不拆线参数测量方法。
[0006]
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
[0007]
一种换流阀均压电容电路核心器件不拆线参数测量方法，具体包括：
[0008]
在换流阀阀段两端施加频率为f1，电压幅值为u
m
的第一交流电压激励信号，其中频率f1的频率不小于额定频率，获取在第一交流电压激励信号下均压电容的电流幅值i
1m
；
[0009]
改变第一交流电压激励信号的频率为f2，其中频率f2的频率不小于额定频率，形成
第二交流电压激励信号；
[0010]
在换流阀阀段两端施加第二交流电压激励信号，获取在第二交流电压激励信号下均压电容的电流幅值i
2m
；
[0011]
利用电流幅值i
1m
、i
2m
以及换流阀均压电容的电路总阻抗计算公式计算换流阀均压电容电路核心器件在不拆线时均压电容参数值。
[0012]
进一步地，所述第一交流电压激励信号和第二交流电压激励信号通过交流电压源产生，所述交流电压源与均压电容串联。
[0013]
进一步地，获取电流幅值i
1m
和i
2m
时，利用采样电阻进行测量，所述采样电阻与均压电容串联。
[0014]
进一步地，所述额定频率为1mhz。
[0015]
进一步地，所述电路总阻抗计算公式为利用换流阀均压电容电路的简化规律进行等效、简化所得。
[0016]
进一步地，所述换流阀均压电容电路的简化规律通过在实施测量之前对换流阀均压电容电路进行数据仿真模拟分析所得，具体分析步骤包括：
[0017]
建立换流阀均压电容电路等效电路的仿真模型；
[0018]
使用换流阀均压电容电路等效电路的仿真模型，在特定交流电压的信号激励下，改变激励信号的频率，分析比较换流阀均压电容电路在拆线和不拆线时等效电路的响应特性；
[0019]
根据分析比较结果得出换流阀均压电容电路的简化规律。
[0020]
进一步地，所述建立换流阀均压电容电路等效电路的仿真模型采用电路仿真软件pspice建模获得。
[0021]
进一步地，所述电路总阻抗计算公式为：
[0022][0023]
式中：z
总
为电路总阻抗；r
c
为采样电阻；n为串联的阀段个数；r为rpu板的电阻；y为均压电容的容抗，y＝-1/(ωc
g
)，ω为f对应的角频率，c
g
为均压电容。
[0024]
进一步地，在利用电流幅值i
1m
、i
2m
以及换流阀均压电容的电路总阻抗计算公式计算换流阀均压电容电路核心器件在不拆线时均压电容参数值时，通过对电路总阻抗计算公式进行化简得出换流阀均压电容电路核心器件在不拆线时均压电容参数值计算公式，所述换流阀均压电容电路核心器件在不拆线时均压电容参数值计算公式为：
[0025]
[0026]
式中：r为rpu板的电阻，c
g
为均压电容，u
m
为激励电压幅值，i
m
为幅值为u
m
频率为f的激励信号下采样电阻上的电流幅值，ω1为f1对应的角频率，ω2为f2对应的角频率，n为串联的阀段个数。
[0027]
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
[0028]
本发明实现了换流阀均压电容电路核心器件不拆线参数测量，其操作简单，测量精度高，测量速度快，经过仿真模拟验证，该方案无论电压精确到10mv，还是100mv，测量出的均压电容误差均在5％以内，除此之外，阀段数量越多，测量结果越精确。同时，由于在测量时候无需拆线，因此无需担心在测量的时候损坏原有设备，有效提高测量效率。
附图说明
[0029]
图1为本发明的的单个阀段等效电路仿真模型图；
[0030]
图2为本发明的拆线情况下阀段激励电路模型图；
[0031]
图3为本发明的不拆线情况下阀段激励电路模型图；
[0032]
图4为本发明的不拆线情况下阀段激励电路等效一分支电路图；
[0033]
图5为本发明的不拆线情况下阀段激励电路等效二分支电路图；
[0034]
图6为本发明换流阀均压电容电路核心器件不拆线参数测量方法的流程框图；
具体实施方式
[0035]
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0036]
实施例
[0037]
一种换流阀均压电容电路核心器件不拆线参数测量方法，在其实施之前，先通过对换流阀均压电容电路进行数据仿真模拟，对换流阀均压电容电路在拆线和不拆线时等效电路的响应特性进行分析比较，得出换流阀均压电容电路的简化规律。
[0038]
具体换流阀均压电容电路等效电路的仿真模型建模，采用电路仿真软件pspice建模，由于测量均压电容时，激励信号只能施加在单个阀段两端，所以在此将对单个阀段进行分析。换流阀单个阀段的等效电路图如图1所示。其中c
g
为待测均压电容；r
h
为水管直流电阻。从图中可以看出，除均压电容外电路还存在其他支路，为了方便分析，这里将水管直流电阻支路和晶闸管级与阳极电抗器串联形成的支路合并为一条支路，并在下面的讨论中将其称为第二条支路，根据电路的特性，可以得到第一条支路(待测均压电容所在支路)和第二条支路的阻抗表达式：
[0039][0040]
z2＝x1+jx2[0041]
式中，r为rpu板的电阻；f为激励信号的频率；c
g
为待测均压电容；x1为第二条支路阻抗的实部；x2为第二条支路阻抗的虚部，x1和x2中均包含电阻、电容、电感，并且两者的值都和激励信号的频率有关。
[0042]
进一步的可以得到阻抗的模值：
[0043][0044][0045]
分析比较特定交流电压的信号激励下，改变激励信号的频率，分析比较换流阀均压电容电路在拆线和不拆线时等效电路的响应特性，其具体分析如下：
[0046]
均压电容拆线情况下激励响应特性分析。
[0047]
在单个阀段两端施加激励信号，如图2所示。图中r
c
为采样电阻，阻值为10ω；v
in
为标准的正弦信号，幅值为12v；c
g
为待测均压电容；r
h
为水管直流电阻。
[0048]
改变激励信号的频率，分别测量采样电阻上的电流、单个阀段第一条和第二条支路的电流，当频率小于10khz时，电流随频率升高而增大，当频率大于10khz时，电流随频率升高而减小。此外，当频率大于1mhz时，第一条支路上的电流远大于第二条支路的电流。得出：在阀段独立测试的情况下，通过施加超过1mhz的高频激励信号，可以让第一条支路的电流远大于第二条支路的电流，从而忽略其余支路对待测支路的影响，让采样电阻上的电流近似为第一条支路的电流。
[0049]
均压电容不拆线情况下激励响应特性分析。
[0050]
以三个阀段串联为例，此种情况施加激励信号后的电路等效图如图3所示。当在第一个阀段施加激励信号后，电路中会形成如图4和图5所示的两条电流通路。
[0051]
可见尽管电路中有多个阀段，但是不论在哪个阀段两端施加激励信号，都会产生电气特性完全相同的两条电流通路：第一条为待测的阀段；第二条为其余阀段串联后形成的通路。基于上述电路特性，此处可以只研究第一个阀段。改变激励信号的频率，分别测量采样电阻上的电流，待测均压电容支路的电流、第二条回路的电流，发现采样电阻上的电流、待测均压电容支路的电流)、第二条回路的电流随频率的升高而增大，由于是基于三个阀段进行仿真，所以待测均压电容支路的电流是第二条回路电流的n-1倍。
[0052]
最后得出换流阀均压电容电路的简化规律：当频率高于1mhz时，可以将阀段的电流等效为均压电容支路的电流，均压电容支路的阻抗为z
c
＝x+jy，由于器件参数不会偏离标准值太多，在等效、简化电路后电路总阻抗计算公式推导如下：
[0053][0054]
式中：z
总
为电路总阻抗；r
c
为采样电阻；n为串联的阀段个数；r为rpu板的电阻；y为均压电容的容抗，y＝-1/(ωc
g
)，ω为f对应的角频率，c
g
为均压电容。
[0055]
如图6所示，基于上述换流阀均压电容电路的简化规律，具体换流阀均压电容电路核心器件不拆线参数测量方法的实施过程如下：
[0056]
在换流阀阀段两端连接激励电路，激励电路包括串联的交流电压源v
in
及采样电阻r
c
；
[0057]
通过激励电路在换流阀阀段两端施加一个幅值为u
m
，频率为f1的第一交流电压激励信号，其中频率f1的频率不小于1mhz，并借助采样电阻r
c
得到换流阀阀段在不拆线时电路中的电流幅值i
1m
；
[0058]
改变高频交流电压激励信号的频率为f2，频率f2的频率不小于1mhz，形成第二交流电压激励信号，并借助采样电阻r
c
得到换流阀阀段在不拆线时电路中的电流幅值i
2m
；
[0059]
利用换流阀均压电容电路的简化规律对电路进行等效，简化电路，确定换流阀均压电容电路总阻抗计算公式，其公式如下：
[0060][0061]
式中：z
总
为电路总阻抗；r
c
为采样电阻；n为串联的阀段个数；r为rpu板的电阻；y为均压电容的容抗，y＝-1/(ωc
g
)，ω为f对应的角频率，c
g
为均压电容。
[0062]
根据电流数值i
1m
和i
2m
，计算相应电流数值时电路的总阻抗|z
总1
|和|z
总2
|，再通过电路总阻抗计算公式计算换流阀均压电容电路核心器件在不拆线时均压电容参数值，其计算公式如下：
[0063][0064]
式中：r为rpu板的电阻，c
g
为均压电容，u
m
为激励电压幅值，i
m
为幅值为u
m
频率为f的激励信号下采样电阻上的电流幅值，ω1为f1对应的角频率，ω2为f2对应的角频率，n为串联的阀段个数。
[0065]
最后将相关数据代入，计算得出均压电容c
g
的值，完成测量。
[0066]
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。