一种低频输电阀段运行试验电路及控制方法与流程

本技术涉及低频输电，尤其涉及一种低频输电阀段运行试验电路及控制方法。

背景技术：

1、随着远海风电的发展，基于模块化多电平的矩阵变换器近期称为工程领域的研究热点之一。可用于远海风电的低频送出，与低频运行的海上风电场连接，省去海上换流站。模块化矩阵变换器单个桥臂采用全桥功率模块级联结构，共9个桥臂，提供一个交流低频端口和一个交流工频端口，实现交交变换。而三相桥式结构的背靠背拓扑中需要12个桥臂实现交交变换，桥臂数量相对较多。因此在换流站建设方面能够大幅降低远海风电送出成本，具有较好的发展前景。对于大规模海上风电场，矩阵变换器的稳定运行直接影响风电并网的可靠性，因此对于低频输电系统中矩阵变换器在投运前同样需要进行换流阀运行试验，根据已有的柔直工程，换流阀以阀段为单位进行短时过负荷和长时间的最大负荷运行试验，按照iec的换流阀运行试验标准，每个阀段通常由大于4个功率模块串联组成，作为试品阀段进行运行试验。

2、矩阵变换器桥臂在运行过程中承受的电压、电流应力与柔直系统差别较大，桥臂两端均连接交流系统，桥臂电压约为两端交流系统电压差，因此桥臂端间电压主要包含低频分量和工频分量。桥臂电流也是低频分量和高频分量的合成，而现有柔直换流阀运行试验回路中试品阀段端间为直流分量和交流分量的叠加，例如公开号为cn115407147a的中国专利“级联模块试验电路、方法及系统”提出一种模块化级联多电平的运行试验电路，试验回路针对柔直换流阀设计，试品阀段端间输出电压与矩阵变换器差别较大，试验回路需要充电电源和运行试验电源两组直流电源，供电部分较复杂。且运行试验电源通过两个试品功率模块为阀段运行试验提供损耗功率，当试品单元串联数量较多时，运行损耗会超过功率单元额定功率限制，因此单次试验中被试模块数量受到试品功率单元额定功率限制。

技术实现思路

1、本技术提供了一种低频输电阀段运行试验电路及控制方法，基于单一交流试验电源为运行试验回路提供损耗功率，设置低频阀段与交流试验电源共同为试品端间施加低频和工频交流电压，与实际工程换流阀端间电压保持一致。仅需一个工频交流电源可实现试验回路的充电和运行试验供电，不需要配置直流电源和整流装置；并且所需的交流电源可以是一个小功率调压器与电网连接，主回路简单可靠。

2、有鉴于此，本技术第一方面提供了一种低频输电阀段运行试验电路，所述电路包括：

3、试品阀段1、试品阀段2、低频阀段、工频交流可调电源、限流电抗和负载电抗、低频谐振回路、滤波电容；

4、所述试品阀段1和所述试品阀段2经所述负载电抗并联，并联后的试品阀段的高压端与所述低频阀段的低压端相连，并联后的试品阀段低压端经所述限流电抗与所述工频交流可调电源的正极相连，所述工频交流可调电源的接地极与所述低频阀段的高压端相连，所述低频谐振回路的两端分别与所述工频交流调压电源的正极和所述低频阀段的高压端相连，所述滤波电容两端分别与工频交流调压电源的负极和低频阀段的高压端相连。

5、可选地，所述试品阀段1、所述试品阀段2和所述低频阀段均由若干个全桥功率模块串联构成。

6、可选地，所述工频交流可调电源，具体为：由低压市电经单相调压器输出0～额定电压可调的单相交流电，其中，所述单相调压器的输出端为所述工频交流可调电源的输出端。

7、可选地，所述低频谐振回路，包括：谐振电感和谐振电容；

8、其中，所述谐振电感和所述谐振电容串联，所述谐振电感的谐振频率与所述试品阀段的端间电压的低频成分频率相同。

9、本技术第二方面提供一种低频输电阀段运行试验电路的控制方法，应用于上述第一方面所述的低频输电阀段运行试验电路，所述方法包括：

10、接通市电电源后，调整工频交流可调电源的调压器，使得使电源输出电压逐渐上升至额定，单相交流电经限流电抗、试品阀段1、试品阀段2、低频阀段和滤波电容构成充电回路，对功率单元进行充电；

11、计算交流电源相位，使能锁相环模块计算交流电源输出电压相位；

12、对低频阀段中的功率单元进行充电至功率单元的工作电压，并解锁低频阀段，使能低频阀段控制模块；

13、抬升试品电流，同时解锁试品阀段1和试品阀段2，使能试品阀段的电流控制模块使试品阀段1和试品阀段2之间按照电流设定值产生试验电流；并逐渐增加电流设定值的幅值至预规定的试验电流值。

14、可选地，所述锁相环模块，具体用于：

15、基于常规锁相环计算方法，根据工频交流调压电源输出的电压检测值，及其1/4工频周期的延时信号，计算得到交流电源电压相位，其中，所述电压检测值和所述延时信号为正交关系。

16、可选地，所述低频阀段控制模块，具体用于：

17、对给定的低频频率信号进行积分得到低频相位，并对所述低频相位进行正弦运算得到低频正弦信号；

18、对所述低频正弦信号与低频阀段的稳态电压幅值信号进行相乘，得到低频稳态电压信号；

19、对低频稳态电压信号与电压平均值控制信号、电压平衡控制信号进行相加得到低频阀段调制信号，所述低频阀段调制信号经最近电平逼近和电压排序方法得到低频阀段触发脉冲；

20、其中，所述电压平均值控制信号为：电压平均值控制模块计算得到；所述电压平衡控制信号为：由电压平衡控制模块计算得到。

21、可选地，所述电压平衡控制模块，具体用于：

22、将低频阀段的平均电压和试品阀段1和试品阀段2的平均电压作差，差值输入到第一pi调节器，并将输出信号与低频正弦信号相乘得到低频谐振电流给定信号；

23、将所述低频谐振电流给定信号与低频谐振电流反馈信号作差，差值经第一比例-谐振调节器，从而输出所述电压平衡控制信号。

24、可选地，所述电压平均值控制模块，具体用于：

25、将总电容电压给定值和总电容电压反馈值作差，差值输入到第二pi调节器，并将输出信号与电网相位的正弦计算结果进行相乘，得到工频补能电流给定信号；

26、将所述工频补能电流给定信号与电源电流反馈信号作差，差值经第二比例-谐振调节器，从而输出所述电压平均值控制信号。

27、可选地，所述第一比例-谐振调节器的谐振频率为低频，所述第二比例-谐振调节器的谐振频率为工频。

28、从以上技术方案可以看出，本技术具有以下优点：

29、1)本技术的一种低频输电阀段运行试验拓扑及控制方法，仅采用单一交流电源和调压器实现试品阀段的充电和补能，不需要整流装置和额外的电源控制系统，试验系统的供电部分相对简单，可靠性高；

30、2)本技术的一种低频输电阀段运行试验拓扑及控制方法，试品阀段两端分别连接低频阀段和工频电源，能够精确等效低频输电工程中换流阀端间电压应力。

31、3)本技术的一种低频输电阀段运行试验拓扑及控制方法，设置低频谐振电流通路实现低频阀段和试品阀段的电压平衡控制，设置滤波电容为交流电源输出的工频补能电流提供通路，实现了低频电压平衡控制电流与工频补能电流的相互独立，使交流电源输出的补能电流仅含有工频分量，能有效减小交流电源输出功率的波动。