一种可控换相换流阀单阀连续大电流关断试验装置及方法与流程

1.本发明涉及换流阀技术领域，具体涉及一种可控换相换流阀单阀连续大电流关断试验装置及方法。


背景技术：

2.可控换相换流阀是一种新型高压直流换流装备，继承了传统lcc输送容量大、损耗低和经济性高的优势，实现了换流桥臂可控关断，从根本上杜绝了换相失败现象,是未来远距离大容量直流输电优选技术路线。因此，针对可控换相换流阀桥臂连续可控关断能力的试验考核，是有效验证换流阀交流故障抵御换相失败的关键性试验项目。该项试验不但需要验证实际情况下桥臂内部百余只可控器件同步开通、关断的一致性，同时考核单阀在多周波关断大电流过程中各元器件承受的电压、电流应力以及高di/dt及du/dt的瞬变应力。
3.现有技术方案只针对单个电力电子器件进行单次关断试验，未提出对整个桥臂连续多周波可关断能力的等效性试验验证。


技术实现要素：

4.因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的未提出对整个桥臂连续可控关断能力的等效性试验验证的缺陷，从而提供一种可控换相换流阀单阀连续大电流关断试验装置及方法。
5.为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.第一方面，本发明实施例提供一种可控换相换流阀单阀连续大电流关断试验装置，包括：多周波故障电流源、补能电路、第一开关电路及第二开关电路，其中，多周波故障电流源，其第一端通过第一开关电路与可控换相换流阀的第一端连接，其第二端与可控换相换流阀的第二端连接；补能电路，其第一端通过第二开关电路与可控换相换流阀的第一端连接，其第二端与可控换相换流阀的第二端连接，其第三端与交流电连接；可控换相换流阀，其第二端接地；当第二开关电路闭合、第一开关电路断开时，补能电路为可控换相换流阀供能；当第一开关电路闭合、第二开关电路断开时，可控换相换流阀电力电子器件连续多周波交替开通、关断，多周波故障电流源的运行状态向可控换相换流阀周期性注入故障电流，以对可控换相换流阀进行连续大电流关断试验。
7.在一种可选的实施方式中，多周波故障电流源包括：直流充电电源、第一分压电路及多个故障电流支路，其中，故障电流支路，其第一端与第一分压电路的第一端连接，其第一端还通过第一开关电路与可控换相换流阀的第一端连接，其第二端与直流充电电源的正极连接，其第三端与第一分压电路的第二端、可控换相换流阀的第二端、直流充电电源的负极连接；第一分压电路用于测量故障电流支路电压；在一个周期内，一条故障电流支路导通，故障电流支路向可控换相换流阀注入故障电流。
8.在一种可选的实施方式中，故障电流支路包括：谐振电感、第一可控开关、第二可控开关及谐振电容，其中，第一可控开关，其第一端通过谐振电感与第一分压电路的第一端
连接，其第一端还依次通过谐振电感、第一开关电路与可控换相换流阀的第一端连接，其第二端通过谐振电容与第一分压电路的第二端、可控换相换流阀的第二端、直流充电电源的负极连接，其第二端还通过第二可控开关与直流充电电源的正极连接；当第一可控开关断开、第二可控开关闭合时，直流充电电源为谐振电容充电；当第一可控开关闭合、第二可控开关断开时，谐振电容输出故障电流至可控换相换流阀。
9.在一种可选的实施方式中，补能电路包括：保护电阻、第二分压电路及变压器，其中，第二分压电路，其第一端依次通过保护电阻、第二开关电路与可控换相换流阀的第一端连接，其第一端还与变压器原边的第一端连接，其第二端分别与变压器原边的第二端、可控换相换流阀的第二端连接，其用于测量变压器原边电压。
10.在一种可选的实施方式中，第一分压电路及第二分压电路均包括：分压电容。
11.在一种可选的实施方式中，第一开关电路包括：第一快速开关。
12.在一种可选的实施方式中，第二开关电路包括：第二快速开关。
13.在一种可选的实施方式中，可控换相换流阀单阀连续大电流关断试验装置还包括：控制系统，其与多周波故障电流源、第一开关电路、第二开关电路及可控换相换流阀连接，用于控制第二开关电路闭合、第一开关电路断开，使得补能电路为可控换相换流阀供能；控制第一开关电路闭合、第二开关电路断开，并且同时触发可控换相换流阀电力电子器件，通过控制多周波故障电流源的运行状态向可控换相换流阀周期性注入故障电流，以对可控换相换流阀进行连续大电流关断试验。
14.第二方面，本发明实施例提供一种可控换相换流阀单阀连续大电流关断试验方法，应用于第一方面的装置，方法包括：控制第二开关电路闭合、第一开关电路断开，使得补能电路为可控换相换流阀供能；控制第一开关电路闭合、第二开关电路断开，并且同时触发可控换相换流阀电力电子器件，通过控制多周波故障电流源向可控换相换流阀周期性注入故障电流，以对可控换相换流阀进行连续大电流关断试验。
15.在一种可选的实施方式中，在控制第一开关电路闭合、第二开关电路断开之前还包括：控制第二可控开关闭合；当谐振电容电压达到预设电压阈值时，控制第二可控开关断开。
16.本发明技术方案，具有如下优点：
17.本发明提供的可控换相换流阀单阀连续大电流关断试验装置及方法，控制第二开关电路闭合、第一开关电路断开，使得补能电路为可控换相换流阀供能；控制第一开关电路闭合、第二开关电路断开，并且同时触发可控换相换流阀电力电子器件，通过控制多周波故障电流源向可控换相换流阀周期性注入故障电流，以对可控换相换流阀进行连续大电流关断试验。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1为本发明实施例提供的试验装置的一个具体示例的组成图；
20.图2为本发明实施例提供的试验装置的另一个具体示例的组成图；
21.图3为本发明实施例提供的试验装置的具体电路拓扑结构；
22.图4为本发明实施例提供的试验方法的一个具体示例的流程图；
23.图5(a)～图5(c)均为本发明实施例提供的可控换相换流阀结构形式；
24.图6(a)～图6(c)均为本发明实施例提供的v12子阀结构形式；
25.图7(a)～图7(c)均为本发明实施例提供的控制时序图；
26.图8(a)、图8(b)均为本发明实施例提供的连续大电流分断试验电压电流波形。
具体实施方式
27.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
28.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
29.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
30.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
31.实施例1
32.本发明实施例提供一种可控换相换流阀单阀连续大电流关断试验装置，如图1所示，包括：多周波故障电流源1、补能电路2、第一开关电路3及第二开关电路4。
33.如图1所示，多周波故障电流源1，其第一端通过第一开关电路3与可控换相换流阀的第一端连接，其第二端与可控换相换流阀的第二端连接。
34.具体地，多周波故障电流源1内部包括多个支路，通过在每个周期控制至少一个支路投入，以实现多周波故障电流的投入。
35.如图1所示，补能电路2，其第一端通过第二开关电路4与可控换相换流阀的第一端连接，其第二端与可控换相换流阀的第二端连接，其第三端与交流电连接。可控换相换流阀，其第二端接地。
36.具体地，补能电路2与交流电连接，其可以以电磁感应原理感应交流电后，为可控换相换流阀电力电子器件级板卡供电。
37.具体地，当第二开关电路4闭合、第一开关电路3断开时，补能电路2为可控换相换流阀供能；当第一开关电路3闭合、第二开关电路4断开，并且可控换相换流阀电力电子器件连续多周波交替开通、关断，多周波故障电流源1的运行状态向可控换相换流阀周期性注入
故障电流，以对可控换相换流阀进行连续大电流关断试验。
38.具体地，为了防止多周波故障电流源1与补能电路2之间相互耦合对电源装置造成损坏，通过控制第一开关电路3及第二开关电路4的投入和退出，实现不同时间给可控换相换流阀注入电压和电流，实现vt阀大电流关断。
39.在一些可选的实施方式中，如图2所示，多周波故障电流源1包括：直流充电电源11、第一分压电路12及多个故障电流支路13。
40.如图2所示，故障电流支路13，其第一端与第一分压电路12的第一端连接，其第一端还通过第一开关电路3与可控换相换流阀的第一端连接，其第二端与直流充电电源11的正极连接，其第三端与第一分压电路12的第二端、可控换相换流阀的第二端、直流充电电源11的负极连接。
41.具体地，在注入故障电流之前，通过控制直流充电电源11为每个故障电流支路13充电之后，当进行测试时，通过在每个测试周期通过控制依次投入故障电流支路13，从而向换流阀注入多周波故障电流。
42.在一些可选的实施方式中，如图3所示，故障电流支路13包括：谐振电感(l1～ln)、第一可控开关(v1～vn)、第二可控开关(k11～k1n)及谐振电容(c11～c1n)，第一分压电路12包括第一分压电容c2。
43.具体地，如图3所示，第一可控开关，其第一端通过谐振电感与第一分压电路12的第一端连接，其第一端还依次通过谐振电感、第一开关电路3与可控换相换流阀的第一端连接，其第二端通过谐振电容与第一分压电路12的第二端、可控换相换流阀的第二端、直流充电电源11的负极连接，其第二端还通过第二可控开关与直流充电电源11的正极连接。
44.具体地，控制第二可控开关闭合，直流充电电源11为谐振电容充电，当谐振电容电压达到充电要求时，控制第二可控开关断开，并且在每个周期开通一个第一可控开关，实现多周波故障电流注入到换流阀内。
45.在一些可选的实施方式中，如图3所示，补能电路2包括：保护电阻r、第二分压电路及变压器t，其中，第二分压电路包括第二分压电容c3。
46.具体地，如图3所示，第二分压电路，其第一端依次通过保护电阻r、第二开关电路4与可控换相换流阀的第一端连接，其第一端还与变压器t原边的第一端连接，其第二端分别与变压器t原边的第二端、可控换相换流阀的第二端连接。
47.可选地，如图3所示，第一开关电路3包括：第一快速开关k1，第二开关电路4包括：第二快速开关k2。
48.在一些可选的实施方式中，可控换相换流阀单阀连续大电流关断试验装置，还包括：
49.控制系统，其与多周波故障电流源1、第一开关电路3、第二开关电路4及可控换相换流阀连接，用于控制多周波故障电流源1、第一开关电路3、第二开关电路4及可控换相换流阀的运行状态。
50.可选地，如图3所示，控制系统由试验控制平台和阀控平台构成，试验控制平台通过下午控制时序来控制k1、k2和阀控平台，阀控平台在控制vt阀可控各个子阀，实现对可控换相换流阀大电流分断试验模拟。
51.本发明实施例建立了分断试验控制平台，控制参数可按照实际工况要求动态调
整，实现对规模化电力电子器件精确化开关控制，同时可以将一次器件状态反馈给阀控平台，保证各级器件性能均正常。
52.本发明实施例建立了单阀大电流分断试验控制系统，可实现对谐振电流源、交流源、单阀规模化电力电子器件独立或联合控制。
53.需要说明的是，通过调整谐振电容的充电电压、谐振电感和控制时序等参数可模拟真型单阀不同关断电流、关断电压及du/dt、di/dt应力耐受能力。
54.实施例2
55.本发明实施例提供一种可控换相换流阀单阀连续大电流关断试验方法，应用于以上实施例1的连续大电流关断试验装置，如图4所示，包括：
56.步骤s1：控制第二开关电路4闭合、第一开关电路3断开，使得补能电路2为可控换相换流阀供能；
57.步骤s2：控制第一开关电路3闭合、第二开关电路4断开，并且同时触发可控换相换流阀电力电子器件，通过控制多周波故障电流源1向可控换相换流阀周期性注入故障电流，以对可控换相换流阀进行连续大电流关断试验。
58.具体地，本实施例提供的单阀连续大电流关断试验是以真型单阀阀塔结构为试验对象，通过第一开关电路3及第二开关电路4实现多周波故障电流源1和补能电路2投入和退出，补能电路2用于给百余只可控器件获取能量，在电力电子器件取能正常的情况下，通过第二开关电路4、第一开关电路3退出交流补能电源，投入多周波故障电流源1，通过阀控设备控制百余只电力电子器件器件同步触发，将多周波故障电流引入到阀内并经过一段时间周期性同步关断，实现整个桥臂连续大电流关断。通过调整电容充电电压、谐振电感和控制时序等参数可模拟真型单阀不同关断电流、关断电压及du/dt、di/dt应力耐受能力。该种试验方法可满足不同高压直流输电工程可控换流器桥臂连续分断电流的试验要求。
59.在一些可选的实施方式中，在控制第一开关电路3闭合、第二开关电路4断开之前还包括：控制第二可控开关闭合；当谐振电容电压达到预设电压阈值时，控制第二可控开关断开。
60.具体地，本发明实施例的可控换相换流阀拓扑结构如图5(a)～图5(c)所示，图5(a)～图5(c)分别为双支路结构形式、单支路晶闸管可控器件混合串联结构形式、单支路可控阀结构形式。
61.其中，v12子阀为具有电流关断和正反向电压阻断能力的电力电子器件构成，同时v12子阀具备旁路功能，旁路支路由多级晶闸管及其辅助部件串联构成，可关断器件由igbt、igct、iegt、gto或mosfet等器件中的一种或多种构成，可有如图6(a)～图6(c)几种形式。图5(a)～图5(c)分别为逆导型器件并联旁路晶闸管形式、逆阻型器件并联旁路晶闸管形式、由二级管、可关断器件及电容构成的h桥形式。
62.基于图5(a)～图5(c)三种结构，图7(a)～图7(c)分别给出双支路vt阀控制时序、单支路混合vt阀控制时序、单支路可控vt阀控制时序。
63.基于图8(a)～图8(b)，连续大电流关断试验操作流程如下：
64.(1)试验初始状态为k3闭合，k2断开；
65.(2)启动补能电路2，监测试品阀vt状态，至试品阀供能系统正常运行；
66.(3)闭合k11～k1n启动直流充电电源11，开始对谐振电容充电，待充电电压达到要
求后，断开k11～k1n，与谐振电容隔离；
67.(4)施加k3打开信号，延时dt1(设置为可调时间，可ms级控制)，施加k2闭合信号，延时dt2，每隔20ms施加v1～vn中一个第一可控开关的触发信号，其中，对于双支路阀触发v11、v12、v13阀导通，v11阀导通区间设计dt3；对于单支路混合阀触发v11、v12；对于单支路可控阀触发v12，每隔20ms其中一路谐振电容对谐振电感放电，产生连续多周波谐振电流注入到试品阀；
68.(5)延时dt6，控制v12阀关断，对于双支路阀需同时开通v14阀，导通区间设置dt8；
69.(6)延时dt7，控制v13阀关断；
70.(7)试验完成后，将试验电容放电，之后将试验谐振电容接地，挂上接地杆，试验完成。
71.上述试验流程形成的可控型换流阀vt上电压电流如图8(a)、图8(b)所示，其中，图8(a)、图8(b)分别为双支路阀电压电流、单支路可控阀电压电流。
72.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

技术特征：
1.一种可控换相换流阀单阀连续大电流关断试验装置，其特征在于，包括：多周波故障电流源、补能电路、第一开关电路及第二开关电路，其中，多周波故障电流源，其第一端通过所述第一开关电路与可控换相换流阀的第一端连接，其第二端与所述可控换相换流阀的第二端连接；补能电路，其第一端通过所述第二开关电路与可控换相换流阀的第一端连接，其第二端与所述可控换相换流阀的第二端连接，其第三端与交流电连接；可控换相换流阀，其第二端接地；当所述第二开关电路闭合、第一开关电路断开时，所述补能电路为所述可控换相换流阀供能；当所述第一开关电路闭合、第二开关电路断开时，所述可控换相换流阀电力电子器件连续多周波交替开通、关断，多周波故障电流源向所述可控换相换流阀周期性注入故障电流，以对所述可控换相换流阀进行连续大电流关断试验。2.根据权利要求1所述的可控换相换流阀单阀连续大电流关断试验装置，其特征在于，多周波故障电流源包括：直流充电电源、第一分压电路及多个故障电流支路，其中，故障电流支路，其第一端与所述第一分压电路的第一端连接，其第一端还通过所述第一开关电路与可控换相换流阀的第一端连接，其第二端与所述直流充电电源的正极连接，其第三端与所述第一分压电路的第二端、所述可控换相换流阀的第二端、所述直流充电电源的负极连接；所述第一分压电路用于测量所述故障电流支路电压；在一个周期内，一条故障电流支路导通，所述故障电流支路向所述可控换相换流阀注入故障电流。3.根据权利要求2所述的可控换相换流阀单阀连续大电流关断试验装置，其特征在于，所述故障电流支路包括：谐振电感、第一可控开关、第二可控开关及谐振电容，其中，第一可控开关，其第一端通过所述谐振电感与所述第一分压电路的第一端连接，其第一端还依次通过所述谐振电感、所述第一开关电路与可控换相换流阀的第一端连接，其第二端通过所述谐振电容与所述第一分压电路的第二端、所述可控换相换流阀的第二端、所述直流充电电源的负极连接，其第二端还通过所述第二可控开关与所述直流充电电源的正极连接；当第一可控开关断开、第二可控开关闭合时，所述直流充电电源为所述谐振电容充电；当第一可控开关闭合、第二可控开关断开时，所述谐振电容输出故障电流至所述可控换相换流阀。4.根据权利要求2所述的可控换相换流阀单阀连续大电流关断试验装置，其特征在于，所述补能电路包括：保护电阻、第二分压电路及变压器，其中，第二分压电路，其第一端依次通过所述保护电阻、所述第二开关电路与所述可控换相换流阀的第一端连接，其第一端还与所述变压器原边的第一端连接，其第二端分别与所述变压器原边的第二端、所述可控换相换流阀的第二端连接，其用于测量所述变压器原边电压。5.根据权利要求4所述的可控换相换流阀单阀连续大电流关断试验装置，其特征在于，所述第一分压电路及第二分压电路均包括：分压电容。
6.根据权利要求1所述的可控换相换流阀单阀连续大电流关断试验装置，其特征在于，所述第一开关电路包括：第一快速开关。7.根据权利要求1所述的可控换相换流阀单阀连续大电流关断试验装置，其特征在于，所述第二开关电路包括：第二快速开关。8.根据权利要求1所述的可控换相换流阀单阀连续大电流关断试验装置，其特征在于，还包括：控制系统，其与所述多周波故障电流源、第一开关电路、第二开关电路及可控换相换流阀连接，用于控制所述第二开关电路闭合、第一开关电路断开，使得所述补能电路为所述可控换相换流阀供能；控制所述第一开关电路闭合、第二开关电路断开，并且同时触发所述可控换相换流阀电力电子器件，通过控制多周波故障电流源的运行状态向所述可控换相换流阀周期性注入故障电流，以对所述可控换相换流阀进行连续大电流关断试验。9.一种可控换相换流阀单阀连续大电流关断试验方法，其特征在于，应用于权利要求1-8任一项所述的装置，所述方法包括：控制第二开关电路闭合、第一开关电路断开，使得补能电路为可控换相换流阀供能；控制所述第一开关电路闭合、第二开关电路断开，并且同时触发所述可控换相换流阀电力电子器件，通过控制多周波故障电流源向所述可控换相换流阀周期性注入故障电流，以对所述可控换相换流阀进行连续大电流关断试验。10.根据权利要求9所述的可控换相换流阀单阀连续大电流关断试验方法，其特征在于，在控制所述第一开关电路闭合、第二开关电路断开之前还包括：控制第二可控开关闭合；当谐振电容电压达到预设电压阈值时，控制第二可控开关断开。

技术总结
本发明涉及换流阀技术领域，公开了一种可控换相换流阀单阀连续大电流关断试验装置及方法，控制第二开关电路闭合、第一开关电路断开，使得补能电路为可控换相换流阀供能；控制第一开关电路闭合、第二开关电路断开，并且同时触发可控换相换流阀电力电子器件，通过控制多周波故障电流源向可控换相换流阀周期性注入故障电流，以对可控换相换流阀进行连续大电流关断试验。流关断试验。流关断试验。


技术研发人员：盛财旺 王成昊 汤广福 杨俊 张娟娟 李婷婷 张静
受保护的技术使用者：国网上海市电力公司
技术研发日：2023.06.15
技术公布日：2023/9/14