CN105301406B - 一种柔性直流输电阀段短路试验测试***及其测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种柔性直流输电阀段短路试验测试***及其测试方法，目的在于：降低成本，提高可靠性，使短路电流灵活可控，能真实模拟实际情况，本发明***所采用的技术方案为：包括依次串联的第一接触器(SW1)、第二接触器(SW2)、第一限流电感(L1)、第二限流电感(L2)和试品，所述第一接触器(SW1)和试品连接至电源(DC)形成回路，所述第一接触器(SW1)和第二接触器(SW2)之间的回路上并联有储能电容(C)，所述第一限流电感(L1)和第二限流电感(L2)之间的回路上并联有整流电路；所述直流电源(DC)、第一接触器(SW1)、第二接触器(SW2)、整流电路和试品均连接至控制***，所述试品为柔性直流输电阀段或阀单元。
Description
技术领域
本发明涉及柔性直流输电试验领域，具体涉及一种柔性直流输电阀段短路试验测试***及其测试方法。
背景技术
近几年，随着电网互联，新能源接入，城市扩容等需求的不断增加，柔性直流输电相比与传统直流输电日益显示出自身的优势：不存在无功补偿及换相失败问题，可独立调节有功和无功功率，谐波水平低，占地面积小等。但也存在一些不足，一个明显的不足就是不具备直流侧故障自清除能力，在柔性直流输电直流侧发生短路故障时，即使IGBT全部关断，换流站通过与IGBT反并联二极管，仍然会向故障点馈入电流。为解决该问题，柔性直流输电目前的做法是：在每个阀单元出线两端增加SCR，与IGBT二极管并联，这样以来，在直流侧发生短路故障时，***会迅速对IGBT进行封波开启SCR，并发出前级断路器断开指令，由于前级断路器断开需要较长时间(通常在100ms左右)，在此期间，交流侧会通过SCR与IGBT反并二极管，将短路电流注入故障侧，由于SCR较强的通流能力，从而保证了其本身及IGBT反并二极管短路期间不会损坏。
为了保证在直流侧短路期间，SCR及IGBT反并二极管的可靠性，必须对阀段或阀单元进行测试。传统的测试方法主要是采用发电机组向试品注入大电流的方式，这种方法虽然实现方法简单，但由于柔性直流输电直流母线短路时，其电流是直流分量和交流分量的叠加，采用该方法很难模拟真实情况，而采用柔直背靠背***直接模拟短路测试的方式，虽能真实模拟短路电流，但面临成本高风险大的问题，因此，目前急需一种能适应柔性直流输电阀段短路试验测试***，该***需具备简单可靠，能真实模拟实际等特点。
发明内容
为了解决现有技术中的问题，本发明提出一种低成本，高可靠性，电流灵活可控，能真实模拟实际情况的柔性直流输电阀段短路试验测试***及其测试方法。
为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案为：
一种柔性直流输电阀段短路试验测试***，包括依次串联的第一接触器、第二接触器、第一限流电感、第二限流电感和试品，第一接触器连接至直流电源的正极，所述第一接触器和第二接触器的结点与直流电源的负极之间设置有储能电容；所述第一限流电感和第二限流电感的结点与直流电源的负极之间设置有整流电路；所述试品一端连接至第二限流电感，试品另一端连接至整流电路，所述直流电源、第一接触器、第二接触器、整流电路和试品的控制端均连接至控制***，所述试品为柔性直流输电阀段或阀单元。
所述第一接触器和第二接触器之间串联有限流电阻，所述储能电容一端连接至限流电阻和第二接触器之间，储能电容另一端连接至直流电源的负极。
所述储能电容上并接有放电电阻。
所述整流电路为单相桥式全控整流电路。
所述控制***包括DSP芯片、主控板、通信板、光纤板和上位机，运行过程中，主控板与通信板实现指令的下发和接受，通信板通过光纤板以及通信光纤与试品实现在线通信，从而达到测试平台逻辑控制和短路电流波形控制，上位机监控试验过程中的试品所承受的电压电流应力及热应力。
一种柔性直流输电阀段短路测试***的测试方法，包括以下步骤：
1)根据柔性直流输电***参数，仿真得出柔性直流输电***直流母线短路时的电流波形参数；
2)将柔性直流输电阀段或阀单元出线端连接至第二限流电感和电源负极之间形成回路，并将阀单元的控制板通信光纤连接至测试平台控制***；
3)启动测试***，将步骤1)仿真所得的电流波形参数输入至控制***，控制***首先根据电流波形参数控制直流电源的电压值；然后控制***控制第一接触器闭合给储能电容充电，储能电容充电完成后，控制***控制第一接触器断开第二接触器闭合，储能电容与第一限流电感间自激振荡产生交流电流；最后控制***控制整流电路相位角，并控制柔性直流输电阀段或阀单元的晶闸管导通时间，晶闸管驱动使能使交流电流从晶闸管流过，该交流电流在第二限流电感的作用下，产生直流电流分量，直流电流分量与交流电流分量进行叠加，从而得到所需的电流波形；
4)控制***记录实验过程中的柔性直流输电阀段或阀单元所承受的电压电流应力及热应力，关闭测试***，完成测试方法。
所述步骤1)中仿真柔性直流输电***直流母线短路时的电流波形参数包括以下步骤：
1)计算柔性直流输电******参数，包括变压器短路阻抗、桥臂电感、母线电容、母线电压和额定电流；
2)建立柔性直流输电***背靠背仿真模型；
3)***满载稳定运行后，触发直流母线双极短路故障，测试整流、逆变和无功三种工况下的桥臂短路电流，取三种工况下的短路电流峰值最大值作为目标值。
所述步骤1)中仿真的柔性直流输电***直流母线短路时的电流波形参数包括电流波形的频率、峰值、有效值、直流分量、交流分量、故障响应时间和前级断路器断开时间。
所述步骤4)中测试***关闭后，利用储能电容上并接的第二限流电阻对储能电容进行放电。
与现有技术相比，本发明的***通过直流电源提供能量供给，第一接触器和第二接触器用于放电回路的闭合及断开，以及控制短路电流起始和终止；储能电容利用直流电源充电后除给后级提供短路能量外，最主要作用是跟第一限流电感形成自激振荡，从而产生交流工频电流；整流电路通过相位角的变化对输出电流进行控制；第二限流电感可在后级输出电流中产生所需的直流分量，呈现出直流分量与交流分量的叠加，能较好的模拟短路时的实际电流；控制***主要完成可控DC源电压调整，接触器的通断，可控整流电流相位角控制，被测功率模块的电压、电流及热测试数据采集等功能。相比于利用发电机组向试品注入大电流的传统的短路试验方法，本发明前级采用的储能电容，可采用阀单元本身的母线电容来实现，成本较低；且本发明短路测试***可通过更改主要器件参数，调整电流频率。通过改变可控整流电路相位角，调节输出电流的幅值，并能产生所需的直流分量，而柔性直流输电***母线短路时，短路电流除过交流分量外，也含有一定直流分量，本发明能够真实模拟柔性直流输电***母线短路时的电流波形，具有低成本、高可靠性和电流灵活可控的优点。
进一步，直流电源通过第一限流电阻给储能电容充电，有利于保护储能电容，提高整个***的稳定性。
更进一步，在试验结束后，关闭短路试验***时，放电电阻能够对储能电容进行放电，进一步保护整个***，提高整个***的稳定性。
本发明的方法中根据仿真的柔性直流输电***直流母线短路时的电流波形参数，利用控制***自动控制直流电源电压值、接触器闭合或断开、整流电路相位角、和被测试品的晶闸管导通时间，储能电容与第一限流电感间自激振荡产生交流电流，晶闸管驱动使能使短路电流从晶闸管流过，短路电流在第二限流电感的作用下，产生直流电流分量，通过改变可控整流电路相位角，可对直流分量值进行调节，直流电流分量与交流电流分量进行叠加，从而得到所需的电流波形，柔性直流输电***母线短路时，短路电流除过交流分量外，也含有一定直流分量，本发明方法能够真实模拟柔性直流输电***母线短路时的电流波形。
附图说明
图1为本发明***的电路结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体的实施例和说明书附图对本发明作进一步的解释说明。
参见图1，本发明的***包括依次串联的第一接触器SW1、第二接触器SW2、第一限流电感L1、第二限流电感L2和试品，第一接触器SW1和试品连接至电源DC形成回路，第一接触器SW1连接至直流电源DC的正极，第一接触器SW1和第二接触器SW2的结点与直流电源DC的负极的间设有储能电容C，所述第一限流电感L1和第二限流电感L2的结点与直流电源DC的负极的间设有整流电路；所述直流电源DC、第一接触器SW1、第二接触器SW2、整流电路和试品均连接至控制***，试品为柔性直流输电阀段或阀单元。第一接触器SW1和第二接触器SW2之间串联有限流电阻R1，储能电容C一端连接在限流电阻R1和第二接触器SW2的结点上，另一端连接直流电源DC的负极，储能电容C上并接有放电电阻R2。整流电路为单相桥式全控整流电路；控制***包括DSP芯片、主控板、通信板、光纤板和上位机，运行过程中，主控板与通信板实现指令的下发和接受，通信板通过光纤板以及通信光纤与试品实现在线通信，从而达到测试平台逻辑控制和短路电流波形控制，上位机监控被测信号。
本发明的测试方法，包括以下步骤：
1)根据柔性直流输电***参数，仿真得出柔性直流输电***直流母线短路时的电流波形参数，电流波形参数包括电流波形的频率、峰值、有效值、直流分量、交流分量、故障响应时间和前级断路器断开时间；
2)将柔性直流输电阀段或阀单元出线端连接第二限流电感L2和直流电源DC负极形成回路，并将柔性直流输电阀段或阀单元的控制板通信光纤连接至测试平台控制***；
3)启动测试***，将步骤1)仿真所得的电流波形参数输入至控制***，控制***首先根据电流波形参数控制直流电源DC的电压值；然后控制***控制第一接触器SW1闭合给储能电容C充电，储能电容C充电完成后，控制***控制第一接触器SW1断开第二接触器SW2闭合，储能电容C与第一限流电感L1间自激振荡产生交流电流；最后控制***控制整流电路相位角，并控制柔性直流输电阀段或阀单元的晶闸管导通时间，晶闸管驱动使能使交流电流从晶闸管流过，该交流电流在第二限流电感L2的作用下，产生直流电流分量，直流电流分量与交流电流分量进行叠加，从而得到所需的电流波形；
4)控制***记录实验过程中的柔性直流输电阀段或阀单元所承受的电压电流应力及热应力，关闭测试***，完成测试方法，测试***关闭后，利用储能电容C和第二接触器SW2之间回路上并接的放电电阻R2对储能电容C进行放电。
步骤1)中仿真柔性直流输电***直流母线短路时的电流波形参数包括以下步骤：1)计算柔性直流输电******参数，包括变压器短路阻抗、桥臂电感、母线电容、母线电压和额定电流；2)利用PSCAD软件建立柔性直流输电***背靠背仿真模型；3)***满载稳定运行后，触发直流母线双极短路故障，测试整流、逆变和无功三种工况下的桥臂短路电流，取三种工况下的短路电流峰值最大值作为目标值。
本发明利用储能电容C与第一限流电感L1的自激振荡产生交流电流，通过控制直流电源DC的电压和整流电路的相位角，控制输出电流的峰值、有效值、直流分量和交流分量，从而得到所需的短路电流波形。本发明的***构成主要由直流电源DC、第一接触器SW1、第二接触器SW2、储能电容C、第一限流电感L1、第二限流电感L2、整流电路和控制***组成。直流电源DC主要完成平台的能量供给。第一接触器SW1和第二接触器SW2主要用于放电回路的闭合及断开，控制短路电流起始和终止。储能电容C除给后级提供短路能量外，最主要作用是跟第一限流电感L1形成振荡，产生工频电流。整流电路通过相位角的变化对输出电流进行控制。限流电感在回路中起滤波及限流作用，其中第一限流电感L1与储能电容C组合，形成有阻尼振荡，第二限流电感L2可在后级输出电流中产生所需的直流分量。控制***主要完成直流电源的电压调整、接触器的通断、整流电流相位角控制和被测功率模块的电压、电流及热测试数据采集等功能；本发明的被测试品相对灵活，可以是是单个阀段或若干阀段串联，也可以是阀单元。
本发明利用储能电容C与第一限流电感L1间的自激振荡，从而产生交流电流，如图1所示，控制***控制SW1闭合后，可控DC源通过限流电阻R1给储能电容充电。充电完成后，控制***控制第一接触器SW1断开，第二接触器SW2闭合，并使整流电流开始流过电流，经过一定时间的延时后(具体时间参考柔直***母线短路故障响应时间)，控制***使被测试品的晶闸管驱动使能，从而使大部分短路电流从晶闸管流过，此时的电流在第二限流电感L2的作用下，呈现出直流分量与交流分量的叠加，能较好的模拟短路时的实际电流。通过控制直流电源DC的电压，可改变短路电流的峰值，通过控制整流电路的相位角，可控制短路电流直流分量，交流分量及有效值。直流电源DC通过限流电阻R1给储能电容C充电，放电电阻R2主要用于试验结束后对储能电容C进行放电。
本发明的测试方法如下：
(1)根据柔性直流输电***参数，仿真得出柔直***直流母线短路时的电流波形；
(2)将柔性直流输电阀段或阀单元置于图1所示位置，将试品出线端与测试***可靠连接；
(3)启动测试平台，将仿真所得波形的频率、峰值、有效值、直流分量、故障响应时间、断路器断开时间等参数输入控制***后台，控制***会据此自动控制直流电源电压值，接触器闭合或断开、整流电路相位角、以及被测试品晶闸管导通时间，从而得到所需的电流波形；
(4)试验结束后，控制***后台会记录短路试验过程中，试品所承受的电压电流应力及热应力，从而可判断试品是否满足设计要求。
以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种柔性直流输电阀段短路试验测试***，其特征在于，包括依次串联的第一接触器(SW1)、第二接触器(SW2)、第一限流电感(L1)、第二限流电感(L2)和试品，第一接触器(SW1)连接至直流电源(DC)的正极，所述第一接触器(SW1)和第二接触器(SW2)的结点与直流电源(DC)的负极之间设置有储能电容(C)；所述第一限流电感(L1)和第二限流电感(L2)的结点与直流电源(DC)的负极之间设置有整流电路；所述试品一端连接至第二限流电感(L2)，试品另一端连接至整流电路，所述直流电源(DC)、第一接触器(SW1)、第二接触器(SW2)、整流电路和试品的控制端均连接至控制***，所述试品为柔性直流输电阀段或阀单元。
2.根据权利要求1所述的一种柔性直流输电阀段短路试验测试***，其特征在于，所述第一接触器(SW1)和第二接触器(SW2)之间串联有限流电阻(R1)，所述储能电容(C)一端连接至限流电阻(R1)和第二接触器(SW2)的结点，储能电容(C)另一端连接至直流电源(DC)的负极。
3.根据权利要求2所述的一种柔性直流输电阀段短路试验测试***，其特征在于，所述储能电容(C)上并接有放电电阻(R2)。
4.根据权利要求1所述的一种柔性直流输电阀段短路试验测试***，其特征在于，所述整流电路为单相桥式全控整流电路。
5.一种使用权利要求1所述的柔性直流输电阀段短路测试***的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)根据柔性直流输电***参数，仿真得出柔性直流输电***直流母线短路时的电流波形参数；
2)将柔性直流输电阀段或阀单元出线端连接至第二限流电感(L2)和直流电源(DC)的负极形成回路，并将柔性直流输电阀段或阀单元的控制板通信光纤连接至测试平台控制***；
3)启动测试***，将步骤1)仿真所得的电流波形参数输入至控制***，控制***首先根据电流波形参数控制直流电源(DC)的电压值；然后控制***控制第一接触器(SW1)闭合给储能电容(C)充电，储能电容(C)充电完成后，控制***控制第一接触器(SW1)断开第二接触器(SW2)闭合，储能电容(C)与第一限流电感(L1)间自激振荡产生交流电流；最后控制***控制整流电路相位角，并控制柔性直流输电阀段或阀单元的晶闸管导通时间，晶闸管驱动使能使交流电流从晶闸管流过，该交流电流在第二限流电感(L2)的作用下，产生直流电流分量，直流电流分量与交流电流分量进行叠加，从而得到所需的电流波形；
4)控制***记录实验过程中的柔性直流输电阀段或阀单元所承受的电压电流应力及热应力，关闭测试***，完成测试方法。
6.根据权利要求5所述的测试方法，其特征在于，所述步骤1)中仿真柔性直流输电***直流母线短路时的电流波形参数包括以下步骤：
1)计算柔性直流输电******参数，包括变压器短路阻抗、桥臂电感、母线电容、母线电压和额定电流；
2)建立柔性直流输电***背靠背仿真模型；
3)***满载稳定运行后，触发直流母线双极短路故障，测试整流、逆变和无功三种工况下的桥臂短路电流，取三种工况下的短路电流峰值最大值作为目标值。
7.根据权利要求5所述的测试方法，其特征在于，所述步骤1)中仿真的柔性直流输电***直流母线短路时的电流波形参数包括电流波形的频率、峰值、有效值、直流分量、交流分量、故障响应时间和前级断路器断开时间。
8.根据权利要求5所述的测试方法，其特征在于，所述步骤4)中测试***关闭后，利用储能电容(C)上并接的放电电阻(R2)对储能电容(C)进行放电。
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