CN203101587U - 一种柔性直流输电mmc阀的过电流关断试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种柔性直流输电MMC阀的过电流关断试验装置，包括依次连接的试品阀、切换开关、负载回路、电路开关和充电电源。本实用新型提供的柔性直流输电MMC阀的过电流关断试验方法完全满足MMC阀过电流关断试验的要求，可提供同实际运行工况相当的暂态热强度、暂态故障电流强度、暂态高电压强度、附属电路损耗强度、电流变化率（di/dt）强度、电压变化率（dv/dt）强度，为实际工况提供依据。

Description

一种柔性直流输电MMC阀的过电流关断试验装置

技术领域

本实用新型属于电力电子技术领域，具体涉及一种柔性直流输电MMC阀的过电流关断试验装置。

背景技术

随着柔性直流输电（VSC-HVDC）技术在电力***中的开始应用，其核心部件——大功率高压绝缘栅双极型晶体管（IGBT）阀的可靠性成为***安全的关键。由于VSC-HVDC装置普遍具有电压高、电流大、容量大的特点，很难在试验环境中构建同实际运行工况相同的全载电路进行试验，因此如何在试验环境中构建等效的试验电路，进行与实际运行工况强度相当的试验成为解决问题的关键。

基于模块化多电平换流器（MMC）的VSC-HVDC，如图1所示，是实现利用IGBT阀进行直流输电的一种方式。其核心部件称作MMC阀，在正常运行状态中，子模块通过上下两个IGBT的配合，可以输出两种电平：0电平和电容器电压。

在柔性直流等基于可关断器件阀大功率电力电子装置的实际运行中，MMC阀中的可关断器件IGBT存在两种过电流工况。一种是由于故障引起的子模块内部或子模块之间的桥臂直通；另一种是由于各种原因引起的IGBT缓慢过流，两种过电流的区别在于第一种过电流的电流上升率和电流幅值都很大。无论发生哪种工况的过电流，都需要控制电路能够及时检测到过电流并闭锁IGBT的脉冲以保护器件。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种柔性直流输电MMC阀的过电流关断试验装置，考验阀对于会引起IGBT驱动保护的过电流运行工况下的最大电流、电压和温度应力作用的设计是正确的。

本实用新型提供的一种柔性直流输电MMC阀的过电流关断试验装置，其改进之处在于，所述装置包括依次连接的试品阀、切换开关、负载回路、电路开关和充电电源。

其中，所述试品阀包括串联的第一子模块和第二子模块；

所述第一子模块包括IGBT模块T₁₁、IGBT模块T₁₂、电阻D₁₁、电阻D₁₂和电容C_SM1；所述IGBT模块T₁₁和所述IGBT模块T₁₂串联后与所述电容C_SM1并联，所述电阻D₁₁和所述电阻D₁₂串联后与所述电容C_SM1并联；

第二子模块包括IGBT模块T₂₁、IGBT模块T₂₂、电阻D₂₁、电阻D₂₂和电容C_SM2；所述IGBT模块T₂₁和所述IGBT模块T₂₂串联后与所述电容C_SM2并联，所述电阻D₂₁和所述电阻D₂₂串联后与所述电容C_SM2并联；

所述串联的IGBT模块T₁₁和IGBT模块T₁₂的中间点引出端子，为第一子模块的高压输出端；

所述串联的IGBT模块T₂₁和IGBT模块T₂₂的中间点和所述IGBT模块T₁₂连接，并引出端子，为第二子模块高压输出端；

所述电容C_SM2的正极引出端子，为第二子模块电容高压端；

所述电容C_SM2的负极引出端子，为第二子模块低压输出端。

其中，所述IGBT模块T₁₁、IGBT模块T₁₂、IGBT模块T₂₁和IGBT模块T₂₂均包括反并联的二极管和IGBT。

其中，所述切换开关包括切换开关K_T1和切换开关K_T2；

所述切换开关K_T1对应配置两个端子，端子D₁和端子U₁；所述端子D₁与第二子模块电容高压端连接；所述端子U₁与第一子模块高压输出端连接；

所述切换开关K_T2对应配置两个端子，端子D₂和端子U₂；所述端子D₂与第二子模块高压输出端连接；所述端子U₂与第二子模块低压输出端连接；

所述切换开关K_T1和所述切换开关K_T2联动。

其中，所述负载回路包括负载支路I和负载支路II；

所述负载支路I包括串联的开关K₁和负载电抗器L₁；

所述负载支路II包括串联的开关K₂和负载电抗器L₂；

所述负载支路I和所述负载支路II并联后，其两端分别接切换开关K_T1和切换开关K_T2。

其中，所述充电电源并联在所述负载回路两端；

所述充电电源的正极通过所述电路开关K与切换开关K_T1连接，其负极接地后与端子U₂连接。

与现有技术比，本实用新型的有益效果为：

1、本发明提供的方法通过试验电路和控制***的配合，将若干（≤5）个脉冲宽度可调、脉冲间隔时间可调的过电流应力施加于被试换流阀MMC阀上，使被试换流阀耐受同实际过电流工况相当的暂态电流、暂态的热与损耗强度，实现对被试阀故障运行工况的试验考核，而且本发明提供的试验方法对于不同试验方式的实现方便、简单，对于试验装置的安全性十分有利；

2、本发明提供的柔性直流输电MMC阀的过电流关断试验方法完全满足MMC阀过电流关断试验的要求，可提供同实际运行工况相当的暂态热强度、暂态故障电流强度、暂态高电压强度、附属电路损耗强度、电流变化率（di/dt）强度、电压变化率（dv/dt）强度，为实际工况提供依据。

附图说明

图1为本实用新型提供的MMC阀的电气结构图。

图2为本实用新型提供的过电流关断试验装置的电气拓扑图。图中，A₁端为第一子模块高压输出端；A₂端为第二子模块高压输出端；B₁端为第二子模块电容高压端；B₂端为第二子模块低压输出端；C_SM1、C_SM1分别为第一子模块和第二子模块的电容；D₁₁、D₁₂为第一子模块的电阻；T₁₁、T₁₂为第一子模块的IGBT模块、D₂₁、D₂₂为第二子模块的电阻；T₂₁、T₂₂为第二子模块的IGBT模块；K_T1、K_T2为切换开关；D₁、U₁、D₂、U₂分别为端子；K₁、K₂分别为负载支路I和负载支路II的开关；L₁、L₂分别为负载支路I和负载支路II的负载电抗器；K为电路开关；E为充电电源。

图3为本实用新型提供的过电流关断试验装置试品阀的触发时序图。

图4为本实用新型提供的过电流关断试验装置试品阀试验波形图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步的详细说明。

本实用新型是考验阀对于会引起IGBT驱动保护的过电流运行工况下的最大电流、电压和温度应力作用的设计是正确的。

本实施例提出的一种柔性直流输电MMC阀的过电流关断试验装置，包括依次连接的试品阀、切换开关、负载回路、电路开关和充电电源。

其中，试品阀包括串联的第一子模块和第二子模块；

所述第一子模块包括IGBT模块T₁₁、IGBT模块T₁₂、电阻D₁₁、电阻D₁₂和电容C_SM1；所述IGBT模块T₁₁和所述IGBT模块T₁₂串联后与所述电容C_SM1并联，所述电阻D₁₁和所述电阻D₁₂串联后与所述电容C_SM1并联；

第二子模块包括IGBT模块T₂₁、IGBT模块T₂₂、电阻D₂₁、电阻D₂₂和电容C_SM2；所述IGBT模块T₂₁和所述IGBT模块T₂₂串联后与所述电容C_SM2并联，所述电阻D₂₁和所述电阻D₂₂串联后与所述电容C_SM2并联；

所述串联的IGBT模块T₁₁和IGBT模块T₁₂的中间点引出端子，为第一子模块的高压输出端；

所述串联的IGBT模块T₂₁和IGBT模块T₂₂的中间点和所述IGBT模块T₁₂连接，并引出端子，为第二子模块高压输出端；

所述电容C_SM2的正极引出端子，为第二子模块电容高压端；

所述电容C_SM2的负极引出端子，为第二子模块低压输出端。

所述IGBT模块T₁₁、IGBT模块T₁₂、IGBT模块T₂₁和IGBT模块T₂₂均包括反并联的二极管和IGBT。

本实施例的切换开关包括切换开关K_T1和切换开关K_T2；

所述切换开关K_T1对应配置两个端子，端子D₁和端子U₁；所述端子D₁与第二子模块电容高压端连接；所述端子U₁与第一子模块高压输出端连接；

所述切换开关K_T2对应配置两个端子，端子D₂和端子U₂；所述端子D₂与第二子模块高压输出端连接；所述端子U₂与第二子模块低压输出端连接；

所述切换开关K_T1和所述切换开关K_T2联动。

本实施例的负载回路包括负载支路I和负载支路II；

所述负载支路I包括串联的开关K₁和负载电抗器L₁；

所述负载支路II包括串联的开关K₂和负载电抗器L₂；

所述负载支路I和所述负载支路II并联后，其两端分别接切换开关K_T1和切换开关K_T2。

本实施例的充电电源并联在所述负载回路两端；

所述充电电源的正极通过所述电路开关K与切换开关K_T1连接，其负极接地后与端子U₂连接。

本实施例再提供一种柔性直流输电MMC阀的过电流关断试验方法，所述方法包括如下步骤：

（1）将试品阀与负载回路和充电电源连接，为试品阀充电；

具体步骤为：将切换开关K_T1与试品阀第一子模块的高压输出端连接，切换开关K_T2与试品阀第二子模块的低压输出端连接，投入充电回路，给试品阀的第一子模块和第二子模块充电，直至试验要求电压后断开所述切换开关K_T1和所述切换开关K_T2。

（2）根据试验设定的电流峰值大小选择负载回路的负载电抗器；

具体步骤为：

1）判断试验需要用的电流大小，若大电流选择负载回路的负载电抗器L₁，若小电流选择负载回路的负载电抗器L₂；

2）选择负载电抗器L₁或负载电抗器L₂，则闭合对应的负载开关。其中负载电抗器L₁的值小于负载电抗器L₂的值，负载电抗器L₁的值和负载电抗器L₂的值均根据试验要求设定。

（3）根据试验目的选择试品阀的试验对象，并将负载回路的切换开关对应改动；

具体步骤为：

①若试验对象为所述试品阀的第二子模块上管IGBT模块T₂₁，切换开关K_T1与试品阀第一子模块的电容高压端连接，切换开关K_T2与试品阀第二子模块的高压输出端连接；

②若试验对象为所述试品阀的第二子模块下管IGBT模块T₂₂，则保持切换开关K_T1和切换开关K_T2的位置不变。

（4）根据设定的时刻触发试品阀的试验对象，检测试品阀的耐压程度。

设定的触发时序图如图3所示，其横轴为时间（t），纵轴为开关量的幅值，即0和1。具体步骤为：

<1>试验开始的t₀=0时刻，触发作为试验对象的IGBT，脉冲宽度为Δt₁；Δt₁的范围为0～50μs，其根据试验要求确定。

<2>经过Δt₂时间后，t₁时刻再次触发作为试验对象的IGBT，脉冲宽度为Δt₁；Δt₂的范围为0～10ms，其根据试验要求确定。

<3>经过Δt₂时间后，t₂时刻再次触发作为试验对象的IGBT，脉冲宽度仍为Δt₁；

<4>重复步骤<3>n次，检测试品阀的耐压程度，并记录。n次,其次数n的范围根据试验要求确定，但n≤5。

如图4所示，其为过电流关断试验装置试品阀试验波形图。从图中可以看出，电流上升至器件的保护水平之后，驱动保护使器件闭锁，达到了保护器件的目的；同时根据试验要求可以在一次试验中，多次重复闭锁过程。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种柔性直流输电MMC阀的过电流关断试验装置，其特征在于，所述装置包括依次连接的试品阀、切换开关、负载回路、电路开关和充电电源。 

2.如权利要求1所述的过电流关断试验装置，其特征在于，所述试品阀包括串联的第一子模块和第二子模块； 

所述第一子模块包括IGBT模块T₁₁、IGBT模块T₁₂、电阻D₁₁、电阻D₁₂和电容C_SM1；所述IGBT模块T₁₁和所述IGBT模块T₁₂串联后与所述电容C_SM1并联，所述电阻D₁₁和所述电阻D₁₂串联后与所述电容C_SM1并联； 

第二子模块包括IGBT模块T₂₁、IGBT模块T₂₂、电阻D₂₁、电阻D₂₂和电容C_SM2；所述IGBT模块T₂₁和所述IGBT模块T₂₂串联后与所述电容C_SM2并联，所述电阻D₂₁和所述电阻D₂₂串联后与所述电容C_SM2并联； 

所述串联的IGBT模块T₁₁和IGBT模块T₁₂的中间点引出端子，为第一子模块的高压输出端； 

所述串联的IGBT模块T₂₁和IGBT模块T₂₂的中间点和所述IGBT模块T₁₂连接，并引出端子，为第二子模块高压输出端； 

所述电容C_SM2的正极引出端子，为第二子模块电容高压端； 

所述电容C_SM2的负极引出端子，为第二子模块低压输出端。 

3.如权利要求2所述的过电流关断试验装置，其特征在于，所述IGBT模块T₁₁、IGBT模块T₁₂、IGBT模块T₂₁和IGBT模块T₂₂均包括反并联的二极管和IGBT。 

4.如权利要求2所述的过电流关断试验装置，其特征在于，所述切换开关包括切换开关K_T1和切换开关K_T2； 

所述切换开关K_T1对应配置两个端子，端子D₁和端子U₁；所述端子D₁与第二子模块电容高压端连接；所述端子U₁与第一子模块高压输出端连接； 

所述切换开关K_T2对应配置两个端子，端子D₂和端子U₂；所述端子D₂与第二子模块高压输出端连接；所述端子U₂与第二子模块低压输出端连接； 

所述切换开关K_T1和所述切换开关K_T2联动。 

5.如权利要求4所述的过电流关断试验装置，其特征在于，所述负载回路包括负载支路I和负载支路II； 

所述负载支路I包括串联的开关K₁和负载电抗器L₁； 

所述负载支路II包括串联的开关K₂和负载电抗器L₂； 

所述负载支路I和所述负载支路II并联后，其两端分别接切换开关K_T1和切换开关 K_T2。 

6.如权利要求4所述的过电流关断试验装置，其特征在于，所述充电电源并联在所述负载回路两端； 

所述充电电源的正极通过所述电路开关K与切换开关K_T1连接，其负极接地后与端子U₂连接。 

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