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      特高壓直流換流閥運(yùn)行合成試驗(yàn)裝置制造方法

      文檔序號(hào):6216081閱讀:306來源:國(guó)知局
      特高壓直流換流閥運(yùn)行合成試驗(yàn)裝置制造方法
      【專利摘要】本發(fā)明涉及一種特高壓直流換流閥運(yùn)行合成試驗(yàn)裝置,包括兩兩之間相互連接的12脈波換流器回路、高電壓回路與大電流回路,所述的高電壓回路為待試閥提供反向恢復(fù)電壓和正向電壓,所述的大電流回路為待試閥提供通過的大電流,所述的12脈波換流器回路為待試閥提供所需的高電壓、故障過電流和直流斷續(xù)電流。與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明具有等效性好、適用范圍廣、經(jīng)濟(jì)性好以及試驗(yàn)精度高等優(yōu)點(diǎn)。
      【專利說明】特高壓直流換流閥運(yùn)行合成試驗(yàn)裝置
      【技術(shù)領(lǐng)域】
      [0001]本發(fā)明涉及一種特高壓直流換流閥試驗(yàn)技術(shù),尤其是涉及一種特高壓直流換流閥運(yùn)行合成試驗(yàn)裝置。
      【背景技術(shù)】
      [0002]我國(guó)的能源資源和用電負(fù)荷分布極不平衡,東西部能源資源與用電負(fù)荷的逆向配置,決定了我國(guó)大范圍優(yōu)化配置一次能源資源的必要性。直流輸電由于其技術(shù)特點(diǎn),特別合適于大容量長(zhǎng)距離輸電,故建設(shè)直流輸電工程,非常有利于資源的優(yōu)化配置。隨著全國(guó)聯(lián)網(wǎng)及西電東送的發(fā)展,超高壓直流輸電工程以及直流背靠背連接工程不斷建成投產(chǎn)。為進(jìn)一步優(yōu)化能源配置,特高壓直流輸電(UHVDC)應(yīng)運(yùn)而生。直流換流閥是直流輸電工程中的關(guān)鍵設(shè)備,對(duì)換流閥進(jìn)行運(yùn)行試驗(yàn)可直接考核換流閥在各個(gè)運(yùn)行條件下的運(yùn)行性能,確保直流輸電系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。對(duì)于大容量的特高壓換流閥的運(yùn)行試驗(yàn),合成試驗(yàn)方法是目前普遍采用的理想方法,可大幅降低試驗(yàn)所需電源容量,從而降低成本,具有較高的等效性。
      [0003]目前,世界上只有少數(shù)幾家電力設(shè)備廠商如瑞典ABB公司、西門子公司、法國(guó)Areva公司和日本東芝公司等擁有高壓直流換流閥合成試驗(yàn)裝置,具備運(yùn)行試驗(yàn)的能力。我國(guó)大功率電力電子試驗(yàn)技術(shù)起步遲,研究缺乏有效的分析方法及試驗(yàn)裝置,導(dǎo)致我國(guó)在該領(lǐng)域技術(shù)研發(fā)能力和大功率試驗(yàn)?zāi)芰Σ蛔?,與國(guó)外的試驗(yàn)水平差距較大。1998年,中國(guó)電力科學(xué)研究院建立了大功率電力電子試驗(yàn)室,開始對(duì)高壓換流閥的運(yùn)行試驗(yàn)進(jìn)行研究,得到了一系列的研究成果,建成了自己的直流換流閥合成試驗(yàn)裝置。西安高壓電器研究所也對(duì)直流換流閥的運(yùn)行試驗(yàn)進(jìn)行了研究,建立了一套合成試驗(yàn)回路,并對(duì)特高壓直流換流閥的運(yùn)行試驗(yàn)進(jìn)行了探索。

      【發(fā)明內(nèi)容】

      [0004]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種等效性好、適用范圍廣、經(jīng)濟(jì)性好以及試驗(yàn)精度高的特高壓直流換流閥運(yùn)行合成試驗(yàn)裝置。
      [0005]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
      [0006]一種特高壓直流換流閥運(yùn)行合成試驗(yàn)裝置,其特征在于,包括兩兩之間相互連接的12脈波換流器回路、高電壓回路與大電流回路,所述的高電壓回路為待試閥提供反向恢復(fù)電壓和正向電壓,所述的大電流回路為待試閥提供通過的大電流,所述的12脈波換流器回路為待試閥提供所需的高電壓、故障過電流和直流斷續(xù)電流。 [0007]所述的12脈波換流器回路由兩個(gè)6脈波整流橋串聯(lián)而成,每個(gè)6脈波整流橋連接一組變壓器,其中一組為Y/Y連接變壓器,另一組為Y/△連接變壓器,所述的待試閥安裝在與Y/Y連接變壓器連接的整流橋橋臂上。
      [0008]所述的兩個(gè)6脈波整流橋的三相電壓差30°。
      [0009]所述的高電壓回路包括電容Ct、電感L1、晶閘管閥Vf、電容Cs、電感L2、穩(wěn)壓管、晶閘管閥V2、晶閘管閥V5和第一直流電壓源,所述的晶閘管閥Vf與待試閥Vt正向并聯(lián),所述的晶閘管閥Vf正極與電容Ct 一端、電感L1 一端連接,所述的電感L1另一端通過穩(wěn)壓管分別與電容Cs —端、電感L2 —端連接,所述的電感L2另一端分別與晶閘管閥V2負(fù)極、晶閘管閥V5負(fù)極連接,所述的晶閘管閥V2正極與第一直流電壓源正極連接,所述的第一直流電壓源負(fù)極、晶閘管閥V5正極、電容Cs另一端、電容Ct另一端分別與晶閘管閥Vf負(fù)極連接。
      [0010]所述的大電流回路包括集成門極換流晶閘管IGCT、電感L3、電容C3和第二直流電壓源,所述的集成門極換流晶閘管IGCT的陽(yáng)極通過電感L3分別與電容C3 —端和第二直流電壓源正極連接,第二直流電壓源負(fù)極與電容C3另一端連接,所述的集成門極換流晶閘管IGCT陰極與待試閥Vt正極連接。
      [0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
      [0012]I)為滿足各個(gè)試驗(yàn)的等效性,新型回路設(shè)置了 3部分的回路,即高電壓回路,12脈動(dòng)換流器回路和IGCT控制的大電流回路,對(duì)于各項(xiàng)試驗(yàn)時(shí),選取其中的兩部分回路進(jìn)行試驗(yàn)。
      [0013]2)采用“半波電流引入”的方式進(jìn)行合成試驗(yàn),試驗(yàn)中引入了高電壓回路LC振蕩產(chǎn)生的半波正弦電流,可以通過調(diào)節(jié)電感L1和電容Cs的值來方便的調(diào)節(jié)電流下降率。試品閥兩端并聯(lián)有雜散電容Ct,可用來模擬換流閥開通時(shí)的電流上升率。高電壓回路中的電感L2設(shè)置為可調(diào),可以通過調(diào)節(jié)電感L2的值來方便的調(diào)節(jié)反向電壓上升率。
      [0014]3)高電壓回路中,在試品閥兩端并聯(lián)了輔助閥Vf。進(jìn)行最大暫時(shí)運(yùn)行試驗(yàn)時(shí),在試品閥阻斷期間觸發(fā)導(dǎo)通Vf,從而達(dá)到使試品閥承受的電壓翻轉(zhuǎn)的目的,而不需要在阻斷期間再導(dǎo)通試品閥,使得試驗(yàn)更接近于實(shí)際運(yùn)行工況,提高了等效性。而ABB回路在試品閥阻斷期間對(duì)試品閥進(jìn)行了觸發(fā)導(dǎo)通,與換流閥實(shí)際運(yùn)行情況有所不符。
      [0015]4)進(jìn)行高電壓運(yùn)行試驗(yàn)和過電流運(yùn)行試驗(yàn)時(shí),采用了 12脈波換流器作為大電流源。相比于ABB公司采用背靠背6脈動(dòng)換流器,12脈波換流器產(chǎn)生的直流電流波形更加平滑,在交流側(cè)的交流電流波形也更接近正弦波,相比于6脈波整流橋,消除了交流側(cè)的5次和7次諧波,減低了諧波的干擾。
      [0016]在進(jìn)行斷續(xù)直流電流試驗(yàn)時(shí),12脈波換流器可以每個(gè)晶閘管導(dǎo)通的120°的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生4個(gè)斷續(xù)電流波,而6脈動(dòng)整流橋只能產(chǎn)生2個(gè)斷續(xù)電流波,12脈波換流器比6脈動(dòng)整流器更接近于實(shí)際斷續(xù)電流情況。
      [0017]5)試驗(yàn)回路的經(jīng)濟(jì)性好。12脈波換流器回路作為電流源時(shí),采用零功率運(yùn)行方式,電流源回路的功率低。例如進(jìn)行連續(xù)運(yùn)行試驗(yàn)時(shí),直流負(fù)載電阻設(shè)為0.025Ω,整流橋的觸發(fā)角α設(shè)置為81°,則輸出電流等于5.09kA,電流源的功率僅為648kW。另外,采用該運(yùn)行方式的控制難度低,而ABB公司的6脈動(dòng)換流器背靠背運(yùn)行方式控制難度較大,容易發(fā)生換相失敗。
      [0018]6)最小交流電壓試驗(yàn)時(shí),12脈動(dòng)換流器回路以背靠背方式運(yùn)行,作為試驗(yàn)的電壓源,而IGCT控制的大電流回路作為電流源。具有以下優(yōu)點(diǎn):電壓源產(chǎn)生的試驗(yàn)波形與實(shí)際工況下的波形基本一致,等效很高;電流源由于采用可關(guān)斷器件IGCT,可控制其導(dǎo)通的持續(xù)時(shí)間,試驗(yàn)的靈活性好。
      【專利附圖】

      【附圖說明】
      [0019]圖1為本發(fā)明的具體電路圖;[0020]圖2為本發(fā)明最大連續(xù)運(yùn)行試驗(yàn)的電壓電流波形及觸發(fā)信號(hào)時(shí)序圖;
      [0021]圖3為連續(xù)運(yùn)行試驗(yàn)的電壓波形圖。
      【具體實(shí)施方式】
      [0022]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
      [0023]實(shí)施例
      [0024]如圖1所示,一種特高壓直流換流閥運(yùn)行合成試驗(yàn)裝置,包括兩兩之間相互連接的12脈波換流器回路1、高電壓回路3與大電流回路2,所述的高電壓回路3為待試閥提供反向恢復(fù)電壓和正向電壓,所述的大電流回路2為待試閥提供通過的大電流,所述的12脈波換流器回路I為待試閥提供所需的高電壓、故障過電流和直流斷續(xù)電流。
      [0025]所述的12脈波換流器回路I由兩個(gè)6脈波整流橋串聯(lián)而成,與特高壓直流輸電工程采用的換流單元相同,每個(gè)6脈波整流橋連接一組變壓器,其中一組為Y/Y連接變壓器,另一組為Υ/Λ連接變壓器,所述的待試閥安裝在與Y/Y連接變壓器連接的整流橋橋臂上。所述的兩個(gè)6脈波整流橋的三相電壓差30°。
      [0026]所述的高電壓回路包括電容Ct、電感L1、晶閘管閥Vf、電容Cs、電感L2、穩(wěn)壓管、晶閘管閥V2、晶閘管閥V5和第一直流電壓源,所述的晶閘管閥Vf與待試閥Vt正向并聯(lián),所述的晶閘管閥Vf正極與電容Ct 一端、電感L1 一端連接,所述的電感L1另一端通過穩(wěn)壓管分別與電容Cs —端、電感L2 —端連接,所述的電感L2另一端分別與晶閘管閥V2負(fù)極、晶閘管閥V5負(fù)極連接,所述的晶閘管閥V2正極與第一直流電壓源正極連接,所述的第一直流電壓源負(fù)極、晶閘管閥V5正極、電容Cs另一端、電容Ct另一端分別與晶閘管閥Vf負(fù)極連接。
      [0027]所述的高電壓回路仍然采用LC振蕩來產(chǎn)生相應(yīng)的電壓波形,通過控制輔助閥的開通,在試品閥上產(chǎn)生反向恢復(fù)電壓與正向電壓。Ct代表實(shí)際工程中的雜散電容,L1為實(shí)際運(yùn)行中的換相電感。另外,試品閥上并聯(lián)了一個(gè)輔助的晶閘管閥Vf,進(jìn)行最大暫時(shí)運(yùn)行試驗(yàn)時(shí),可導(dǎo)通該輔助晶閘管閥Vf,從而在試品閥阻斷期間內(nèi),試品閥承受的電壓兩次翻轉(zhuǎn)。
      [0028]所述的大電流回路包括集成門極換流晶閘管IGCT、電感L3、電容C3和第二直流電壓源,所述的集成門極換流晶閘管IGCT的陽(yáng)極通過電感L3分別與電容C3 —端和第二直流電壓源正極連接,第二直流電壓源負(fù)極與電容C3另一端連接,所述的集成門極換流晶閘管IGCT陰極與待試閥Vt正極連接。
      [0029]電流回路采用了大功率集成門極換流晶閘管IGCT,通過控制IGCT的導(dǎo)通關(guān)斷來產(chǎn)生相應(yīng)的電流。在該電流回路中串聯(lián)一個(gè)可調(diào)電感,用以調(diào)節(jié)電流的上升率di/dt。
      [0030]集成門極換流晶閘管IGCT是在晶閘管和門極可關(guān)斷晶閘管GTO的基礎(chǔ)上發(fā)展而成的一種大功率半導(dǎo)體開關(guān)器件,其門極驅(qū)動(dòng)電路和IGCT芯片通過印刷電路板結(jié)合在一起,最小程度地降低了門極驅(qū)動(dòng)回路電感(限制在nH的水平)從而實(shí)現(xiàn)IGCT的硬關(guān)斷和門極換流技術(shù)。IGCT不但擁有GTO的穩(wěn)定關(guān)斷能力、低通態(tài)損耗和容量大的優(yōu)點(diǎn),還具有IGBT的高速開關(guān)性能,其開關(guān)速度達(dá)GTO的10倍以上,而且無需復(fù)雜的緩沖電路,是理想的MW級(jí)功率開關(guān)器件,因而具有很好的應(yīng)用前景。從最近幾年的應(yīng)用情況看,IGCT有望成為高壓大容量領(lǐng)域中的首選開關(guān)器件。目前,IGCT的最大可控關(guān)斷電流可達(dá)5-6kA,可以滿足換流閥合成運(yùn)行試驗(yàn)的要求。
      [0031]由于各類試驗(yàn)等級(jí)和試驗(yàn)項(xiàng)目的要求不同,合成試驗(yàn)回路的元件參數(shù),包括電壓源的大小,應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)可調(diào)。例如代表實(shí)際運(yùn)行中的換相電感L1和代表實(shí)際回路的雜散電容Ct均通過歸算得出。電容器Cs的值也與電壓源引入電流的時(shí)間以及晶閘管電流變化率有關(guān),應(yīng)能實(shí)現(xiàn)可調(diào)。
      [0032]電感L1是一個(gè)重要參數(shù),代表直流換流閥實(shí)際運(yùn)行中的換相電感。根據(jù)錦屏-蘇南+800kV特高壓直流輸電工程的技術(shù)參數(shù),可計(jì)算得換相電抗為5.1 Ω,換相電感約為16mH。
      [0033]本發(fā)明換流閥合成試驗(yàn)回路的原理分析
      [0034]合成試驗(yàn)回路的基本原理是由大電流回路及高電壓回路分別提供所需的大電流及高電壓。新型合成試驗(yàn)回路分為三個(gè)部分,各個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目根據(jù)其特點(diǎn)選擇其中的兩部分進(jìn)行合成試驗(yàn)。最大連續(xù)運(yùn)行試驗(yàn)、最大暫時(shí)運(yùn)行試驗(yàn)、斷續(xù)直流試驗(yàn)以及故障過電流試驗(yàn)由12脈動(dòng)換流器回路為試品閥提供大電流,由高電壓回路提供高電壓。最小觸發(fā)角試驗(yàn)和最小關(guān)斷角試驗(yàn)選用12脈動(dòng)換流器回路以及大電流回路來為試品閥提供所需的電壓、電流波形。
      [0035]以下以最大連續(xù)運(yùn)行試驗(yàn)為例對(duì)新型合成試驗(yàn)回路的原理進(jìn)行介紹,選用12脈動(dòng)換流器回路以及高電壓回路進(jìn)行試驗(yàn),其重點(diǎn)在于高電壓回路的時(shí)序控制。
      [0036]最大連續(xù)運(yùn)行負(fù)載試驗(yàn)考察換流閥持續(xù)耐受的最大負(fù)載電流及其正反向電壓的能力,這需要試驗(yàn)回路產(chǎn)生周期性的電流與電壓來模擬其工況。試驗(yàn)回路的被試閥的電壓電流波形如圖2所示。被試閥串接在12脈動(dòng)換流橋的橋臂上,流過12脈動(dòng)換流橋橋臂的電流用來模擬換流閥的負(fù)載電流,電壓回路模擬產(chǎn)生換流閥兩端的負(fù)載電壓。
      [0037]A.控制策略分析
      [0038]a) t0時(shí)刻,Vt開始關(guān)斷(因換流橋的正常開通關(guān)斷),電流開始減小,至t2時(shí)換流橋完全關(guān)斷。
      [0039]b) &時(shí)刻,觸發(fā)導(dǎo)通V3,電壓回路開始起作用,此時(shí)電容Cs處于充滿正向電壓的狀態(tài),換流閥中疊加通過一個(gè)正弦半波,持續(xù)至t3時(shí)刻。
      [0040]c) t2時(shí)刻整流橋關(guān)斷,電壓回路導(dǎo)入的正弦半波處于最大值。
      [0041]d)t3時(shí)刻,試品閥電流過零關(guān)斷,同時(shí)觸發(fā)導(dǎo)通V4,試品閥開始承受反向電壓。
      [0042]e)t4時(shí)刻,觸發(fā)導(dǎo)通VjP V5,使電容Cs的電壓從負(fù)向重新振蕩為正向電壓,同時(shí)試品閥開始承受正向電壓。
      [0043]f)t5時(shí)刻,觸發(fā)導(dǎo)通V2,引入直流電源,其作用為補(bǔ)償Cs上的電壓降,使Cs的電壓在下一個(gè)周期之前保持在U0,同時(shí)Vt上的正向電壓也有略微提高。在Cs的電壓補(bǔ)償至U0后,由于電流振蕩反向,V2關(guān)斷,直流電源被隔離。
      [0044]g) t6時(shí)刻,經(jīng)過一個(gè)周期,觸發(fā)導(dǎo)通被試閥Vt,實(shí)際運(yùn)行中由雜散電容產(chǎn)生的初始浪涌電流由并聯(lián)電容器Ct通過Vt放電模擬產(chǎn)生,然后立刻觸發(fā)V1使試驗(yàn)大電流通過被試閥Vt。
      [0045]電壓電流如此周期性循環(huán),考察換流閥正常連續(xù)運(yùn)行的能力。本項(xiàng)試驗(yàn)的控制難點(diǎn)在于電壓回路的電流引入時(shí)間的確定,即輔助閥V3第一個(gè)觸發(fā)脈沖時(shí)間的確定。試驗(yàn)回路的工作原理要求電流回路的大電流過零時(shí),電壓回路引入電流剛好達(dá)到最大值。
      [0046]B.電路原理分析
      [0047]①&?t3時(shí)刻的電路原理分析如下:[0048]電路中存在兩個(gè)導(dǎo)通回路:換流橋回路和Cs-V3-L1-Vt回路。至t2時(shí),V1關(guān)斷,換流橋回路關(guān)斷,被隔離;至t3時(shí),電流振蕩過零,V3和Vt關(guān)斷。Cs-V3-L1-Vt回路時(shí)一個(gè)無阻尼的LC 二階振蕩電路,初始條件Ucs (O) = U0 ;i(0) =0,電路的微分方程為
      【權(quán)利要求】
      1.一種特高壓直流換流閥運(yùn)行合成試驗(yàn)裝置,其特征在于,包括兩兩之間相互連接的12脈波換流器回路、高電壓回路與大電流回路,所述的高電壓回路為待試閥提供反向恢復(fù)電壓和正向電壓,所述的大電流回路為待試閥提供通過的大電流,所述的12脈波換流器回路為待試閥提供所需的高電壓、故障過電流和直流斷續(xù)電流。
      2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的特高壓直流換流閥運(yùn)行合成試驗(yàn)裝置,其特征在于,所述的12脈波換流器回路由兩個(gè)6脈波整流橋串聯(lián)而成,每個(gè)6脈波整流橋連接一組變壓器,其中一組為Y/Y連接變壓器,另一組為Y/ Δ連接變壓器,所述的待試閥安裝在與Y/Y連接變壓器連接的整流橋橋臂上。
      3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的特高壓直流換流閥運(yùn)行合成試驗(yàn)裝置,其特征在于,所述的兩個(gè)6脈波整流橋的三相電壓差30°。
      4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的特高壓直流換流閥運(yùn)行合成試驗(yàn)裝置,其特征在于,所述的高電壓回路包括電容Ct、電感L1、晶閘管閥Vf、電容Cs、電感L2、穩(wěn)壓管、晶閘管閥V2、晶閘管閥V5和第一直流電壓源,所述的晶閘管閥Vf與待試閥Vt正向并聯(lián),所述的晶閘管閥Vf正極與電容Ct 一端、電感L1 一端連接,所述的電感L1另一端通過穩(wěn)壓管分別與電容Cs —端、電感L2 —端連接,所述的電感L2另一端分別與晶閘管閥V2負(fù)極、晶閘管閥V5負(fù)極連接,所述的晶閘管閥V2正極與第一直流電壓源正極連接,所述的第一直流電壓源負(fù)極、晶閘管閥V5正極、電容Cs另一端、電容Ct另一端分別與晶閘管閥Vf負(fù)極連接。
      5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的特高壓直流換流閥運(yùn)行合成試驗(yàn)裝置,其特征在于,所述的大電流回路包括集成門極換流晶閘管IGCT、電感L3、電容C3和第二直流電壓源,所述的集成門極換流晶閘管IGCT的陽(yáng)極通過電感L3分別與電容C3 —端和第二直流電壓源正極連接,第二直流電壓源負(fù)極與電容C3另一端連接,所述的集成門極換流晶閘管IGCT陰極與待試閥Vt正極連接。
      【文檔編號(hào)】G01R31/327GK103744017SQ201410015973
      【公開日】2014年4月23日 申請(qǐng)日期:2014年1月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月14日
      【發(fā)明者】吳振躍, 魯成棟, 肖登明, 譚東現(xiàn), 鄧云坤 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)
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