專(zhuān)利名稱(chēng)：一種柔性直流輸電mmc高壓子模塊的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行試驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電力系統(tǒng)領(lǐng)域的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行試驗(yàn)裝置，具體講涉及一種柔性直流輸電MMC高壓子模塊的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行試驗(yàn)裝置。
背景技術(shù)：
隨著柔性直流輸電(VSC-HVDC)技術(shù)在電力系統(tǒng)中的開(kāi)始應(yīng)用，其核心部件——大功率高壓絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)閥的可靠性成為系統(tǒng)安全的關(guān)鍵。由于VSC-HVDC裝置普遍具有電壓高、電流大、容量大的特點(diǎn)，很難在試驗(yàn)環(huán)境中構(gòu)建同實(shí)際運(yùn)行工況相同的全載電路進(jìn)行試驗(yàn)，因此如何在試驗(yàn)環(huán)境中構(gòu)建等效的試驗(yàn)電路，進(jìn)行與實(shí)際運(yùn)行工況強(qiáng)度相當(dāng)?shù)脑囼?yàn)成為解決問(wèn)題的關(guān)鍵?；谀K化多電平換流器(MMC)的VSC-HVDC，是實(shí)現(xiàn)利用IGBT閥進(jìn)行直流輸電的一種方式。其核心部件稱(chēng)作MMC子模塊，在正常運(yùn)行狀態(tài)中，子模塊通過(guò)上下兩個(gè)IGBT的配合，可以輸出兩種電平0電平和電容器電壓。MMC高壓子模塊穩(wěn)態(tài)運(yùn)行試驗(yàn)的目的就是考驗(yàn)其對(duì)于長(zhǎng)時(shí)運(yùn)行工況下的最大電流、電壓和溫度應(yīng)力作用的設(shè)計(jì)是正確的。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種使被試品閥耐受同實(shí)際工況相當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)時(shí)運(yùn)行電流與穩(wěn)態(tài)熱強(qiáng)度，試驗(yàn)裝置簡(jiǎn)單靈活，試驗(yàn)參數(shù)調(diào)節(jié)方式簡(jiǎn)便，可滿足MMC高壓子模塊運(yùn)行試驗(yàn)的要求柔性直流輸電MMC高壓子模塊的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行試驗(yàn)裝置。本發(fā)明采用下述方案實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的—種柔性直流輸電MMC高壓子模塊的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行試驗(yàn)裝置，其改進(jìn)之處在于，所述裝置包括MMC高壓子模塊、直流電壓源E、充電控制開(kāi)關(guān)Ke、充電電阻Rc和電感L ；所述MMC 高壓子模塊包括輔助子模塊和試品子模塊；所述輔助子模塊和試品子模塊的低壓輸出端相連；所述輔助子模塊和試品子模塊的高壓輸出端通過(guò)負(fù)載電感L相連。本發(fā)明提供的一種優(yōu)選的技術(shù)方案是所述輔助子模塊包括電容器Csmi、開(kāi)關(guān)K” 電阻R1、兩個(gè)IGBT器件T和兩個(gè)二極管D ；所述二極管D中的一個(gè)與所述IGBT器件T中的一個(gè)反并聯(lián)組成IGBT模塊1 ；所述二極管D中的另一個(gè)與另一所述IGBT器件T反并聯(lián)組成IGBT模塊2 ；所述IGBT模塊1和IGBT模塊2串聯(lián)；所述開(kāi)關(guān)K1和R1串聯(lián)后并聯(lián)在電容器Csmi兩端；所述輔助子模塊的電容器Csmi與直流電壓源E連接。本發(fā)明提供的第二優(yōu)選的技術(shù)方案是所述試品子模塊包括電容器C312、開(kāi)關(guān)K2、 電阻&、兩個(gè)IGBT器件T和兩個(gè)二極管D ；所述二極管D中的一個(gè)與所述IGBT器件T中的一個(gè)反并聯(lián)組成IGBT模塊3 ；所述二極管D中的另一個(gè)與另一所述IGBT器件T反并聯(lián)組成IGBT模塊4 ；所述IGBT模塊3和IGBT模塊4串聯(lián)；所述開(kāi)關(guān)K2和&串聯(lián)后并聯(lián)在電容
器CSM2兩端。本發(fā)明提供的第三優(yōu)選的技術(shù)方案是所述輔助子模塊和試品子模塊中的IGBT器件Tn、T12、T21和T22工作在正弦脈寬調(diào)制方式下；所述直流電壓源E是建立C311上試驗(yàn)要求的電壓及補(bǔ)充試驗(yàn)所需電量。本發(fā)明提供的第四優(yōu)選的技術(shù)方案是所述充電電阻Rc兩端分別與直流電壓源的正極和輔助子模塊連接；所述充電控制開(kāi)關(guān)K。并聯(lián)在充電電阻Rc的兩端。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明達(dá)到的有益效果是1、本發(fā)明提供的柔性直流輸電MMC高壓子模塊的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行試驗(yàn)裝置，通過(guò)電容與電感諧振的方式產(chǎn)生大電流，電源的作用只是起到建立Csmi電壓和補(bǔ)充電路運(yùn)行過(guò)程中各種損耗的作用，大大降低了對(duì)電源容量的要求；2、本發(fā)明提供的柔性直流輸電MMC高壓子模塊的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行試驗(yàn)裝置，通過(guò)兩組子模塊中IGBT控制方式的配合，可靈活控制負(fù)載電抗器上的電流大小，調(diào)節(jié)方式靈活，實(shí)現(xiàn)了 MMC高壓子模塊實(shí)際電流的最佳再現(xiàn)；3、本發(fā)明提供的柔性直流輸電MMC高壓子模塊的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行試驗(yàn)裝置采用的試驗(yàn)方法完全滿足MMC高壓子模塊運(yùn)行試驗(yàn)的要求，可提供同實(shí)際運(yùn)行工況相當(dāng)?shù)姆€(wěn)態(tài)熱強(qiáng)度、電流強(qiáng)度、電壓強(qiáng)度、電流變化率(di/dt)強(qiáng)度等。

圖1是模塊化多電平換流器(MMC)高壓子模塊穩(wěn)態(tài)運(yùn)行試驗(yàn)裝置原理圖；圖2是模塊化多電平換流器(MMC)高壓子模塊運(yùn)行試驗(yàn)電壓波形；圖3是模塊化多電平換流器(MMC)高壓子模塊運(yùn)行試驗(yàn)電流波形。
具體實(shí)施方式
圖1是模塊化多電平換流器(MMC)高壓子模塊穩(wěn)態(tài)運(yùn)行試驗(yàn)裝置原理圖，該裝置包括兩個(gè)MMC高壓子模塊、直流電壓源E、充電控制開(kāi)關(guān)Ke、充電電阻Rc和電感L ；其中兩個(gè)MMC高壓子模塊中分別為輔助子模塊和試品子模塊，輔助子模塊的電容器Csmi直接接到直流電壓源E上，兩個(gè)子模塊的低壓輸出端直接相連，高壓輸出端通過(guò)負(fù)載電感L相連；直流電壓源E的功能是建立Csmi上試驗(yàn)要求的電壓及補(bǔ)充試驗(yàn)所需能量；輔助子模塊和試品子模塊結(jié)構(gòu)相同，充電電阻Rc兩端分別與直流電壓源的正極和輔助子模塊連接；，充電控制開(kāi)關(guān)K。并聯(lián)在充電電阻Rc的兩端。輔助子模塊包括電容器Csmi、開(kāi)關(guān)K1、電阻RpIGBT器件T11和T12以及二極管D11和 D12 ；二極管D11反并聯(lián)IGBT器件T11組成IGBT模塊1，二極管D12反并聯(lián)IGBT器件T12組成 IGBT模塊2，IGBT模塊1和IGBT模塊2串聯(lián)，開(kāi)關(guān)K1和Rl串聯(lián)后并聯(lián)在電容器C311兩端。試品子模塊包括電容器Csm2、開(kāi)關(guān)K2、電阻I 2、IGBT器件T21和T22以及二極管D21和 D22 ；二極管D21反并聯(lián)IGBT器件T21組成IGBT模塊3，二極管D22反并聯(lián)IGBT器件T22組成 IGBT模塊4，IGBT模塊3和IGBT模塊3串聯(lián)，開(kāi)關(guān)K2和&串聯(lián)后并聯(lián)在電容器Csm2兩端。試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，保持充電控制開(kāi)關(guān)K。斷開(kāi)，令直流電壓源E對(duì)C311和Csm2進(jìn)行充電； 待兩個(gè)子模塊電容器電壓達(dá)到試驗(yàn)要求值后，閉合充電控制開(kāi)關(guān)K。將充電電阻&旁路；穩(wěn)態(tài)裝置控制器發(fā)出Τη、τ 2、τ21和T22四個(gè)IGBT器件的觸發(fā)脈沖，電路進(jìn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)，通過(guò)電容與電感諧振的方式產(chǎn)生試驗(yàn)所需的大電流，直流電壓源E此時(shí)作為補(bǔ)充回路損耗能量的作用；試驗(yàn)結(jié)束后，閉鎖Tn、T12, T21和T22四個(gè)IGBT器件的觸發(fā)脈沖，閉合開(kāi)關(guān)Kl和K2將兩個(gè)子模塊電容器Csm和Csm2中的能量釋放完畢。模塊化多電平換流器(MMC)高壓子模塊運(yùn)行試驗(yàn)電壓、電流波形如圖2、3所示， MMC高壓子模塊運(yùn)行試驗(yàn)電壓波形是帶波動(dòng)的直流電壓，平均值保持在1. 3KV，電壓波動(dòng)的頻率為50Hz，電流波形以正弦形式保持在0. 38KA。試品子模塊和輔助子模塊中的IGBT均工作在正弦脈寬調(diào)制(SPWM)方式下，通過(guò)對(duì)SPWM調(diào)制度和調(diào)制角的控制，達(dá)到對(duì)兩個(gè)子模塊輸出電壓的控制的目的，從而改變負(fù)載電感L上的電流大小進(jìn)而調(diào)節(jié)流入試品子模塊和輔助子模塊電流的大小，使被試品閥耐受同實(shí)際工況同樣惡劣的試驗(yàn)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)試驗(yàn)的目的。最后應(yīng)該說(shuō)明的是結(jié)合上述實(shí)施例僅說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)其限制。所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解到本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行修改或者等同替換，但這些修改或變更均在申請(qǐng)待批的權(quán)利要求保護(hù)范圍之中。
權(quán)利要求1.一種柔性直流輸電MMC高壓子模塊的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述裝置包括MMC高壓子模塊、直流電壓源E、充電控制開(kāi)關(guān)Ke、充電電阻Rc和電感L ；所述MMC高壓子模塊包括輔助子模塊和試品子模塊；所述輔助子模塊和試品子模塊的低壓輸出端相連；所述輔助子模塊和試品子模塊的高壓輸出端通過(guò)負(fù)載電感L相連。
2.如權(quán)利要求1所述的一種柔性直流輸電MMC高壓子模塊的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述輔助子模塊包括電容器Csmi、開(kāi)關(guān)Kp電阻R1、兩個(gè)IGBT器件T和兩個(gè)二極管 D ；所述二極管D中的一個(gè)與所述IGBT器件T中的一個(gè)反并聯(lián)組成IGBT模塊1 ；所述二極管D中的另一個(gè)與另一所述IGBT器件T反并聯(lián)組成IGBT模塊2 ；所述IGBT模塊1和IGBT 模塊2串聯(lián)；所述開(kāi)關(guān)K1和R1串聯(lián)后并聯(lián)在電容器Csmi兩端；所述輔助子模塊的電容器Csmi 與直流電壓源E連接。
3.如權(quán)利要求1所述的一種柔性直流輸電MMC高壓子模塊的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述試品子模塊包括電容器Csm2、開(kāi)關(guān)K2、電阻&、兩個(gè)IGBT器件T和兩個(gè)二極管 D ；所述二極管D中的一個(gè)與所述IGBT器件T中的一個(gè)反并聯(lián)組成IGBT模塊3 ；所述二極管D中的另一個(gè)與另一所述IGBT器件T反并聯(lián)組成IGBT模塊4 ；所述IGBT模塊3和IGBT 模塊4串聯(lián)；所述開(kāi)關(guān)K2和&串聯(lián)后并聯(lián)在電容器Csm2兩端。
4.如權(quán)利要求1所述的一種柔性直流輸電MMC高壓子模塊的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述輔助子模塊和試品子模塊中的IGBT器件Tn、T12, T21和T22工作在正弦脈寬調(diào)制方式下；所述直流電壓源E是建立Csmi上試驗(yàn)要求的電壓及補(bǔ)充試驗(yàn)所需電量。
5.如權(quán)利要求1所述的一種柔性直流輸電MMC高壓子模塊的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述充電電阻Rc兩端分別與直流電壓源的正極和輔助子模塊連接；所述充電控制開(kāi)關(guān)K。并聯(lián)在充電電阻Rc的兩端。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種柔性直流輸電MMC高壓子模塊的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行試驗(yàn)裝置，該裝置包括MMC高壓子模塊、直流電壓源E、充電控制開(kāi)關(guān)KC、充電電阻Rc和電感L；所述MMC高壓子模塊包括輔助子模塊和試品子模塊；所述輔助子模塊和試品子模塊的低壓輸出端相連；所述輔助子模塊和試品子模塊的高壓輸出端通過(guò)負(fù)載電感L相連；本實(shí)用新型提供的方案使被試品閥耐受同實(shí)際工況相當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)時(shí)運(yùn)行電流與穩(wěn)態(tài)熱強(qiáng)度，試驗(yàn)裝置簡(jiǎn)單靈活，試驗(yàn)參數(shù)調(diào)節(jié)方式簡(jiǎn)便，可滿足MMC高壓子模塊運(yùn)行試驗(yàn)的要求柔性直流輸電MMC高壓子模塊的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行試驗(yàn)。
文檔編號(hào)G01R31/00GK201993425SQ20112003625
公開(kāi)日2011年9月28日 申請(qǐng)日期2011年2月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月11日
發(fā)明者呂錚, 羅湘, 高沖, 魏曉光 申請(qǐng)人:中國(guó)電力科學(xué)研究院