本發(fā)明屬于電力電子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鏈?zhǔn)絊TATCOM換流鏈端間耐壓試驗(yàn)電路和方法。

背景技術(shù)：

靜止同步補(bǔ)償器(Static Synchronous Compensator，STATCOM)，是一種新型靜止無(wú)功動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置，由并聯(lián)接入系統(tǒng)的電壓源換流器構(gòu)成，其輸出的容性或感性無(wú)功電流連續(xù)、可調(diào)且獨(dú)立于與系統(tǒng)連接點(diǎn)的電壓。它是以電壓源換流器((Voltage Source Converter，VSC)為核心，直流側(cè)采用直流電容器為儲(chǔ)能元件，利用可關(guān)斷器件將直流側(cè)電壓轉(zhuǎn)換成與電網(wǎng)同頻率的交流電壓，并通過(guò)連接電抗器并聯(lián)在電網(wǎng)上，適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)交流側(cè)輸出電壓的幅值和相位，或者直接控制其交流側(cè)電流，就可以使裝置吸收或者發(fā)出滿足要求的無(wú)功電流，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償?shù)哪康摹TATCOM可以等效地被視為幅值和相位均可以控制的一個(gè)與電網(wǎng)同頻率的交流電壓源。該裝置具有動(dòng)態(tài)連續(xù)無(wú)功補(bǔ)償、調(diào)節(jié)速度快、調(diào)節(jié)范圍廣、欠壓下無(wú)功調(diào)節(jié)能力強(qiáng)、諧波含量小、功耗低的特點(diǎn)。

為了形成實(shí)用的大容量和符合要求的低諧波，STATCOM多采用鏈?zhǔn)蕉嚯娖酵負(fù)浣Y(jié)構(gòu)，每相換流鏈都是一個(gè)獨(dú)立的鏈，由N個(gè)結(jié)構(gòu)完全相同的基本單元串聯(lián)而成，如附圖1所示，每一個(gè)基本單元是由全控的大功率器件及其相關(guān)電路、觸發(fā)系統(tǒng)、散熱器和絕緣結(jié)構(gòu)通過(guò)一定的連接方式組成的，結(jié)構(gòu)及控制非常復(fù)雜，又由于在電力系統(tǒng)中的實(shí)際運(yùn)行工況也很復(fù)雜，因此，大功率換流鏈?zhǔn)且粋€(gè)非常復(fù)雜的電氣部件，為了能夠在系統(tǒng)中長(zhǎng)期安全可靠的運(yùn)行，根據(jù)行業(yè)相關(guān)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求，需對(duì)換流鏈進(jìn)行高壓試驗(yàn)測(cè)試，以檢驗(yàn)換流鏈的絕緣強(qiáng)度、電氣特性和其它運(yùn)行特性。

STATCOM是靈活交流輸電技術(shù)的一個(gè)重要方面，而鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)又是一種新型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，由N個(gè)結(jié)構(gòu)完全相同的鏈節(jié)單元串聯(lián)而成；其鏈節(jié)單元的直流側(cè)由直流電容器組成，鏈節(jié)單元的供電由接在電容器兩端的取能電路完成，如附圖2所示。對(duì)級(jí)聯(lián)鏈節(jié)單元，保證各個(gè)鏈節(jié)單元的直流母線電壓均衡，才能保證各功率半導(dǎo)體器件承受相同的應(yīng)力，從而保證各個(gè)元件都在安全工作范圍內(nèi)。

由于鏈節(jié)單元的組成元件在硬件上不可能做到完全一致，參數(shù)存在差異，所以各個(gè)鏈節(jié) 參數(shù)必然存在著一些差異。對(duì)于直流母線取能的STATCOM而言，在啟動(dòng)過(guò)程中，取能電源的啟動(dòng)時(shí)間、啟動(dòng)功率、所帶負(fù)載大小存在一定的差異，由于直流電容的電氣特性和參數(shù)不一致性等因素會(huì)造成各鏈節(jié)直流電容電壓不平衡，這在低壓不控整流期間尤為明顯，當(dāng)差異較大時(shí)，會(huì)引起STATCOM不能正常啟動(dòng)，甚至導(dǎo)致直流側(cè)電容過(guò)電壓，威脅裝置安全。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決鏈?zhǔn)絊TATCOM試驗(yàn)存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種鏈?zhǔn)絊TATCOM換流鏈端間耐壓試驗(yàn)電路和方法，該試驗(yàn)電路簡(jiǎn)單，試驗(yàn)方法可靠，獲得了良好的效果，解決了大容量換流鏈端間試驗(yàn)難題，為STATCOM提供了試驗(yàn)依據(jù)。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供一種鏈?zhǔn)絊TATCOM換流鏈端間耐壓試驗(yàn)電路，所述換流鏈由多個(gè)鏈節(jié)單元串聯(lián)組成；所述鏈節(jié)單元包括直流母線支撐電容器、取能電源、全控器件、觸發(fā)電路、旁路器件、散熱器和鏈節(jié)單元控制器；所述試驗(yàn)電路包括輸入控制模塊、升壓模塊、測(cè)量保護(hù)模塊、被測(cè)模塊和充電模塊；所述輸入控制模塊與升壓模塊串聯(lián)后，與測(cè)量模塊、被測(cè)模塊和充電模塊分別并聯(lián)。

所述輸入控制模塊包括第一電源和第一開(kāi)關(guān)柜；

第一電源為10KV及10KV以上電壓等級(jí)的交流電源，其容量大小需滿足換流鏈在進(jìn)行端間耐壓試驗(yàn)時(shí)各鏈節(jié)單元靜態(tài)正常工作所需的功率；

第一開(kāi)關(guān)柜的電壓等級(jí)與第一電源的電壓等級(jí)相同，其容量與升壓模塊相匹配，測(cè)量保護(hù)模塊對(duì)第一開(kāi)關(guān)柜進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)對(duì)換流鏈的保護(hù)。

所述升壓模塊包括調(diào)壓器、升壓變壓器和限流電阻；

所述調(diào)壓器的電壓等級(jí)滿足第一電源的電壓等級(jí)，其容量與升壓變壓器功率相匹配；

所述升壓變壓器將原邊繞組上的電壓通過(guò)副邊繞組升高，其副邊繞組由多繞組組成，多繞組采用串聯(lián)或并聯(lián)方式連接用于改變所述升壓變壓器的輸出電壓和輸出電流，以滿足對(duì)換流鏈進(jìn)行端間耐壓試驗(yàn)的需求；

所述限流電阻對(duì)升壓變壓器的輸出電流進(jìn)行限制，避免升壓變壓器因過(guò)載而損壞。

所述測(cè)量保護(hù)模塊包括用于采集調(diào)壓器輸出電流的第一電流傳感器、用于采集升壓變壓器輸出電流的第二電流傳感器、電壓采樣電路、信號(hào)采集調(diào)理電路和控制操作臺(tái)。

所述第一電流傳感器用于防止調(diào)壓器出現(xiàn)故障時(shí)對(duì)第一電源進(jìn)行保護(hù)；

所述第二電流傳感器用于防止換流鏈出現(xiàn)過(guò)電流故障時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)升壓變壓器、調(diào)壓器和 第一電源的保護(hù)；

所述電壓采樣電路用于對(duì)變壓器輸出電壓通過(guò)電容器分壓后電壓的采樣，實(shí)現(xiàn)對(duì)換流鏈端間電壓的監(jiān)視和過(guò)電壓的保護(hù)；

所述信號(hào)采集調(diào)理電路對(duì)升壓變壓器的輸出電壓和輸出電流進(jìn)行處理后，上傳給所述控制操作臺(tái)完成數(shù)據(jù)的顯示和數(shù)據(jù)的采集。

所述被測(cè)模塊包括換流鏈、第一斷路器和第二斷路器；

所述第一斷路器和第二斷路器完成升壓模塊和充電模塊之間的切換，兩者需滿足換流鏈端間最高試驗(yàn)電壓時(shí)規(guī)范要求的電壓等級(jí)。

所述充電模塊包括軟啟電阻、第二開(kāi)關(guān)柜和第二電源；

第二電源通過(guò)軟啟電阻對(duì)換流鏈各鏈節(jié)單元中的直流母線支撐電容器進(jìn)行充電，滿足每個(gè)取能電源啟動(dòng)時(shí)所需的能量；

第二開(kāi)關(guān)柜的電壓等級(jí)與第二電源的電壓等級(jí)相同，可對(duì)第二電源進(jìn)行控制和保護(hù)。

本發(fā)明還提供一種鏈?zhǔn)絊TATCOM換流鏈端間耐壓試驗(yàn)方法，所述方法包括以下步驟：

步驟1：搭建換流鏈端間耐壓試驗(yàn)電路；

步驟2：上位機(jī)向換流鏈各鏈節(jié)單元下發(fā)閉鎖命令；

步驟3：確認(rèn)第一斷路器和第二斷路器處于分閘狀態(tài)；

步驟4：將第一開(kāi)關(guān)柜合閘，通過(guò)控制操作臺(tái)緩慢升高調(diào)壓器的輸出電壓，當(dāng)升壓變壓器的輸出電壓為第二電源電壓的90％時(shí)，停止升壓并使升壓變壓器的輸出電壓保持不變；

步驟5：將第二斷路器合閘；

步驟6：將第二開(kāi)關(guān)柜合閘，通過(guò)軟啟電阻給換流鏈各個(gè)鏈節(jié)單元的直流母線支撐電容器充電，檢查取能電源是否正常啟動(dòng)，并檢查各個(gè)鏈節(jié)單元上報(bào)狀態(tài)是否正常；

步驟7：確保各鏈節(jié)單元與上位機(jī)通信正常且無(wú)故障信息，將第二開(kāi)關(guān)柜分閘；

步驟8：第二斷路器分閘，并將第一斷路器合閘；

步驟9：通過(guò)控制操作臺(tái)調(diào)節(jié)調(diào)壓器，使換流鏈端間電壓逐漸升高，在升壓過(guò)程中，若控制操作臺(tái)顯示的換流鏈中各鏈節(jié)單元的直流母線電壓滿足要求，則使換流鏈端間電壓繼續(xù)升高；

步驟10：換流鏈端間電壓達(dá)到換流鏈端間最高試驗(yàn)電壓后，維持1分鐘，若無(wú)異常則結(jié)束換流鏈端間耐壓試驗(yàn)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：

本發(fā)明提供的試驗(yàn)電路簡(jiǎn)單，方便可靠，提供換流鏈的高壓試驗(yàn)測(cè)試手段，驗(yàn)證了換流 鏈的絕緣特性及運(yùn)行特性，為STATCOM的可靠運(yùn)行打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)；

本發(fā)明提供的試驗(yàn)方法獲得了良好的效果，且本發(fā)明的成功實(shí)施，解決了大功率換流鏈端間耐壓試驗(yàn)難題，為大容量STATCOM的產(chǎn)品化提供了測(cè)試依據(jù)。

附圖說(shuō)明

圖1是STATCOM中換流鏈鏈節(jié)連接示意圖；

圖2是STATCOM中鏈節(jié)單元結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例中鏈?zhǔn)絊TATCOM換流鏈端間耐壓試驗(yàn)電路結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

STATCOM換流鏈結(jié)構(gòu)、組成及控制復(fù)雜，在電力系統(tǒng)中的運(yùn)行工況復(fù)雜多樣，要能夠長(zhǎng)期安全可靠運(yùn)行，按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，必須對(duì)換流鏈進(jìn)行高壓試驗(yàn)測(cè)試，以檢驗(yàn)換流鏈的絕緣性能及其它運(yùn)行特性。

常規(guī)鏈?zhǔn)絊TATCOM換流鏈端間試驗(yàn)電路中，通常試驗(yàn)電源可輸出的電壓較高且調(diào)節(jié)范圍寬，但電源容量較小，被試換流鏈兩端通過(guò)調(diào)壓器和升壓變壓器施加試驗(yàn)時(shí)，電壓由低向高逐步升高，當(dāng)鏈節(jié)兩端電壓升高至取能電源啟動(dòng)電壓時(shí)，電源啟動(dòng)對(duì)控制電路進(jìn)行供電。電源啟動(dòng)功率較大，受試驗(yàn)電源容量的限制和試驗(yàn)回路阻抗、保護(hù)電路的影響，在啟動(dòng)過(guò)程中會(huì)將直流母線電壓瞬間拉低，及易造成電源的反復(fù)啟動(dòng)，加之取能電源的啟動(dòng)時(shí)間和其負(fù)載的差異，會(huì)造成各鏈節(jié)直流電容電壓不平衡，在逐步升壓過(guò)程中，這種不平衡差距會(huì)越來(lái)越大，致使有的鏈節(jié)取能電源甚至不能啟動(dòng)，有的鏈節(jié)在沒(méi)有達(dá)到換流鏈試驗(yàn)?zāi)蛪褐禃r(shí)產(chǎn)生直流電容過(guò)電壓，無(wú)法完成端間試驗(yàn)，究其原因主要是試驗(yàn)電源在低電壓時(shí)輸出功率和升壓速度所致。

針對(duì)啟動(dòng)過(guò)程中直流電壓不平衡問(wèn)題，可在鏈節(jié)單元中設(shè)計(jì)均壓電路，電路主要由功率電阻與開(kāi)關(guān)器件組成，當(dāng)直流電壓偏高時(shí)啟動(dòng)均壓電路來(lái)強(qiáng)迫平衡直流電容電壓，但該方法勢(shì)必會(huì)增加裝置的損耗及成本。

如圖3，本發(fā)明提供一種鏈?zhǔn)絊TATCOM換流鏈端間耐壓試驗(yàn)電路，所述換流鏈由多個(gè)鏈節(jié)單元串聯(lián)組成；所述鏈節(jié)單元包括直流母線支撐電容器、取能電源、全控器件、觸發(fā)電路、旁路器件、散熱器和鏈節(jié)單元控制器；所述試驗(yàn)電路包括輸入控制模塊、升壓模塊、測(cè)量保護(hù)模塊、被測(cè)模塊和充電模塊；所述輸入控制模塊與升壓模塊串聯(lián)后，與測(cè)量模塊、被 測(cè)模塊和充電模塊分別并聯(lián)。

所述輸入控制模塊包括第一電源和第一開(kāi)關(guān)柜；

第一電源為10KV及10KV以上電壓等級(jí)的交流電源，其容量大小需滿足換流鏈在進(jìn)行端間耐壓試驗(yàn)時(shí)各鏈節(jié)單元靜態(tài)正常工作所需的功率；

第一開(kāi)關(guān)柜的電壓等級(jí)與第一電源的電壓等級(jí)相同，其容量與升壓模塊相匹配，測(cè)量保護(hù)模塊對(duì)第一開(kāi)關(guān)柜進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)對(duì)換流鏈的保護(hù)。

所述升壓模塊包括調(diào)壓器、升壓變壓器和限流電阻；

所述調(diào)壓器的電壓等級(jí)滿足第一電源的電壓等級(jí)，其容量與升壓變壓器功率相匹配；

所述升壓變壓器將原邊繞組上的電壓通過(guò)副邊繞組升高，其副邊繞組由多繞組組成，多繞組采用串聯(lián)或并聯(lián)方式連接用于改變所述升壓變壓器的輸出電壓和輸出電流，以滿足對(duì)換流鏈進(jìn)行端間耐壓試驗(yàn)的需求；

所述限流電阻對(duì)升壓變壓器的輸出電流進(jìn)行限制，避免升壓變壓器因過(guò)載而損壞。

所述測(cè)量保護(hù)模塊包括用于采集調(diào)壓器輸出電流的第一電流傳感器、用于采集升壓變壓器輸出電流的第二電流傳感器、電壓采樣電路、信號(hào)采集調(diào)理電路和控制操作臺(tái)。

所述第一電流傳感器用于防止調(diào)壓器出現(xiàn)故障時(shí)對(duì)第一電源進(jìn)行保護(hù)；

所述第二電流傳感器用于防止換流鏈出現(xiàn)過(guò)電流故障時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)升壓變壓器、調(diào)壓器和第一電源的保護(hù)；

所述電壓采樣電路用于對(duì)變壓器輸出電壓通過(guò)電容器分壓后電壓的采樣，實(shí)現(xiàn)對(duì)換流鏈端間電壓的監(jiān)視和過(guò)電壓的保護(hù)；

所述信號(hào)采集調(diào)理電路對(duì)升壓變壓器的輸出電壓和輸出電流進(jìn)行處理后，上傳給所述控制操作臺(tái)完成數(shù)據(jù)的顯示和數(shù)據(jù)的采集。

所述被測(cè)模塊包括換流鏈、第一斷路器和第二斷路器；

所述第一斷路器和第二斷路器完成升壓模塊和充電模塊之間的切換，兩者需滿足換流鏈端間最高試驗(yàn)電壓時(shí)規(guī)范要求的電壓等級(jí)。

所述充電模塊包括軟啟電阻、第二開(kāi)關(guān)柜和第二電源；

第二電源通過(guò)軟啟電阻對(duì)換流鏈各鏈節(jié)單元中的直流母線支撐電容器進(jìn)行充電，滿足每個(gè)取能電源啟動(dòng)時(shí)所需的能量；

第二開(kāi)關(guān)柜的電壓等級(jí)與第二電源的電壓等級(jí)相同，可對(duì)第二電源進(jìn)行控制和保護(hù)。

本發(fā)明還提供一種鏈?zhǔn)絊TATCOM換流鏈端間耐壓試驗(yàn)方法，所述方法包括以下步驟：

步驟1：搭建換流鏈端間耐壓試驗(yàn)電路；

步驟2：上位機(jī)向換流鏈各鏈節(jié)單元下發(fā)閉鎖命令；

步驟3：確認(rèn)第一斷路器和第二斷路器處于分閘狀態(tài)；

步驟4：將第一開(kāi)關(guān)柜合閘，通過(guò)控制操作臺(tái)緩慢升高調(diào)壓器的輸出電壓，當(dāng)升壓變壓器的輸出電壓為第二電源電壓的90％時(shí)，停止升壓并使升壓變壓器的輸出電壓保持不變；

步驟5：將第二斷路器合閘；

步驟6：將第二開(kāi)關(guān)柜合閘，通過(guò)軟啟電阻給換流鏈各個(gè)鏈節(jié)單元的直流母線支撐電容器充電，檢查取能電源是否正常啟動(dòng)，并檢查各個(gè)鏈節(jié)單元上報(bào)狀態(tài)是否正常；

步驟7：確保各鏈節(jié)單元與上位機(jī)通信正常且無(wú)故障信息，將第二開(kāi)關(guān)柜分閘；

步驟8：第二斷路器分閘，并將第一斷路器合閘；

步驟9：通過(guò)控制操作臺(tái)調(diào)節(jié)調(diào)壓器，使換流鏈端間電壓逐漸升高，在升壓過(guò)程中，若控制操作臺(tái)顯示的換流鏈中各鏈節(jié)單元的直流母線電壓滿足要求，則使換流鏈端間電壓繼續(xù)升高；

步驟10：換流鏈端間電壓達(dá)到換流鏈端間最高試驗(yàn)電壓后，維持1分鐘，若無(wú)異常則結(jié)束換流鏈端間耐壓試驗(yàn)。

最后應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是：以上實(shí)施例僅用以說(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)人員參照上述實(shí)施例依然可以對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行修改或者等同替換，這些未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，均在申請(qǐng)待批的本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。