[發明專利]一種模塊化多電平換流閥的集成試驗電路及其控制方法

有效

• 申請號: 201110392878.0
• 申請日: 2011-12-01
• 公開（公告）號: CN102520276A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發明（設計）人: 易榮;湯廣福;姬大潛;呂錚;馮靜波
• 申請（專利權）人: 中國電力科學研究院
• 主分類號: G01R31/00
• 分類號: G01R31/00
• 代理公司: 北京安博達知識產權代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國文

技術領域：

本發明涉及電力電子領域，具體涉及一種模塊化多電平換流閥的集成試驗電路及其控制方法。

背景技術：

模塊化多電平換流閥在高壓直流輸電(HVDC)、靈活交流輸電(FACTS)等高壓大容量應用場合正日益推廣，其必須按照IEC相關標準和實際運行工況進行出廠試驗和型式試驗，以檢驗其設計和生產。目前模塊化多電平換流閥試驗方法和試驗裝置仍是空白。

模塊化多電平換流閥采用功率模塊PM級聯的方法來提升換流閥的電壓和容量等級，如圖1所示。功率模塊通常包括四個部分(見圖2)：(1)由多個全控型器件如絕緣柵雙極晶體管IGBT模塊組成的半橋結構電力電子單元，每個IGBT模塊內集成了反并聯二極管；(2)起儲能和直流電壓支撐作用的電容C；(3)控制和保護功率模塊的模塊控制器；(4)為模塊控制器供電的高位取能電源。換流閥有4種基本運行工況：(a)上電；(b)閉鎖；(c)解鎖；(d)掉電。其中，換流閥解鎖后，根據負載的不同，分為空載、滿載和過負載運行。此外，換流閥通常配置有過壓、過流、過溫和短路等保護。模塊化多電平換流閥具有如下突出的特點：

1)換流閥功率模塊的級聯數需根據實際應用系統情況確定，可從幾只到上百只。

2)在高壓應用場合，模塊控制器帶電工作依賴于主電。這是由于換流閥各功率模塊處于不同的高電位(百千伏以上)，模塊控制器的供電電源通常采用從主電路部件高位取能方式，以避免與地電位的高電壓隔離難題。

換流閥試驗一方面要求完成換流閥控制保護功能和各種運行工況的試驗檢驗，另一方面必須要充分考慮到模塊化多電平換流閥特殊性，因此對換流閥的試驗方法和電路設計需滿足以下要求：

(1)滿足換流閥功率模塊級聯數可變的試驗要求。

(2)通常來說，在換流閥上主電之前需要其控制器先正常工作，以實施換流閥上電過程中的可靠控制和保護。而高壓模塊化多電平換流閥采取高位取能供電模式，其控制器無法提前帶電工作，因此試驗方法必須考慮此工況下換流閥的安全測試，在換流閥本身有故障的情況避免由于試驗導致其故障范圍擴大。

發明內容：

針對現有技術的不足，本發明提供一種模塊化多電平換流閥的集成試驗電路及其控制方法，該電路有效集成了換流閥的電壓調節、交流試驗電路和直流試驗電路，結合從交流充電到直流帶載、從低壓到額定電壓到過壓、從空載到滿載到過載到短路的試驗方法，對換流閥實施全面、系統和可靠的試驗。

本發明提供的一種模塊化多電平換流閥的集成試驗電路，其改進之處在于，所述集成試驗電路包括主電路、試品閥和控制保護電路，所述控制保護電路控制主電路和試品閥，進行試品閥充電和帶載試驗。

本發明提供的第一優選方案的集成試驗電路，其改進之處在于，所述主電路包括調壓回路、單相交流試驗回路、直流試驗回路和負載；所述單相交流試驗回路和所述直流試驗回路并聯后與所述調壓回路串聯；

所述單相交流試驗回路包括兩個輸出端(I、II)；所述直流試驗回路包括兩個輸出端(I、II)；

所述單相交流試驗回路的輸出端I和輸出端II之間設置負載。

本發明提供的第二優選方案的集成試驗電路，其改進之處在于，所述控制保護電路包括閥基控制器和主電路控制器；所述閥基控制器分別與所述試品閥連接和所述主電路控制器連接；所述主電路控制器與所述主電路連接。

本發明提供的第三優選方案的集成試驗電路，其改進之處在于，所述試品閥為換流閥，所述試品閥包括試品閥A和試品閥B；

所述試品閥A的正極和所述試品閥B的正極分別與所述單相交流試驗回路的兩個輸出端(I、II)連接；

所述試品閥A的電容極或所述試品閥B的電容極與所述直流試驗回路的輸出端I連接；

所述試品閥A和所述試品閥B的負極短接并與所述直流試驗回路的輸出端II連接。

本發明提供的第四優選方案的集成試驗電路，其改進之處在于，所述主電路包括開關(K₁-K₄)，所述開關K₁設置在所述調壓回路和所述單相交流試驗電路之間；所述開關K₂設置在所述調壓回路和所述直流試驗回路之間；所述開關K₃設置在所述直流試驗回路和所述試品閥之間；所述開關K₄設置在所述單相交流試驗回路的兩個輸出端(I、II)之間，與所述負載串聯。

本發明提供的第五優選方案的集成試驗電路，其改進之處在于，所述調壓回路調節輸入交流試驗電源電壓幅值的大小，用于滿足不同功率模塊串聯級數換流閥的試驗電壓等級要求。