换流阀故障自穿越等效试验方法及其应用技术

本发明专利技术公开一种换流阀故障自穿越等效试验方法及其应用，包括以下步骤：对换流阀子模块进行充电直至试验回路进入稳态运行；利用电压源切换策略等效网侧故障；利用耗能支路投切策略等效集成耗能支路的换流阀的故障自穿越以及盈余功率消纳过程；利用电压源切换策略以及耗能支路投切策略完成换流阀故障自穿越后的恢复以及子模块电容的放电。本发明专利技术利用两个并联的电压源之间的切换实现了换流阀稳态与故障自穿越时不同受端电压的切换；利用耗能支路投切策略实现了换流阀的故障自穿越的等效；同时实现了试验回路故障自穿越到正常工作状态的恢复。态的恢复。态的恢复。

【技术实现步骤摘要】
换流阀故障自穿越等效试验方法及其应用


[0001]本专利技术涉及柔性直流换流阀等效试验，尤其是涉及一种海上风电柔性直流输电换流阀故障自穿越等效试验方法及其应用。

技术介绍

[0002]当海上风电系统发生网侧低压故障时，交流电压跌落使受端换流站功率送出能力下降，而风场输入的功率保持不变，造成功率盈余使系统过压，严重情况下可能会造成风机脱网。系统过电压以及功率盈余对换流阀在故障穿越期间的安全可靠运行提出了严苛的要求，因此对换流阀故障自穿越期间的等效试验是有必要的。
[0003]专利[1]（李春平.一种用于MMC柔性直流子模块稳态运行的测试装置和方法；201310652351）给出了交流由电抗连接的两个被测子模块的试验装置，但是该试验装置电抗器上流过的无功电流不能与实际的直流电流与有功电流相等效；文献[2]（吴亚楠, 吕天光, 汤广福,等. 模块化多电平VSC
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HVDC换流阀的运行试验方法, 中国电机工程学报）给出了两个换流阀交流由电抗器连接的等效试验装置，一个是辅助阀，另一个是测试阀；该文献给出了相角与电压的控制方法，可以实现回路电流产生直流分量与交流分量，但是需要保证两个换流阀之间流通的有功功率相互抵消，控制比较麻烦，且无法实现换流阀功率对推的等效试验。文献[3]（刘洪德，连建阳，谢晔源, 模块化多电平换流阀模块级等效运行试验研究，电力电子技术）将两个半桥型子模块串联后并联直流电源搭建了模块级的等效回路，并给出了功率对推的策略，但是并未对阀级等效，只适用于功率模块的等效。文献[4]（李建国，宋强，等.一种模块化多电平换流阀的等效功率对冲试验及其控制方法）将两个测试桥臂的中性点连接后并联辅助电源，给出了稳态运行时实现功率对推的试验回路，但并未对故障自穿越时的换流阀进行等效。专利[5]（贾科.一种适用于风电MMC
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MTDC系统的协调故障穿越方法，202010079516.5）给出了受端换流器交流出口故障时与风及协调控制的故障穿越方法，但是需要控制风机，操作复杂，且并未对故障穿越时换流阀内部进行等效。

技术实现思路

[0004]本专利技术是基于新型的集成功率盈余耗散功能子模块的等效试验回路，提出一种等效试验方法，实现换流阀稳态运行状态以及故障自穿越状态的切换以及换流阀故障自穿越状态的等效。同时利用集成盈余功率耗散功能的子模块实现等效试验回路故障自穿越后的恢复。
[0005]其技术方案如下：一种换流阀故障自穿越等效试验方法，包括以下步骤：步骤一：建立换流阀故障自穿越等效试验电路，对换流阀子模块电容进行充电直至试验回路进入稳态运行；步骤二：利用电压源切换策略等效网侧故障；步骤三：利用耗能支路投切策略等效集成耗能支路的换流阀的故障自穿越以及盈
余功率消纳过程；步骤四：利用电压源切换策略以及耗能支路投切策略完成换流阀故障自穿越后的恢复以及子模块电容的放电。
[0006]本专利技术还公开一种将上述换流阀故障自穿越等效试验方法应用于海上风电陆上换流阀故障自穿越等效试验。
[0007]有益效果1.本专利技术利用两个并联的电压源1与电压源2之间的切换实现了海上风电系统正常工作与交流侧发生低压故障时换流阀不同受端电压的切换。
[0008]2.利用电压源切换策略以及耗能支路投切策略实现了换流阀的故障自穿越的等效。
[0009]3.利用耗能支路投切策略避免了因电压波动而导致的耗能支路误投入。
[0010]4.利用耗能支路投切策略实现了换流阀的故障自穿越到正常工作状态的恢复。
附图说明
[0011]图1为本专利技术提供的等效试验方法的原理图；图2为本专利技术提出的等效试验方法所适用的子模块图，其中图2（a）为半桥型子模块电路结构；图2（b）为全桥型子模块电路结构；图2（c）为钳位双型子模块电路结构；图3为本专利技术电压源的切换策略流程图；图4为本专利技术提供的故障自穿越等效试验方法工作流程以及耗能支路投切策略。
具体实施方式
[0012]本专利技术是基于文献[4]（李建国，宋强，等.一种模块化多电平换流阀的等效功率对冲试验及其控制方法）以及专利（一种集成盈余功率耗散功能的新型MMC子模块拓扑，申请号：202110850502.3）提出的集成耗能装置的子模块提出了一种等效试验方法，其等效换流阀的故障自穿越且控制简单。
[0013]一种换流阀故障自穿越等效试验方法，包括以下步骤：步骤一：建立换流阀故障自穿越等效试验电路，对换流阀子模块电容进行充电直至试验回路进入稳态运行；步骤二：利用电压源切换策略等效网侧故障；步骤三：利用耗能支路投切策略等效集成耗能支路的换流阀的故障自穿越以及盈余功率消纳过程；步骤四：利用电压源切换策略以及耗能支路投切策略完成换流阀故障自穿越后的恢复以及子模块电容的放电。
[0014]下面结合附图1对试验步骤进行详细地描述。
[0015]一种换流阀故障自穿越等效试验方法，包括以下步骤：步骤一：建立换流阀故障自穿越等效试验电路，对换流阀子模块进行充电直至试验回路进入稳态运行：所述等效实验电路结构为：所述等效试验电路包括电压源切换侧率模块以及耗能支路投切策略模块：电压源切换策略模块、耗能支路投切策略模块；所述电压源切换策略模
块包括电压源1、电压源2、开关K1、K2、K3以及电阻R1，所述电压源1正极与K2一端连接；K2另一端与K1、电阻R1一端连接；电压源2正极与K3一端连接，K3另一端与K1、电阻R1另一端连接；所述耗能支路投切策略模块包括半桥型子模块以及耗能支路，所述半桥型子模块与耗能支路并联；所述耗能支路包括开关器件S和耗能电阻R，开关器件S发射极与耗能电阻R相连，开关器件S集电极与子模块电容电容相连。所述换流阀子模块电容充电策略包括打开与缓充电电阻R并联的开关K1和与电压源2相连的开关K3，闭合与电压源1相连的开关K2，对子模块电容进行充电，直至试验电路达到稳态运行，达到稳态运行后，打开与缓充电电阻R并联的开关K1。
[0016]参照图1、2（a,b,c）所示，电压源1提供两个测试桥臂正常工作电压以及为子模块电容充电；通过开关（控制电压源1的投入与切除）与缓充电电阻相连，缓充电电阻在子模块电容充电时投入；缓充电电阻与开关并联，开关控制缓充电电阻的投入与切除；电压源1、开关与并联支路（缓充电电阻与开关并联）组成的串联支路与电压源2（提供换流阀故障自穿越时的暂态过电压）和开关（控制电压源2的投入切除）构成的串联支路并联；再与两个稳压滤波电容和并联，两个稳压滤波电容之间接地；之后再与测试桥臂模块并联；前述的测试桥臂模块两个上桥臂和两个下桥臂分别并联再串联；前述上（下）桥臂包括子模块（SMi，i=1，2，3，4）与耗能支路并联再与桥臂电抗串联；前述耗能支路为开关器件（半桥：S3；全桥：S5；钳位双：S6、S7）与电阻串联；前述子模块为半桥型子模块、全桥型子模块或钳位双型子模块。
[0017]本专利技术上下桥臂均采用一个半桥型子模块，利用SPWM控制子模块开关器件的开通与关断，同一测试桥臂上下桥臂信号相反，不同测本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种换流阀故障自穿越等效试验方法，包括以下步骤：步骤1：建立换流阀故障自穿越等效试验电路，对换流阀子模块电容进行充电直至试验回路进入稳态运行；步骤2：利用电压源切换策略等效网侧故障；步骤3：利用耗能支路投切策略等效集成耗能支路的换流阀的故障自穿越以及盈余功率消纳过程；步骤4：利用电压源切换策略以及耗能支路投切策略完成换流阀故障自穿越后的恢复以及子模块电容的放电。2.根据权利要求1所述的换流阀故障自穿越等效试验方法，其特征为：所述步骤1进一步包括如下内容：所述等效试验电路结构包括：电压源切换策略模块、耗能支路投切策略模块；所述电压源切换策略模块包括电压源1、电压源2、开关K1、K2、K3以及缓充电电阻R1，所述电压源1正极与K2一端连接；K2另一端与K1、电阻R1一端连接；电压源2正极与K3一端连接，K3另一端与K1、电阻R1另一端连接；所述耗能支路投切策略模块包括半桥型子模块以及耗能支路，所述半桥型子模块与耗能支路并联；所述耗能支路包括开关器件S和耗能电阻R，开关器件S发射极与耗能电阻R相连，开关器件S集电极与子模块电容相连；所述换流阀子模块电容充电策略包括打开与缓充电电阻R并联的开关K1和与电压源2相连的开关K3，闭合与电压源1相连的开关K2，对子模块电容进行充电，直至试验电路达到稳态运行，达到稳态运行后，打开与缓充电电阻R并联的开关K1。3.根据权利要求2所述的换流阀故障自穿越等效试验方法，其特征为：所述电压源切换策略模块的控制策略为：首先关闭与电压源1相连的开关，打开与缓充电电阻并联的开关和与电压源2相连的开关，投入电压源1和缓充电电阻并切除电压源2，进行子模块电容充电；充电结束后，关闭与缓充电电阻并联的开关和与电压源2相连的开关，打开与电压源1相连的开关，切除电压源1和缓充电电阻，投入电压源2，提供暂态过电压模拟故障自穿越时换流阀受端电压抬升，在此情况下子模块电容开始再次充电；当电容电压达到暂态过电压时，开始耗能支路的投切；故障模拟结束后，打开与电压源2相连的开关，关闭与电压源1相连的开关，投入电压源1，切除电压源2，子模块电容经耗能支路放电恢复额定电压后闭锁耗能支路。4.根据权利要求2所述的换流阀故障自穿越等效试验方法，其特征为：所述耗能支路投切策略模块的控制策略为：当子模块电容电压达到电压源2提供的暂态过电压时，开始耗能支路的投切，此时由于换流阀内的盈余功率被耗能支路中的电...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐磊，何治国，朱媛，张翔宇，吴思航，郭小江，潘宵峰，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：