一種mmc-hvdc柔直功率模塊短路電流的試驗裝置及方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種功率模塊試驗裝置，具體設及一種MMC-HVDC柔直功率模塊短路 試驗的裝置及方法。
【背景技術】
[0002] 傳統的晶閩管直流輸電有成熟的可靠的限制diMt的短路電流保護及過流保護。 柔性直流輸電換流閥采用全控型器件，全控器件既可控制其電流導通、又可控制其電流關 斷，熟悉柔性直流輸電換流閥功率模塊型式試驗的原理，如何實現對全控型器件功率模塊 過流保護并且進行對功率模塊檢驗，就是一個比傳統的晶閩管直流輸電更加復雜的技術問 題。現有的柔性直流輸電功率模塊尚無可靠的、成熟的全控型器件短路保護試驗設備和控 制器，充分了解柔性直流輸電換流閥功率模塊型式試驗的技術要求，熟悉柔性直流輸電換 流閥功率模塊型式試驗的設計理念，掌握柔性直流輸電換流閥功率模塊型式試驗的系統原 理，從而進一步掌握柔性直流輸電換流閥功率模塊短路試驗的試驗方法的研究和應用。
【發明內容】
[0003] 為了解決現有技術中的問題，本發明提出一種解決了柔直功率模塊中全控型器件 因電流上升率超限而進行短路保護的問題的MMC-HVDC柔直功率模塊短路電流的試驗裝置 及方法。
[0004] 為了實現W上目的，本發明所采用的技術方案為：
[0005] 一種MMC-HVDC柔直功率模塊短路電流的試驗裝置，包括可調直流電源，可調直流 電源連接至柔性直流輸電換流閥功率模塊，柔性直流輸電換流閥功率模塊包括相互連接的 電容器、上管全控型器件和下管全控型器件，下管全控型器件上設置有用于短接下管全控 型器件的負載電感，所述的上管全控型器件和下管全控型器件分別通過驅動板連接至PMC 板；所述的可調直流電源、柔性直流輸電換流閥功率模塊、PMC板和驅動板均連接至控制 臺，控制臺能夠完成升降直流電壓和控制保護操作。
[0006] 所述的上管全控型器件和下管全控型器件分別通過上管驅動板和下管驅動板連 接至PMC板。
[0007] 所述的可調直流電源上設置有用于調節電壓的均壓電阻。
[000引所述的下管全控型器件依次連接有晶閩管、真空斷路器和旁路開關。
[0009] 所述的柔性直流輸電換流閥功率模塊上設置有水冷系統。
[0010] 一種MMC-HVDC柔直功率模塊短路電流的試驗方法，包括W下步驟：
[0011] 1)單脈沖試驗；首先用22 的負載電感短接下管全控型器件，然后向柔性直流 輸電換流閥功率模塊施加直流電壓，直流電壓持續增大直至2100V，同時PMC板給全控型器 件的驅動板發單脈沖，脈寬為18. 8yS，并測量控制全控型器件開通和關斷的脈沖、電容器 兩端的直流電壓和負載電感上的電流，單脈沖試驗驗證全控型器件能夠正常工作后再進行 短路電流試驗；
[0012] 2)短路電流試驗；首先用0.7uH的負載電感短接下管全控型器件，然后在柔性直 流輸電換流閥功率模塊施加直流電壓，直流電壓持續增大直至2100V，電容器的正極電流為 6000A，同時分別在若干電壓等級下測量控制全控型器件開通和關斷的脈沖、電容器兩端的 直流電壓波形和負載電感上的負載電流，最后當直流電壓到2100V時PMC板給全控型器件 發關斷單脈沖，脈寬為18. 8yS，上管全控型器件關斷，即完成短路電流試驗。
[0013] 所述的單脈沖試驗和短路電流試驗中在柔性直流輸電換流閥功率模塊不工作情 況下，調節可調直流電源逐步施加直流電壓至400V，復位后繼續增大直流電壓直至2100V。
[0014] 所述的方法中采用示波器和差分探頭測量控制全控型器件開通和關斷的脈沖和 電容器的直流電壓波形。
[0015] 所述的示波器為四通道示波器。
[0016] 所述的方法中采用羅氏線圈測量電容器和負載電感的電流。
[0017] 與現有技術相比，本發明裝置通過可調直流電源向柔性直流輸電換流閥功率模塊 提供直流電壓，控制臺進行調節直流電壓的大小和保護的相關操作，配合控制可調直流電 源，W及保護控制整個裝置，電感負載用于短接柔性直流輸電換流閥功率模塊的下管全控 型器件，柔性直流輸電換流閥功率模塊內置PMC板用于給全控型器件的驅動板發出脈沖信 號，驅動板用于發出控制全控型器件導通或關斷的脈沖、限制全控型器件的diMt的大小 及過流保護和短路電流保護等，采用本發明裝置能夠分別完成柔性直流輸電換流閥功率模 塊的單脈沖試驗和短路電流保護試驗。本發明裝置解決了柔性直流輸電換流閥功率模塊中 因全控型器件電流上升率超標而進行驅動板的短路保護的問題，為柔性直流輸電換流閥功 率模塊正常進行型式試驗和現場安全投運奠定良好的基礎。
[0018] 進一步，采用上管驅動板和下管驅動板分別對上管全控型器件和下管全控型器件 進行控制，能夠更好的提高整個裝置的穩定性W及安全性，保證試驗的性能。
[0019] 更進一步，利用均壓電阻調節可調直流電源的供電電壓，對整個裝置進行了保護， 保證了整個裝置的穩定性。
[0020] 更進一步，利用晶閩管、真空斷路器和旁路開關進一步對整個裝置進行保護。
[002U 更進一步，利用水冷系統對柔直功率模塊單元進行冷卻，保證了整個裝置的穩定 性，保證試驗的順利進行。
[0022] 本發明的方法在短路電流試驗之前進行單脈沖試驗，用22 的負載電感短接下 管全控型器件，逐步增大直流電壓，并通過PMC板給全控型器件的驅動板發單脈沖，測量控 制全控型器件開通和關斷的脈沖、電容器兩端的直流電壓和負載電感上的電流，負載電感 在單脈沖試驗時選用大的負載電感，用于對驅動板的短路保護，主要是diMt的保護，檢測 至Ijdi/化過大時先調節驅動板內電阻，限制di/化，當檢測到di/化過大時，PMC板給全控型 器件的驅動板發關斷脈沖信號，關斷全控型器件，W便于保護全控型器件，通過單脈沖試驗 驗證全控型器件能夠正常工作后，采用0. 7yH的負載電感短接下管全控型器件，逐步增大 直流電壓至2100V，電容器的正極電流為6000A，測量控制全控型器件開通和關斷的脈沖、 電容器兩端的直流電壓波形和負載電感上的負載電流，當直流電壓到2100V時PMC板給全 控型器件發關斷單脈沖，脈寬為18. 8yS，上管全控型器件可靠關斷，完成短路電流的試驗。 本發明方法通過單脈沖試驗在柔性直流輸電換流閥功率模塊參數確定情況下，選取合適的 負載電感和脈沖脈寬W便于全控型器件正常工作，選定負載電感及脈沖脈寬，在單脈沖試 驗驗證全控型器件能夠正常工作后在進行短路電流試驗，能夠保證全控型器件在短路電流 試驗中正常工作，通過單脈沖試驗作為一個保護措施，保證了短路電流實驗的安全性。
[0023] 進一步，在單脈沖試驗和短路電流試驗中，調節可調直流電源逐步施加直流電壓 至400V，復位后繼續增大直流電壓直至2100V，逐漸提高直流電壓的等級，保證了試驗的安 全穩定的進行。
[0024] 更進一步，利用示波器及差分探頭分別測量控制全控型器件開通和關斷的脈沖 利用羅氏線圈測量電容器的正極電流和負載電感的電流，能夠得到控制全控型器件開 通和關斷的脈沖\e、功率模塊上的電容器兩端的直流電壓波形和負載電感上的負載電流。
【附圖說明】
[0025] 圖1為本發明的結構原理圖；
[0026] 圖2為本發明短路電流試驗波形圖；
[0027] 其中，1-可調直流電源、2-均壓電阻、3-電容器、4-上管驅動板、5-上管全控型器 件、6-旁路開關、7-晶閩管、8-下管全控型器件、9-負載電感、10-下管驅動板、11-PMC板。
【具體實施方式】
[002引下面結合實施例對本發明作進一步說明。
[0029] 參見圖1，本發明裝置包括可調直流電源1，可調直流電源1上設置有用于調節電 壓的均壓電阻2,可調直流電源1連接至柔性直流輸電換流閥功率模塊，柔性直流輸電換流 閥功率模塊包括相互連接的電容器3、上管全控型器件5和下管全控型器件8,下管全控型 器件8上設置有用于短接下管全控型器件8的負載電感9,負載電感9在單脈沖試驗時的負 載電感為22yH，在短路試驗試驗時的負載電感為0. 7yH，上管全控型器件5和下管全控型 器件8分別通過上管驅動板4和下管驅動板10驅動板連接至PMC板11，下管全控型器件8 依次連接有晶閩管7、真空斷路器和旁路開關6。可調直流電源1、柔直功率模塊單元、PMC 板11、驅動板均連接至控制臺，控制臺能夠調節直流電壓W及保護整個裝置。
[0030] 柔性直流輸電換流閥功率模塊上設置有水冷系統。在試驗時采用四通道示波器和 差分探頭測量控制全控型器件開通和關斷的脈沖、全控型器件管壓降和電容器3的直流電 壓波形。試驗裝置在試驗時采用羅氏線圈測量電容器3和負載電感9的電流。
[0031] 可調直流電源1用于試驗時給柔性直流輸電換流閥功率模塊施加直流電壓，可調 直流電源1的正負極分別連接至柔性直流輸電換流閥功率模塊的正負極。控制臺用于配合 控制可調直流電源和用于保護控制。水冷系統用于柔直功率模塊的冷卻，水冷系統的進出 水與柔性直流輸電換流閥功率模塊的進出水分別進行對接，負載電感9在單脈沖試驗時用 負載電感約22yH短接下管全控型器件8 ;在短路試驗時用負載電感0. 7yH短接下管全控 型器件8。試驗時，利用四通道示波器和差分探頭分別測量控制全控型器件開通和關斷的脈 沖Vec、功率模塊上電容器3的兩端直流電壓。PMC板11用于發出全控型器件驅動板的脈沖 信號，驅動板用于接收PMC板11發來的脈