换流阀低压加压试验系统及控制方法与流程

1.本技术涉及大功率电力电子变流技术领域，具体而言，涉及一种换流阀低压加压试验系统及控制方法。


背景技术：

2.随着电力电子技术在电力系统中的应用和发展，电力电子设备向着高电压模块化级联方向发展，尤其是在高压大容量柔性直流输电技术中广泛应用。但是柔性直流换流阀由六个桥臂构成，每个桥臂包含数百个子模块；在众多子模块进行试验时，存在测试时间长，测试难度大的问题。
3.专利cn112924838a模块化换流链、合成回路系统、换流阀及控制方法提出批量进行换流阀子模块试验的系统和方法，可通过低压电源为换流阀子模块充电取能，提升换流阀试验效率。但在实际操作时仍存在不足：
4.(1)在安装调试初期，批量子模块中可能存在较多的故障子模块，如果采用自动测试，需要串联的子模块每一个都能与阀控装置建立通信，而且子模块控制单元、驱动、功率器件均正常，并输出零电平状态。一旦中间出现故障的子模块，试验就会被迫中断，需要经过较长时间的放电、检修，影响测试效率。
5.(2)试验结束后，存在手动分闸子模块旁路开关的行为，可能存在分闸不到位的隐患。
6.因此，现有技术中的试验测试方法均存在不足，需要进一步改进。
7.在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本技术的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。


技术实现要素：

8.本技术旨在提供一种换流阀低压加压试验系统及控制方法，可以批量对子模块进行测试。
9.根据本技术的一方面，提出一种换流阀低压加压试验系统，所述试验系统包括换流阀、阀控单元、低压加压单元和负载单元，其中：
10.所述换流阀包括n个串联的子模块，所述子模块包括直流电容、功率单元、子模块控制单元和旁路开关，n为大于等于1的整数；
11.所述阀控单元与所述子模块控制单元通信；
12.所述低压加压单元包括低压供能电源和供能网络，所述供能网络包括至少两个二极管，所述低压加压单元与所述子模块的所述直流电容连接；
13.所述负载单元与所述换流阀并联，包括串联的负载开关和负载电阻。
14.所述低压供能电源启动，闭合所述负载开关，通过所述供能网络和所述负载电阻同时为所有所述子模块的所述直流电容充电。
15.根据一些实施例，所述功率单元包括功率半导体器件且为半桥电路或全桥电路。
16.根据一些实施例，所述低压供能电源的负极连接首端所述子模块的所述直流电容的负极；
17.所述供能网络的输入端与所述低压供能电源的正极连接；
18.所述供能网络包括n个输出端，所述n个输出端分别与所有所述子模块的所述直流电容的正极连接。
19.根据一些实施例，所述供能网络连接方式包括并联方式供能网络和串联方式供能网络。
20.根据一些实施例，所述并联方式供能网络包括n个二极管单元，其中：
21.所述n个二极管单元的阳极电连接作为所述供能网络的输入端；
22.所述n个二极管单元的阴极引出作为所述供能网络的n个输出端。
23.根据一些实施例，所述串联方式供能网络包括n-1个二极管单元，其中：
24.所述n-1个二极管单元同方向串联连接，第1个所述二极管单元的阳极作为所述供能网络的输入端；
25.所述n-1个二极管单元的阳极和第n-1个二极管单元的阴极作为所述供能网络的n个输出端。
26.根据本技术的一方面，提出一种基于前文中任一项所述的换流阀低压加压试验系统的控制方法，包括以下步骤中的一种或多种的组合：
27.批量子模块功能预试验：所述低压供能电源启动，闭合所述负载开关，通过所述供能网络和所述负载电阻为所述子模块的所述直流电容充电；
28.批量子模块逐级加压试验：所述低压供能电源启动，所述阀控单元控制所述子模块逐级输出零电平状态，所述子模块的所述直流电容逐一充电，开展子模块功能试验；
29.批量子模块快速放电试验：在所述批量子模块功能预试验或所述批量子模块逐级加压试验完成后，断开所述低压供能电源，闭合所述负载开关，再通过所述阀控单元逐级开通所述功率单元中对应位置的功率半导体器件，所述子模块的所述直流电容逐一放电；
30.批量子模块放电旁路试验：在所述批量子模块快速放电试验完成后，所述子模块的所述直流电容放电至定值时，自动闭合所述子模块的所述旁路开关。
31.根据一些实施例，所述组合包括：
32.进行所述批量子模块功能预试验和/或所述批量子模块逐级加压试验，试验完成后所述子模块的所述直流电容自然放电；
33.进行所述批量子模块功能预试验和/或所述批量子模块逐级加压试验，再进行所述批量子模块快速放电试验，试验完成后所述子模块的所述直流电容快速放电；
34.进行所述批量子模块功能预试验和/或所述批量子模块逐级加压试验，再进行所述批量子模块快速放电试验和所述批量子模块放电旁路试验，试验完成后所述子模块的所述直流电容快速放电并闭合所述旁路开关；
35.进行所述批量子模块功能预试验和/或所述批量子模块逐级加压试验，再进行所述批量子模块快速放电试验和所述批量子模块放电旁路试验，试验完成后所述子模块的所述直流电容快速放电并闭合所述旁路开关；手动分开所述旁路开关；执行所述批量子模块功能预试验和/或所述批量子模块逐级加压试验，试验完成后所述子模块的所述直流电容自然放电，或
36.执行所述批量子模块功能预试验和/或所述批量子模块逐级加压试验，再进行所述批量子模块快速放电试验，试验完成后所述子模块的所述直流电容快速放电，检查所述旁路开关分闸是否到位。
37.根据一些实施例，所述批量子模块功能预试验包括：
38.所述低压供能电源启动，闭合所述负载开关；
39.所述低压供能电源通过所述供能网络和所述负载单元中的所述负载电阻为所述子模块的所述直流电容充电；
40.所述子模块的所述直流电容电压达到启动门槛值后，所述子模块控制单元启动；
41.检查所述阀控单元与所述子模块控制单元是否正常通信；如出现通信故障，则定位故障子模块；
42.开展子模块功能试验；
43.判断是否有所述故障子模块；
44.闭合所述故障子模块的所述旁路开关或先闭合所述故障子模块的所述旁路开关，再检修所述故障子模块。
45.根据一些实施例，所述批量子模块逐级加压试验包括：
46.所述低压供能电源启动，首端所述子模块的所述直流电容充电；
47.首端所述子模块控制单元启动，所述功率单元输出零电平状态，为相邻所述子模块的所述直流电容充电；
48.相邻所述子模块控制单元启动并输出零电平状态；
49.开展子模块功能试验。
50.根据一些实施例，对于半桥电路，所述功率半导体器件下管导通定义为零电平状态；
51.对于全桥电路，两个所述功率半导体器件上管同时导通或两个所述功率半导体器件下管同时导通定义为所述零电平状态。
52.根据一些实施例，所述批量子模块快速放电试验包括：
53.所述批量子模块功能预试验或所述批量子模块逐级加压试验执行完毕；
54.断开所述低压供能电源，闭合所述负载开关；
55.自首端或末端逐级开通所述子模块功率单元的所述功率半导体器件；
56.根据所述子模块的所述直流电容的容值计算理论电压值，判断所述子模块的所述直流电容放电的电压。
57.根据一些实施例，所述批量子模块放电旁路试验包括：
58.所述批量子模块快速放电试验执行完毕；
59.所述子模块的所述直流电容放电到低电压定值时，所述阀控单元或所述子模块的所述控制单元下发命令闭合所述子模块的所述旁路开关。
60.根据一些实施例，所述子模块功能试验包括电容电压采样校验；
61.当采用并联方式供能网络时，第i个子模块直流电容电压采样值v
smi
＝v
s-v
d-vg*(i-1)或者采样值v
smi
＝v
sm(i-1)-vg；
62.当采用串联方式供能网络时，第i个子模块直流电容电采样值v
smi
＝v
s-vd*(i-1)-vg*(i-1)或者v
smi
＝v
sm(i-1)-v
g-vd；
[0063]vsmi
第i个子模块直流电容电压采样值，v
sm(i-1)
第(i-1)个子模块直流电容电压采样值，vs为低压供能电源电压；vd为二极管管压降；vg为功率半导体器件管压降；
[0064]
所述电容电压采样校验根据上述理论计算的采样值与实际采样值比较，若偏差高于门槛值，判定试验不通过。
[0065]
根据一些实施例，所述子模块功能试验包括交叉通信校验：
[0066]
所述子模块的控制单元与相邻的所述子模块的控制单元两两交叉通信，并同时与所述阀控单元的两个不同通道通信；
[0067]
多个子模块的控制单元串联通信，首尾两个子模块控制单元与阀控单元的两个不同通道通信；
[0068]
所述交叉通信指分别从所述阀控单元的同一个通道读取不同子模块直流电容电压采样值，若数据符合电容电压采样校验的对应关系，则校验通过。
[0069]
本技术提出的换流阀低压加压试验系统和控制方法，可以对子模块进行批量检测，提高测试效率；并且通过系统自动分闸子模块旁路开关，解决手动分闸不到位的隐患。
[0070]
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本技术。
附图说明
[0071]
通过参照附图详细描述其示例实施例，本技术的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。下面描述的附图仅仅是本技术的一些实施例，而不是对本技术的限制。
[0072]
图1示出一示例性实施例的一种换流阀低压加压试验系统的电路结构图；
[0073]
图2示出一示例性的一种换流阀低压加压试验系统的电路结构图的又一实施例；
[0074]
图3示出一示例性实施例的子模块的电路示意图；
[0075]
图4示出一示例性实施例的批量子模块功能预试验的控制方法的流程图；
[0076]
图5示出一示例性实施例的子模块充电回路的示意图；
[0077]
图6示出一示例性实施例的批量子模块逐级加压试验的控制方法的流程图；
[0078]
图7示出一示例性实施例的批量子模块快速放电试验的控制方法的流程图；
[0079]
图8示出一示例性实施例的批量子模块放电旁路试验的控制方法的流程图。
具体实施方式
[0080]
现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本技术将全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。
[0081]
所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有这些特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方式、组元、材料、装置或等。在这些情况下，将不详细示出或描述公知结构、方法、装置、实现、材料或者操作。
[0082]
附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也
不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解，而有的操作/步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。
[0083]
本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
[0084]
本领域技术人员可以理解，附图只是示例实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本技术所必须的，因此不能用于限制本技术的保护范围。
[0085]
下面描述本技术的装置实施例，其可以用于执行本技术方法实施例。对于本技术装置实施例中未披露的细节，可参照本技术方法实施例。
[0086]
图1示出一示例性实施例的一种换流阀低压加压试验系统的电路结构图。
[0087]
如图1所示，换流阀低压加压试验系统包括换流阀、低压加压单元和负载单元。
[0088]
根据示例实施例，换流阀包括n个子模块1的交流端串联连接。n为大于等于1的整数。
[0089]
根据示例实施例，子模块1为半桥电路或全桥电路与直流电容并联，功率器件与旁路开关2并联。
[0090]
根据一些实施例，子模块1还包括子模块控制单元。
[0091]
根据一些实施例，换流阀低压加压试验系统还包括阀控系统，与子模块控制单元单元。
[0092]
根据示例实施例，低压加压单元包括低压供能电源3和供能网络4。低压加压单元与子模块的直流电容连接。
[0093]
所述低压供能电源启动，闭合所述负载开关，通过所述供能网络和所述负载电阻同时为所有所述子模块的所述直流电容充电。
[0094]
根据一些实施例，低压供能电源的负极连接首端子模块电容单元的负极；供能网络的输入端与低压供能电源的正极直接连接，供能网络包括n个输出端，n个输出端分别与所有电容单元的正极连接。
[0095]
根据一些实施例，供能网络包括两种连接方式，并联方式和串联方式。
[0096]
根据示例实施例，图1示出并联方式供能网络。并联方式供能网络包括n个二极管。n个二极管单元的阳极连接在一起作为供能网络的输入端，n个二极管单元的阴极依次引出作为供能网络的n个输出端。
[0097]
根据示例实施例，负载单元包括负载开关5和负载电阻6，负载单元与换流阀并联。
[0098]
根据一些实施例，换流阀低压加压试验系统可实施下列控制方法中的一个或多个：
[0099]
1、批量子模块功能预试验：低压供能电源启动，闭合负载开关，通过供能网络和负载电阻为所有子模块直流电容充电。
[0100]
2、批量子模块逐级加压试验：低压供能电源启动，阀控单元控制子模块逐级输出零电平状态，子模块直流电容逐一充电，开展子模块功能试验。
[0101]
3、批量子模块快速放电试验：断开低压供能电源，闭合负载开关，再通过阀控单元
逐级开通功率单元中对应位置的功率半导体器件，子模块直流电容逐一放电。
[0102]
4、批量子模块放电旁路试验：子模块直流电容放电至定值时自动闭合该子模块旁路开关。
[0103]
根据一些实施例，上述控制方法可以组合成以下的一种或多种：
[0104]
1、先进行批量子模块功能预试验和/或批量子模块逐级加压试验，试验完成后子模块直流电容自然放电。
[0105]
2、先进行批量子模块功能预试验和/或批量子模块逐级加压试验，再进行批量子模块快速放电试验，试验完成后子模块直流电容快速放电。
[0106]
3、先进行批量子模块功能预试验和/或批量子模块逐级加压试验，再进行批量子模块快速放电试验和批量子模块放电旁路试验，试验完成后子模块直流电容快速放电并闭合旁路开关。
[0107]
4、先进行批量子模块功能预试验和/或批量子模块逐级加压试验，再进行批量子模块快速放电试验和批量子模块放电旁路试验，试验完成后子模块直流电容快速放电并闭合旁路开关，再手动分开旁路开关，再执行批量子模块功能预试验和/或批量子模块逐级加压试验，试验完成后子模块直流电容自然放电，或执行批量子模块功能预试验和/或批量子模块逐级加压试验，再进行批量子模块快速放电试验，试验完成后子模块直流电容快速放电，检查旁路开关分闸是否到位。
[0108]
图2示出一示例性的一种换流阀低压加压试验系统的电路结构图的又一实施例。
[0109]
参见图2，图2所示的电路结构与图1所示的电路结构基本相似，区别在于：图2的供能网络连接方式为串联式。供能网络包括n-1个二极管单元，所述n-1个二极管单元同方向串联连接，第1个二极管单元的阳极作为所述供能网络的输入端，n-1个二极管单元的阳极以及第n-1个二极管单元的阴极依次引出作为所述供能网络的输出端。
[0110]
图3示出一示例性实施例的子模块的电路示意图。
[0111]
如图3所示，子模块为全桥模块，包括4个两两串联的全控型功率器件和1个电容器；两两串联的全控型功率器件并联后，构成子模块的直流端口。电容器并联在功率子模块的直流端口；两两串联的全控型功率器的中点引出，构成功率子模块的交流端口。
[0112]
图4示出一示例性实施例的批量子模块功能预试验的控制方法的流程图。
[0113]
在s410，低压供能电源启动，闭合负载开关。
[0114]
根据示例实施例，低压供能电源启动，闭合负载单元的负载开关，形成闭合回路。
[0115]
在s420，低压供能电源通过供能网络和负载单元中的负载电阻为子模块直流电容充电。
[0116]
在s430，子模块直流电容电压达到启动门槛值后，子模块控制单元启动。
[0117]
在s440，检查阀控单元与子模块控制单元是否正常通信。
[0118]
根据示例实施例，检查阀控单元与子模块控制单元是否正常通信，如出现通信故障，则定位故障子模块。
[0119]
在s450，开展子模块功能试验。
[0120]
在s460，判断是否有故障子模块。
[0121]
根据示例实施例，若检测到有故障子模块，则转到s470；若没有故障子模块，则转到s480。
[0122]
在s470，闭合故障子模块旁路开关或先闭合故障子模块旁路开关，再检修故障子模块。
[0123]
根据示例实施例，若检测到子模块故障后，闭合故障子模块旁路开关或先闭合故障子模块旁路开关，再检修故障子模块后，转到s410。
[0124]
在s480，结束。
[0125]
图5示出一示例性实施例的子模块充电回路的示意图。
[0126]
如图5所示，低压供能电源通过供能网络和负载单元中的负载电阻为子模块直流电容充电。
[0127]
根据一些实施例，n个子模块的直流电容可以同时进行充电。
[0128]
图6示出一示例性实施例的批量子模块逐级加压试验的控制方法的流程图。
[0129]
在s610，低压供能电源启动；首端子模块直流电容充电。
[0130]
根据示例实施例，低压供能电源为与其负极直接相连的子模块的直流电容充电。
[0131]
在s620，首端子模块控制单元启动，功率单元输出零电平；为相邻子模块直流电容充电。
[0132]
根据一些实施例，对于半桥电路，下管导通定义为零电平状态；对于全桥电路，两个上管同时导通或两个下管同时导通定义为零电平状态。
[0133]
根据示例实施例，首端子模块直流电容充电完成后，首端子模块控制单元启动，使首端子模块的功率单元导通，低压供能电源给相邻子模块的直流电容充电。
[0134]
在s630，相邻子模块控制单元启动并输出零电平状态。
[0135]
根据示例实施例，相邻子模块直流电容充电完成后，相邻子模块的功率单元输出零电平，下一个相邻子模块直流电容充电。以此方式逐级充电，为所有子模块直流电容充电；使所有子模块控制单元启动。
[0136]
在s640，开展子模块功能试验。
[0137]
根据一些实施例，子模块功能试验包括电容电压采样校验。
[0138]
根据一些实施例，采用并联方式供能网络时，第i个子模块直流电容电压采样值v
smi
＝v
s-v
d-vg*(i-1)或者采样值v
smi
＝v
sm(i-1)-vg；
[0139]
根据一些实施例，采用串联方式供能网络时，第i个子模块直流电容电采样值v
smi
＝v
s-vd*(i-1)-vg*(i-1)或者v
smi
＝v
sm(i-1)-v
g-vd；
[0140]
其中，v
smi
第i个子模块直流电容电压采样值，v
sm(i-1)
第(i-1)个子模块直流电容电压采样值，vs为低压供能电源电压；vd为二极管管压降；vg为功率半导体器件管压降。
[0141]
根据一些实施例，电容电压采样校验根据上述理论计算的采样值与实际采样值比较，当偏差高于门槛值时，判定试验不通过。
[0142]
根据一些实施例，子模块功能试验包括交叉通信校验，交叉通信包括两种类型：
[0143]
1)子模块控制单元与相邻的子模块控制单元两两交叉通信，并同时与阀控单元的两个不同通道通信；
[0144]
2)多个子模块控制单元串联通信，并首尾两个子模块控制单元与阀控单元的两个不同通道通信；
[0145]
交叉通信是指分别从阀控单元的同一个通道读取不同子模块电容电压采样值，如果数据符合电容电压采样校验的对应关系，则校验通过。
[0146]
图7示出一示例性实施例的批量子模块快速放电试验的控制方法的流程图。
[0147]
在s710，批量子模块功能预试验或批量子模块逐级加压试验执行完毕。
[0148]
在s720，断开低压供能电源，闭合负载开关。
[0149]
在s730，自首端或末端逐级开通子模块功率单元中对应位置的功率半导体器件。
[0150]
根据一些实施例，所述对应位置的功率半导体器件是指半桥电路的上管或全桥电路的对管。
[0151]
根据示例实施例，与低压供能电源直接相连的子模块为首端子模块，可以开通首端或者末端子模块的功率单元中的对应位置的功率半导体器件。
[0152]
在s740，根据子模块直流电容的容值计算理论电压值，判断子模块直流电容放电的电压。
[0153]
根据示例实施例，若电压偏差高于门槛值，记录并报警。
[0154]
图8示出一示例性实施例的批量子模块放电旁路试验的控制方法的流程图。
[0155]
在s810，批量子模块快速放电试验执行完毕。
[0156]
在s820，子模块直流电容放电到低电压定值时，阀控单元或子模块控制单元下发命令闭合子模块旁路开关。
[0157]
应清楚地理解，本技术描述了如何形成和使用特定示例，但本技术不限于这些示例的任何细节。相反，基于本技术公开的内容的教导，这些原理能够应用于许多其它实施例。
[0158]
此外，需要注意的是，上述附图仅是根据本技术示例性实施例的方法所包括的处理的示意性说明，而不是限制目的。易于理解，上述附图所示的处理并不表明或限制这些处理的时间顺序。另外，也易于理解，这些处理可以是例如在多个模块中同步或异步执行的。
[0159]
以上具体地示出和描述了本技术的示例性实施例。应可理解的是，本技术不限于这里描述的详细结构、设置方式或实现方法；相反，本技术意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效设置。