[发明专利]模块化多电平换流阀的阀端间交直流电压试验装置和方法

说明书

技术领域

本发明属于高电压与绝缘技术领域以及高压柔性直流输电换流阀绝缘试验领域，尤其涉及一种模块化多电平换流阀的阀端间交直流电压试验装置和方法。 

背景技术

我国已成为世界上直流输电线路比较多的国家，柔性直流输电的应用使得直流输电技术应用于输电、配电整个领域。与晶闸管换流阀相比，柔性直流输电的优势在于：采用可控电力电子器件和PWM技术，可以实现有功功率和无功功率的独立控制；能向无源网络系统供电；潮流反转时，直流电流方向反转而直流电压极性不变，换流站之间无需通讯，便于构造多端系统；产生的谐波少，节省滤波装置容量；此外，它既能输送有功功率，还能实现无功功率的紧急支援，提高系统功角稳定性以及系统电压稳定性等优点。 

柔性直流输电是新兴技术，技术路线有两电平、多电平换流阀。MMC阀属于多电平换流器，是近年来新兴的柔性直流输电技术。换流阀是柔性直流输电系统中至关重要的关键设备，由于运行工况的特殊性，换流阀桥臂承受交直流复合电压应力。交流电场情况下，电场分布取决于材料的介电常数；直流电场下电场分布取决于材料的电阻率。且直流电场引起的空间电荷将会影响电场分布。为保证柔性直流输电工程的可靠运行，对换流阀进行交直流耐压试验以及研究在复合电场下换流阀的绝缘特性成为亟待研究的问题。 

现有模块化多电平换流阀子模块采用的拓扑一般有两种结构：一种是基 于2个IGBT的半桥模式，如图1和图2所示，一个半桥子模块由两个IGBT模块IGBT1、IGBT2以及直流电容Csm构成，IGBT1和IGBT2串联后与电容Csm构成半桥结构，IGBT2两端为子模块出线端，多个MMC子模块串联构成MMC换流阀；另一种是基于4个IGBT（IGBT1～IGBT4）的全桥模式，如图3所示，由IGBT1和IGBT2之间及IGBT3和IGBT4之间分别引出子模块的两出线端。由于模块化多电平换流阀每个子模块单元都配置有直流电容C1，特别是大容量模块化多电平换流阀中的子模块，其内部的电容都在几千μF以上，对这种换流阀的阀端间进行交直流电压试验成为业界的难题。 

高电压技术领域中，主要的试验设备包括交流电压试验设备、直流电压试验设备、冲击电压发生设备等。 

为考核换流阀交直流电压下的绝缘特性，根据IEC62501-2009的要求，需要对高压柔性直流换流阀进行阀端交直流混合电压试验。标准规定的试验电压为：U_tv＝(U_ac·sin(2πft)+U_dc)·k，式中包含交流分量U_ac·sin(2πft)和直流分量U_dc，k为试验系数。而对于交直流混合电压，没有专门的试验电源系统，现阶段进行交直流复合电压试验的常规方法是采用两套或多套电源进行合成试验，传统试验方法一般采用如图4所示的试验系统，由图可知，试验回路中串设有试品阀V1和限流电阻Rs的试验系统采用交流电压源Es和直流电压源E1串联的方式来达到标准规定的交直流试验电压，并将现有的交直流电源系统应用于如图7所示的交直流电压试验系统中进行局部放电试验，由于模块化多电平换流阀V1的子模块SMn内部都含有很大的直流电容，且试验电流受两套电源的限制，目前大多数高压直流发生系统的试验电流较小，由于MMC试品阀子模块中内置的直流电容较大，必然导致充电时间长，同时耐压过程 中直流电容补能也受到影响。 

发明内容

本发明的目的是提供一种模块化多电平换流阀的阀端间交直流电压试验装置，以解决现有交直流耐压试验采用多套电压源所带来的充电时间长及补能受影响的问题，同时提供一种利用该试验装置的试验方法。 

为了实现以上目的，本发明模块化多电平换流阀的阀端间交直流电压试验装置所采用的技术方案是：包括用于与试品阀连接的两个连接端子，两个连接端子之间串设有限流电阻Rs和交直流电压源，所述交直流电压源由交直流电压源Es和辅助电容Cs串联构成。 

所述辅助电容上并联有放电电阻。 

所述辅助电容为一个电容或至少两个电容串和/或并联的方式构成的电容组。