一種mmc低壓動(dòng)模子模塊對(duì)拖功能測(cè)試系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于直流輸電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種MMC低壓動(dòng)模子模塊對(duì)拖功能測(cè)試 系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 基于電壓源換流器的柔性直流技術(shù)（VSC-HVDC)具有可向孤島供電、有功和無(wú)功 功率獨(dú)立調(diào)節(jié)、不會(huì)出現(xiàn)換相失敗、不需無(wú)功補(bǔ)償、可進(jìn)行長(zhǎng)距離海底電纜輸電等優(yōu)點(diǎn)。近 年來(lái)該類型輸電技術(shù)理論及工程建設(shè)在世界范圍內(nèi)呈迅速發(fā)展的趨勢(shì)。
[0003] 模塊化多電平換流器（Modular Multi-level Converter，MMC)是一種新型的電壓 變換電路，它通過(guò)將多個(gè)子模塊級(jí)聯(lián)的方式，可以疊加輸出很高的電壓，并且還具有輸出諧 波少、模塊化程度高等特點(diǎn)，因而在電力系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用前景。
[0004] 在以往的基礎(chǔ)上，基于MMC的高壓直流輸電技術(shù)（MMC-HVDC)實(shí)現(xiàn)了在高壓直流輸 電技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用。我國(guó)第一條MMC-HVDC工程-中國(guó)電力科學(xué)研宄院與上海市電力公司 聯(lián)合研發(fā)的上海南匯風(fēng)電場(chǎng)20MVA柔性直流輸電示范工程已經(jīng)投運(yùn)成功，更大規(guī)模的城市 供電直流輸電系統(tǒng)建設(shè)已經(jīng)展開(kāi)，迫切需要對(duì)該工程的控制策略和控制保護(hù)系統(tǒng)平臺(tái)，以 及閥基電子控制系統(tǒng)的控制策略，進(jìn)行各種關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種MMC低壓動(dòng)模子模塊對(duì)拖功能測(cè) 試系統(tǒng)和方法，能夠通過(guò)調(diào)節(jié)PWM控制器，實(shí)現(xiàn)在不同工況下對(duì)低壓動(dòng)模子模塊進(jìn)行電壓、 電流和熱應(yīng)力的考核分析，通過(guò)調(diào)節(jié)PWM控制器，控制MMC低壓動(dòng)模子模塊主電路模塊中的 IGBT的開(kāi)通關(guān)斷時(shí)間長(zhǎng)度，來(lái)影響流經(jīng)IGBT和均壓電容的峰值電流和熱電流。試驗(yàn)中回路 消耗的能量靠該實(shí)驗(yàn)裝置補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)平衡。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案：
[0007] 本發(fā)明提供一種MMC低壓動(dòng)模子模塊對(duì)拖功能測(cè)試系統(tǒng)，所述測(cè)試系統(tǒng)包括直流 電源、第一低壓動(dòng)模子模塊、第一電流傳感器、電抗器、第二電流傳感器、第二低壓動(dòng)模子模 塊和PWM控制器；
[0008] 所述直流電源與第一低壓動(dòng)模子模塊和第二低壓動(dòng)模子模塊分別并聯(lián)，所述第一 低壓動(dòng)模子模塊通過(guò)電抗器與第二低壓動(dòng)模子模塊相連接，所述第一電流傳感器和第二電 流傳感器分別采集第一低壓動(dòng)模子模塊和第二低壓動(dòng)模子模塊的輸出電流；所述PWM控 制器通過(guò)光纖與第一低壓動(dòng)模子模塊和第二動(dòng)模子模塊分別連接，并發(fā)送指令給第一低壓 子模塊和第二低壓子模塊，從而控制第一低壓子模塊和第二低壓子模塊中主電路模塊的通 斷。
[0009] 所述第一電流傳感器和第二電流傳感器均采用霍爾傳感器。
[0010] 所述第一低壓動(dòng)模子模塊包括第一主電路模塊和第一控制模塊；所述第二低壓動(dòng) 模子模塊包括第二主電路模塊和第二控制模塊。
[0011] 所述第一主電路模塊包括IGBT1、IGBT2、并聯(lián)電容Cl和均壓電阻R1 ;所述IGBT1 和IGBT2分別帶反并聯(lián)二極管D1和D2 ;
[0012] 所述IGBT1的發(fā)射極連接IGBT2的集電極，形成IGBT1和IGBT2的連接點(diǎn)A ;并聯(lián) 電容C1的正極連接IGBT1的集電極，負(fù)極連接IGBT2的發(fā)射極，均壓電阻R1與并聯(lián)電容C1 并聯(lián)。
[0013] 所述第二主電路模塊包括IGBT3、IGBT4、并聯(lián)電容C2和均壓電阻R2 ;所述IGBT3 和IGBT4分別帶反并聯(lián)二極管D3和D4 ;
[0014] 所述IGBT3的發(fā)射極連接IGBT4的集電極，形成IGBT3和IGBT4的連接點(diǎn)B ;并聯(lián) 電容C2的正極連接IGBT3的集電極，負(fù)極連接IGBT4的發(fā)射極，均壓電阻R2與并聯(lián)電容C2 并聯(lián)。
[0015] 所述測(cè)試系統(tǒng)還包括隔離開(kāi)關(guān)，隔離開(kāi)關(guān)一端連接IGBT1和IGBT2的連接點(diǎn)A，其 另一端連接IGBT3和IGBT4的連接點(diǎn)B。
[0016] 所述第一控制模塊和第二控制模塊均包括數(shù)字處理器、電容電壓檢測(cè)模塊、狀態(tài) 檢測(cè)模塊和開(kāi)關(guān)元件驅(qū)動(dòng)模塊；所述數(shù)字處理器采用FPGA或DSP。
[0017] 本發(fā)明還提供一種采用MMC低壓動(dòng)模子模塊對(duì)拖功能測(cè)試系統(tǒng)對(duì)MMC低壓動(dòng)模子 模塊對(duì)拖功能進(jìn)行測(cè)試方法，所述方法包括：
[0018] 閉合隔離開(kāi)關(guān)，PWM控制器分別向第一低壓動(dòng)模子模塊和第二低壓動(dòng)模子模塊發(fā) 送調(diào)制深度M相等，相位相差JT的SPWM波形忽略SPWM波形中的高頻分量，并計(jì)算第一低 壓動(dòng)模子模塊的輸出電壓和第二低壓動(dòng)模子模塊的輸出電壓；
[0019] 調(diào)節(jié)直流電源，使直流電源兩側(cè)電壓升高，并通過(guò)第一電流傳感器采集第一低壓 動(dòng)模子模塊的輸出電流；當(dāng)?shù)谝浑娏鱾鞲衅鞑杉牡谝坏蛪簞?dòng)模子模塊的輸出電流峰值超 過(guò)6A時(shí)，停止調(diào)節(jié)直流電源；
[0020] 斷開(kāi)隔離開(kāi)關(guān)，測(cè)量并計(jì)算電抗器的電氣參數(shù)、第一低壓動(dòng)模子模塊輸出的有功 功率及直流電源的輸出電流；其中電抗器的電氣參數(shù)包括電抗器兩端的電壓和通過(guò)電抗器 的電流；
[0021] 調(diào)節(jié)直流電源，使第一低壓動(dòng)模子模塊的直流側(cè)電容電壓降低至0V，并關(guān)閉直流 電源。
[0022] 設(shè)第一低壓動(dòng)模子模塊的輸出電壓和第二低壓動(dòng)模子模塊的輸出電壓分別用UA 和％表不，有：
[0023]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種MMC低壓動(dòng)模子模塊對(duì)拖功能測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于：所述測(cè)試系統(tǒng)包括直流 電源、第一低壓動(dòng)模子模塊、第一電流傳感器、電抗器、第二電流傳感器、第二低壓動(dòng)模子模 塊和PWM控制器； 所述直流電源與第一低壓動(dòng)模子模塊和第二低壓動(dòng)模子模塊分別并聯(lián)，所述第一低壓 動(dòng)模子模塊通過(guò)電抗器與第二低壓動(dòng)模子模塊相連接，所述第一電流傳感器和第二電流傳 感器分別米集第一低壓動(dòng)模子模塊和第二低壓動(dòng)模子模塊的輸出電流；所述PWM控制器通 過(guò)光纖與第一低壓動(dòng)模子模塊和第二動(dòng)模子模塊分別連接，并發(fā)送指令給第一低壓子模塊 和第二低壓子模塊，從而控制第一低壓子模塊和第二低壓子模塊中主電路模塊的通斷。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的MMC低壓動(dòng)模子模塊對(duì)拖功能測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于：所述 第一電流傳感器和第二電流傳感器均采用霍爾傳感器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的MMC低壓動(dòng)模子模塊對(duì)拖功能測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于：所述 第一低壓動(dòng)模子模塊包括第一主電路模塊和第一控制模塊；所述第二低壓動(dòng)模子模塊包括 第二主電路模塊和第二控制模塊。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的MMC低壓動(dòng)模子模塊對(duì)拖功能測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于：所述 第一主電路模塊包括IGBT1、IGBT2、并聯(lián)電容C1和均壓電阻R1 ;所述IGBT1和IGBT2分別 帶反并聯(lián)二極管D1和D2; 所述IGBT1的發(fā)射極連接IGBT2的集電極，形成IGBT1和IGBT2的連接點(diǎn)A;并聯(lián)電容C1的正極連接IGBT1的集電極，負(fù)極連接IGBT2的發(fā)射極，均壓電阻R1與并聯(lián)電容C1并 聯(lián)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的MMC低壓動(dòng)模子模塊對(duì)拖功能測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于：所述 第二主電路模塊包括IGBT3、IGBT4、并聯(lián)電容C2和均壓電阻R2 ;所述IGBT3和IGBT4分別 帶反并聯(lián)二極管D3和D4 ; 所述IGBT3的發(fā)射極連接IGBT4的集電極，形成IGBT3和IGBT4的連接點(diǎn)B;并聯(lián)電容C2的正極連接IGBT3的集電極，負(fù)極連接IGBT4的發(fā)射極，均壓電阻R2與并聯(lián)電容C2并 聯(lián)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的MMC低壓動(dòng)模子模塊對(duì)拖功能測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于： 所述測(cè)試系統(tǒng)還包括隔離開(kāi)關(guān)，隔離開(kāi)關(guān)一端連接IGBT1和IGBT2的連接點(diǎn)A，其另一端連 接IGBT3和IGBT4的連接點(diǎn)B。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的MMC低壓動(dòng)模子模塊對(duì)拖功能測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于：所述 第一控制模塊和第二控制模塊均包括數(shù)字處理器、電容電壓檢測(cè)模塊、狀態(tài)檢測(cè)模塊和開(kāi) 關(guān)元件驅(qū)動(dòng)模塊；所述數(shù)字處理器采用FPGA或DSP。
8. -種采用權(quán)利要求1-7任一所述的MMC低壓動(dòng)模子模塊對(duì)拖功能測(cè)試系統(tǒng)對(duì)MMC低 壓動(dòng)模子模塊對(duì)拖功能進(jìn)行測(cè)試方法，其特征在于：所述方法包括： 閉合隔離開(kāi)關(guān)，PWM控制器分別向第一低壓動(dòng)模子模塊和第二低壓動(dòng)模子模塊發(fā)送調(diào) 制深度M相等，相位相差JT的SPWM波形忽略SPWM波形中的高頻分量，并計(jì)算第一低壓動(dòng) 模子模塊的輸出電壓和第二低壓動(dòng)模子模塊的輸出電壓； 調(diào)節(jié)直流電源，使直流電源兩側(cè)電壓升高，并通過(guò)第一電流傳感器采集第一低壓動(dòng)模 子模塊的輸出電流；當(dāng)?shù)谝浑娏鱾鞲衅鞑杉牡谝坏蛪簞?dòng)模子模塊的輸出電流峰值超過(guò) 6A時(shí)，停止調(diào)節(jié)直流電源； 斷開(kāi)隔離開(kāi)關(guān)，測(cè)量并計(jì)算電抗器的電氣參數(shù)、第一低壓動(dòng)模子模塊輸出的有功功率 及直流電源的輸出電流；其中電抗器的電氣參數(shù)包括電抗器兩端的電壓和通過(guò)電抗器的電 流； 調(diào)節(jié)直流電源，使第一低壓動(dòng)模子模塊的直流側(cè)電容電壓降低至0V，并關(guān)閉直流電源。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的對(duì)MMC低壓動(dòng)模子模塊對(duì)拖功能進(jìn)行測(cè)試方法，其特征在于： 設(shè)第一低壓動(dòng)模子模塊的輸出電壓和第二低壓動(dòng)模子模塊的輸出電壓分別用隊(duì)和^表不， 有：
(1) 其中，uD為第一低壓動(dòng)模子模塊的直流側(cè)電容電壓，uc為第二低壓動(dòng)模子模塊的直流 偵_容電壓，M為PWM控制器所發(fā)送的SPWM波形的調(diào)制深度。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的對(duì)MMC低壓動(dòng)模子模塊對(duì)拖功能進(jìn)行測(cè)試方法，其特征在 于：電抗器兩端的電壓為電抗器兩端的直流分量UabWc;)和電抗器兩端的交流分量uABfe)之 和，具體有：
C2) 其中，uABS電抗器兩端的電壓，uDC為直流電源兩側(cè)電壓，uD為第一低壓動(dòng)模子模塊的 直流側(cè)電容電壓，uc為第二低壓動(dòng)模子模塊的直流側(cè)電容電壓，M為PWM控制器所發(fā)送的 SPWM波形的調(diào)制深度； 通過(guò)電抗器的電流為通過(guò)電抗器的直流電流分量iAWc^P交流電流分量iMac;)之和，具 體有：
(3) 其中，、為通過(guò)電抗器的電流，r為電抗器中所含電感的內(nèi)阻。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的對(duì)MMC低壓動(dòng)模子模塊對(duì)拖功能進(jìn)行測(cè)試方法，其特征在 于：第一低壓動(dòng)模子模塊輸出的有功功率用P2表不，有：
(4) 其中，uD為第一低壓動(dòng)模子模塊的直流側(cè)電容電壓，uDC為直流電源兩側(cè)電壓，r為電抗 器中所含電感的內(nèi)阻； 根據(jù)能量守恒定律，直流電源的輸出功率Pi近似等于P2，于是有：Pi=uD*iD^P2 (5) 其中，iD為直流電源的輸出電流，由式⑷可得：
(6)。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種MMC低壓動(dòng)模子模塊對(duì)拖功能測(cè)試系統(tǒng)和方法，測(cè)試系統(tǒng)包括直流電源、第一低壓動(dòng)模子模塊、第一電流傳感器、電抗器、第二電流傳感器、第二低壓動(dòng)模子模塊和PWM控制器；直流電源與第一低壓動(dòng)模子模塊和第二低壓動(dòng)模子模塊并聯(lián)，第一低壓動(dòng)模子模塊通過(guò)電抗器與第二低壓動(dòng)模子模塊相連接，第一電流傳感器和第二電流傳感器采集第一低壓動(dòng)模子模塊和第二低壓動(dòng)模子模塊的輸出電流；PWM控制器與第一低壓動(dòng)模子模塊和第二動(dòng)模子模塊連接。本發(fā)明能夠通過(guò)調(diào)節(jié)PWM控制器，控制低壓動(dòng)模子模塊主電路模塊中的IGBT的開(kāi)通關(guān)斷時(shí)間長(zhǎng)度，影響流經(jīng)IGBT和均壓電容的峰值電流和熱電流，實(shí)現(xiàn)在不同工況下對(duì)低壓動(dòng)模子模塊電壓、電流和熱應(yīng)力的考核分析。
【IPC分類】G01R31-40
【公開(kāi)號(hào)】CN104698395
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510079729
【發(fā)明人】劉棟, 趙巖, 韓正一, 朱琳, 米志偉, 黃濤
【申請(qǐng)人】國(guó)家電網(wǎng)公司, 國(guó)網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院, 中電普瑞電力工程有限公司, 國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司
【公開(kāi)日】2015年6月10日
【申請(qǐng)日】2015年2月13日