專利名稱：一種換流器并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及其實(shí)驗(yàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及換流器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種換流器并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及其實(shí)驗(yàn)方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)高壓大容量的電力電子技術(shù)和產(chǎn)品迅速發(fā)展，如靜止同步補(bǔ)償器(STATicsynchronous COMpensator, STATC0M)、柔性直流輸電(Voltage-Source-Converter HighVoltage Direct Current, VSC-HVDC)、統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器(United Power QualityConditioner, UPQC)、統(tǒng)一潮流控制器(United Power Flow Controller, UPFC),等等。這類換流器的額定電壓通常為6kV、10kV、35kV甚至更高，額定容量通常為幾兆伏安、幾十兆伏安甚至幾百兆伏安。在實(shí)驗(yàn)室或者廠內(nèi)對(duì)它們進(jìn)行并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)時(shí)，通常要求接入點(diǎn)的電網(wǎng)電壓較高、短路容量較大，從而與被實(shí)驗(yàn)換流器的參數(shù)相匹配。要達(dá)到足夠高的電壓和足夠大的短路容量，就不得不投入大量的資金新建配電線路和高壓變電站。然而，絕大多數(shù)的實(shí)驗(yàn)室或者企業(yè)沒(méi)有足夠的資金實(shí)力來(lái)改善電網(wǎng)。于是，只能基于現(xiàn)有的低壓(如380V)配電網(wǎng)來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，即利用升壓變壓器將低電壓升至6kV、10kV、35kV或更高電壓；然后，在高壓側(cè)母線進(jìn)行換流器并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)，這種方法主要有以下缺點(diǎn)(I)高壓側(cè)母線的短路容量極為有限，電網(wǎng)非常薄弱。換流器在高壓側(cè)并網(wǎng)時(shí)所引發(fā)的暫態(tài)過(guò)程，對(duì)低壓側(cè)來(lái)說(shuō)相當(dāng)劇烈，沖擊電流很大，一方面會(huì)導(dǎo)致高壓側(cè)母線電壓嚴(yán)重畸變，另一方面極易導(dǎo)致低壓側(cè)開(kāi)關(guān)KKl跳閘，從而使得高壓實(shí)驗(yàn)無(wú)法順利進(jìn)行；(2)換流器全部潮流都要流過(guò)升壓變壓器T和低壓開(kāi)關(guān)KKl，因此只有當(dāng)升壓變壓器T和低壓開(kāi)關(guān)KKl的容量足夠大時(shí)，才能實(shí)現(xiàn)換流器的高壓滿容量運(yùn)行；這使得系統(tǒng)的容量很大，造價(jià)過(guò)高。因此，在實(shí)驗(yàn)室或廠內(nèi)往往只能完成低壓實(shí)驗(yàn)，而高壓滿容量實(shí)驗(yàn)卻不可行。這種情況阻礙了高壓大容量換流器的技術(shù)研究和產(chǎn)品研制。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種換流器并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及其實(shí)驗(yàn)方法，本發(fā)明具有在弱電網(wǎng)下實(shí)現(xiàn)安全、可靠的換流器并網(wǎng)以及高壓滿容量實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種換流器并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括依次電連接的低壓開(kāi)關(guān)、升壓變壓器、高壓斷路器、換流器以及和所述低壓開(kāi)關(guān)、升壓變壓器、高壓斷路器、換流器均電連接的控制器，在所述低壓開(kāi)關(guān)和升壓變壓器間電連接電抗器，電抗器與旁路開(kāi)關(guān)并聯(lián)，旁路開(kāi)關(guān)受控制器的控制，在升壓變壓器和高壓斷路器間電連接至少一組高壓負(fù)載，高壓負(fù)載的投切受到控制器的控制，所述低壓開(kāi)關(guān)和升壓變壓器的容量不低于單組高壓負(fù)載容量的一半。所述實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)為單相、三相或多相。所述換流器并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法，包括如下步驟
步驟I :實(shí)驗(yàn)之前，確保旁路開(kāi)關(guān)為斷開(kāi)狀態(tài)，所有負(fù)載為斷開(kāi)狀態(tài)；步驟2 :閉合低壓開(kāi)關(guān)，低壓側(cè)母線帶電，從而高壓側(cè)母線也帶電；步驟3 :滿足并網(wǎng)條件時(shí)，閉合高壓斷路器，換流器在控制器的控制下并網(wǎng)，并運(yùn)行在零出力或微出力模式；步驟4 :暫態(tài)過(guò)程結(jié)束，閉合旁路開(kāi)關(guān)，將電抗器旁路，在控制器的控制下，換流器仍然運(yùn)行在零出力或微出力狀態(tài)。為了實(shí)現(xiàn)換流器的高壓滿容量運(yùn)行，采取的步驟為步驟I :在控制器的控制下，使得換流器出力的極性與高壓負(fù)載的極性相反，并調(diào)整換流器的出力，使得通過(guò)低壓開(kāi)關(guān)和升壓變壓器的潮流約為單組高壓負(fù)載出力的一半；此時(shí)潮流在低壓開(kāi)關(guān)、升壓變壓器、高壓斷路器和換流器之間流動(dòng)；步驟2 :投入一組高壓負(fù)載，流過(guò)低壓開(kāi)關(guān)和升壓變壓器的潮流極性反轉(zhuǎn)，但數(shù)值仍為單組高壓負(fù)載容量的一半左右，高壓負(fù)載所需的其余潮流則全部由換流器提供；步驟3 :重復(fù)步驟2，以單組高壓負(fù)載的容量為步長(zhǎng)逐步增大換流器的出力，并伴隨逐組投入高壓負(fù)載，直到換流器達(dá)到滿出力為止；這樣，就實(shí)現(xiàn)了換流器的高壓滿容量運(yùn)行，且絕大部分的潮流在高壓負(fù)載和換流器之間流動(dòng)，只流過(guò)高壓斷路器；僅有少部分潮流流過(guò)低壓開(kāi)關(guān)和升壓變壓器，大小約為單組高壓負(fù)載容量的一半。要將換流器從高壓滿容量的運(yùn)行狀態(tài)恢復(fù)到零出力，則采取與上述步驟相反的方法以單組高壓負(fù)載的容量為步長(zhǎng)逐步降低換流器的出力，并伴隨逐組切除高壓負(fù)載，保證流過(guò)低壓開(kāi)關(guān)和升壓變壓器的最大潮流不超過(guò)單組高壓負(fù)載容量的一半，直到換流器達(dá)到零出力為止。本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下有益效果I、無(wú)需改變實(shí)驗(yàn)室或廠內(nèi)現(xiàn)有的供電網(wǎng)條件，則可實(shí)現(xiàn)兆瓦級(jí)乃至百兆瓦級(jí)換流器的并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)；2、升壓變壓器只承擔(dān)很小的潮流，所需容量很小，造價(jià)很低；3、只需增加一組低壓電抗器和旁路開(kāi)關(guān)，造價(jià)很低；4、操作步驟簡(jiǎn)單，且可以全部實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。


圖I為本發(fā)明實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)線路連接示意圖。圖2為本發(fā)明高壓負(fù)載未投入，換流器增加出力時(shí)的潮流示意圖(單線圖)。圖3為投入一組高壓負(fù)載后的潮流示意圖(單線圖)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作更詳細(xì)的說(shuō)明。如圖I所示，本發(fā)明一種換流器并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括依次電連接的低壓開(kāi)關(guān)KK1、升壓變壓器T、高壓斷路器DL、換流器以及用于控制所述低壓開(kāi)關(guān)KKl、高壓斷路器DL、換流器的控制器，在所述低壓開(kāi)關(guān)KKl和升壓變壓器T間電連接電抗器L，電抗器L與旁路開(kāi)關(guān)KK2并聯(lián)，旁路開(kāi)關(guān)KK2受到控制器的控制，在升壓變壓器T和高壓斷路器DL間電連接至少一組高壓負(fù)載，高壓負(fù)載的投切受到控制器的控制，所述低壓開(kāi)關(guān)KKl和升壓變壓器T的容量不低于單組高壓負(fù)載容量的一半。圖I為單相，也可為三相或多相。本發(fā)明換流器并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法，包括如下步驟步驟I :實(shí)驗(yàn)之前，確保旁路開(kāi)關(guān)KK2為斷開(kāi)狀態(tài)，所有負(fù)載為斷開(kāi)狀態(tài)；步驟2 :閉合低壓開(kāi)關(guān)KK1，低壓側(cè)母線帶電，從而高壓側(cè)母線也帶電；步驟3 :滿足并網(wǎng)條件時(shí)，閉合高壓斷路器DL，換流器在控制器的控制下并網(wǎng)，并運(yùn)行在零出力或微出力模式；由于電抗器L的存在，換流器并網(wǎng)瞬間引發(fā)的暫態(tài)沖擊受到抑制，對(duì)低壓側(cè)系統(tǒng)的影響很?。徊襟E4 :暫態(tài)過(guò)程結(jié)束，閉合旁路開(kāi)關(guān)KK2，將電抗器L旁路，在控制器的控制下，換流器仍然運(yùn)行在零出力或微出力狀態(tài)；此時(shí)，運(yùn)行已經(jīng)相對(duì)穩(wěn)定，對(duì)低壓側(cè)系統(tǒng)無(wú)沖擊。為了實(shí)現(xiàn)換流器的高壓滿容量運(yùn)行，采取的步驟為步驟I :在控制器的控制下，使得換流器出力的極性與高壓負(fù)載的極性相反，并調(diào)整換流器的出力，使得通過(guò)低壓開(kāi)關(guān)KKl和升壓變壓器T的潮流約為單組高壓負(fù)載出力的一半；如圖2粗實(shí)轉(zhuǎn)折箭頭所示，此時(shí)潮流在低壓開(kāi)關(guān)KKl、升壓變壓器T、高壓斷路器DL和換流器之間流動(dòng)；步驟2 :如圖3所示，投入一組高壓負(fù)載，流過(guò)低壓開(kāi)關(guān)KKl和升壓變壓器T的潮流極性反轉(zhuǎn)，但數(shù)值仍為單組高壓負(fù)載容量的一半左右，高壓負(fù)載所需的其余潮流則全部由換流器提供；步驟3 :重復(fù)步驟2，以單組高壓負(fù)載的容量為步長(zhǎng)逐步增大換流器的出力，并伴隨逐組投入高壓負(fù)載，直到換流器達(dá)到滿出力為止；這樣，就實(shí)現(xiàn)了換流器的高壓滿容量運(yùn)行，且絕大部分的潮流在高壓負(fù)載和換流器之間流動(dòng)，只流過(guò)高壓斷路器DL;僅有少部分潮流流過(guò)低壓開(kāi)關(guān)KKl和升壓變壓器T，大小約為單組高壓負(fù)載容量的一半。要將換流器從高壓滿容量的運(yùn)行狀態(tài)恢復(fù)到零出力，則采取與上述步驟相反的方法以單組高壓負(fù)載的容量為步長(zhǎng)逐步降低換流器的出力，并伴隨逐組切除高壓負(fù)載，保證流過(guò)低壓開(kāi)關(guān)KKl和升壓變壓器T的最大潮流不超過(guò)單組高壓負(fù)載容量的一半，直到換流器達(dá)到零出力為止。
權(quán)利要求
1.一種換流器并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括依次電連接的低壓開(kāi)關(guān)、升壓變壓器、高壓斷路器、換流器以及和所述低壓開(kāi)關(guān)、升壓變壓器、高壓斷路器、換流器均電連接的控制器，其特征在于在所述低壓開(kāi)關(guān)和升壓變壓器間電連接電抗器，電抗器與旁路開(kāi)關(guān)并聯(lián)，旁路開(kāi)關(guān)受到控制器的控制，在升壓變壓器和高壓斷路器間電連接至少一組高壓負(fù)載，高壓負(fù)載的投切受到控制器的控制，所述低壓開(kāi)關(guān)和升壓變壓器的容量不低于單組高壓負(fù)載容量的一半。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的換流器并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于所述實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)為單相、三相或多相。
3.權(quán)利要求I或2所述的換流器并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于包括如下步驟 步驟I :實(shí)驗(yàn)之前，確保旁路開(kāi)關(guān)為斷開(kāi)狀態(tài)，所有負(fù)載為斷開(kāi)狀態(tài)； 步驟2 :閉合低壓開(kāi)關(guān)，低壓側(cè)母線帶電，從而高壓側(cè)母線也帶電； 步驟3 :滿足并網(wǎng)條件時(shí)，閉合高壓斷路器，換流器在控制器的控制下并網(wǎng)，并運(yùn)行在零出力或微出力模式； 步驟4 :暫態(tài)過(guò)程結(jié)束，閉合旁路開(kāi)關(guān)，將電抗器旁路，在控制器的控制下，換流器仍然運(yùn)行在零出力或微出力狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述換流器并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于為了實(shí)現(xiàn)換流器的高壓滿容量運(yùn)行，采取的步驟為 步驟I :在控制器的控制下，使得換流器出力的極性與高壓負(fù)載的極性相反，并調(diào)整換流器的出力，使得通過(guò)低壓開(kāi)關(guān)和升壓變壓器的潮流約為單組高壓負(fù)載出力的一半；此時(shí)潮流在低壓開(kāi)關(guān)、升壓變壓器、高壓斷路器和換流器之間流動(dòng)； 步驟2 :投入一組高壓負(fù)載，流過(guò)低壓開(kāi)關(guān)和升壓變壓器的潮流極性反轉(zhuǎn)，但數(shù)值仍為單組高壓負(fù)載容量的一半左右，高壓負(fù)載所需的其余潮流則全部由換流器提供； 步驟3 :重復(fù)步驟2，以單組高壓負(fù)載的容量為步長(zhǎng)逐步增大換流器的出力，并伴隨逐組投入高壓負(fù)載，直到換流器達(dá)到滿出力為止；這樣，就實(shí)現(xiàn)了換流器的高壓滿容量運(yùn)行，且絕大部分的潮流在高壓負(fù)載和換流器之間流動(dòng)，只流過(guò)高壓斷路器；僅有少部分潮流流過(guò)低壓開(kāi)關(guān)和升壓變壓器，大小約為單組高壓負(fù)載容量的一半。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于要將換流器從高壓滿容量的運(yùn)行狀態(tài)恢復(fù)到零出力，則采取與權(quán)利要求4所述步驟相反的方法以單組高壓負(fù)載的容量為步長(zhǎng)逐步降低換流器的出力，并伴隨逐組切除高壓負(fù)載，保證流過(guò)低壓開(kāi)關(guān)和升壓變壓器的最大潮流不超過(guò)單組高壓負(fù)載容量的一半，直到換流器達(dá)到零出力為止。
全文摘要
一種換流器并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及其實(shí)驗(yàn)方法，該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在低壓開(kāi)關(guān)和升壓變壓器間電連接電抗器，電抗器與旁路開(kāi)關(guān)并聯(lián)，旁路開(kāi)關(guān)受到控制器的控制，在升壓變壓器和高壓斷路器間電連接至少一組高壓負(fù)載，高壓負(fù)載的投切受到控制器的控制，低壓開(kāi)關(guān)和升壓變壓器的容量不低于單組高壓負(fù)載容量的一半；其實(shí)驗(yàn)方法為首先，確保旁路開(kāi)關(guān)和所有負(fù)載為斷開(kāi)狀態(tài)，然后閉合低壓開(kāi)關(guān)，滿足并網(wǎng)條件時(shí)，閉合高壓斷路器，換流器在控制器的控制下并網(wǎng)，并運(yùn)行在零出力或微出力模式，暫態(tài)過(guò)程結(jié)束，閉合旁路開(kāi)關(guān)，將電抗器旁路，在控制器的控制下，換流器仍然運(yùn)行在零出力或微出力狀態(tài)；本發(fā)明具有在弱電網(wǎng)下實(shí)現(xiàn)安全、可靠的換流器并網(wǎng)以及高壓滿容量實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01R31/00GK102928699SQ20121040638
公開(kāi)日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月28日
發(fā)明者張春朋, 莫昕 申請(qǐng)人:清華大學(xué)