一种mmc低压动模子模块对拖功能测试系统和方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于直流输电技术领域，具体涉及一种MMC低压动模子模块对拖功能测试 系统和方法。
【背景技术】
[0002] 基于电压源换流器的柔性直流技术（VSC-HVDC)具有可向孤岛供电、有功和无功 功率独立调节、不会出现换相失败、不需无功补偿、可进行长距离海底电缆输电等优点。近 年来该类型输电技术理论及工程建设在世界范围内呈迅速发展的趋势。
[0003] 模块化多电平换流器（Modular Multi-level Converter，MMC)是一种新型的电压 变换电路，它通过将多个子模块级联的方式，可以叠加输出很高的电压，并且还具有输出谐 波少、模块化程度高等特点，因而在电力系统中具有广泛的应用前景。
[0004] 在以往的基础上，基于MMC的高压直流输电技术（MMC-HVDC)实现了在高压直流输 电技术领域的应用。我国第一条MMC-HVDC工程-中国电力科学研宄院与上海市电力公司 联合研发的上海南汇风电场20MVA柔性直流输电示范工程已经投运成功，更大规模的城市 供电直流输电系统建设已经展开，迫切需要对该工程的控制策略和控制保护系统平台，以 及阀基电子控制系统的控制策略，进行各种关键技术验证。
【发明内容】
[0005] 为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种MMC低压动模子模块对拖功能测 试系统和方法，能够通过调节PWM控制器，实现在不同工况下对低压动模子模块进行电压、 电流和热应力的考核分析，通过调节PWM控制器，控制MMC低压动模子模块主电路模块中的 IGBT的开通关断时间长度，来影响流经IGBT和均压电容的峰值电流和热电流。试验中回路 消耗的能量靠该实验装置补偿实现平衡。
[0006] 为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
[0007] 本发明提供一种MMC低压动模子模块对拖功能测试系统，所述测试系统包括直流 电源、第一低压动模子模块、第一电流传感器、电抗器、第二电流传感器、第二低压动模子模 块和PWM控制器；
[0008] 所述直流电源与第一低压动模子模块和第二低压动模子模块分别并联，所述第一 低压动模子模块通过电抗器与第二低压动模子模块相连接，所述第一电流传感器和第二电 流传感器分别采集第一低压动模子模块和第二低压动模子模块的输出电流；所述PWM控 制器通过光纤与第一低压动模子模块和第二动模子模块分别连接，并发送指令给第一低压 子模块和第二低压子模块，从而控制第一低压子模块和第二低压子模块中主电路模块的通 断。
[0009] 所述第一电流传感器和第二电流传感器均采用霍尔传感器。
[0010] 所述第一低压动模子模块包括第一主电路模块和第一控制模块；所述第二低压动 模子模块包括第二主电路模块和第二控制模块。
[0011] 所述第一主电路模块包括IGBT1、IGBT2、并联电容Cl和均压电阻R1 ;所述IGBT1 和IGBT2分别带反并联二极管D1和D2 ;
[0012] 所述IGBT1的发射极连接IGBT2的集电极，形成IGBT1和IGBT2的连接点A ;并联 电容C1的正极连接IGBT1的集电极，负极连接IGBT2的发射极，均压电阻R1与并联电容C1 并联。
[0013] 所述第二主电路模块包括IGBT3、IGBT4、并联电容C2和均压电阻R2 ;所述IGBT3 和IGBT4分别带反并联二极管D3和D4 ;
[0014] 所述IGBT3的发射极连接IGBT4的集电极，形成IGBT3和IGBT4的连接点B ;并联 电容C2的正极连接IGBT3的集电极，负极连接IGBT4的发射极，均压电阻R2与并联电容C2 并联。
[0015] 所述测试系统还包括隔离开关，隔离开关一端连接IGBT1和IGBT2的连接点A，其 另一端连接IGBT3和IGBT4的连接点B。
[0016] 所述第一控制模块和第二控制模块均包括数字处理器、电容电压检测模块、状态 检测模块和开关元件驱动模块；所述数字处理器采用FPGA或DSP。
[0017] 本发明还提供一种采用MMC低压动模子模块对拖功能测试系统对MMC低压动模子 模块对拖功能进行测试方法，所述方法包括：
[0018] 闭合隔离开关，PWM控制器分别向第一低压动模子模块和第二低压动模子模块发 送调制深度M相等，相位相差JT的SPWM波形忽略SPWM波形中的高频分量，并计算第一低 压动模子模块的输出电压和第二低压动模子模块的输出电压；
[0019] 调节直流电源，使直流电源两侧电压升高，并通过第一电流传感器采集第一低压 动模子模块的输出电流；当第一电流传感器采集的第一低压动模子模块的输出电流峰值超 过6A时，停止调节直流电源；
[0020] 断开隔离开关，测量并计算电抗器的电气参数、第一低压动模子模块输出的有功 功率及直流电源的输出电流；其中电抗器的电气参数包括电抗器两端的电压和通过电抗器 的电流；
[0021] 调节直流电源，使第一低压动模子模块的直流侧电容电压降低至0V，并关闭直流 电源。
[0022] 设第一低压动模子模块的输出电压和第二低压动模子模块的输出电压分别用UA 和％表不，有：
[0023]
【主权项】
1. 一种MMC低压动模子模块对拖功能测试系统，其特征在于：所述测试系统包括直流 电源、第一低压动模子模块、第一电流传感器、电抗器、第二电流传感器、第二低压动模子模 块和PWM控制器； 所述直流电源与第一低压动模子模块和第二低压动模子模块分别并联，所述第一低压 动模子模块通过电抗器与第二低压动模子模块相连接，所述第一电流传感器和第二电流传 感器分别米集第一低压动模子模块和第二低压动模子模块的输出电流；所述PWM控制器通 过光纤与第一低压动模子模块和第二动模子模块分别连接，并发送指令给第一低压子模块 和第二低压子模块，从而控制第一低压子模块和第二低压子模块中主电路模块的通断。
2. 根据权利要求1所述的MMC低压动模子模块对拖功能测试系统，其特征在于：所述 第一电流传感器和第二电流传感器均采用霍尔传感器。
3. 根据权利要求1所述的MMC低压动模子模块对拖功能测试系统，其特征在于：所述 第一低压动模子模块包括第一主电路模块和第一控制模块；所述第二低压动模子模块包括 第二主电路模块和第二控制模块。
4. 根据权利要求3所述的MMC低压动模子模块对拖功能测试系统，其特征在于：所述 第一主电路模块包括IGBT1、IGBT2、并联电容C1和均压电阻R1 ;所述IGBT1和IGBT2分别 带反并联二极管D1和D2; 所述IGBT1的发射极连接IGBT2的集电极，形成IGBT1和IGBT2的连接点A;并联电容C1的正极连接IGBT1的集电极，负极连接IGBT2的发射极，均压电阻R1与并联电容C1并 联。
5. 根据权利要求3所述的MMC低压动模子模块对拖功能测试系统，其特征在于：所述 第二主电路模块包括IGBT3、IGBT4、并联电容C2和均压电阻R2 ;所述IGBT3和IGBT4分别 带反并联二极管D3和D4 ; 所述IGBT3的发射极连接IGBT4的集电极，形成IGBT3和IGBT4的连接点B;并联电容C2的正极连接IGBT3的集电极，负极连接IGBT4的发射极，均压电阻R2与并联电容C2并 联。
6. 根据权利要求4或5所述的MMC低压动模子模块对拖功能测试系统，其特征在于： 所述测试系统还包括隔离开关，隔离开关一端连接IGBT1和IGBT2的连接点A，其另一端连 接IGBT3和IGBT4的连接点B。
7. 根据权利要求3所述的MMC低压动模子模块对拖功能测试系统，其特征在于：所述 第一控制模块和第二控制模块均包括数字处理器、电容电压检测模块、状态检测模块和开 关元件驱动模块；所述数字处理器采用FPGA或DSP。
8. -种采用权利要求1-7任一所述的MMC低压动模子模块对拖功能测试系统对MMC低 压动模子模块对拖功能进行测试方法，其特征在于：所述方法包括： 闭合隔离开关，PWM控制器分别向第一低压动模子模块和第二低压动模子模块发送调 制深度M相等，相位相差JT的SPWM波形忽略SPWM波形中的高频分量，并计算第一低压动 模子模块的输出电压和第二低压动模子模块的输出电压； 调节直流电源，使直流电源两侧电压升高，并通过第一电流传感器采集第一低压动模 子模块的输出电流；当第一电流传感器采集的第一低压动模子模块的输出电流峰值超过 6A时，停止调节直流电源； 断开隔离开关，测量并计算电抗器的电气参数、第一低压动模子模块输出的有功功率 及直流电源的输出电流；其中电抗器的电气参数包括电抗器两端的电压和通过电抗器的电 流； 调节直流电源，使第一低压动模子模块的直流侧电容电压降低至0V，并关闭直流电源。
9. 根据权利要求8所述的对MMC低压动模子模块对拖功能进行测试方法，其特征在于： 设第一低压动模子模块的输出电压和第二低压动模子模块的输出电压分别用队和^表不， 有：
(1) 其中，uD为第一低压动模子模块的直流侧电容电压，uc为第二低压动模子模块的直流 侦_容电压，M为PWM控制器所发送的SPWM波形的调制深度。
10. 根据权利要求8所述的对MMC低压动模子模块对拖功能进行测试方法，其特征在 于：电抗器两端的电压为电抗器两端的直流分量UabWc;)和电抗器两端的交流分量uABfe)之 和，具体有：
C2) 其中，uABS电抗器两端的电压，uDC为直流电源两侧电压，uD为第一低压动模子模块的 直流侧电容电压，uc为第二低压动模子模块的直流侧电容电压，M为PWM控制器所发送的 SPWM波形的调制深度； 通过电抗器的电流为通过电抗器的直流电流分量iAWc^P交流电流分量iMac;)之和，具 体有：
(3) 其中，、为通过电抗器的电流，r为电抗器中所含电感的内阻。
11. 根据权利要求8所述的对MMC低压动模子模块对拖功能进行测试方法，其特征在 于：第一低压动模子模块输出的有功功率用P2表不，有：
(4) 其中，uD为第一低压动模子模块的直流侧电容电压，uDC为直流电源两侧电压，r为电抗 器中所含电感的内阻； 根据能量守恒定律，直流电源的输出功率Pi近似等于P2，于是有：Pi=uD*iD^P2 (5) 其中，iD为直流电源的输出电流，由式⑷可得：
(6)。
【专利摘要】本发明提供一种MMC低压动模子模块对拖功能测试系统和方法，测试系统包括直流电源、第一低压动模子模块、第一电流传感器、电抗器、第二电流传感器、第二低压动模子模块和PWM控制器；直流电源与第一低压动模子模块和第二低压动模子模块并联，第一低压动模子模块通过电抗器与第二低压动模子模块相连接，第一电流传感器和第二电流传感器采集第一低压动模子模块和第二低压动模子模块的输出电流；PWM控制器与第一低压动模子模块和第二动模子模块连接。本发明能够通过调节PWM控制器，控制低压动模子模块主电路模块中的IGBT的开通关断时间长度，影响流经IGBT和均压电容的峰值电流和热电流，实现在不同工况下对低压动模子模块电压、电流和热应力的考核分析。
【IPC分类】G01R31-40
【公开号】CN104698395
【申请号】CN201510079729
【发明人】刘栋, 赵岩, 韩正一, 朱琳, 米志伟, 黄涛
【申请人】国家电网公司, 国网智能电网研究院, 中电普瑞电力工程有限公司, 国网浙江省电力公司
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2015年2月13日