电压源换流器高压直流输电换流阀的试验方法
±800kV特高压直流输电换流阀核相试验
第22卷第4期2021年4月电气技术Electrical EngineeringV ol.22 No.4Apr. 2021±800kV特高压直流输电换流阀核相试验郭绯阳1,2张涛1,2吴鑫1,2李国楷1,2杨云龙1,2（1. 河南九域恩湃电力技术有限公司，郑州 450052；2. 河南合众电力技术有限公司，郑州 450001）摘要近年来，随着特高压直流工程在远距离大功率输电方面的发展，提高直流输电工程的可靠性成为保证电网安全稳定运行的前提和基础，换流阀低压加压核相试验作为分系统调试项目对检验特高压直流输电工程质量至关重要。
本文针对特高压直流工程±800kV换流站第一阶段分系统调试期间的相关内容，详细阐述换流站极I、极II低端换流阀核相试验过程并进行理论分析，通过试验参数计算、试验方案优化及试验波形的分析对比进行说明。
另外，优化试验abc三相同步电压获取方式，进一步降低试验误差。
最后，提出一种验证触发延迟角的核相方法，为特高压直流输电工程的建设和相关研究提供参考。
关键词：±800kV；特高压直流输电；换流阀；核相试验Converter valve phase-check test of ±800kVUHVDC transmission projectGUO Feiyang1,2ZHANG Tao1,2WU Xin1,2 LI Guokai1,2 YANG Yunlong1,2(1. He’nan Jiuyu EPRI Electric Power Technology Co., Ltd, Zhengzhou 450052;2. He’nan Hezhong Electric Power Technology Co., Ltd, Zhengzhou 450001)Abstract In recent years, with the gradual development of ultra-high voltage direct current (UHVDC) projects in long-distance and high-power transmission, improving the reliability of DC transmission projects has become a prerequisite and basis for ensuring the safe and stable operation of the power grid. The converter valve low-voltage pressurized checking phase test is used as a sub-system. The commissioning project is very important for testing the quality of UHVDC transmission projects. This article focuses on the relevant content during the first stage of commissioning of the ±800kV converter station sub-system of the UHVDC project. This article elaborates the low-pressure pressure test process of the pole I and pole II low-end converter valves of the converter station and conducts theoretical analysis. Parameter calculation, test plan optimization and test waveform analysis and comparison are explained. In addition, the method of obtaining the three-phase synchronous voltage of the test abc is optimized to further reduce the test error. Finally, a checking phase method for verifying the trigger angle is proposed, which has a certain degree of engineering reference value for the construction of UHVDC transmission projects and related research.Keywords：±800kV; ultra high voltage direct current (UHVDC); converter valve; phase-check test0引言随着特高压直流输电（ultra-high voltage direct current, UHVDC）工程项目规模逐渐增大，直流输电的安全性及可靠性变得至关重要。
探究特高压直流换流阀单阀交流的试验方法
探究特高压直流换流阀单阀交流的试验方法发表时间：2018-08-10T15:31:08.847Z 来源：《科技中国》2018年4期作者：潘锋[导读] 【摘要】进入新世纪，电力行业发展的速度更为迅猛，尤其是高压电方面。
目前，世界上直流输电领域电压等级最高的输电方式是±800kV直流输电。
作为特高压直流输电中的关键设备，±800 kV特高压直流换流阀在投入电网使用之前经受了严格的绝缘型式试验。
其中有一个比较特殊的试验项目，单阀交流耐压试验。
本文主要对单阀交流试验的加压方法进行了研究。
【摘要】进入新世纪，电力行业发展的速度更为迅猛，尤其是高压电方面。
目前，世界上直流输电领域电压等级最高的输电方式是±800kV直流输电。
作为特高压直流输电中的关键设备，±800 kV特高压直流换流阀在投入电网使用之前经受了严格的绝缘型式试验。
其中有一个比较特殊的试验项目，单阀交流耐压试验。
本文主要对单阀交流试验的加压方法进行了研究。
【关键词】换流阀；单阀；交流耐压 1前言关于特高压技术的研究课题已经成为电力发展的世界范围内的话题，我国作为电力大国，对电力的需求相较于其他国家来说，总量更为庞大。
为了满足社会与经济发展的需求，我国一直在不断地探索研究着特高压技术。
长期以来，特高压直流输电和柔性直流输电的核心技术及其相应的试验方法，都掌握在极少数跨国公司手中，核心装备国产化水平较低。
这对我国电网建设的经济性、安全性和可持续发展都产生了极大阻碍。
国内已经自主试验了首例±800 kV直流输电换流阀绝缘型式试验，单阀交流耐压试验是绝缘型式试验中比较特殊的试验项目，也是绝缘型式试验中一个重要的项目。
单阀交流耐压试验的主要目的是，考核晶闸管耐受交流过电压的绝缘性能。
本文介绍了±800 kV换流阀相关电气结构，并对单阀交流试验的加压方法进行了研究。
2特高压发展必要性我国地大物博，幅员辽阔，但人口也众多。
换流变压器的高压直流试验
换流变压器在进行长时间直流耐压试验和极性 反转试验时的一次接线如图 3 所示。 4. 3 试验结果
文章编号: 1001- 1609( 2002) 03- 0007- 03
高 压 电器
第 38 卷 第 3 期 # 7 #
换流变压器的高压直流试验
张长栓
( 西安西电变压器有限责任公司试验中心, 陕西 西安 710077)
HVDC TEST FOR CONVERTER TRANSFORMER ZHANG Chang-shuan
3 试验设备
要完成直流耐压试验和极性反转试验, 必须有 能提供此高电压并完成极性反转的直流发生器, 为 此, 带有极性反转的直流发生器是进行各种直流绝 缘试验的关键设备。
对于 ? 500 kV 直流输电系统 换流变压器的直 流耐压试验需提供 810 kV 以上的直流电压, 考虑到 目前国际最高运行的 ? 600 kV 直流输电系统, 其试 验电压约为 972 kV, 为此, 直流发生器的额定输出电 压选为 ? 1 200 kV。
为此, 选用了 2 880 r/ min 的电机作为调压器的 控制电机; 选用 2 400 M8 的电阻作为分压及放电电 阻, 选用液压控制极性转换; 选用空压接地开关, 快 速并可靠接地。
在高压直流试验中, 自始至终要对整个试验过 程中的局放进行测量, 并成为该项试验能否通过的 判据。因此, 发生器本体及其分压器、接地开关、充 电装置、阻尼电阻等不应有较大的局放, 特别是在其 电源侧, 不能产生量值较大的放电。
VSC-HVDC_电压源换流器型高压直流输电技术
§1.1 VSC-HVDC概述（续）
–传统的HVDC需要交流电网提供换相电流，该电流实际 上是相间短路电流，因此要保证换相的可靠，受端交 流系统必须具有足够的容量，即必须有足够的短路比 （Short Circuit Ratio），当受端电网比较弱时便容易 发生换相失败。 –由于开通滞后角和熄弧角 的存在及波形的非正弦， 传统的HVDC要吸收大量的无功功率，其数值约为输送 直流功率的40~60%，这就需要大量的无功补偿及滤波 设备，而且在甩负荷时会出现无功过剩，可能导致应用领域
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柔性直流输电的应用场合
非同步联网 连接分布电源 向城市中心送电 促进电力市场发展 提高配电网电能质量 向远方孤立负荷点送电 多端VSC-HVDC网络
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方便地调节有功和无功，改善 系统的运行性能 风电场、小型水电厂、太阳能 电站及其它新能源发电系统 用电量急增， 线路走廊困难 构建地区电力供应商交换电力的可行性 平台，增加运行灵活性和可靠性 快速控制有功无功，使电压、电流满足 电能质量标准要求 如沿海小岛、海上钻井平台、偏僻 地区负荷等
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不同的称谓
ABB公司称之为轻型直流输电（HVDC Light）并 作为商标注册； Siemens公司将其注册为HVDCPLUS； 国际上电力方面的权威学术组织CIGRE和IEEE将 其正式称为VSC-HVDC，即“电压源换流器型高 压直流输电”。 我国很多专家称为柔性直流输电（HVDCFlexible）
§1.2 VSC-HVDC的基本原理（续）
• 假设换流电抗器是无损耗的，忽略谐波分量时， 换流器和交流电网之间传输的有功功率P及无功 功率Q分别为
U C S
P
Q
U SU C sin X1 U S (U S U C cos )
电压源换流器型高压直流输电技术
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VSC-HVDC系统简介
330 MW的VSC-HVDC换流站俯视图 13/58
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VSC-HVDC系统简介--换流桥
换流桥每个桥臂是由若干个IGBT级联而成。对于大容量换流 器，每臂可能有上百个IGBT级联而成。IGBT旁边都反并联一 个二极管，它不仅是负载向直流侧反馈能量的通道，同时也 起续流的作用。
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工程
Eagle Pass 2000 36 ± 15.9 132/132 1100 0(B-B) 电力交易，系统 互联，电压控制
Cross Sound 2001 330 Cahle
Murray Link 2002 200
± 150 345/138 1175 ± 150 132/220 1400
2×40 电力交易，系统 互联，海底电缆
2/58
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VSC-HVDC起源
➢1954年，连接Gotland与瑞典大陆之间的世界 上第一条高压直流输电线路建成，标志着 HVDC进入了商业化时代。
➢1990年，加拿大McGill大学的Boon-TeckOoi等 首次提出使用PWM技术控制的VSC进行直流 输电的概念。
➢1997年，ABB公司在瑞典中部的Hallsjon和 Prof. Boon-Teck Ooi Grangesberg之间建成首条的工业试验工程。 PMhc.DGi.l(lMUcnGivielrl)sity
VSC联接有源交流网络时的稳态模型如下图所示：
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VSC-HVDC的运行原理
令X
L、Y
1、
R2 L2
arctaRn ，由图可知 X
Ps Qs Us∠δ
Pc Qc Uc∠0
高压直流输电换流阀组低压加压现场试验方法
ｖ ａ ｌ ｕ ｅ ｏｒ ｆ ｈｅ ｔ ｎ ｅ ｗＨＶ Ｄ Ｃｐ ｒ ｏ ｊ ｅ ｃ ｔ ．
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ： ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｒ ｔ ｅ ｒ ｖ ａ ｌ ｖ ｅ ， ＶＢＥ， ｌ ｏ ｗ ｖ ｏ ｌ ａｇ ｔ ｅ
中图分 类号 ：Ｔ Ｍ０ ０
文献标识码 ：Ｂ
文章编 号 ：１ ０ ０ ６ — ７ ３ ４ ５（ ２ ０ １ ７） ０ ３ — ０ １ ２ ５ — ０ ４
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｃｏ ｎ ｖ ｅ ｒ ｔ ｅ ｒ ｖ ａ ｌ ｖ ｅ ｉ ｓ ｃ ｏ ｒ ｅ ｅ ｑ ｕ ｉ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ＡＣ ／ ＤＣ ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ＨＶＤＣ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ． Ｖａ ｌ ｖ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｉ ｓ ａ ｆ ａ ｓ ｔ ｒ ｅ ｍｏ ｔ ｅ ｔ ｅ ｒ ｍｉ ｎ ａ ｌ ｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ｉ ｇ ｎ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｏ ｆ ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｒ ｔ ｅ ｒ ｖ ａ ｌ ｖ ｅ ， Ｌｏ ｗ ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｇ ｅ ｔ ｅ ｓ ｔ ｏ ｆ ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｒ ｔ ｅ ｒ ｖ ａ ｌ ｖ ｅ ｇ ｒ ｏ ｕ ｉ ｓ Ｗｈ ｏ ｌ ｅ ｓ ｅ ｔ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｅ ｓ ｔ ｏｒ ｆ
第４ ５ 卷
２ ０ １ ７年 ６月
云
南
电
Hale Waihona Puke 力技术 Ｖｏ １ ． ４ ５ ＮＯ ． ３
ＹＵＮ ＮＡ Ｎ ＥＬＥＣＴＲＩ Ｃ ＰＯＷ ＥＲ
高 压 直 流 输 电换 流 阀 组 低 压 加 压 现 场 试 验 方 法
高压直流输电用电压源换流器交流侧阻抗要求及测试方法
高压直流输电用电压源换流器交流侧阻抗要求及测试方法随着电力系统的发展，高压直流输电技术越来越受到重视。
作为高压直流输电的核心部件，电压源换流器在交流侧需要满足一定的阻抗要求。
本文将介绍高压直流输电用电压源换流器交流侧阻抗要求及测试方法。
一、高压直流输电用电压源换流器交流侧阻抗要求电压源换流器在交流侧需要满足一定的阻抗要求，主要包括以下几个方面：1. 阻抗大小：电压源换流器在交流侧的阻抗大小应该足够大，以保证电压源换流器的稳定性和可靠性。
一般来说，阻抗大小应该大于500毫欧姆。
2. 阻抗频率特性：电压源换流器在交流侧的阻抗频率特性应该符合系统的要求，以保证系统的稳定性和可靠性。
一般来说，阻抗频率特性应该在50赫兹到1千赫兹范围内保持稳定。
3. 阻抗相位特性：电压源换流器在交流侧的阻抗相位特性应该符合系统的要求，以保证系统的稳定性和可靠性。
一般来说，阻抗相位特性应该在0度到90度范围内保持稳定。
二、高压直流输电用电压源换流器交流侧阻抗测试方法电压源换流器在交流侧的阻抗测试主要包括以下几个步骤：1. 测试设备准备：测试设备主要包括阻抗测试仪、电压源换流器和电缆等。
在进行测试之前，需要对测试设备进行准备和校验。
2. 测试连接：将测试设备与电压源换流器的交流侧进行连接，并进行相应的校验和测试。
3. 测试数据处理：将测试数据进行处理和分析，得出电压源换流器交流侧的阻抗大小、频率特性和相位特性等参数。
4. 结果分析：根据测试结果进行分析和评估，得出电压源换流器交流侧的阻抗是否符合要求。
总之，电压源换流器在交流侧的阻抗是高压直流输电系统中至关重要的一环，需要进行严格的测试和评估。
只有保证阻抗符合要求，才能保证系统的运行稳定和可靠。
绍兴特高压换流站换流阀调试方案的研究
绍兴特高压换流站换流阀调试方案的研究绍兴特高压换流站采用了一种低压加压的试验方法。
本文首先介绍了绍兴换流站换流器的工作原，进而分析12脉动换流阀的运行方式。
其次，针对换流阀的现场调试试验，系统地阐述了低压加压试验中所用的电流、电压以及电阻选择依据，并明确了低压加压试验步骤与临时系统采样接线方法。
最后，实验表明：该系统调试方法简单，且有效地检查了换流器各桥臂的触发角与触发脉冲之间的对应关系以及系统二次回路的正确性。
标签：特高压；换流站；换流阀；低压加压实验1 引言直流输电技术不仅可实现点对点、远距离、大功率地将电能输送至用电负荷中心；而且，其控制操作方式灵活多变，可快速改变送电断与受电端的运行方式，改变电网潮流方向，避免大量过网潮流[1]；还具有电能损耗小，经济效益高等优点；已广泛的应用于特高压输电系统中[2]。
换流阀低压加压实验，作为换流阀高压充电前的重要系统调试实验，可有效检查Y/Y与Y/Δ换流变压器接线、换流变压器电压相序与末屏分压器电压指示、换流阀触发的同步电压与控制电压、以及换流阀触发控制程序是否正确[3]。
换流阀加压实验客观地反映出系统设备的连接情况，对系统联调也是重要依据。
针对换流阀充电运行前进行的系统调试方面，虽然国内做了一些工作，但针对换流阀加压系统调试的方案理论依据与具体实施都未有明确[4-6]。
此次采用一种换流阀低压加压的试验方案应用至绍兴特高压换流站，换流站交流场出线电压为500kV，经过母线分别于直流场六台换流变压器相连，构成一个单极[7]。
直流场采用双极运行方式，其每极可分为高端阀组与低端阀组，每个阀组由12脉动串联阀组成，可通过旁路断路器实现对阀组的投运与退出[8-9]。
本文首先分析了绍兴换流阀系统回路的结构原理，建立阀组12脉动模型，计算出实验方案中负载阻值、电源容量与阀组输出直流电压，并给出实验测试方案与具体步骤。
结果表明：该实验方案简单、可行、有效。
2换流器试验原理2.1换流器运行方式12脉动换流器结构图如图1所示。
高压直流输电换流阀组低压加压现场试验方法探讨和应用
高压直流输电换流阀组低压加压现场试验方法探讨和应用摘要：换流阀是直流输电系统中实现交、直流转换的核心设备，而阀控系统是换流阀点火控制系统的快速远程终端，换流阀组低压加压试验是对换流器控制保护系统进行的整组模拟试验。
本文结合金中直流输电工程±500 kV金官换流站，针对换流阀的技术特点以及控制保护系统、阀基电子设备的功能，就换流阀组低压加压试验的内容方法进行阐述。
试验结果表明，该方法对于新建高压直流工程具有重要的适用价值。
关键词：换流阀；阀控系统VBE；低压加压0前言为解决金沙江中游阿海、梨园电站电力外送需求而建设的±500 kV金中直流输电工程，其送端为云南金官换流站，受端为广西柳南换流站，采用±500 kV直流输电方式，输送容量3200 MW，在整个西电东送通道中具有重要地位，同时也是我国高压直流输电设备自主化的又一示范性工程。
±500kV金官换流站采用单极一组12脉动换流器的结构，由两个6脉动的换流器在直流侧串联、交流侧通过六台单相双绕组的换流变压器的网侧绕组并联，而阀侧绕组三台为星形接线构成Y-Y换流变，而另三台为三角形接线构成Y-D换流变，使两个6脉动换流器的交流侧得到相位相差30°的换相电压，在直流侧得到12脉波的直流电压，晶闸管元件采用传统电控晶闸管ETT阀，每一个单阀由3个阀组件共3×18个ETT晶闸管级构成，其直接接入高压直流系统 ,处于高电位，一次安装接线复杂。
智能、冗余结构的阀基电子设备（VBE）是换流阀点火控制的快速远程终端，属于低压弱电系统,处于低电位。
一方面接收直流极控系统（PCP）发出的触发控制信号，并将该信号转换为光信号，通过光缆传递到处于高电位下的上百个晶闸管元件，经功率放大后触发晶闸管极。
另一方面，阀基电子设备（VBE）向极控系统实时上送各晶闸管极的运行状态，从而实现直流输电系统的电流、电压及功率的准确控制。
高压直流输电换流阀晶闸管试验研究
高压直流输电换流阀晶闸管试验研究发表时间：2018-09-11T16:13:01.730Z 来源：《基层建设》2018年第20期作者：夏鹏侯宇冯育杰金石炜陈兆兴[导读] 摘要：随着经济社会的发展，我国已成为世界最大的能源消费国，但国内能源生产和能源消费呈现明显的逆向分布，负荷中心主要在东部地区，能源基地主要分布在西部和北部地区。
国网辽宁省电力有限公司检修分公司辽宁鞍山 114000摘要：随着经济社会的发展，我国已成为世界最大的能源消费国，但国内能源生产和能源消费呈现明显的逆向分布，负荷中心主要在东部地区，能源基地主要分布在西部和北部地区。
传统以化石能源为主的能源传输方式，受到环境保护、气候变化、运输容量等因素的影响，已经难以为继，为满足大容量、远距离、高效的能源传输需求，建设特高压电网是现阶段最优的选择。
关键词：高压直流输电；换流阀；晶闸管；分析1导言为了耐受更高的电压，高压直流输电的换流阀都是由晶闸管级串联组成的；例如贵广直流输电工程中，采用西门子的光控阀，每个换流阀体包含了78个晶闸管级；葛南直流工程中采用的是原BBC的电控阀，每个换流阀体则包含了120个晶闸管级。
SVC(Static Var Compensator)中TCR(Thyristor Controlled Reactor)或TSC(Thyristor Switched Capacitor)阀体，也根据补偿的电压等级和选用晶闸管的耐压等级，由不同数量的晶闸管级串联组成。
如下所示为三广直流工程换流阀中晶闸管级电气连接的示意图(不同的阀体可能稍有区别)。
2换流阀晶闸管级原理高压直流输电换流阀中的每个单阀一般由几十个甚至上百个相同的晶闸管串联构成。
每个晶闸管需要并联1个阻尼电路和1个静态均压电路。
阻尼电路用来缓冲晶闸管关断电压过冲，并使串联电压线性化分布，解决动态均压问题。
在晶闸管关断状态，静态均压电路使晶闸管级间电压分布均匀。
每个晶闸管级配备一块TTM板。
特高压直流输电项目换流阀多重阀单元型式试验
特高压直流输电项目换流阀多重阀单元型式试验摘要：特高压直流输电项目用换流阀是全球上首个特高压直流输电用晶闸管换流阀，其型式试验还没有成熟的具体规范及标准。
±500kV及以下高压直流输电换流阀不相同，此类特高压换流阀是由2个12脉动的换流阀组串联构成，也无法简易的根据前者的试验规章和标准。
基于此情况，着重分析多重阀单元（极小方差无偏）类型Ⅲ（极小方差无偏连接在DC600kV及800kV当中）的试验方式，确认型式试验方法是：选取短接试验法；短接试验后再实施第二次双阀电压试验及3个极小方差无偏串联的试验。
关键词：特高压直流输电；换流阀；型式试验；多重阀单元特高压直流输电项目用换流阀是全球上首个特高压直流输电用晶闸管换流阀，它的型式试验现如今全球特高压直流输电市场尚未成熟具体的规定及标准。
特高压直流输电项目用特高压换流阀是由2个12脉动的换流阀组串联构成，而不像±500kV及以下高压直流输电换流阀那样只有1个12脉动的换流阀组，两者所出现的杂散电容及电压分布将会不一样。
故而，无法单纯的复制后者的试验规定及标准，有必要对其型式试验实施分析。
1特高压直流输电项目换流阀电气结构及型式试验特高压直流输电项目换流阀极小方差无偏为双重阀，由四层阀组件构成一个悬吊结构的阀塔，每极换流阀组有3种不同种类的极小方差无偏连接方式如图1所示：极小方差无偏类型Ⅰ——连接于中性点和直流200kV当中或直流200kV和400kV当中，如图1中低压阀厅所示。
极小方差无偏类型Ⅱ——连接于直流400kV 和600kV当中，如图1中高压阀厅所示。
极小方差无偏类型Ⅲ——连接于直流600kV和800kV当中，如图1中高压阀厅所示。
图1极换流器阀组极小方差无偏连接方式图低压阀厅的12脉动阀组即中性点到400kV当中的阀组，由两个6脉动阀组串联构成，两个6脉动阀组的电气连接定位在阀塔顶部的200kV处。
高压阀厅的12脉动阀组即400kV至800kV当中的阀组，也由两个6脉动阀组串联构成，两个6脉动阀组的电气连接位置同样在阀塔顶部的600kV处。
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第34卷第5期电网技术V ol. 34 No. 5 2010年5月Power System Technology May 2010文章编号：1000-3673（2010）05-0025-05 中图分类号：TM 83；TM 41 文献标志码：A 学科代码：470·4054 电压源换流器高压直流输电换流阀的试验方法罗湘，汤广福，查鲲鹏，贺之渊，吴亚楠(中国电力科学研究院，北京市海淀区 100192)Test Methods of Converter Valves in VSC-HVDC Power TransmissionLUO Xiang, TANG Guang-fu, ZHA Kun-peng, HE Zhi-yuan, WU Ya-nan(China Electric Power Research Institute, Haidian District, Beijing 100192, China)ABSTRACT: To ensure its secure and reliable operation, the type test of flexible voltage source converter based high voltage direct current (VSC-HVDC) converter valves is necessary, and the substitute equivalence methods are usually applied to the type test of converter valves. In this paper, the structures of two kinds of flexible VSC-HVDC converter valves, i.e., series-connected valves and modular multi-level converter (MMC) valves, are presented, and it is pointed out that the research on test methods for converter valves should consist of analysis of tested valves, valve stress analysis, establishment of stress mathematical model, test requirements, analysis of testing contents, research on equivalence test methods and so on. The testing methods for above-mentioned two kinds of VSC-HVDC converter valves are researched in the hope of laying the foundation for the theoretical research on equivalent test of self-turn-off devices.KEY WORDS: voltage source converter based high voltage direct current (VSC-HVDC) power transmission; series- connected valves; modular multi-level converter (MMC) valves; equivalence test method摘要：对柔性直流换流阀进行型式试验可保证其安全可靠运行，型式试验通常采用等效试验的方法。
介绍了串联阀和模块化多电平换流器阀2种柔性直流换流阀的结构，指出阀试验方法研究应包括试验对象分析、应力分析、应力数学模型的建立、试验要求及试验内容分析、等效试验方法研究等，并针对上述2种柔性直流换流阀试验方法的各项内容进行了研究，以期为可关断器件阀等效试验的理论研究奠定基础。
关键词：电压源换流器高压直流输电；串联阀；模块化多电平换流器阀；等效试验方法0 引言随着我国风能、太阳能等可再生能源利用规模的扩大，如何实现大规模风力发电及其他可再生能源发电的并网运行是关键问题。
电压源换流器高压直流(voltage source converter based high voltage direct current，VSC-HVDC)输电技术是一种以电压源换流器(voltage source converter，VSC)、可控关断器件和脉宽调制(pulse width modulation，PWM)技术为基础的新型直流输电技术，是解决上述问题的有效途径之一[1-11]。
根据拓扑结构的不同，柔性直流输电装置的换流器分为2种：一种是由可关断器件串联组成的多电平换流器；另一种是由可关断器件首先构成子模块，再由子模块串联组成的模块化多电平换流器[12-14]。
可关断器件阀是VSC的核心，对于温度、电压、电流及其变化率非常敏感，因此必须在投入使用前对阀进行相关的型式试验，以保证其安全可靠运行。
同时由于装置容量较大，须采取等效试验的方法[15]来进行阀的型式试验。
对于不同的换流器拓扑结构，虽然阀试验的试验对象不同，但等效试验方法类似。
本文将分析VSC 2种拓扑下VSC-HVDC换流阀的电气结构，并对2种不同结构阀的等效试验方法进行研究。
1 VSC-HVDC中阀的结构1.1 串联阀由串联阀组成的VSC-HVDC主电路如图1所示。
图中：可关断器件为绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor，IGBT)；U DC为直流侧电压。
工程中根据需要将若干子模块阀串联起来的电气和机械联合体称为阀组件。
一个单阀是一个半桥臂上的所有IGBT及其辅件构成的电气和机械联合体。
图1中虚线框内的IGBT单阀是由多个IGBT基金项目：国家重点基础研究发展计划项目(973项目) (2004CB217907)；电力青年科技创新项目。
The National Basic Research Program (973 Program) (2004CB217907).26 罗湘等：电压源换流器高压直流输电换流阀的试验方法V ol. 34 No. 5图1由串联阀组成的VSC-HVDC主电路Fig. 1VSC-HVDC main circuit composed ofseries-connected valves阀串联而成的，每个IGBT阀包括续流二极管的IGBT模块及其控制电路以及静态均压电路、吸收电路等附属电路。
串联阀阀组件的电气结构如图2所示。
图中：I T、I D分别为IGBT和二极管的电流；门极驱动电路为IGBT提供开、关脉冲；均压电阻R P 起静态均压的作用；由吸收电容C S、吸收电阻R S和快速二极管D S组成的吸收电路起动态均压的作用。
PP图2IGBT串联阀的结构Fig. 2Structure of IGBT series-connected valves1.2 模块化多电平换流器模块化多电平换流器(modular multi-level converter，MMC)阀的拓扑结构是由西门子公司提出的一种新型的能实现多电平输出的换流器拓扑，如图3所示。
图3(a)中：三相MMC有3个桥臂，每个桥臂分上下2个半桥臂，半桥臂通过子模块(submodule，SM)串联构成，SM是MMC阀的最小功率单元。
图3(b)中：D1、D2是与IGBT反并联的续流二极管；C是子模块电容。
MMC中阀组件的电气结构如图4所示。
图中：T是IGBT器件；D是续流二极管；C是子模块电容。
串联阀是以提高单个IGBT模块的电压等级为目的的，可以看成是单个IGBT模块的扩展，因此其应用场合最广泛，但由于IGBT的工作频率非常高，开通关断的时间均为μs级，因此串联阀对于IGBT 的驱动和保护系统、甚至是每个串联IGBT模块的差异性都有非常高的要求，设计实现难度较大。
MMC阀易于提高装置容量等级，驱动控制较简(a) MMC阀(b) SM图3 MMC阀及其子模块的电路拓扑Fig. 3Circuit topology of MMC valvesand its submodules图4MMC阀的结构Fig. 4Structure diagram of MMC valves单，但与串联阀相比，在同样电压等级下，MMC阀所需使用的可关断器件数量要多出1倍，同时由于直流电容器分散于每个子模块中，子模块的体积较大。
2VSC-HVDC阀的试验方法2.1试验对象本文的可关断器件阀试验是指阀的型式试验，目的是检验阀的设计是否符合要求。
对于应用于VSC- HVDC中可关断器件阀的型式试验，IEC62501规定型式试验内容有2大类[16]：一类是检验阀的导通、第34卷 第5期 电 网 技 术 27关断和有关电流特性，即运行试验；另一类检验阀的高压特性，即绝缘试验。
可关断器件阀绝缘试验与半控器件晶闸管阀的绝缘试验并无很大差别，而对晶闸管阀的绝缘试验，国内外已有很多文献进行了详细而深入地研究[17-19]。
本文主要研究运行试验。
IEC62501规定，运行试验包括最大持续运行负载试验、最大暂时过载运行试验、最小直流电压试验、IGBT 过电流关断试验和短路电流试验。
由于试验能力的限制，无论是串联阀还是MMC 阀，通常无法对整个换流器进行试验，因此型式试验的试品均为阀组件。
对于串联阀，试品为如图2所示的串联的多个IGBT 模块及其附属电路，而对于MMC 阀，试品为图4所示的串联的多个子模块。
2.2 阀的应力分析 2.2.1 稳态应力分析阀在稳态下的应力主要有5类：电压、电流、电压变化率、电流变化率和温度。
如果忽略IGBT 模块之间驱动信号的差异，串联阀可以看成是一个高压大电流的IGBT 模块，其工作状态有截止、开通、导通和关断4种。
当阀处于导通状态时，其上无电压应力，只有正向和反向电流流过。
阀截止是指IGBT 及其反并联续流二极管均截止的状态。
由于续流二极管具有单向导通性，在阀截止状态下，阀只承受正向电压。
需要重点关注的是阀的开关状态。
由于续流二极管上PN 结反向恢复电荷的存在，在续流二极管完全进入阻断状态之前会出现一个很大的反向恢复电压过冲和反向恢复电流。
因此在阀开通时，处于开通过程的阀上将会出现一个明显的电流尖峰，但不会出现电压尖峰。
阀开通过程中的IGBT 集电极和发射极之间的端电压u CE 和集电极电流i C 如图5所示。