本发明属于电流源换流阀测试领域，特别涉及一种电流源换流阀等效功率实验电路、系统及方法。
背景技术：
基于全控型器件（例如，集成门极换流晶闸管integratedgate-commutatedthyristor,igct）的电流源换流器（currentsourceconverter，csc），不存在换相失败问题，可以向无源负载供电，而且具有很强的过电流耐受能力，在电机驱动，动态无功补偿，风电并网，直流融冰等领域具有广阔的应用价值。
对全控型csc的完备型式试验是保证其安全、可靠和稳定运行的重要手段，也是研究开发和工程应用的基础和前提条件。换流阀型式试验分为绝缘试验和运行试验，其中运行试验主要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、全控型器件过电流关断试验和短路电流试验。
目前的全控型csc等效功率实验方法存在以下问题：
1、不能真实反映全控型csc的实际运行工况。
2、实验方法控制较复杂，实验效率低。
技术实现要素：
针对上述问题，本发明一种电流源换流阀等效功率实验电路、系统及方法，主要用于换流阀的最大持续运行负载试验和最大暂时过载运行试验。
一种电流源换流阀等效功率实验电路，包括直流升压和放电回路、第一电容器c1支路、第二电容器c2支路、第一换流阀组支路、第二换流阀组支路、第一直流电抗ldc1和第二直流电抗ldc2；
直流升压和放电回路与三相电源连接，第一电容器c1支路与直流升压和放电回路串联；
第一换流阀组支路与第一电容器c1支路并联，第二换流阀组支路与第一换流阀组支路并联；
第一换流阀组支路包括串联的第一换流阀组和第一二极管d1；
第二换流阀组支路包括串联的第二换流阀组和第二二极管d2；
第一直流电抗ldc1第一端分别与第一换流阀组的全控型器件阴极、第一二极管d1阴极连接，第一直流电抗ldc1第二端分别与第二直流电抗ldc2第一端、第二电容器c2支路第一端连接；
第二直流电抗ldc2第二端分别与第二换流阀组的二极管阳极、第二二极管d2阳极连接，第二电容器c2支路第二端分别与第二换流阀组的全控型器件阴极、第一二极管d1阳极连接。
进一步的，第一换流阀组的全控型器件阴极与第一二极管d1阴极连接，第一换流阀组的二极管阳极与第一电容器c1支路第一端连接，第一二极管d1阳极与第一电容器c1支路第二端连接。
进一步的，第一换流阀组的全控型器件门极与脉冲信号连接，通过脉冲信号控制第一换流阀组开通、关断。
进一步的，第一换流阀组的二极管阳极与直流升压和放电回路的正极连接；第一二极管d1阳极与直流升压和放电回路的负极连接。
进一步的，第二换流阀组的二极管阳极与第二二极管d2阳极连接，第二换流阀组的全控型器件阴极与第一二极管d1阳极连接，第二二极管d2阴极与第一换流阀组的二极管阳极连接。
进一步的，第二换流阀组的全控型器件门极与脉冲信号连接，通过脉冲信号控制第一换流阀组开通、关断。
进一步的，第二换流阀组的全控型器件阴极与直流升压和放电回路的负极连接；第二二极管d2阴极与直流升压和放电回路的正极连接。
进一步的，第一电容器c1支路，第一换流阀组，第一二极管d1，第一直流电抗ldc1和第二电容器c2支路构成buck降压电路，buck降压电路用于控制输出电压。
进一步的，第二电容器c2支路，第二直流电抗ldc2，第二换流阀组，第二二极管d2和第一电容器c1支路构成boost升压电路，boost升压电路用于控制输出电流。
进一步的，直流升压和放电回路包括整流电路，整流电路用于将三相电源的交流电转换为直流电。
本发明还提供一种电流源换流阀等效功率实验系统，包括电流源换流阀等效功率实验电路，实验系统还包括第一pi控制器和第二pi控制器；
第一pi控制器用于根据第二电容器c2支路上的电压负反馈信号，驱动第一换流阀组的全控型器件开通、关断或导通，实现buck降压电路稳定电压的输出；
第二pi控制器用于根据第二直流电抗ldc2上的电流负反馈信号，驱动第二换流阀组的全控型器件开通、关断或导通，实现boost升压电路稳定电流的输出。
本发明还提供一种电流源换流阀等效功率实验方法，包括以下步骤：
根据电流源换流阀等效功率实验系统进行电路连接；
选择输入电压vdc1，输出电压vdc2和输出电流idc2；
采用电压闭环控制，通过脉冲信号调节第一换流阀组的占空比，输出稳定的电压值vdc2；
采用电流闭环控制，通过脉冲信号调节第二换流阀组的占空比，输出设定的电流值idc2；
第一换流阀组和第二换流阀组的全控型器件根据脉冲信号在设定的开关频率开通、关断或导通，在输出电压vdc2，输出电流idc2的负载下按照设定时间运行，完成第一换流阀组和第二换流阀组的最大持续运行负载试验。
进一步的，电流源换流阀等效功率实验方法，还包括以下步骤：
第二换流阀组的全控型器件根据脉冲信号在设定的开关频率开通、关断或导通，输出1.2倍的第一换流阀组和第二换流阀组额定电流值idc3，完成第一换流阀组和第二换流阀组最大暂时过载试验。
本发明的有益效果：可以真实模拟换流阀的实际运行工况，并且两组换流阀同时开展试验，具有简单、易实现和试验效率高的优点。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了根据现有技术的全控型电流源换流器电路连接示意图；
图2示出了根据本发明实施例的电流源换流阀等效功率实验电路示意图；
图3示出了根据本发明实施例的电流源换流阀等效功率实验系统的控制示意框图；
图4示出了根据本发明实施例的电流源换流阀等效功率实验方法的流程示意图；
图5示出了根据本发明实施例的a相上桥臂换流阀组a上可导通区间示意图。
图中：1、第一换流阀组；2、第二换流阀组，a、b、c表示三相电源。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在全控型csc中，以6个阀组组成的全控型csc进行说明，请参阅图1，图1示出了根据现有技术的全控型电流源换流器电路连接示意图，全控型电流源换流器包括电感la、电感lb、电感lc、电容ca、电容cb、电容cc、阀组a上、阀组b上、阀组c上、阀组a下、阀组b下、阀组c下和电感l0。
阀组a上、阀组b上、阀组c上、阀组a下、阀组b下和阀组c下结构相同，以阀组a上为例，阀组a上采用全控型器件与二极管串联，全控型器件的阳极与二极管的阴极连接。
阀组a上与阀组a下串联，阀组a上的全控型器件阴极与阀组a下的二极管阳极连接；阀组b上与阀组b下串联，阀组b上的全控型器件阴极与阀组b下的二极管阳极连接；阀组c上与阀组c下串联，阀组c上的全控型器件阴极与阀组c下的二极管阳极连接。
阀组a上、阀组b上和阀组c上的二极管阳极相互连接后与电感l0的第一端连接；阀组a下、阀组b下和阀组c下的全控型器件阴极相互连接。
电感la第一端与三相电源a相连接，电感la第二端连接于阀组a上与阀组a下之间的支路上；电感lb第一端与三相电源b相连接，电感lb第二端连接于阀组b上与阀组b下之间的支路上；电感lc第一端与三相电源c相连接，电感lc第二端连接于阀组c上与阀组c下之间的支路上。
电容ca第一端与电感la的第二端连接，电容cb第一端与电感lb的第二端连接，电容cc第一端与电感lc的第二端连接。电容ca第二端、电容cb第二端和电容cc第二端相互连接。
全控型csc运行时，三相交流电通过全控型csc整流获得了直流电压vdc。另外，为了阻断反向电压，每个阀组作为桥臂均采用全控型器件与二极管串联方式，如图1所示，这使得桥臂电流均为一个方向流通，电流只能在不同相间换流，一个工频周期内，每个桥臂的最大导通时间为t/3。
针对全控型csc实际运行工况，本发明提供一种电流源换流阀等效功率实验电路，请参阅图2，图2示出了根据本发明实施例的电流源换流阀等效功率实验电路示意图。
电流源换流阀等效功率实验电路包括直流升压和放电回路、第一电容器c1支路、第二电容器c2支路、第一换流阀组支路、第二换流阀组支路、第一直流电抗ldc1和第二直流电抗ldc2。
直流升压和放电回路与三相电源连接，第一电容器c1支路与直流升压和放电回路串联。
第一换流阀组支路与第一电容器c1支路并联，第二换流阀组支路与第一换流阀组支路并联。
具体的，第一换流阀组支路包括串联的第一换流阀组1和第一二极管d1，第一换流阀组1的全控型器件阴极与第一二极管d1阴极连接，第一换流阀组1的二极管阳极与第一电容器c1支路第一端连接，第一二极管d1阳极与第一电容器c1支路第二端连接，第一换流阀组1的全控型器件门极与脉冲信号连接，通过脉冲信号控制第一换流阀组1开通、关断。
第一换流阀组1的二极管阳极与直流升压和放电回路的正极连接；第一二极管d1阳极与直流升压和放电回路的负极连接。
具体的，第二换流阀组支路包括串联的第二换流阀组2和第二二极管d2，第二换流阀组2的二极管阳极与第二二极管d2阳极连接，第二换流阀组2的全控型器件阴极与第一二极管d1阳极连接，第二二极管d2阴极与第一换流阀组1的二极管阳极连接，第二换流阀组2的全控型器件门极与脉冲信号连接，通过脉冲信号控制第一换流阀组开通、关断。
第二换流阀组2的全控型器件阴极与直流升压和放电回路的负极连接；第二二极管d2阴极与直流升压和放电回路的正极连接。
第一直流电抗ldc1第一端分别与第一换流阀组1的全控型器件阴极、第一二极管d1阴极连接，第一直流电抗ldc1第二端分别与第二直流电抗ldc2第一端、第二电容器c2支路第一端连接，第二直流电抗ldc2第二端分别与第二换流阀组2的二极管阳极、第二二极管d2阳极连接，第二电容器c2支路第二端分别与第二换流阀组2的全控型器件阴极、第一二极管d1阳极连接。
具体的，第一电容器c1支路，第一换流阀组1，第一二极管d1，第一直流电抗ldc1和第二电容器c2支路构成buck降压电路。
具体的，第二电容器c2支路，第二直流电抗ldc2，第二换流阀组2，第二二极管d2和第一电容器c1支路构成boost升压电路。
其中，buck降压电路用于控制输出电压；boost升压电路用于控制输出电流。
直流升压和放电回路包括整流电路，整流电路用于将三相电源的交流电转换为直流电。
本实施例的实验电路可以真实模拟换流阀的实际运行工况，并且两组换流阀同时开展试验，具有简单、易实现和试验效率高的优点。
通过本实施例的实验电路，可以进行换流阀的最大持续运行负载试验和最大暂时过载运行试验。
最大持续运行负载试验就是额定电压，额定电流和开关频率的长时间运行试验。
最大暂时过载试验就是电流值为过载电流，例如1.2倍的换流阀额定电流值。
实验时，直流电压先升压，再降压，实现直流电压的“背靠背”，直流电压的“背靠背”效果就是功率在buck降压电路和boost升压电路两个电路循环，不向三相电源吸取或馈送功率。
有功功率先经过buck降压电路，再经过boost升压电路，实现功率的内部循环。直流升压和放电回路只提供直流电压，并提供试验电路损耗的能量补充。
本发明还提供一种电流源换流阀等效功率实验系统，请参阅图3，图3示出了根据本发明实施例的电流源换流阀等效功率实验系统的控制示意框图。
电流源换流阀等效功率实验系统包括上述的全控型电流源换流阀等效功率实验电路，还包括第一pi控制器（proportionalintegral，pi）和第二pi控制器。
pi控制器是一种线性控制器，它根据给定值与实际输出值构成控制偏差，将偏差的比例和积分通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制。
第一pi控制器用于根据第二电容器c2支路上的电压负反馈信号，驱动第一换流阀组1的全控型器件开通、关断或导通，实现buck降压电路稳定电压的输出。
第二pi控制器用于根据第二直流电抗ldc2上的电流负反馈信号，驱动第二换流阀组2的全控型器件开通、关断或导通，实现boost升压电路稳定电流的输出。
第一pi控制器为电压外环pi控制器，第二pi控制器为电流内环pi控制器，实现了双闭环控制，即电压闭环控制和电流闭环控制。
本发明还提供一种电流源换流阀等效功率实验方法，请参阅图4，图4示出了根据本发明实施例的电流源换流阀等效功率实验方法的流程示意图。
电流源换流阀等效功率实验方法包括以下步骤：
根据上述的电流源换流阀等效功率实验系统进行电路连接；
选择输入电压vdc1，输出电压vdc2和输出电流idc2；
采用电压闭环控制，通过脉冲信号调节第一换流阀组1的占空比，输出稳定的电压值vdc2；
采用电流闭环控制，通过脉冲信号调节第二换流阀组2的占空比，输出设定的电流值idc2。
第一换流阀组1和第二换流阀组2的全控型器件根据脉冲信号在设定的开关频率开通、关断或导通，在输出电压vdc2，输出电流idc2的负载下按照设定时间运行，完成第一换流阀组1和第二换流阀组2的最大持续运行负载试验。
第二换流阀组2的全控型器件根据脉冲信号在设定的开关频率开通、关断或导通，输出1.2倍的第一换流阀组1和第二换流阀组2额定电流值idc3，完成第一换流阀组1和第二换流阀组2的最大暂时过载试验。
对第一换流阀组1和第二换流阀组2进行测试，需要真实模拟第一换流阀组1和第二换流阀组2实际运行时的电压和电流。
具体的，输出电压vdc2和输出电流idc2为第一换流阀组1、第二换流阀组2的额定电压和额定电流值。
示例的，以交流电压10kv，直流电压8000v，电流1000a的全控型电流源换流器为例，针对a相上桥臂换流阀组a上进行分析，获取实验需要设定的参数输出电压vdc2和输出电流idc2。
请参阅图5，图5示出了根据本发明实施例的a相上桥臂换流阀组a上可导通区间示意图。
当va＞vb＞vc区间（0-60°）和va＞vc＞vb区间（300-360°）时，a相上桥臂阀组a上可以导通，此时阀组a上承受的正向电压分别为vac和vab，电压的最大值为14.14kv，最小值为12.24kv，可以等效为13.19kv的平均值。因此，输入电压vdc1采用等效直流电压13.19kv。
输出电压vdc2采用等效额定电压8000v。
在一个工频周期（0-360°）内，a相上桥臂阀组a上仅在（0-60°）和（300-360°）区间可以导通，也就是1/3周期的导通，导通电流等于输出电流idc。因此，输出电流idc2采用1/3倍额定电流的等效值，也就是1000×1/3=333a。
测试过程中，buck降压电路工作在稳定直流电压模式，控制输出电压vdc2为额定直流电压8000v。
测试过程中，boost升压电路工作在恒定电流模式，控制输出电流idc2为额定电流1000a的1/3倍。改变输出电流的设定值，可以有效调节两个换流阀组交换的有功功率。
通过对换流阀组的额定电压和额定电流值进行分析计算，获取换流阀在实际运行时的等效额定电压和等效额定电流，可以真实模拟换流阀的实际运行工况。
测试方法原理简单且容易实现，测试过程中，可以同时对两组换流阀组进行最大持续运行负载试验和最大暂时过载运行试验，减少了测试过程中电路搭建的工作量。
与此同时，一次对两个换流阀组进行测试，避免了换流阀组在测试过程中反复拆接线，容易造成接线恢复有误，造成换流阀组故障等严重问题。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
1.一种电流源换流阀等效功率实验电路，其特征在于，包括直流升压和放电回路、第一电容器c1支路、第二电容器c2支路、第一换流阀组支路、第二换流阀组支路、第一直流电抗ldc1和第二直流电抗ldc2；
所述直流升压和放电回路与三相电源连接，所述第一电容器c1支路与所述直流升压和放电回路串联；
所述第一换流阀组支路与所述第一电容器c1支路并联，所述第二换流阀组支路与所述第一换流阀组支路并联；
所述第一换流阀组支路包括串联的第一换流阀组和第一二极管d1；
所述第二换流阀组支路包括串联的第二换流阀组和第二二极管d2；
所述第一直流电抗ldc1第一端分别与所述第一换流阀组的全控型器件阴极、所述第一二极管d1阴极连接，所述第一直流电抗ldc1第二端分别与所述第二直流电抗ldc2第一端、第二电容器c2支路第一端连接；
所述第二直流电抗ldc2第二端分别与所述第二换流阀组的二极管阳极、所述第二二极管d2阳极连接，所述第二电容器c2支路第二端分别与所述第二换流阀组的全控型器件阴极、所述第一二极管d1阳极连接。
2.根据权利要求1所述的电流源换流阀等效功率实验电路，其特征在于，
所述第一换流阀组的全控型器件阴极与所述第一二极管d1阴极连接，所述第一换流阀组的二极管阳极与所述第一电容器c1支路第一端连接，所述第一二极管d1阳极与所述第一电容器c1支路第二端连接。
3.根据权利要求2所述的电流源换流阀等效功率实验电路，其特征在于，所述第一换流阀组的全控型器件门极与脉冲信号连接，通过脉冲信号控制所述第一换流阀组开通、关断。
4.根据权利要求2所述的电流源换流阀等效功率实验电路，其特征在于，所述第一换流阀组的二极管阳极与所述直流升压和放电回路的正极连接；所述第一二极管d1阳极与所述直流升压和放电回路的负极连接。
5.根据权利要求1所述的电流源换流阀等效功率实验电路，其特征在于，
所述第二换流阀组的二极管阳极与所述第二二极管d2阳极连接，所述第二换流阀组的全控型器件阴极与所述第一二极管d1阳极连接，所述第二二极管d2阴极与所述第一换流阀组的二极管阳极连接。
6.根据权利要求5所述的电流源换流阀等效功率实验电路，其特征在于，所述第二换流阀组的全控型器件门极与脉冲信号连接，通过脉冲信号控制所述第一换流阀组开通、关断。
7.根据权利要求5所述的电流源换流阀等效功率实验电路，其特征在于，所述第二换流阀组的全控型器件阴极与所述直流升压和放电回路的负极连接；所述第二二极管d2阴极与所述直流升压和放电回路的正极连接。
8.根据权利要求1所述的电流源换流阀等效功率实验电路，其特征在于，所述第一电容器c1支路，所述第一换流阀组，所述第一二极管d1，所述第一直流电抗ldc1和所述第二电容器c2支路构成buck降压电路，所述buck降压电路用于控制输出电压。
9.根据权利要求1所述的电流源换流阀等效功率实验电路，其特征在于，所述第二电容器c2支路，所述第二直流电抗ldc2，所述第二换流阀组，所述第二二极管d2和所述第一电容器c1支路构成boost升压电路，所述boost升压电路用于控制输出电流。
10.根据权利要求1-9任一所述的电流源换流阀等效功率实验电路，其特征在于，所述直流升压和放电回路包括整流电路，所述整流电路用于将所述三相电源的交流电转换为直流电。
11.一种电流源换流阀等效功率实验系统，其特征在于，包括权利要求1-10任一所述的电流源换流阀等效功率实验电路，所述实验系统还包括第一pi控制器和第二pi控制器；
所述第一pi控制器用于根据第二电容器c2支路上的电压负反馈信号，驱动第一换流阀组的全控型器件开通、关断或导通，实现buck降压电路稳定电压的输出；
所述第二pi控制器用于根据第二直流电抗ldc2上的电流负反馈信号，驱动第二换流阀组的全控型器件开通、关断或导通，实现boost升压电路稳定电流的输出。
12.一种电流源换流阀等效功率实验方法，其特征在于，包括以下步骤：
根据权利要求11所述的电流源换流阀等效功率实验系统进行电路连接；
选择输入电压vdc1，输出电压vdc2和输出电流idc2；
采用电压闭环控制，通过脉冲信号调节第一换流阀组的占空比，输出稳定的电压值vdc2；
采用电流闭环控制，通过脉冲信号调节第二换流阀组的占空比，输出设定的电流值idc2；
第一换流阀组和第二换流阀组的全控型器件根据脉冲信号在设定的开关频率开通、关断或导通，在输出电压vdc2，输出电流idc2的负载下按照设定时间运行，完成第一换流阀组和第二换流阀组的最大持续运行负载试验。
13.根据权利要求12所述的电流源换流阀等效功率实验方法，其特征在于，还包括以下步骤：
第二换流阀组的全控型器件根据脉冲信号在设定的开关频率开通、关断或导通，输出1.2倍的第一换流阀组和第二换流阀组额定电流值idc3，完成第一换流阀组和第二换流阀组最大暂时过载试验。
技术总结