專(zhuān)利名稱(chēng)：一種模塊化多電平換流閥的集成試驗(yàn)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電力電子領(lǐng)域，具體涉及ー種模塊化多電平換流閥的集成試驗(yàn)電路。
背景技術(shù)：
模塊化多電平換流閥在高壓直流輸電(HVDC)、靈活交流輸電(FACTS)等高壓大容量應(yīng)用場(chǎng)合正日益推廣，其必須按照IEC相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)際運(yùn)行エ況進(jìn)行出廠試驗(yàn)和型式試驗(yàn)，以檢驗(yàn)其設(shè)計(jì)和生產(chǎn)。目前模塊化多電平換流閥試驗(yàn)方法和試驗(yàn)裝置仍是空白。模塊化多電平換流閥采用功率模塊PM級(jí)聯(lián)的方法來(lái)提升換流閥的電壓和容量等級(jí)，如圖I所示。功率模塊通常包括四個(gè)部分(見(jiàn)圖2) (1)由多個(gè)全控型器件如絕緣柵雙極晶體管IGBT模塊組成的半橋結(jié)構(gòu)電カ電子單元，每個(gè)IGBT模塊內(nèi)集成了反并聯(lián)ニ極管；
(2)起儲(chǔ)能和直流電壓支撐作用的電容C ; (3)控制和保護(hù)功率模塊的模塊控制器；(4)為模塊控制器供電的高位取能電源。換流閥有4種基本運(yùn)行エ況(a)上電；(b)閉鎖；(c)解鎖；(d)掉電。其中，換流閥解鎖后，根據(jù)負(fù)載的不同，分為空載、滿載和過(guò)負(fù)載運(yùn)行。此外，換流閥通常配置有過(guò)壓、過(guò)流、過(guò)溫和短路等保護(hù)。模塊化多電平換流閥具有如下突出的特點(diǎn)I)換流閥功率模塊的級(jí)聯(lián)數(shù)需根據(jù)實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)情況確定，可從幾只到上百只。2)在高壓應(yīng)用場(chǎng)合，模塊控制器帶電工作依賴于主電。這是由于換流閥各功率模塊處于不同的高電位(百千伏以上)，模塊控制器的供電電源通常采用從主電路部件高位取能方式，以避免與地電位的高電壓隔離難題。換流閥試驗(yàn)一方面要求完成換流閥控制保護(hù)功能和各種運(yùn)行エ況的試驗(yàn)檢驗(yàn)，另一方面必須要充分考慮到模塊化多電平換流閥特殊性，因此對(duì)換流閥的試驗(yàn)方法和電路設(shè)計(jì)需滿足以下要求(I)滿足換流閥功率模塊級(jí)聯(lián)數(shù)可變的試驗(yàn)要求。(2)通常來(lái)說(shuō)，在換流閥上主電之前需要其控制器先正常工作，以實(shí)施換流閥上電過(guò)程中的可靠控制和保護(hù)。而高壓模塊化多電平換流閥采取高位取能供電模式，其控制器無(wú)法提前帶電工作，因此試驗(yàn)方法必須考慮此エ況下?lián)Q流閥的安全測(cè)試，在換流閥本身有故障的情況避免由于試驗(yàn)導(dǎo)致其故障范圍擴(kuò)大。

實(shí)用新型內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供一種模塊化多電平換流閥的集成試驗(yàn)電路，該電路有效集成了換流閥的電壓調(diào)節(jié)、交流試驗(yàn)電路和直流試驗(yàn)電路，結(jié)合從交流充電到直流帶載、從低壓到額定電壓到過(guò)壓、從空載到滿載到過(guò)載到短路的試驗(yàn)方法，對(duì)換流閥實(shí)施全面、系統(tǒng)和可靠的試驗(yàn)。本實(shí)用新型提供的一種模塊化多電平換流閥的集成試驗(yàn)電路，其改進(jìn)之處在干，所述集成試驗(yàn)電路包括主電路、試品閥和控制保護(hù)電路；所述主電路分別與単相交流試驗(yàn)電源和所述試品閥連接，所述控制保護(hù)電路分別與所述主電路和所述試品閥連接。本實(shí)用新型提供的第一優(yōu)選方案的集成試驗(yàn)電路，其改進(jìn)之處在于，所述主電路包括調(diào)壓回路、単相交流試驗(yàn)回路、直流試驗(yàn)回路和負(fù)載；所述單相交流試驗(yàn)回路和所述直流試驗(yàn)回路并聯(lián)后與所述調(diào)壓回路串聯(lián)；所述單相交流試驗(yàn)回路包括兩個(gè)輸出端(I、II);所述直流試驗(yàn)回路包括兩個(gè)輸出端(I、II);所述單相交流試驗(yàn)回路的輸出端I和輸出端II之間設(shè)置負(fù)載。本實(shí)用新型提供的第二優(yōu)選方案的集成試驗(yàn)電路，其改進(jìn)之處在于，所述控制保護(hù)電路包括閥基控制器和主電路控制器；所述閥基控制器分別與所述試品閥連接和所述主電路控制器連接；所述主電路控制器與所述主電路連接。本實(shí)用新型提供的第三優(yōu)選方案的集成試驗(yàn)電路，其改進(jìn)之處在于，所述試品閥 為換流閥，所述試品閥包括試品閥A和試品閥B ；所述試品閥A的正極和所述試品閥B的正極分別與所述單相交流試驗(yàn)回路的兩個(gè)輸出端(I、II)連接；所述試品閥A的電容極或所述試品閥B的電容極與所述直流試驗(yàn)回路的輸出端I連接；；所述試品閥A和所述試品閥B的負(fù)極短接并與所述直流試驗(yàn)回路的輸出端II連接。本實(shí)用新型提供的第四優(yōu)選方案的集成試驗(yàn)電路，其改進(jìn)之處在于，所述主電路包括開(kāi)關(guān)(K1-K4),所述開(kāi)關(guān)K1設(shè)置在所述調(diào)壓回路和所述單相交流試驗(yàn)電路之間；所述開(kāi)關(guān)K2設(shè)置在所述調(diào)壓回路和所述直流試驗(yàn)回路之間；所述開(kāi)關(guān)K3設(shè)置在所述直流試驗(yàn)回路和所述試品閥之間；所述開(kāi)關(guān)K4設(shè)置在所述單相交流試驗(yàn)回路的兩個(gè)輸出端(1、11)之間，與所述負(fù)載串聯(lián)。本實(shí)用新型提供的較優(yōu)選方案的集成試驗(yàn)電路，其改進(jìn)之處在于，所述單相交流試驗(yàn)回路包括電阻、電流傳感器和IGBT模塊；所述電流傳感器和所述IGBT模塊串聯(lián)后與所述單相交流試驗(yàn)回路的輸出端II連接；所述電阻與所述單相交流試驗(yàn)回路的輸出端I連接。與現(xiàn)有技術(shù)比，本實(shí)用新型的有益效果為I.本實(shí)用新型檢測(cè)并保證了換流閥的正常運(yùn)行，當(dāng)換流閥被誤操作時(shí)，通過(guò)電壓信號(hào)提出錯(cuò)誤提示。2.本實(shí)用新型有效集成了換流閥的調(diào)壓、交流、直流試驗(yàn)電路，完成試驗(yàn)電壓、電流可調(diào)整的換流閥充電及帶載試驗(yàn)。3.采用交流充電全面檢查換流閥正、反向充電通路中元器件工作狀態(tài)，確保后續(xù)試驗(yàn)的安全可靠性。4.利用無(wú)功能量交換產(chǎn)生大電流，減小主電路有功損耗和試驗(yàn)輸入電源的容量。
圖I為現(xiàn)有的模塊化多電平換流閥。圖2為現(xiàn)有的模塊化多電平換流閥功率模塊。[0028]圖3為本實(shí)用新型提供的模塊化電平換流閥集成試驗(yàn)電路。圖4為本實(shí)用新型提供的模塊化多電平換流閥集成試驗(yàn)電路平穩(wěn)切換控制。其中，P和N為換流閥輸出端；Ne為功率模塊的儲(chǔ)能電容極；E為直流電能；PM為換流閥的功率模塊；Np和Nn為換流閥的功率模塊的輸出端；Ctr和Ctrx為控制器的信號(hào)；K1-K4為開(kāi)關(guān)；CT1為電流傳感器。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
作進(jìn)ー步的詳細(xì)說(shuō)明。如圖3所示，本實(shí)施例的集成試驗(yàn)電流包括三個(gè)部分主電路、試品閥和控制保護(hù)電路。控制保護(hù)電路控制主電路和試品閥，進(jìn)行試品閥充電和帶載試驗(yàn)。主電路包括調(diào)壓回路、単相交流試驗(yàn)回路、直流試驗(yàn)回路、負(fù)載和開(kāi)關(guān)K1-K4 ;單相交流試驗(yàn)回路和直流試驗(yàn)回路并聯(lián)后與調(diào)壓回路串聯(lián)；在單項(xiàng)交流試驗(yàn)回路和調(diào)壓回路之間的支路上設(shè)置開(kāi)關(guān)K1 ;在直流試驗(yàn)回路和調(diào)壓回路之間的支路上設(shè)置開(kāi)關(guān)K2。単相交流試驗(yàn)回路和直流試驗(yàn)回路均包括兩個(gè)輸出端1、11 ;單相交流試驗(yàn)回路的輸出端I和輸出端II之間設(shè)置負(fù)載L和開(kāi)關(guān)K4,負(fù)載L和開(kāi)關(guān)K4串聯(lián)。試品閥為換流閥，試品閥包括試品閥A和試品閥B ;試品閥A的正極(設(shè)為P極)和試品閥B的正極(設(shè)為P極)分別與單相交流試驗(yàn)回路的兩個(gè)輸出端1、11連接；試品閥A的電容極(設(shè)為E極)或所述試品閥B的電容極(設(shè)為E極)與直流試驗(yàn)回路的輸出端I連接；；試品閥A和試品閥B的負(fù)極(設(shè)為N扱)短接并與直流試驗(yàn)回路的輸出端II連接，并且直流試驗(yàn)回路的輸出端II接地。在所述直流試驗(yàn)回路和所述試品閥之間設(shè)置開(kāi)關(guān)K3?？刂票Ｗo(hù)電路包括閥基控制器和主電路控制器；閥基控制器分別與試品閥連接和主電路控制器連接；主電路控制器與主電路連接。調(diào)壓回路與単相交流試驗(yàn)連接。調(diào)壓回路調(diào)節(jié)輸入交流試驗(yàn)電源電壓幅值的大小，用于滿足不同功率模塊串聯(lián)級(jí)數(shù)換流閥的試驗(yàn)電壓等級(jí)要求。具體的，本實(shí)施例對(duì)繼承試驗(yàn)電流的控制方法包括如下步驟(I)主電路控制器將所述開(kāi)關(guān)(K1-K4)均設(shè)置為斷開(kāi)狀態(tài)；(2)主電路控制器閉合所述開(kāi)關(guān)K1，調(diào)壓回路將電流經(jīng)過(guò)單相交流試驗(yàn)回路傳給試品閥，閥基控制設(shè)備控制試品閥，進(jìn)打試品閥充電試驗(yàn)；單相交流試驗(yàn)回路輸出的正極和地分別接至試品閥A和試品閥B的正極P，兩試品閥負(fù)極N短接，實(shí)現(xiàn)帶載試驗(yàn)前兩試品的交流充電試驗(yàn)。交流充電克服了直流單向充電的缺點(diǎn)，可以在帶載試驗(yàn)之前全面檢查換流閥正、反向充電通路中元器件工作狀態(tài)，可及早發(fā)現(xiàn)換流閥本身有故障，避免由于試驗(yàn)導(dǎo)致其故障范圍擴(kuò)大，確保后續(xù)試驗(yàn)的安全可靠性。(3)根據(jù)步驟⑵的結(jié)果，若試品閥連接正確，則進(jìn)行步驟(4)，否則返回步驟(I)并且調(diào)換試品閥的接入方法；(4)主電路控制器斷開(kāi)所述開(kāi)關(guān)K1,閉合所述開(kāi)關(guān)K2、K3和K4，調(diào)壓回路將電流經(jīng)過(guò)直流試驗(yàn)回路轉(zhuǎn)化成直流傳給試品閥和負(fù)載，進(jìn)行帶載試驗(yàn)。換流閥的帶載試驗(yàn)通常為了在產(chǎn)生大電流同時(shí)減小主電路有功損耗和試驗(yàn)輸入電源的容量，通常利用無(wú)功能量交換產(chǎn)生大電流，有功功率主要為試品閥開(kāi)關(guān)器件損耗。試品閥A的正極P和試品閥B的正極P直接連接了一個(gè)電抗器負(fù)載L，通過(guò)主電路控制器控制兩試品閥分別產(chǎn)生相位差O 180度的正弦PWM波或階梯波，使兩試品閥中的儲(chǔ)能電容C和電抗器L之間產(chǎn)生能量交換，實(shí)現(xiàn)兩試品閥的帶載試驗(yàn)，通過(guò)調(diào)節(jié)試品閥生成的正弦波的相位差、調(diào)制比或電抗器電感值均可調(diào)節(jié)試驗(yàn)電流的大小。由于兩試品的正極、負(fù)極和電感間構(gòu)成了能量交換回路，無(wú)法采用交流回路通過(guò)試品正極持續(xù)供電，而是采用直流回路的正極和地分別連接至試品閥A或試品閥B的儲(chǔ)能電容極E和負(fù)極N，給儲(chǔ)能電容持續(xù)供電以保證持續(xù)帶載運(yùn)行。由于兩試品閥在交流試驗(yàn)回路和直流試驗(yàn)回路中接地點(diǎn)不同，因此在交、直流試驗(yàn)回路切換是必須要解決平穩(wěn)電位切換問(wèn)題，即切換點(diǎn)N極切換前和切換后電位一致，均 為地極電位，以保證試驗(yàn)安全。如圖3，在交流正向充電時(shí)，試品閥A功率模塊下半橋的反并聯(lián)ニ極管導(dǎo)通，N極電位為交流回路地極電位；而在交流負(fù)向充電時(shí)，試品閥B功率模塊下半橋的反并聯(lián)ニ極管導(dǎo)通，N極電位為交流回路正極電位。為此，本實(shí)施例提出采用如圖4所示的交、直流回路平穩(wěn)切換控制方法，即在單相交流回路中串入一個(gè)電流傳感器和IGBT輔助閥，在交流充電試驗(yàn)時(shí)通過(guò)控制器開(kāi)通IGBT輔助閥接通反向充電回路，在試驗(yàn)回路切換時(shí)，通過(guò)控制器關(guān)閉IGBT輔助閥切斷反向充電回路，使主電路處于正向充電狀態(tài)，保證N極電位為地極，然后再關(guān)斷開(kāi)關(guān)も退出交流試驗(yàn)回路，閉合開(kāi)關(guān)も投入直流試驗(yàn)路，達(dá)到實(shí)現(xiàn)交、直流回路平穩(wěn)切換的目的。最后應(yīng)該說(shuō)明的是結(jié)合上述實(shí)施例僅說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非對(duì)其限制。所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解到本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
進(jìn)行修改或者等同替換，但這些修改或變更均在申請(qǐng)待批的權(quán)利要求保護(hù)范圍之中。
權(quán)利要求1.一種模塊化多電平換流閥的集成試驗(yàn)電路，其特征在于，所述集成試驗(yàn)電路包括主電路、試品閥和控制保護(hù)電路；所述主電路分別與單相交流試驗(yàn)電源和所述試品閥連接，所述控制保護(hù)電路分別與所述主電路和所述試品閥連接。
2.如權(quán)利要求I所述的集成試驗(yàn)電路，其特征在于，所述主電路包括調(diào)壓回路、單相交流試驗(yàn)回路、直流試驗(yàn)回路和負(fù)載；所述單相交流試驗(yàn)回路和所述直流試驗(yàn)回路并聯(lián)后與所述調(diào)壓回路串聯(lián)； 所述單相交流試驗(yàn)回路包括兩個(gè)輸出端(I、II);所述直流試驗(yàn)回路包括兩個(gè)輸出端(I、II); 所述單相交流試驗(yàn)回路的輸出端I和輸出端II之間設(shè)置負(fù)載。
3.如權(quán)利要求I所述的集成試驗(yàn)電路，其特征在于，所述控制保護(hù)電路包括閥基控制器和主電路控制器；所述閥基控制器分別與所述試品閥連接和所述主電路控制器連接；所述主電路控制器與所述主電路連接。
4.如權(quán)利要求I所述的集成試驗(yàn)電路，其特征在于，所述試品閥為換流閥，所述試品閥包括試品閥A和試品閥B ； 所述試品閥A的正極和所述試品閥B的正極分別與所述單相交流試驗(yàn)回路的兩個(gè)輸出端(I、II)連接； 所述試品閥A的電容極或所述試品閥B的電容極與所述直流試驗(yàn)回路的輸出端I連接;; 所述試品閥A和所述試品閥B的負(fù)極短接并與所述直流試驗(yàn)回路的輸出端II連接。
5.如權(quán)利要求I所述的集成試驗(yàn)電路，其特征在于，所述主電路包括開(kāi)關(guān)(K1-K4),所述開(kāi)關(guān)K1設(shè)置在所述調(diào)壓回路和所述單相交流試驗(yàn)電路之間；所述開(kāi)關(guān)1(2設(shè)置在所述調(diào)壓回路和所述直流試驗(yàn)回路之間；所述開(kāi)關(guān)K3設(shè)置在所述直流試驗(yàn)回路和所述試品閥之間；所述開(kāi)關(guān)K4設(shè)置在所述單相交流試驗(yàn)回路的兩個(gè)輸出端(I、II)之間，與所述負(fù)載串聯(lián)。
6.如權(quán)利要求2所述的集成試驗(yàn)電路，其特征在于，所述單相交流試驗(yàn)回路包括電阻、電流傳感器和IGBT模塊；所述電流傳感器和所述IGBT模塊串聯(lián)后與所述單相交流試驗(yàn)回路的輸出端II連接；所述電阻與所述單相交流試驗(yàn)回路的輸出端I連接。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種模塊化多電平換流閥的集成試驗(yàn)電路，集成試驗(yàn)電路包括主電路、試品閥和控制保護(hù)電路，控制保護(hù)電路控制主電路和試品閥，進(jìn)行試品閥充電和帶載試驗(yàn)。本實(shí)用新型檢測(cè)并保證了換流閥的正常運(yùn)行，當(dāng)換流閥被誤操作時(shí)，通過(guò)電壓信號(hào)提出錯(cuò)誤提示。本實(shí)用新型還有效集成了換流閥的調(diào)壓、交流、直流試驗(yàn)電路，完成試驗(yàn)電壓、電流可調(diào)整的換流閥充電及帶載試驗(yàn)。本實(shí)用新型采用交流充電全面檢查換流閥正、反向充電通路中元器件工作狀態(tài)，確保后續(xù)試驗(yàn)的安全可靠性。并且本實(shí)用新型利用無(wú)功能量交換產(chǎn)生大電流，減小試驗(yàn)電路有功損耗和試驗(yàn)輸入電源的容量。
文檔編號(hào)G01R31/00GK202421352SQ20112049250
公開(kāi)日2012年9月5日 申請(qǐng)日期2011年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月1日
發(fā)明者馮靜波, 呂錚, 姬大潛, 易榮, 湯廣福 申請(qǐng)人:中國(guó)電力科學(xué)研究院