專利名稱：模塊化多電平變流器子模塊測試裝置和測試方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電力系統(tǒng)領域的模塊化多電平變流器(MMC)子模塊的測試裝置和測試方法。
背景技術：
隨著模塊化多電平變流器(MMC)技術在電力系統(tǒng)領域中的開始應用，其核心部件鏈節(jié)子模塊的可靠性成為系統(tǒng)安全運行的關鍵。由于MMC技術普遍應用在高壓大功率的情況下，很難在實驗環(huán)境下構建同實際運行工況相同的測試條件。所以對MMC子模塊在實驗條件下構建等效的實驗電路，進行與實際工況相當?shù)臏y試成為解決問題的關鍵。專利CN201993425U提出了一種MMC子模塊的測試電路，如圖1所示。包括一個被測子模塊、一個輔助子模塊兩個子模塊、一個電感、放電電阻、充電電阻、直流電壓源等；兩個子模塊高壓輸出端通過一個電感連接，直流電壓源提供測試電路工作的能量；電路結構較為復雜。專利CN102175942A提出的MMC子模塊的測試方法是基于兩個子模塊對接的電路拓撲來實施的；該方法需要控制四個開關管來得到測試電流，控制較復雜；由于MMC子模塊工作在高壓大功率場合，所以實驗所需的直流電壓源輸出電壓等級較高，不容易實現(xiàn)。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術的控制電路較為復雜，控制算法難以實現(xiàn)，直流電壓源輸出電壓等級較高等缺點，提出一種MMC子模塊測試裝置和方法。本發(fā)明采用下述方案實現(xiàn)本發(fā)明的目的本發(fā)明MMC子模塊測試裝置包括控制電路，一個直流電壓源，一個電感，兩個開關，以及一個放電電阻。被測子模塊的高壓輸出端與電感連接，被測子模塊的低壓輸出端與直流電壓源負端直接相連；直流電壓源正端與第一開關相連，負端與被測子模塊低壓輸出端相連；第一開關的一端與直流電壓源的正端相連，第一開關的另一端與電感相連；第二開關的一端與放電電阻相連，第二開關的另一端連接在電感和第一開關的連接點上；放電電阻一端與第二開關相連，放電電阻另一端與直流電壓源的負端相連?？刂齐娐钒ň幊唐骷?，開關及被測子模塊開關管的驅動電路?？刂齐娐份敵鏊穆房刂菩盘柗謩e連接兩個開關，被測子模塊的兩個開關管?？刂齐娐方邮毡粶y子模塊測量到的電容電壓值，用來控制電容電壓在設定范圍工作，同時控制電路還要接受電感電流，用來控制測試電流達到要求值。被測子模塊包括兩個開關管及電容，第一開關管的集電極接到電容的正極，第一開關管的發(fā)射極接到第二開關管的集電極，第二開關管的發(fā)射極接到電容的負極。第一開關管的發(fā)射極和第二開關管的集電極連接點引出母排作為被測子模塊的高壓輸出端，第二開關管的發(fā)射極和電容的負極連接點引出母排作為被測子模塊的低壓輸出端。應用本發(fā)明所述測試裝置的MMC子模塊測試方法，包括如下步驟1、控制電路發(fā)出控制命令，斷開第二開關，閉合第一開關，對被測子模塊的電容充電；2、所述控制電路對被測子模塊的兩個開關管進行控制，通過控制被測子模塊的兩個開關管的開關來調整被測子模塊輸出電壓的相位和幅值，得到滿足要求的測試電流；3、閉合第二開關、斷開第一開關，閉鎖被測子模塊的第二開關管，導通第一開關管，將被測子模塊的電容與電感中存儲的能量釋放完畢。本發(fā)明測試方法的一個優(yōu)選方案是所述步驟I中通過控制電路發(fā)出控制信號，斷開第二開關、閉合第一開關，同時發(fā)出被測子模塊的兩個開關管的驅動信號，使直流電壓源、電感、被測子模塊的第一開關管和第二開關管組成充電電路，對被測子模塊的電容充電。本發(fā)明測試方法的另一個優(yōu)選方案是所述步驟2中，電容的電壓達到測試要求值后控制電路啟動測試控制程序?？刂齐娐犯鶕?jù)采集到的電容電壓和電感電流實現(xiàn)閉合控制，控制被測子模塊的第一開關管和第二開關管的開關，達到調整被測子模塊輸出電壓的相位和幅值的目的，從而得到滿足測試要求的電流。本發(fā)明測試方法的又一個優(yōu)選方案是所述步驟3中，控制電路發(fā)出控制信號閉合第二開關，斷開第一開關，閉鎖被測子模塊的第二開關管的開關，導通被測子模塊的第一開管，通過放電電阻將被測子模塊的電容與電感存儲的能量釋放完畢。本發(fā)明的優(yōu)點在于，與目前的測試電路相比較，節(jié)省了 一個子模塊、一個放電電阻、一個充電電阻；且直流電壓源需要提供的電壓等級是目前測試電路直流電壓源輸出電壓等級的一半，直流電壓源更易于實現(xiàn)。本發(fā)明提供的MMC子模塊測試方法，只需要控制被測子模塊的兩個開關管的開關即可得到滿足測試要求電流，控制算法簡便，參數(shù)容易調節(jié)。


圖1為現(xiàn)有技術的MMC子模塊的測試電路原理圖；圖2是MMC子模塊測試裝置原理圖；圖3是MMC子模塊測試試驗運行電壓波形；圖4是MMC子模塊測試試驗運行電流波形； 圖5是MMC子模塊測試試驗運行直流電壓源電壓波形；圖2中，U d。直流電壓源，L電感，Kl第一開關，K2第二開關，R放電電阻，U。電容電壓，Uan被測子模塊輸出電壓。
具體實施例方式以下結合附圖和具體實施方式
進一步說明本發(fā)明。圖2是MMC子模塊測試裝置原理圖。如圖2所示，本發(fā)明測試裝置包括控制電路、直流電壓源U d。、電感L、第一開關K1、第二開關K2，以及放電電阻R。被測子模塊的高壓輸出端A與電感L連接，被測子模塊的低壓輸出端N與直流電壓源Udc的負端直接相連；直流電壓源Ud。的正端與第一開關Kl相連，直流電壓源Ud。的負端與被測子模塊的低壓輸出端相連；第一開關Kl的一端與直流電壓源Udc正端相連,第一開關Kl的另一端與電感L相連；第二開關K2的一端與放電電阻R相連,第二開關K2的另一端連接在電感L和第一開關Kl的連接點上；放電電阻R的一端與第二開關K2相連，放電電阻R的另一端與直流電壓源Ud。負端相連。直流電壓源ud。的功能是建立被測MMC子模塊中電容C的電壓，同時提供試驗所需的能量；控制電路包括編程器件，以及對開關K1、K2及開關管S1、S2的驅動電路，控制電路輸出四路控制信號分別連接控制兩個開關K1、K2和被測子模塊的兩個開關管S1、S2，用來控制開關K1、K2和被測子模塊的兩個開關管S1、S2。被測子模塊包括第一開關管S1、第二開關管S2及電容C。第一開關管SI的集電極接到電容C的正極，第一開關管SI的發(fā)射極接到第二開關管S2的集電極，第二開關管S2的發(fā)射極接到電容C的負極。第一開關管SI的發(fā)射極和第二開關管S2的集電極連接點引出母排作為被測子模塊的高壓輸出端，第二開關管S2的發(fā)射極和電容C的負極連接點引出母排作為被測子模塊的低壓輸出端。開始測試時，控制電路發(fā)出控制信號，斷開第二開關K2，閉合第一開關K1，控制被測子模塊的兩個開關管S1、S2的開關，令直流電壓源Udc通過電感L對被測子模塊的電容C充電；當所述的電容C的電壓達到測試要求值后，控制電路啟動測試控制程序，控制第一開關管SI和第二開關管S2的開關，使得被測子模塊的輸出電壓Uan為一個直流電壓疊加一個交流電壓，輸出的直流電壓大小等于直流電壓源Ud。的電壓值，從而使得輸出的交流電壓加在了電感L上，控制輸出的交流電壓的幅值及相位就可以得到滿足測試要求的電流。測試結束后，閉合第二開關K2、斷開第一開關K1，閉鎖第二開關管S2、導通第一開關管SI，將被測子模塊的電容C與電感L存儲的能量釋放完畢。由于采用boost電路對被測子模塊的電容C進行充電，所以直流電壓源U d。輸出的電壓允許比MMC子模塊測試試驗工作時的電容電壓低；同時由于被測子模塊輸出電壓Uan為一個直流電壓疊加一個交流電壓，只要輸出的直流電壓大小等于直流電壓源Ud。的電壓值，就使得輸出的交流電壓加在了電感L上，控制輸出的交流電壓的幅值及相位就可以得到滿足測試要求的試驗電流；所以直流電壓源Ud。輸出的電壓等級不需要等于MMC子模塊電容電壓，在滿足測試條件的前提下只需要是電容電壓的一半即可。被測子模塊中的開關管S1、S2工作在正弦脈寬調制(SPWM)方式下，采用電流閉環(huán)控制方式，實現(xiàn)電流可控，得到滿足測試要求的電流；同時加入電容C的電壓波動范圍控制，控制電容C的電壓在設定電壓范圍內波動，實現(xiàn)電容C的電壓達到實際工況的電壓值。被測子模塊測試試驗運行電壓、電流波形如圖2和圖3所述；被測子模塊測試試驗運行電壓波形是周期波動的，平均值保持在設定電壓值1600V，電壓波動范圍設為1400V到1800V ；電流波形是正弦波形，峰值為設定幅值1000A，頻率為50Hz ；圖4是直流電壓源Udc的電壓波形，直流電壓源的電壓為700V，比電容電壓設定值的1/2還小。
權利要求
1.一種模塊化多電平變流器子模塊測試裝置，其特征在于，所述的裝置包括控制電路、 直流電壓源(ud。)、一個電感(L)、兩個開關(Kl、K2)，以及放電電阻(R);被測子模塊的高壓輸出端(A)與電感(L)連接，被測子模塊的低壓輸出端(N)與直流電壓源(Ud。)負端相連；所述直流電壓源(Ud。)的正端與第一開關(Kl)相連，所述第一開關(Kl)的另一端與電感(L) 相連；所述第二開關(K2)的一端與放電電阻(R)相連，第二開關(K2)的另一端連接在電感 (L)和第一開關(Kl)的連接點上；所述放電電阻(R)的一端與第二開關(K2)相連，放電電阻(R)的另一端與直流電壓源(Ud。)的負端相連；控制電路輸出四路控制信號，分別連接到兩個開關(Kl、K2)、兩個開關管(S1、S2)。
2.應用權利要求1所述的測試裝置的測試方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟(1)控制電路發(fā)出控制信號，斷開第二開關(K2)，閉合第一開關(K1)，控制電路同時發(fā)出被測子模塊的兩個開關管的驅動信號，控制被測子模塊的開關管(S1、S2)對被測子模塊的電容(C)充電；(2)控制電路控制第一開關管(SI)和第二開關管(S2)的開關來調整被測子模塊輸出電壓(Uan)的相位和幅值；(3)通過控制電路閉合第二開關(K2)、斷開第一開關(K1)，閉鎖被測子模塊的第一開關管(S2)、導通第一開關管(SI)，將被測子模塊的電容(C)，以及電感(L)存儲的能量釋放完畢。
3.如權利要求2所述的測試方法，其特征在于，所述步驟(I)中，所述的控制電路發(fā)出控制信號，斷開第二開關(K2)、閉合第一開關(K1)，同時發(fā)出被測子模塊的兩個開關管 (S1、S2)的驅動信號，使直流電壓源(Ud。)、電感(L)、被測子模塊的第一開關管(SI)和第二開關管(S2)組成充電電路，對被測子模塊的電容(C)充電。
4.如權利要求2所述的測試方法，其特征在于，所述步驟(2)中，調整被測子模塊輸出電壓(Uan)的相位和幅值是當被測子模塊的電容(C)的電壓達到測試要求值后，啟動測試控制程序，通過控制電路發(fā)出被測子模塊的第一開關管(SI)和第二開關管(S2)的控制信號控制兩個開關管(S1、S2)的開關，從而調整被測子模塊輸出電壓的相位和幅值，得到滿足測試要求的電流。
全文摘要
一種模塊化多電平變流器子模塊測試裝置和測試方法，被測子模塊的高壓輸出端(A)通過電感(L)、開關(K1)連接直流電壓源(Udc)的正端，低壓輸出端(N)連接直流電壓源(Udc)的負端。放電電阻(R)與第二開關(K2)串聯(lián)后接入直流電壓源(Udc)的負端與電感(L)和第一開關(K1)的連接點之間?？刂齐娐窋嚅_第二開關(K2)，閉合第一開關(K1)，控制開關管(S1、S2)對電容(C)充電，達到所需的電壓值后，控制電路啟動測試程序，控制開關管(S1、S2)的開關改變被測子模塊輸出電壓(UAN)的相位和幅值，得到滿足測試要求的電流；測試結束閉合第二開關(K2)，斷開第一開關(K1)，控制開關管(S1、S2)的開關釋放電容(C)、電感(L)存儲的能量。
文檔編號G01R31/00GK103018586SQ20121047278
公開日2013年4月3日 申請日期2012年11月20日 優(yōu)先權日2012年11月20日
發(fā)明者王平, 楚遵方 申請人:中國科學院電工研究所