專利名稱：模塊化多電平變流器子模塊測(cè)試裝置和測(cè)試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電力系統(tǒng)領(lǐng)域的模塊化多電平變流器(MMC)子模塊的測(cè)試裝置和測(cè)試方法。
背景技術(shù)：
隨著模塊化多電平變流器(MMC)技術(shù)在電力系統(tǒng)領(lǐng)域中的開(kāi)始應(yīng)用，其核心部件鏈節(jié)子模塊的可靠性成為系統(tǒng)安全運(yùn)行的關(guān)鍵。由于MMC技術(shù)普遍應(yīng)用在高壓大功率的情況下，很難在實(shí)驗(yàn)環(huán)境下構(gòu)建同實(shí)際運(yùn)行工況相同的測(cè)試條件。所以對(duì)MMC子模塊在實(shí)驗(yàn)條件下構(gòu)建等效的實(shí)驗(yàn)電路，進(jìn)行與實(shí)際工況相當(dāng)?shù)臏y(cè)試成為解決問(wèn)題的關(guān)鍵。專利CN201993425U提出了一種MMC子模塊的測(cè)試電路，如圖1所示。包括一個(gè)被測(cè)子模塊、一個(gè)輔助子模塊兩個(gè)子模塊、一個(gè)電感、放電電阻、充電電阻、直流電壓源等；兩個(gè)子模塊高壓輸出端通過(guò)一個(gè)電感連接，直流電壓源提供測(cè)試電路工作的能量；電路結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。專利CN102175942A提出的MMC子模塊的測(cè)試方法是基于兩個(gè)子模塊對(duì)接的電路拓?fù)鋪?lái)實(shí)施的；該方法需要控制四個(gè)開(kāi)關(guān)管來(lái)得到測(cè)試電流，控制較復(fù)雜；由于MMC子模塊工作在高壓大功率場(chǎng)合，所以實(shí)驗(yàn)所需的直流電壓源輸出電壓等級(jí)較高，不容易實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的控制電路較為復(fù)雜，控制算法難以實(shí)現(xiàn)，直流電壓源輸出電壓等級(jí)較高等缺點(diǎn)，提出一種MMC子模塊測(cè)試裝置和方法。本發(fā)明采用下述方案實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的本發(fā)明MMC子模塊測(cè)試裝置包括控制電路，一個(gè)直流電壓源，一個(gè)電感，兩個(gè)開(kāi)關(guān)，以及一個(gè)放電電阻。被測(cè)子模塊的高壓輸出端與電感連接，被測(cè)子模塊的低壓輸出端與直流電壓源負(fù)端直接相連；直流電壓源正端與第一開(kāi)關(guān)相連，負(fù)端與被測(cè)子模塊低壓輸出端相連；第一開(kāi)關(guān)的一端與直流電壓源的正端相連，第一開(kāi)關(guān)的另一端與電感相連；第二開(kāi)關(guān)的一端與放電電阻相連，第二開(kāi)關(guān)的另一端連接在電感和第一開(kāi)關(guān)的連接點(diǎn)上；放電電阻一端與第二開(kāi)關(guān)相連，放電電阻另一端與直流電壓源的負(fù)端相連。控制電路包括編程器件，開(kāi)關(guān)及被測(cè)子模塊開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)電路。控制電路輸出四路控制信號(hào)分別連接兩個(gè)開(kāi)關(guān)，被測(cè)子模塊的兩個(gè)開(kāi)關(guān)管。控制電路接收被測(cè)子模塊測(cè)量到的電容電壓值，用來(lái)控制電容電壓在設(shè)定范圍工作，同時(shí)控制電路還要接受電感電流，用來(lái)控制測(cè)試電流達(dá)到要求值。被測(cè)子模塊包括兩個(gè)開(kāi)關(guān)管及電容，第一開(kāi)關(guān)管的集電極接到電容的正極，第一開(kāi)關(guān)管的發(fā)射極接到第二開(kāi)關(guān)管的集電極，第二開(kāi)關(guān)管的發(fā)射極接到電容的負(fù)極。第一開(kāi)關(guān)管的發(fā)射極和第二開(kāi)關(guān)管的集電極連接點(diǎn)引出母排作為被測(cè)子模塊的高壓輸出端，第二開(kāi)關(guān)管的發(fā)射極和電容的負(fù)極連接點(diǎn)引出母排作為被測(cè)子模塊的低壓輸出端。應(yīng)用本發(fā)明所述測(cè)試裝置的MMC子模塊測(cè)試方法，包括如下步驟1、控制電路發(fā)出控制命令，斷開(kāi)第二開(kāi)關(guān)，閉合第一開(kāi)關(guān)，對(duì)被測(cè)子模塊的電容充電；2、所述控制電路對(duì)被測(cè)子模塊的兩個(gè)開(kāi)關(guān)管進(jìn)行控制，通過(guò)控制被測(cè)子模塊的兩個(gè)開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)來(lái)調(diào)整被測(cè)子模塊輸出電壓的相位和幅值，得到滿足要求的測(cè)試電流；3、閉合第二開(kāi)關(guān)、斷開(kāi)第一開(kāi)關(guān)，閉鎖被測(cè)子模塊的第二開(kāi)關(guān)管，導(dǎo)通第一開(kāi)關(guān)管，將被測(cè)子模塊的電容與電感中存儲(chǔ)的能量釋放完畢。本發(fā)明測(cè)試方法的一個(gè)優(yōu)選方案是所述步驟I中通過(guò)控制電路發(fā)出控制信號(hào)，斷開(kāi)第二開(kāi)關(guān)、閉合第一開(kāi)關(guān)，同時(shí)發(fā)出被測(cè)子模塊的兩個(gè)開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，使直流電壓源、電感、被測(cè)子模塊的第一開(kāi)關(guān)管和第二開(kāi)關(guān)管組成充電電路，對(duì)被測(cè)子模塊的電容充電。本發(fā)明測(cè)試方法的另一個(gè)優(yōu)選方案是所述步驟2中，電容的電壓達(dá)到測(cè)試要求值后控制電路啟動(dòng)測(cè)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(shí)現(xiàn)閉合控制，控制被測(cè)子模塊的第一開(kāi)關(guān)管和第二開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)，達(dá)到調(diào)整被測(cè)子模塊輸出電壓的相位和幅值的目的，從而得到滿足測(cè)試要求的電流。本發(fā)明測(cè)試方法的又一個(gè)優(yōu)選方案是所述步驟3中，控制電路發(fā)出控制信號(hào)閉合第二開(kāi)關(guān)，斷開(kāi)第一開(kāi)關(guān)，閉鎖被測(cè)子模塊的第二開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)，導(dǎo)通被測(cè)子模塊的第一開(kāi)管，通過(guò)放電電阻將被測(cè)子模塊的電容與電感存儲(chǔ)的能量釋放完畢。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，與目前的測(cè)試電路相比較，節(jié)省了 一個(gè)子模塊、一個(gè)放電電阻、一個(gè)充電電阻；且直流電壓源需要提供的電壓等級(jí)是目前測(cè)試電路直流電壓源輸出電壓等級(jí)的一半，直流電壓源更易于實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明提供的MMC子模塊測(cè)試方法，只需要控制被測(cè)子模塊的兩個(gè)開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)即可得到滿足測(cè)試要求電流，控制算法簡(jiǎn)便，參數(shù)容易調(diào)節(jié)。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)的MMC子模塊的測(cè)試電路原理圖；圖2是MMC子模塊測(cè)試裝置原理圖；圖3是MMC子模塊測(cè)試試驗(yàn)運(yùn)行電壓波形；圖4是MMC子模塊測(cè)試試驗(yàn)運(yùn)行電流波形； 圖5是MMC子模塊測(cè)試試驗(yàn)運(yùn)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(kāi)關(guān)，K2第二開(kāi)關(guān)，R放電電阻，U。電容電壓，Uan被測(cè)子模塊輸出電壓。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。圖2是MMC子模塊測(cè)試裝置原理圖。如圖2所示，本發(fā)明測(cè)試裝置包括控制電路、直流電壓源U d。、電感L、第一開(kāi)關(guān)K1、第二開(kāi)關(guān)K2，以及放電電阻R。被測(cè)子模塊的高壓輸出端A與電感L連接，被測(cè)子模塊的低壓輸出端N與直流電壓源Udc的負(fù)端直接相連；直流電壓源Ud。的正端與第一開(kāi)關(guān)Kl相連，直流電壓源Ud。的負(fù)端與被測(cè)子模塊的低壓輸出端相連；第一開(kāi)關(guān)Kl的一端與直流電壓源Udc正端相連,第一開(kāi)關(guān)Kl的另一端與電感L相連；第二開(kāi)關(guān)K2的一端與放電電阻R相連,第二開(kāi)關(guān)K2的另一端連接在電感L和第一開(kāi)關(guān)Kl的連接點(diǎn)上；放電電阻R的一端與第二開(kāi)關(guān)K2相連，放電電阻R的另一端與直流電壓源Ud。負(fù)端相連。直流電壓源ud。的功能是建立被測(cè)MMC子模塊中電容C的電壓，同時(shí)提供試驗(yàn)所需的能量；控制電路包括編程器件，以及對(duì)開(kāi)關(guān)K1、K2及開(kāi)關(guān)管S1、S2的驅(qū)動(dòng)電路，控制電路輸出四路控制信號(hào)分別連接控制兩個(gè)開(kāi)關(guān)K1、K2和被測(cè)子模塊的兩個(gè)開(kāi)關(guān)管S1、S2，用來(lái)控制開(kāi)關(guān)K1、K2和被測(cè)子模塊的兩個(gè)開(kāi)關(guān)管S1、S2。被測(cè)子模塊包括第一開(kāi)關(guān)管S1、第二開(kāi)關(guān)管S2及電容C。第一開(kāi)關(guān)管SI的集電極接到電容C的正極，第一開(kāi)關(guān)管SI的發(fā)射極接到第二開(kāi)關(guān)管S2的集電極，第二開(kāi)關(guān)管S2的發(fā)射極接到電容C的負(fù)極。第一開(kāi)關(guān)管SI的發(fā)射極和第二開(kāi)關(guān)管S2的集電極連接點(diǎn)引出母排作為被測(cè)子模塊的高壓輸出端，第二開(kāi)關(guān)管S2的發(fā)射極和電容C的負(fù)極連接點(diǎn)引出母排作為被測(cè)子模塊的低壓輸出端。開(kāi)始測(cè)試時(shí)，控制電路發(fā)出控制信號(hào)，斷開(kāi)第二開(kāi)關(guān)K2，閉合第一開(kāi)關(guān)K1，控制被測(cè)子模塊的兩個(gè)開(kāi)關(guān)管S1、S2的開(kāi)關(guān)，令直流電壓源Udc通過(guò)電感L對(duì)被測(cè)子模塊的電容C充電；當(dāng)所述的電容C的電壓達(dá)到測(cè)試要求值后，控制電路啟動(dòng)測(cè)試控制程序，控制第一開(kāi)關(guān)管SI和第二開(kāi)關(guān)管S2的開(kāi)關(guān)，使得被測(cè)子模塊的輸出電壓Uan為一個(gè)直流電壓疊加一個(gè)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(cè)試要求的電流。測(cè)試結(jié)束后，閉合第二開(kāi)關(guān)K2、斷開(kāi)第一開(kāi)關(guān)K1，閉鎖第二開(kāi)關(guān)管S2、導(dǎo)通第一開(kāi)關(guān)管SI，將被測(cè)子模塊的電容C與電感L存儲(chǔ)的能量釋放完畢。由于采用boost電路對(duì)被測(cè)子模塊的電容C進(jìn)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(cè)試試驗(yàn)工作時(shí)的電容電壓低；同時(shí)由于被測(cè)子模塊輸出電壓Uan為一個(gè)直流電壓疊加一個(gè)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(cè)試要求的試驗(yàn)電流；所以直流電壓源Ud。輸出的電壓等級(jí)不需要等于MMC子模塊電容電壓，在滿足測(cè)試條件的前提下只需要是電容電壓的一半即可。被測(cè)子模塊中的開(kāi)關(guān)管S1、S2工作在正弦脈寬調(diào)制(SPWM)方式下，采用電流閉環(huán)控制方式，實(shí)現(xiàn)電流可控，得到滿足測(cè)試要求的電流；同時(shí)加入電容C的電壓波動(dòng)范圍控制，控制電容C的電壓在設(shè)定電壓范圍內(nèi)波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)電容C的電壓達(dá)到實(shí)際工況的電壓值。被測(cè)子模塊測(cè)試試驗(yàn)運(yùn)行電壓、電流波形如圖2和圖3所述；被測(cè)子模塊測(cè)試試驗(yàn)運(yùn)行電壓波形是周期波動(dòng)的，平均值保持在設(shè)定電壓值1600V，電壓波動(dòng)范圍設(shè)為1400V到1800V ；電流波形是正弦波形，峰值為設(shè)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(shè)定值的1/2還小。
權(quán)利要求
1.一種模塊化多電平變流器子模塊測(cè)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(gè)電感(L)、兩個(gè)開(kāi)關(guān)(Kl、K2)，以及放電電阻(R);被測(cè)子模塊的高壓輸出端(A)與電感(L)連接，被測(cè)子模塊的低壓輸出端(N)與直流電壓源(Ud。)負(fù)端相連；所述直流電壓源(Ud。)的正端與第一開(kāi)關(guān)(Kl)相連，所述第一開(kāi)關(guān)(Kl)的另一端與電感(L) 相連；所述第二開(kāi)關(guān)(K2)的一端與放電電阻(R)相連，第二開(kāi)關(guān)(K2)的另一端連接在電感 (L)和第一開(kāi)關(guān)(Kl)的連接點(diǎn)上；所述放電電阻(R)的一端與第二開(kāi)關(guān)(K2)相連，放電電阻(R)的另一端與直流電壓源(Ud。)的負(fù)端相連；控制電路輸出四路控制信號(hào)，分別連接到兩個(gè)開(kāi)關(guān)(Kl、K2)、兩個(gè)開(kāi)關(guān)管(S1、S2)。
2.應(yīng)用權(quán)利要求1所述的測(cè)試裝置的測(cè)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(hào)，斷開(kāi)第二開(kāi)關(guān)(K2)，閉合第一開(kāi)關(guān)(K1)，控制電路同時(shí)發(fā)出被測(cè)子模塊的兩個(gè)開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，控制被測(cè)子模塊的開(kāi)關(guān)管(S1、S2)對(duì)被測(cè)子模塊的電容(C)充電；(2)控制電路控制第一開(kāi)關(guān)管(SI)和第二開(kāi)關(guān)管(S2)的開(kāi)關(guān)來(lái)調(diào)整被測(cè)子模塊輸出電壓(Uan)的相位和幅值；(3)通過(guò)控制電路閉合第二開(kāi)關(guān)(K2)、斷開(kāi)第一開(kāi)關(guān)(K1)，閉鎖被測(cè)子模塊的第一開(kāi)關(guān)管(S2)、導(dǎo)通第一開(kāi)關(guān)管(SI)，將被測(cè)子模塊的電容(C)，以及電感(L)存儲(chǔ)的能量釋放完畢。
3.如權(quán)利要求2所述的測(cè)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(hào)，斷開(kāi)第二開(kāi)關(guān)(K2)、閉合第一開(kāi)關(guān)(K1)，同時(shí)發(fā)出被測(cè)子模塊的兩個(gè)開(kāi)關(guān)管 (S1、S2)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，使直流電壓源(Ud。)、電感(L)、被測(cè)子模塊的第一開(kāi)關(guān)管(SI)和第二開(kāi)關(guān)管(S2)組成充電電路，對(duì)被測(cè)子模塊的電容(C)充電。
4.如權(quán)利要求2所述的測(cè)試方法，其特征在于，所述步驟(2)中，調(diào)整被測(cè)子模塊輸出電壓(Uan)的相位和幅值是當(dāng)被測(cè)子模塊的電容(C)的電壓達(dá)到測(cè)試要求值后，啟動(dòng)測(cè)試控制程序，通過(guò)控制電路發(fā)出被測(cè)子模塊的第一開(kāi)關(guān)管(SI)和第二開(kāi)關(guān)管(S2)的控制信號(hào)控制兩個(gè)開(kāi)關(guān)管(S1、S2)的開(kāi)關(guān)，從而調(diào)整被測(cè)子模塊輸出電壓的相位和幅值，得到滿足測(cè)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(cè)試裝置和測(cè)試方法，被測(cè)子模塊的高壓輸出端(A)通過(guò)電感(L)、開(kāi)關(guān)(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(fù)端。放電電阻(R)與第二開(kāi)關(guān)(K2)串聯(lián)后接入直流電壓源(Udc)的負(fù)端與電感(L)和第一開(kāi)關(guān)(K1)的連接點(diǎn)之間?？刂齐娐窋嚅_(kāi)第二開(kāi)關(guān)(K2)，閉合第一開(kāi)關(guān)(K1)，控制開(kāi)關(guān)管(S1、S2)對(duì)電容(C)充電，達(dá)到所需的電壓值后，控制電路啟動(dòng)測(cè)試程序，控制開(kāi)關(guān)管(S1、S2)的開(kāi)關(guān)改變被測(cè)子模塊輸出電壓(UAN)的相位和幅值，得到滿足測(cè)試要求的電流；測(cè)試結(jié)束閉合第二開(kāi)關(guān)(K2)，斷開(kāi)第一開(kāi)關(guān)(K1)，控制開(kāi)關(guān)管(S1、S2)的開(kāi)關(guān)釋放電容(C)、電感(L)存儲(chǔ)的能量。
文檔編號(hào)G01R31/00GK103018586SQ20121047278
公開(kāi)日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月20日
發(fā)明者王平, 楚遵方 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院電工研究所