CN102680832B - 一种输电阀的测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种输电阀的测试系统及方法，测试系统包括串联连接的调压变压器、两组阀单元和信号发生器；所述调压变压器，用于通过向与其串联的两组阀单元输出测试电压，在两组阀单元内产生交流电流；所述信号发生器，用于分别向所述两组阀单元输出周期相同，脉冲宽度不同的电压控制信号，在两组阀单元内产生直流偏置电流；其中，所述串联的两组阀单元产生的电压方向相反。本发明的系统和方法，在阀单元的测试过程中，通过两组不同脉冲宽度的脉冲信号，在被测阀单元和陪试阀单元所产生的电压不能完全抵消，残余直流电压分量，从而在串联回路中产生直流偏置电流，使得测试过程中被测阀单元的电流应力与实际运行相同。

Description

一种输电阀的测试系统及方法

技术领域

本发明涉及电力系统及电力电子系统当中的输电阀的测试系统，具体涉及一种输电阀的测试系统及方法。

背景技术

高压直流输电中，输电的阀单元的可靠性非常重要。在设计和生产中，都需要对阀单元进行充分的测试，以保证阀在各种情况下的可靠性。阀的测试中，非常重要的一点是，必须测试阀在各种电压、电流、温度及动态应力组合下的可靠性，确保测试条件能够与阀在实际运行中所承受的应力等效，最好能够让阀承担和实际使用中等效的应力。否则，阀的测试将不能完整地表明阀在实际使用中的可靠性。为了模拟在实际使用中可能遇到的各种应力，现有技术对传统的晶闸管阀设计了各种合成实验。

目前主流的电压源型高压直流输电阀主要由可关断器件组成，目的是可以实现对有功、无功的独立快速控制，更好地满足了电力系统的需要。图1是电压源型高压直流输电的变流器结构图，图2是图1中的阀单元结构。电压源型高压直流输电过程中，阀中流过的电流是带直流偏置的工频交流电流，其电流的波形如图3所示。然而传统测试方法中，目前都采用纯正弦电流来进行测试，在被测阀单元的输出端接一个负载电抗，并且让被测阀单元输出固定频率的正弦调制电压，在负载电抗和被测阀单元中上产生正弦电流。

很明显，在传统的测试方法中被测试的阀单元或多个阀单元组成的阀组上没有直流偏置电流，测试环境和实际运行环境的电流应力不同，故不能精确评估阀/阀组在实际运行中的可靠性。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种输电阀的测试系统及方法，以解决由于上述被测阀单元或阀组在测试过程不具有直流偏置电流，导致不能验证实际运行过程中的可靠性的问题。

为解决上述问题，本发明提供一种直流输电阀的测试系统，包括：

串联连接的调压变压器、两组阀单元和信号发生器；

所述调压变压器，用于通过向与其串联的两组阀单元输出测试电压，在两组阀单元内产生交流电流；

所述信号发生器，用于分别向所述两组阀单元输出周期相同，脉冲宽度不同的电压控制信号，在两组阀单元内产生直流偏置电流；其中，所述串联的两组阀单元产生的电压方向相反。

本发明提供一种输电阀的测试方法，包括：

在两组相互串联的阀单元上串联调压变压器；其中，两组阀单元的电压方向相反；

测试过程中，通过设置调压变压器的电压，调节两组阀单元的交流电流；同时，通过信号发生器在同一时刻分别向两组阀单元输出周期相同，脉冲宽度不同的电压控制信号，在两组阀单元内产生直流偏置电流。

相对于现有技术，本发明具有以下优点：本发明一种输电阀的测试系统及方法，测试系统包括：一个用来产生交流电流的调压变压器以及输出两组不同脉冲信号的信号发生器；被试模组由多个等同的被测阀单元串联在一起组成，镜像模组由多个等同的陪试阀单元串联在一起组成；被试模组、镜像模组、调压变压器的副边串联在一起；通过控制可调压变压器的输电电压大小来控制各被测/陪试阀中的交流电流大小，通过控制产生的两组不同宽度的脉冲信号的差值来控制阀中电流的直流偏置的大小和方向。本发明的系统和方法，在阀单元的测试过程中，通过两组不同脉冲宽度的脉冲信号，在被测阀单元和陪试阀单元所产生的电压不能完全抵消，残余直流电压分量，从而在串联回路中产生直流偏置电流，使得测试过程中被测阀单元的电流应力与实际运行相同。

附图说明

图1为现有技术电压源型高压直流输电的换流器结构示意图；

图2为基于图1的阀单元结构；

图3为实际运行中阀单元内所通过电流的波形图；

图4为实施例中测试系统的结构框图；

图5为实施例中不同脉冲宽度的电压信号叠加后的电压波形的示意图；

图6为阀单元的电路结构图；

图7为图4中阀单元供电的直流电源拓扑结构；

图8为图4中另一种阀单元的供电的直流电源拓扑结构图。

具体实施方式

为清楚说明本发明中的技术方案，下面给出优选的实施例并结合附图详细说明。

参见图4，本发明一种输电阀的测试系统包括：

串联连接的调压变压器、被测阀单元和陪试阀单元，以及用于控制阀单元的信号发生器；

所述调压变压器，用于通过向与其串联的两组阀单元（被测阀单元和陪试阀单元）输出测试的电压，在所述阀单元内产生交流电流；

所述信号发生器，用于在同一时刻向被测阀单元和陪试阀单元输出两组周期相同，脉冲宽度不同的电压控制信号，在被测阀单元和陪试阀单元内产生直流偏置电流。其中，被测阀单元和陪试阀单元所产生的电压方向相反。

信号发生器产生图4中的相近的控制信号。

在实施例中，所述信号发生器与每个所述阀单元之间通过光纤相连接；

或，所述信号发生器与每个所述阀单元之间通过现场总线相连接。

在实施例中，所述信号发生器为工控机或单片机。可以通过编程发出指定的脉冲序列。

确定被测阀单元和陪试阀单元的控制脉冲后，可以在单片机或者工控机内部运行控制程序，直接发出所需的控制脉冲序列。

参见图4，在实施例中，测试系统连接两组阀单元，一组为待测试的被测阀单元，另一组为陪试阀单元。两组阀单元相互串联连接，所产生的电压方向相反，内部电流方向相反、大小相同。

多个被测阀单元串联在一起组成了被试模组，多个陪试阀单元串联在一起组成了镜像模组。被试模组、镜像模组、调压变压器的副边串联在一起。

通过控制调压变压器的输电电压大小来控制阀单元中的交流电流的大小。具体确定调变压器的输出电压大小有两种方法：

交流电流控制方法1：由测试要求确定被测阀单元交流电流幅值I_AC，假设串联回路(包括被测阀单元、陪试阀单元、调压变压器副边)总的电抗为L，交流的频率为f₀，那么调整可调变压器的输出，使其输出交流电压为：

V_AC=I_AC*L*2πf₀

交流电流控制方法2：由测试要求确定被测阀单元交流电流幅值I_AC，当被测阀单元中的实际交流电流比I_AC小时，就增大调压变压器的输出；当被测阀单元中的实际交流电流比I_AC大时，就减小调压变压器的输出电压；如此调节，直到被测阀单元中的实际交流电流等于I_AC为止。

被测阀单元和陪试阀单元的控制脉冲为周期相同、脉冲宽度不同的脉冲信号，其宽度差用来控制各阀单元的电流直流偏置。控制脉冲如图5所示，参见图5，图5为增大阀单元中的电流直流偏置时的控制脉冲示意图，从图中可以看到，镜像模组中的陪试阀单元和被试模组中的被测阀单元的输出电压基本相同，由于测试系统的器件的串联关系，使得两个模组的阀单元的电压基本相互抵消，只剩下一些很窄的脉冲，形成输电电压的直流分量，用来控制电流中的直流偏置。具体确定被测阀单元和陪试阀单元的脉冲宽度差有两种方法：

方法1：参见图5，由测试要求确定被测阀单元的控制脉冲信号，如图5“被测阀单元1”所示。由测试要求确定被测阀单元的直流电流偏置I_DC，假设串联回路总的电阻为R，交流的频率为f₀，每周期中被测单元控制脉冲的上升、下降沿数为n，每个阀单元的直流电容电压为V_dc那么陪试阀单元的每个控制脉冲沿需要比被测阀单元的控制脉冲沿平移：

t=R*I_DC/V_dc/f₀

其中，当t>0时，上升沿向右移t，下降沿向左移t，如图5所示。当t<0时，上升沿向左移，下降沿向右移，与图5所示移动方向相反。从而可以确定图5“合成输出电压”和图5“陪试阀单元1”。

方法2：参见图5，由测试要求确定被测阀单元的控制脉冲信号，如图5“被测阀单元1”所示。由测试要求确定被测阀单元的直流电流偏置I_DC；检测被测阀单元中的直流电流偏置，当实际直流电流偏置比I_DC小时，增大陪试阀单元和被测阀单元的脉冲宽度差；当实际直流电流偏置比I_DC大时，减小陪试阀单元和被测阀单元的脉冲宽度差。直到实际电流偏置和I_DC相同。

图4中的阀单元的数量可以是一个被测阀单元与一个陪试阀单元，通过连接实施例中的系统，同样可以进行被测阀单元的测试。

每个阀单元的结构可采用图6所示电路结构图，包括：两个IGBT、一个可控硅、一个开关以及一个电容组成。从该电路结构一端引出P1、N1两接线头用来串联其他的阀单元，从另一端引出P2、N2两接线头用来接直流供电电源。

在测试系统中，每个阀单元通过直流供电电源为其供电，直流供电电源电路如图7所示，参见图7，该直流供电电路由6个二极管组成的三相不可控全桥组成，当然，还可以采用如图8所示的电源结构，图8中的可控整流电源拓扑结构是由6个IGBT组成三相可控全桥。使用可控整流桥的好处是，阀单元的直流电压会比较稳定，而且能实现功率回馈。

通过上述的实施例的系统，本发明还提供一种输电阀的测试方法，包括：

在两组相互串联的阀单元上串联调压变压器；其中，其中一组阀单元为待测的阀单元，另一组为所产生电压与其反向的陪试阀单元；

在测试过程中，通过设置所述调压变压器的电压调节所述阀单元的交流电流的大小；同时，通过所述信号发生器在向与所述阀单元输出两组周期相同，脉冲宽度不同的电压控制信号，在所述阀单元内产生直流偏置。

通过上述的方法，在被测的阀单元内产生具有直流偏置的交流电流，从而模拟出与运行环境相同的测试环境，从而测量出被测阀单元在运行环境下的性能。

本实施例的优点是，不需要额外的大电流整流电路，简化了测试系统，节约了成本。其中被试模组中各被测阀单元的控制脉冲根据测试需要和实际运行中可能遇到的情况设计多种测试案例，而陪试阀单元的控制脉冲根据电流直流偏置大小情况而定，通过适当增加/减小被测阀单元的脉冲宽度得到。

对于本发明各个实施例中所阐述的系统及方法，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种输电阀的测试系统，其特征在于，包括：串联连接的调压变压器、两组阀单元和信号发生器；

所述调压变压器，用于通过向与其串联的两组阀单元输出测试电压，在两组阀单元内产生交流电流；

所述信号发生器，用于分别向所述两组阀单元输出周期相同，脉冲宽度不同的电压控制信号，在两组阀单元内产生直流偏置电流；其中，所述串联的两组阀单元产生的电压方向相反；

其中，两组脉冲电压控制信号的脉冲宽度之间的差值与所述直流偏置电流的值成线性关系；

所述两组阀单元为两组晶闸管阀单元，其中一组为被测阀单元，另一组为陪试阀单元。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述信号发生器与两组阀单元中的每个阀单元之间通过光纤或现场总线相连接。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述信号发生器为工控机或单片机。

4.一种输电阀的测试方法，其特征在于，包括：

在两组相互串联的阀单元上串联调压变压器；其中，两组阀单元的电压方向相反；

测试过程中，通过设置调压变压器的电压，调节两组阀单元的交流电流；同时，通过信号发生器在同一时刻分别向两组阀单元输出周期相同，脉冲宽度不同的电压控制信号，在两组阀单元内产生直流偏置电流；两组脉冲电压控制信号的脉冲宽度之间的差值与所述直流偏置电流的值成线性关系；

所述两组阀单元为两组晶闸管阀单元，其中一组为被测阀单元，另一组为陪试阀单元。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述信号发生器与两组阀单元中的每个阀单元之间通过光纤或现场总线相连接。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述信号发生器为工控机或单片机。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括：

如果检测到被测的阀单元中的直流偏置电流小于阈值，则增大信号发生器发出的两组电压控制信号的脉冲宽度差值；如果检测到所述被测的阀单元中的直流偏置电流大于阈值，则减小信号发生器发出的两组电压控制信号的脉冲宽度差值。

8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括：

如果检测到被测的阀单元中的交流电流小于阈值，则增大调压变压器的输出电压；如果检测到被测的阀单元中的交流电流大于阈值，则减小调压变压器的输出电压。