CN104808070A - 一种换流阀晶闸管级阻尼回路参数测试装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种换流阀晶闸管级阻尼回路参数测试装置和方法，包括用于将激励源施加至被测晶闸管级的测控系统及与测控系统连接的信号采集单元，所述信号采集单元包括用于在测试时测量阻尼回路两端电压信号的电压传感器和测量流过阻尼回路的电流信号的电流传感器，用于施加至晶闸管级试品的测控系统的激励源为50Hz工频交流电源。该方法通过将50Hz的工频交流电源施加在晶闸管级试品两端，同时利用晶闸管级试品电压和电流的相位差，来计算阻尼电阻和阻尼电容。该测试装置的结构简单、操作方便、测试准确。由于该装置的测试工况和换流阀晶闸管级的实际运行工况完全相同，该特点决定了其测试结果的准确可靠性。

Description

一种换流阀晶闸管级阻尼回路参数测试装置和方法

技术领域

本发明属于高压直流输电技术领域，具体涉及一种换流阀晶闸管级阻尼回路参数测试装置和方法。

背景技术

换流阀是高压直流输电工程中的重要元件，晶闸管级阻尼回路是换流阀的重要组成部分。阻尼回路包括阻尼电阻和阻尼电容，其作用是保证晶闸管间的电压分布均匀，对直流输电的安全运行具有重要意义。因此，阻尼回路元件参数的准确测试极其重要。

对阻尼回路测试的传统方法主要是利用万用表、电桥等进行直接测试，这种方法需要拆除原有电路，进行逐一测量，可以保证测试准确性，但操作麻烦，浪费时间且存在破坏原电路的风险。

中国专利号201110049981.5公开了一种新型直流换流阀晶闸管级阻抗测试装置，其测试原理是通过测试系统将DC直流，100Hz交流源，10kHz交流源三种激励源的电压施加至晶闸管级试品，然后测量晶闸管级两端的电压和流过晶闸管级试品的电流，并将二者进行除法运算，计算晶闸管级试品的阻抗，并将测试结果通过CAN总线上传至控制显示系统，以便于对例行试验的结果进行判断。该方法相对于传统的测试方法，测试速度和方便程度上虽然有所提高，但是由于该测试方法采用的是三种不同频率的激励源，而阻尼回路中电容的容值会随外加电源频率的不同而有所改变，因此该激励源的特点就决定了其测试结果存在不准确性，造成其测试准确度的降低。

发明内容

本发明的目的是提供一种换流阀晶闸管级阻尼回路参数测试装置,用以准确快捷的测试阻尼回路的参数，同时通过一种使用该装置的测试方法。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种换流阀晶闸管级阻尼回路参数测试装置，包括用于将激励源施加至被测晶闸管级的测控系统及与测控系统连接的信号采集单元，所述信号采集单元包括用于在测试时测量阻尼回路两端电压信号的电压传感器和测量流过阻尼回路的电流信号的电流传感器，用于施加至晶闸管级试品的测控系统的激励源为50Hz工频交流电源。

所述测控系统包括分别与电压传感器、电流传感器的信号输出端顺次连接的信号调理电路、过零比较电路，过零比较电路的输出端与控制器连接，所述控制器用于根据阻尼回路两端的电压和流过阻尼回路的电流值，并结合电压与电流的相位差计算阻尼电阻和阻尼电容的数值。

所述控制器上还连接有显示单元。

一种换流阀晶闸管级阻尼回路参数测试方法，测控系统将50Hz工频交流电源的激励源施加被测至晶闸管级，测量测试过程中阻尼回路两端的电压U和流过阻尼回路的电流值I，并结合电压与电流的相位差δ计算得到阻尼电阻R和阻尼电容C的数值。

阻尼电阻R和阻尼电容C的计算公式如下：

       $\frac{U}{I}=\sqrt{R^2+\frac{1}{{\mathrm{\ω}}^2{C}^2}},\tan \mathrm{\δ}=\frac{1}{\mathrm{\ωRC}}$

得到：

       $R=\frac{U}{I\sqrt{1+{\tan }^2\mathrm{\δ}}},C=\frac{I\sqrt{1+{\tan }^2\mathrm{\δ}}}{\mathrm{\ω}U\tan \mathrm{\δ}}$

其中，由于施加的电源是工频50Hz，故ω＝2πf＝314。

根据控制系统所设定的参数范围，判断所计算出的阻尼电阻R、阻尼电容C的计算结果是否合格。

本发明的换流阀晶闸管级阻尼回路测试装置及方法是通过将50Hz的工频交流电源施加在晶闸管级试品两端，同时利用晶闸管级试品电压和电流的相位差，来计算阻尼电阻和阻尼电容。该测试装置的结构简单、操作方便、测试准确。由于该装置的测试工况和换流阀晶闸管级的实际运行工况完全相同，该特点决定了其测试结果的准确可靠性。也就是说该测试方法与现有方法的测试原理存在本质上的不同，此不同点直接决定了测试结果准确性的差异，也就是本发明的测试方法比现有方法更准确、更快速的最根本原因。

附图说明

图1为本发明换流阀晶闸管级阻尼回路测试装置系统框图；

图2为测控系统原理框图；

图3为阻尼回路阻抗向量图。

具体实施方式

下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。

如图1所示为本发明换流阀晶闸管级阻尼回路参数测试装置的原理框图，由图可知，被测晶闸管级包括晶闸管VT以及电阻R和电容C1串联组成的阻尼回路，晶闸管VT与阻尼回路并联。该装置包括用于将激励源施加至被测晶闸管级的测控系统及与测控系统连接的信号采集单元，该信号采集单元包括用于在测试时测量阻尼回路两端的电压信号的电压传感器和测量流过阻尼回路的电流信号的电流传感器，用于施加至晶闸管级试品的测控系统的激励源为50Hz工频交流电源。

如图2所示，本实施例的测控系统包括分别与电压传感器、电流传感器的信号输出端顺次连接的信号调理电路、过零比较电路，过零比较电路的输出端与控制器连接，控制器用于根据晶闸管级两端的电压和流过晶闸管级的电流值，并结合电压与电流的相位差计算阻尼电阻和阻尼电容的数值，且该控制器上还连接有用于显示测试结果的显示单元。这里控制器的选型可有多种选择，只要能够满足使用要求均可，本实施例选择DSP+FPGA。

本发明还提供了一种换流阀晶闸管级阻尼回路参数测试方法，为了尽量符合换流阀的实际运行工况，该方法是通过测控系统将50Hz工频交流电源的激励源施加被测至晶闸管级两端。由于晶闸管不导通，相当于开路，可视为无电流流过。因此，流过晶闸管级的电流等于阻尼回路的电流。通过电压传感器和电流传感器可测得测试过程中阻尼回路两端电压(即晶闸管级两端的电压)U和流过阻尼回路(即晶闸管级)的电流值I，并结合电压与电流的相位差δ计算得到阻尼电阻R和阻尼电容C的数值。

阻尼电容R和阻尼电容C的计算公式如下：

       $\frac{U}{I}=\sqrt{R^2+\frac{1}{{\mathrm{\ω}}^2{C}^2}}---\left(1\right)$

其中，由于施加的电源是工频50Hz，故ω＝2πf＝314。

另外，通过电压传感器和电流传感器采集到的电压、电流实时信号分别经过信号调理电路和过零比较电路后，转换为两路方波信号。由于阻尼电容的作用，这两路信号存在时间差Δt(利用FPGA的并行运行功能计算出两路方波信号的时间差)，再根据相位差δ和时间差Δt之间的关系，计算出电压与电流的相位差δ，其计算公式为:

如图所示，电阻R和容抗1/ωC存在正切关系，即：

       $\tan \mathrm{\δ}=\frac{1}{\mathrm{\ωRC}}---\left(2\right)$

将公式(1)和公式(2)联立，可得：

       $R=\frac{U}{I\sqrt{1+{\tan }^2\mathrm{\δ}}},C=\frac{I\sqrt{1+{\tan }^2\mathrm{\δ}}}{\mathrm{\ω}U\tan \mathrm{\δ}}$

测控系统根据上述过程计算出R和C的值后，根据其所设定的参数范围，判断所计算出的R、C的计算结果是否合格，并通过显示单元进行显示。

以上实施例仅用于帮助理解本发明的核心思想，不能以此限制本发明，对于本领域的技术人员，凡是依据本发明的思想，对本发明进行修改或者等同替换，在具体实施方式及应用范围上所做的任何改动，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种换流阀晶闸管级阻尼回路参数测试装置，包括用于将激励源施加至被测晶闸管级的测控系统及与测控系统连接的信号采集单元，所述信号采集单元包括用于在测试时测量阻尼回路两端电压信号的电压传感器和测量流过阻尼回路的电流信号的电流传感器，其特征在于：用于施加至晶闸管级试品的测控系统的激励源为50Hz工频交流电源。

2.根据权利要求1所述的换流阀晶闸管级阻尼回路参数测试装置，其特征在于：所述测控系统包括分别与电压传感器、电流传感器的信号输出端顺次连接的信号调理电路、过零比较电路，过零比较电路的输出端与控制器连接，所述控制器用于根据阻尼回路两端的电压和流过阻尼回路的电流值，并结合电压与电流的相位差计算阻尼电阻和阻尼电容的数值。

3.根据权利要求2所述的换流阀晶闸管级阻尼回路参数测试装置，其特征在于：所述控制器上还连接有显示单元。

4.一种换流阀晶闸管级阻尼回路参数测试方法，其特征在于，测控系统将50Hz工频交流电源的激励源施加被测至晶闸管级，测量测试过程中阻尼回路两端的电压U和流过阻尼回路的电流值I，并结合电压与电流的相位差δ计算得到阻尼电阻R和阻尼电容C的数值。

5.根据权利要求4所述的换流阀晶闸管级阻尼回路参数测试方法，其特征在于，阻尼电阻R和阻尼电容C的计算公式如下：

$\frac{U}{I}\sqrt{R^2+\frac{1}{{\mathrm{\ω}}^2{C}^2}},\tan \mathrm{\δ}=\frac{1}{\mathrm{\ωRC}}$

得到：

$R=\frac{U}{I\sqrt{I+{\tan }^2\mathrm{\δ}}},C=\frac{I\sqrt{1+{\tan }^2\mathrm{\δ}}}{\mathrm{\ω}U\tan \mathrm{\δ}}$

其中，由于施加的电源是工频50Hz，故ω＝2πf＝314。

6.根据权利要求4或5所述的换流阀晶闸管级阻尼回路参数测试方法，其特征在于：根据控制系统所设定的参数范围，判断所计算出的阻尼电阻R、阻尼电容C的计算结果是否合格。