CN106597142B - 一种svg功率模块的自动测试装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种SVG功率模块的自动测试装置，包括监控后台、主控单元、可调直流电源和功率模块波形检测单元，该自动测试装置能够进行以下几种测试中的至少两种：通信测试、功率模块预检测试、模入量精度测试、母线过压保护测试、温度保护测试和波形测试；主控单元执行相应的指令，接收被测功率模块反馈的对应信号，通过与对应的设定值进行比较来判断功率模块的相应功能是否合格；当满足进行下一个测试的条件时，自动进行下一个测试。只通过该自动测试装置就能够实现多种不同的测试，不用可以搭建不同的试验电路，降低了测试复杂度，而且，提高了测试的精准度，同时降低了投入成本。

Description

一种SVG功率模块的自动测试装置
技术领域
本发明涉及一种SVG功率模块的自动测试装置。
背景技术
随着风电、光伏等可再生清洁能源产业迅速发展，电网运行的稳定性和电网质量日益显得更加重要，链式高压静止无功发生器(简称SVG)是目前无功功率控制领域内的最佳方案，SVG核心部分功率柜主要由功率模块单元组成，功率模块单元采用H桥拓扑结构；SVG还包括用于对功率模块单元进行相应控制的SCE板。
以35kV变电站为例，所配静止无功发生器每相包括42个功率模块，共126个功率模块。通常一个大型变电站、光伏、风电场项目需配置多套静止无功发生器，包括数百个功率模块，企业生产过程中，必须对每一个功率模块性能进行全面测试，由于每种测试均需要搭建对应的测试电路，那么，如果对功率模块进行全面测试，就需搭建多个测试电路，费时又费力。
发明内容
本发明的目的是提供一种SVG功率模块的自动测试装置，用以解决每种测试均需要搭建对应的测试电路的问题。
为实现上述目的，本发明的方案包括：一种SVG功率模块的自动测试装置，包括主控单元，用于对功率模块供电以及提供可调测试电源的可调直流电源，以及用于检测功率模块波形的功率模块波形检测单元，所述主控单元输入连接所述功率模块波形检测单元，所述主控单元具有用于与功率模块通信的通信接口；
该自动测试装置用于进行以下几种测试中的至少两种：通信测试、功率模块预检测试、模入量精度测试、母线过压保护测试、温度保护测试和波形测试；
在测试时，主控单元接收由功率模块或功率模块波形检测单元反馈的对应信号，通过与对应的设定数据信号进行比较来判断功率模块的相应功能是否合格；然后，当满足进行下一个测试的条件时，自动进行下一个测试。
主控单元包括中央处理器、模入量采集模块、越限比较模块和通信模块，所述模入量采集模块通过越限比较模块连接中央处理器的数据采集接口，所述中央处理器通过通信模块连接所述通信接口。
所述自动测试装置还包括用于下发控制指令的监控后台，所述监控后台与所述主控单元通信连接。
所述功率模块波形检测单元为示波器。
所述通信测试的测试过程为：主控单元向功率模块的SCE板下发通信报文，若功率模块向主控单元反馈对应的通信报文，则判定通信测试合格。
所述功率模块预检测试的测试过程为：主控单元向功率模块的SCE板下发预检报文，SCE板采集功率模块内部相关信息，然后反馈给主控单元，主控单元将采集到的相关信息与对应的设定信息进行比较，若误差在设定范围内，则判定预检合格。
所述模入量精度测试的测试过程为：主控单元向可调直流电源下发指令，使其输出设定的电压，同时向功率模块SCE板下发模入量精度检测报文，SCE板采集直流母线电压并反馈给主控单元，主控单元将功率模块SCE板采集到的电压与可调直流电源输出电压进行比较，若误差在设定范围内，则判定模入量精度测试合格。
所述母线过压保护测试的测试过程为：主控单元向可调直流电源下发指令，使其输出设定的母线过压保护电压，同时向功率模块SCE板下发母线过压保护检测报文，若SCE板向主控单元反馈故障信息，则判定母线过压保护测试合格。
所述温度保护测试的测试过程为：主控单元向功率模块SCE板下发温度保护检测报文，SCE板采集功率模块的开关器件内置NTC电阻的阻值，并将阻值转换为对应的温度值，主控单元将采集到的温度信息与环境温度做比较，若二者误差在设定范围内，则判定温度保护测试合格。
所述波形测试的测试过程为：主控单元向功率模块SCE板下发波形测试指令报文，SCE板发出触发脉冲使开关器件开通工作，功率模块波形检测单元检测开关器件的波形，并将波形信息输出给主控单元，主控单元将实际波形与预设波形信息进行比较，若两者的误差在设定范围内，则判定波形测试合格。
本发明提供的SVG功率模块的自动测试装置能够实现多种测试功能，不同的测试功能对应有不同的测试策略，但是，不管怎样的测试策略，均能够在该自动测试装置上实现，所以，只通过该自动测试装置就能够实现多种不同的测试，不用因测试的不同而搭建不同的试验电路，降低了测试复杂度，提高了测试的精准度，同时降低了投入成本。并且，由于该测试装置能够进行多种测试，其测试效率较高。并且，在完成一种测试时，如果满足一定的条件，测试装置能够自动进行下一个测试，无需人工手动切换测试功能，节约了测试的时间，实现快速测试，一个功率模块进行所有的测试功能所花费的时间也仅有几分钟而已，并且，由于只有在更换功率模块时才涉及人工操作，所以，该自动测试装置能够降低测试人员的劳动强度，避免了测试人员误操作以及测试人员技术水平不足导致的误判，同时避免了因人为因素造成的测试项的遗漏，进而提升了测试质量。
附图说明
图1是SVG自动测试装置的拓扑图；
图2是SVG自动测试装置的结构框图；
图3是SVG自动测试装置主控单元的结构框图；
图4是SVG自动测试装置测试流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
如图1所示，链式高压静止无功发生器SVG的功率模块自动测试装置包括主控单元、高压可调直流电源、功率模块波形检测单元和监控后台。
如图2所示，主控单元为该自动测试装置的核心部分，用于对各测试功能的实现过程进行控制。高压可调直流电源(简称可调直流电源)用于输出所需的直流电压，并且，输出的直流电压可调节。功率模块波形检测单元用于检测功率模块中的开关器件(本实施例以IGBT为例)通断产生的波形。监控后台用于向主控单元下发控制指令。
主控单元可以采用常规的控制设备或者控制芯片，本实施例中给出一种具体的结构，如图3所示，主控单元包括中央处理器、模入量采集模块(简称模入采集模块)、越限比较模块、通信模块和逻辑转换模块；其中，中央处理器分别与通信模块、逻辑转换模块、越限比较模块相连。模入采集模块用于接收输入的模拟量信息，由于一般情况下，采集到的模拟量信息均以电压形式传输，则为了便于数据的处理，该模入采集模块还能够将采集到的高电压信号转换为低压信号，然后传递给越限比较模块，越限比较模块用于将接收到的数据信息与设定的数据信息(比如设定的数值或者设定的范围)进行比较，并将比较结果反馈给中央处理器。中央处理器通过通信模块连接通信接口，该通信接口通过光纤与功率模块进行通信。另外，由于逻辑转换模块的功能并非本发明的重点，这里就不再对其进行具体说明。
高压可调直流电源为常规技术，目前市场上已有较为广泛地应用，本实施例中就不再对其结构进行具体说明，其作用是给被测功率模块供电及提供可调测试电源。本实施例给出高压可调直流电源的一种具体型号，为大连泰思曼TRC2025系列高压电源，可输出0-5kV，输出精度达0.1％。图1中的R为限流电阻，C为支撑电容。
在本实施例中，功率模块波形检测单元为示波器，具体的型号为泰克DPO3034，支持波形存储及以太网通信功能，以便测试波形记录存储，并与监控后台通信实时通信，以实现功率模块IGBT的波形自动检测功能。本实施例中，采集的功率模块IGBT的波形为SPWM波形。
监控后台以一体机电脑作硬件平台，以Visual Studio.NET开发工具制作的监控软件，操作界面友好，参数设置便捷，可时刻控制测试进度及记录测试数据。
测试开始之前，首先需要先连接链式高压静止无功发生器功率模块自动测试装置与功率模块间的各功率线、通信控制线及波形检测线，由于功率线、通信控制线及波形检测线的连接属于常规技术，这里就不再对具体的连接方式进行说明。
然后，监控后台发送自动检测运行指令，此时主控单元根据接收到的指令向高压可调电源发送输出控制指令，使被测功率模块正常供电；被测功率模块正常工作后，测试装置主控单元发送通信测试、功率模块预检测试、模入量精度测试、保护功能测试、SPWM发波测试等功能指令，并接收由被测功率模块反馈回来的对应信号(被测功率模块反馈回来的对应信号为功率模块本身直接反馈给主控单元的信号或功率模块波形检测单元反馈给主控单元的信号)，通过与对应的设定值进行比较，来判断被测功率模块各项功能是否合格；并且，在满足进行下一个测试的条件时，自动进行下一个测试。图4给出了一种具体的测试流程，这几种测试的先后顺序为通信测试、功率模块预检测试、模入量精度测试、保护功能测试和SPWM发波测试。其中，保护功能测试包括母线过压保护测试和温度保护测试。
以下对这几种测试功能的实现过程分别进行详细说明。
通信测试执行逻辑过程：监控后台下发通信测试指令，主控单元接收到该指令后，给被测功率模块SCE板下发通信报文，如果功率模块给主控单元反馈对应的通信报文，则判定通信测试合格，否则通信测试不合格。进一步地，主控单元将测试结果反馈给监控后台，如果测试合格，监控后台自动下发下一个测试指令；如果测试不合格，则结束测试。
功率模块预检测试执行逻辑过程：监控后台下发模块预检测试指令，主控单元接收到该指令后，给被测功率模块SCE板下发预检报文，SCE板采集功率模块内部电源板工作电压、IGBT及驱动板工况状态量等内部数据信息，并反馈给主控单元，主控单元将采集到的内部数据信息与对应的预定值进行比较，若两者误差在设定范围内，则判定预检测试合格，否则，预检测试不合格。进一步地，主控单元将结果反馈给监控后台，如果测试合格，监控后台自动下发下一个测试指令；如果测试不合格，则结束测试。
模入量精度测试执行逻辑过程：监控后台下发模入量精度测试指令，主控单元接收到该指令后，给高压可调直流电源下发指令，使其输出设定的电压值，本实施例中，为了保证测试结果的准确度，分别输出400V、1000V两个不同的电压等级，以进行两次测试。同时给被测功率模块SCE板下发模入量精度检测报文，SCE板采集直流母线电压并反馈给主控单元，主控单元模入采集模块分别将直流母线电压信号和高压可调直流电源输出的电压信号转换为对应的低电压信号，越限比较模块将转换的低电压信号进行对比，若二者误差符合标准要求，即在设定范围内，则判定模入量精度测试合格，否则，测试不合格。进一步地，主控单元将测试结果反馈给监控后台，如果测试合格，则直接自动下发下一个测试指令；如果测试不合格，监控后台自动记录故障信息，然后下发下一个测试指令。
母线过压保护测试执行逻辑过程：监控后台下发母线过压保护测试指令，主控单元接收到该指令后，给高压可调直流电源下发指令，使其输出一个母线过压保护电压，同时给被测功率模块SCE板下发母线过压保护检测报文，SCE板采集直流母线电压，由于直流母线电压为上述母线过压保护电压，即直流母线电压达到过压保护值，若SCE板能够向主控单元反馈故障信息，则判定母线过压保护测试合格，否则，测试不合格。进一步地，主控单元将测试结果反馈给监控后台，如果测试合格，则直接自动下发下一个测试指令；如果测试不合格，监控后台自动记录故障信息，然后下发下一个测试指令。
温度保护测试执行逻辑过程：监控后台下发温度保护测试指令，测试装置主控单元接收到该指令后，给被测功率模块SCE板下发温度保护检测报文，SCE板采集功率模块的IGBT内置NTC电阻的阻值，并将阻值转换成对应的温度信号。由于温度值通常情况下以电压的形式存在并传输，那么，本实施例中，SCE板采集NTC电阻的阻值，并将阻值转换成电压信号，然后将该电压信号传递至主控单元；同时，主控单元模入采集模块采集环境温度，并将温度值转换为对应的电压信号；越限比较模块将将功率模块内置NTC的阻值转换的电压信号和环境温度转换的电压信号进行对比，如果二者误差符合标准要求，即在设定的范围内，则判定温度保护测试合格，否则，测试不合格。进一步地，主控单元将测试结果反馈给监控后台，如果测试合格，则直接自动下发下一个测试指令；如果测试不合格，监控后台自动记录故障信息，然后下发下一个测试指令。
SPWM发波测试执行逻辑过程：监控后台下发SPWM发波测试指令，主控单元接收到该指令后，给被测功率模块SCE板下发发波测试指令报文，SCE板向IGBT下发触发脉冲，IGBT开通工作，示波器检测并记录SPWM波形，并将波形信息传递至主控单元，主控单元将实际检测的波形与预设的波形信息进行比较，若两者的误差符合标准要求，即误差在设定范围内，则判定SPWM发波测试合格，否则，测试不合格。进一步地，主控单元将测试结果反馈给监控后台，如果测试合格，则测试结束；如果测试不合格，监控后台自动记录故障信息，并结束测试。
所以，该测试装置在进行测试时，各个测试之间是自动进行的，在进行完一个测试之后，如果满足相应的条件，则直接自动进入下一个测试，直至完成所有的测试。
所有的测试结束后，表示该台功率模块测试结束，去除自动测试装置与被测功率模块之间的各连接线，并更换下一台功率模块进行测试，测试过程与上述相同，以此实现所有的功率模块的测试。
上述测试过程的优点在于：测试接线少，接线方便快捷；先进行预检然后在无预检故障前提下再进行模入量精度测试、保护功能测试和SPWM发波测试，整个过程全自动完成；在一台功率模块测试结束后，只需移除连接功率模块的几根线，即可进行下一台功率模块测试，整个测试过程在大约4分钟内可全部完成，则1小时可测试15个功率模块，按每天8小时推算，每天可检测120个功率模块，测试效率较现有的测试手段提高了至少2倍。
上述几种测试功能之间是相互独立的，所以，本发明并不局限于图4给出的测试顺序，这几个测试可以根据实际需要进行先后测试顺序的排布，比如：在进行完模入量精度测试之后，如果满足相应的条件，则自动进行SPWM发波测试，之后如果满足相应的条件，则自动进行保护功能测试。而且，本发明提供的测试装置可以进行上述全部测试，也可以是其中的一部分，但是最少得进行两个测试。
上述实施例中，监控后台下发测试指令，主控单元根据接收到的测试指令来进行相应地测试控制，这只是一种具体的实施方式，作为其他的实施方式，监控后台还可以不设置，主控单元同时作为测试的出发点以及测试的控制核心，相应地，主控单元就无需上送测试结果。
以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种SVG功率模块的自动测试装置，其特征在于，包括主控单元，用于对功率模块供电以及提供可调测试电源的可调直流电源，以及用于检测功率模块波形的功率模块波形检测单元，所述主控单元的输入端连接所述功率模块波形检测单元，所述主控单元具有用于与功率模块通信的通信接口；
该自动测试装置用于进行以下几种测试中的至少两种：通信测试、功率模块预检测试、模入量精度测试、母线过压保护测试、温度保护测试和波形测试；
在测试时，主控单元接收由功率模块或功率模块波形检测单元反馈的对应信号，通过与对应的设定数据信号进行比较来判断功率模块的相应功能是否合格；然后，当满足进行下一个测试的条件时，自动进行下一个测试。
2.根据权利要求1所述的SVG功率模块的自动测试装置，其特征在于，主控单元包括中央处理器、模入量采集模块、越限比较模块和通信模块，所述模入量采集模块通过越限比较模块连接中央处理器的数据采集接口，所述中央处理器通过通信模块连接所述通信接口。
3.根据权利要求1所述的SVG功率模块的自动测试装置，其特征在于，所述自动测试装置还包括用于下发控制指令的监控后台，所述监控后台与所述主控单元通信连接。
4.根据权利要求1所述的SVG功率模块的自动测试装置，其特征在于，所述功率模块波形检测单元为示波器。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的SVG功率模块的自动测试装置，其特征在于，所述通信测试的测试过程为：主控单元向功率模块的SCE板下发通信报文，若功率模块向主控单元反馈对应的通信报文，则判定通信测试合格。
6.根据权利要求1-4任意一项所述的SVG功率模块的自动测试装置，其特征在于，所述功率模块预检测试的测试过程为：主控单元向功率模块的SCE板下发预检报文，SCE板采集功率模块内部相关信息，然后反馈给主控单元，主控单元将采集到的相关信息与对应的设定信息进行比较，若误差在设定范围内，则判定预检合格。
7.根据权利要求1-4任意一项所述的SVG功率模块的自动测试装置，其特征在于，所述模入量精度测试的测试过程为：主控单元向可调直流电源下发指令，使其输出设定的电压，同时向功率模块SCE板下发模入量精度检测报文，SCE板采集直流母线电压并反馈给主控单元，主控单元将功率模块SCE板采集到的电压与可调直流电源输出电压进行比较，若误差在设定范围内，则判定模入量精度测试合格。
8.根据权利要求1-4任意一项所述的SVG功率模块的自动测试装置，其特征在于，所述母线过压保护测试的测试过程为：主控单元向可调直流电源下发指令，使其输出设定的母线过压保护电压，同时向功率模块SCE板下发母线过压保护检测报文，若SCE板向主控单元反馈故障信息，则判定母线过压保护测试合格。
9.根据权利要求1-4任意一项所述的SVG功率模块的自动测试装置，其特征在于，所述温度保护测试的测试过程为：主控单元向功率模块SCE板下发温度保护检测报文，SCE板采集功率模块的开关器件内置NTC电阻的阻值，并将阻值转换为对应的温度值，然后将对应的温度值传递至主控单元；主控单元将采集到的温度信息与环境温度做比较，若二者误差在设定范围内，则判定温度保护测试合格。
10.根据权利要求1-4任意一项所述的SVG功率模块的自动测试装置，其特征在于，所述波形测试的测试过程为：主控单元向功率模块SCE板下发波形测试指令报文，SCE板发出触发脉冲使开关器件开通工作，功率模块波形检测单元检测开关器件的波形，并将波形信息输出给主控单元，主控单元将实际波形与预设波形信息进行比较，若两者的误差在设定范围内，则判定波形测试合格。
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