CN107015081B - 一种阻尼模块试验装置及其试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开两种结构的阻尼模块试验装置，其中一种结构包括电源、电源开关、第一半桥功率模块、第二半桥功率模块、负载电抗和n个待试阻尼模块，n为自然数；其中，第一、第二半桥功率模块的结构相同，均包括相互并联的电阻、储能电容和桥臂，且第一、第二半桥功率模块同向并联；电源与电源开关串联后，两端分别与第一半桥功率模块的两端连接；所述负载电抗与n个待试阻尼模块相串联后，两端分别与第一、第二半桥功率模块的桥臂输出中点连接。此种试验装置可在若干个阻尼模块上等效再现稳态工况和暂态工况下的电压应力、电流应力和热应力。本发明还公开分别基于前述结构的阻尼模块试验装置的试验方法。

Description

一种阻尼模块试验装置及其试验方法

技术领域

本发明属于电力电子应用领域，特别涉及一种阻尼模块试验装置及其试验方法。

背景技术

基于模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter，MMC)技术的柔性直流输电技术有着广阔的应用前景，由于直流输电线路长度可能达几千公里，发生直流短路故障的概率很大。目前常用的基于半桥结构的模块化多电平换流阀子模块由于全控型开关器件反并联续流二极管的存在，在直流侧故障时，通常无法采用控制或者闭锁换流器的方法来限制短路电流，一般只能通过断开交流侧断路器来分断故障电流，导致了系统故障后无法实现快速恢复。

在换流器的桥臂中加入阻尼模块，在直流侧发生故障后，快速闭锁阻尼模块的双向通流开关，投入阻尼电阻，可以有效抑制直流短路电流的上升率和加快交流侧断路器跳开后故障电流的快速衰减。

阻尼模块在出厂时需要对其进行详细完备的例行试验，对阻尼模块中全控型半导体开关器件构建与实际工况相同或相近的电压应力、电流应力和热应力等效试验环境是提高阻尼模块可靠性的重要试验手段。本案正是基于阻尼模块的出厂例行试验需求产生。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种阻尼模块试验装置及其试验方法，可在若干个阻尼模块上等效再现稳态工况和暂态工况下的电压应力、电流应力和热应力。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种阻尼模块试验装置，包括电源、电源开关、第一半桥功率模块、第二半桥功率模块、负载电抗和n个待试阻尼模块，n为自然数；其中，第一、第二半桥功率模块的结构相同，均包括相互并联的电阻、储能电容和桥臂，且第一、第二半桥功率模块同向并联；电源与电源开关串联后，两端分别与第一半桥功率模块的两端连接；所述负载电抗与n个待试阻尼模块相串联后，两端分别与第一、第二半桥功率模块的桥臂输出中点连接。

上述桥臂包括第一、第二开关元件，且第一、第二开关元件分别连接反并联二极管，第一、第二开关元件顺序串联后，再与储能电容并联。

上述电源具备输出缓启动功能。

上述待试阻尼模块包括阻尼电阻、全控型开关器件、续流二极管和旁路开关，其中，全控型开关器件和续流二极管反向并联组成一个半导体模块，所述阻尼电阻、旁路开关和半导体模块相互并联。

一种基于如前所述阻尼模块试验装置的试验方法，包括如下步骤：

步骤1，闭合电源开关，电源对第一、第二半桥功率模块中的储能电容充电；

步骤2，当第一、第二半桥功率模块的储能电容电压达到设定值时，先解锁待试的n个阻尼模块，再解锁第一、第二半桥功率模块，调整流过负载电抗、待试阻尼模块的电流，从而在待试阻尼模块上建立起等效工况下的稳态电压应力、电流应力和热应力；

步骤3，待试阻尼模块在等效工况下的电压应力、电流应力和热应力稳态运行一定时间后，调节流过待试阻尼模块的暂态电流，从而在待试阻尼模块上建立起等效工况下的暂态电压应力、电流应力和热应力；

步骤4，当待试阻尼模块稳态试验和暂态试验完成后，闭锁第一、第二半桥功率模块，断开电源开关，退出电源，待第一、第二半桥功率模块储能电容和负载电抗能量释放完毕，试验结束。

一种阻尼模块试验装置，包括电源、电源开关、全桥功率模块、负载电抗和n个待试阻尼模块，n为自然数；其中，全桥功率模块包括相互并联的电阻、储能电容和两条桥臂；电源与电源开关串联后，两端分别与全桥功率模块的两端连接；所述负载电抗与n个待试阻尼模块相串联后，两端分别与全桥功率模块中两条桥臂的输出中点连接。

上述每条桥臂均包括第一、第二开关元件，且第一、第二开关元件分别连接反并联二极管，第一、第二开关元件顺序串联后，再与储能电容并联。

上述电源具备输出缓启动功能。

上述待试阻尼模块包括阻尼电阻、全控型开关器件、续流二极管和旁路开关，其中，全控型开关器件和续流二极管反向并联组成一个半导体模块，所述阻尼电阻、旁路开关和半导体模块相互并联。

一种基于如前所述阻尼模块试验装置的试验方法，包括如下步骤：

步骤1，闭合电源开关，电源对全桥功率模块中的储能电容充电；

步骤2，当全桥功率模块的储能电容电压达到设定值时，先解锁待试的n个阻尼模块，再解锁全桥功率模块，调整流过负载电抗、待试阻尼模块的电流，从而在待试阻尼模块上建立起等效工况下的稳态电压应力、电流应力和热应力；

步骤3，待试阻尼模块在等效工况下的电压应力、电流应力和热应力稳态运行一定时间后，调节流过待试阻尼模块的暂态电流，从而在待试阻尼模块上建立起等效工况下的暂态电压应力、电流应力和热应力；

步骤4，当待试阻尼模块稳态试验和暂态试验完成后，闭锁全桥功率模块，断开电源开关，退出电源，待全桥功率模块储能电容和负载电抗能量释放完毕，试验结束。

采用上述方案后，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明提供的一种阻尼模块试验装置及其试验方法，可同时满足多个待试阻尼模块在稳态工况和暂态工况下的电压应力、电流应力和热应力试验，试验效率高。

(2)本发明提供的一种阻尼模块试验装置及其试验方法，通过调节试验回路中所需的电流，改变所述的半桥功率模块中的储能电容的电压，可满足不同功率等级的至少一个所述的待试阻尼模块在稳态工况和暂态工况下的试验。

(3)本发明提供的一种阻尼模块试验装置及其试验方法，通过对试验装置运行过程的监视，判定试验装置是否有故障，若有故障，启动保护动作，待故障解除后再解除保护动作，保证了试验装置在试验过程中的安全。

附图说明

图1是本发明试验装置的第一种实施结构示意图；

图2是本发明试验装置的第二种实施结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的技术方案及有益效果进行详细说明。

如图1所示，是本发明一种阻尼模块试验装置的第一种实施结构示意图，包括电源E、电源开关Km、半桥功率模块SM1、半桥功率模块SM2、负载电抗L和n个待试阻尼模块(n为自然数，n≥1)，其中，半桥功率模块SM1、SM2的结构相同，均包括电阻R、储能电容C和桥臂，桥臂采用开关元件T1、T2，且开关元件T1、T2分别连接反并联二极管D1、D2，开关元件T1的负极连接开关元件T2的正极，开关元件T1的正极与开关元件T2的负极分别作为半桥功率模块的正端和负端，电阻R与储能电容C分别并联在半桥功率模块的正端和负端之间；所述半桥功率模块SM1、SM2同向并联。

所述电源E的正极通过电源开关Km连接半桥功率模块SM1、SM2的正端，电源E的负极连接半桥功率模块SM1、SM2的负极，从而为其中的两个储能电容C提供电能；所述电源E具备输出缓启动功能，可以避免直接对半桥功率模块SM1、SM2中的储能电容C短路充电。

所述负载电抗L与n个待试阻尼模块相串联后，两端分别与两个半桥功率模块SM1、SM2的桥臂输出中点连接。其中，各待试阻尼模块均包括一个阻尼电阻Rz、一个全控型开关器件T、一个续流二极管D和一个旁路开关K，其中，全控型开关器件T和续流二极管D反向并联组成一个半导体模块，所述阻尼电阻Rz、旁路开关K和半导体模块相互并联。

如图2所示，是本发明一种阻尼模块试验装置的另一种实施结构示意图，是将两个分立的半桥功率模块SM1、SM2组成一个全桥功率模块SM，负载电抗L和待试阻尼模块组成的串联支路两端分别连接于全桥功率模块SM两个桥臂的中点。

以图1所示结构为例，说明本发明一种阻尼模块试验方法的步骤流程：

步骤1，闭合电源开关Km，电源E对两个半桥功率模块SM1、SM2的储能电容C充电；

步骤2，当两个半桥功率模块的储能电容C电压达到设定值时，先解锁待试的n个阻尼模块的全控型开关器件，再解锁半桥功率模块的全控型开关器件，通过电流闭环反馈控制调整流过负载电抗L和待试阻尼模块串联支路的电流，从而在待试阻尼模块上建立起等效工况下的稳态电压应力、电流应力和热应力；

步骤3，待试阻尼模块在等效工况下的电压应力、电流应力和热应力稳态运行一定时间后，通过调整控制参数，调节流过阻尼模块的暂态电流从而在待试阻尼模块上建立起等效工况下的暂态电压应力、电流应力和热应力；

步骤4，当待试阻尼模块稳态试验和暂态试验完成后，闭锁两个半桥功率模块全控型开关器件，断开电源开关Km，退出电源E，待半桥功率模块储能电容C和负载电抗L能量释放完毕，试验结束。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (2)

1.一种阻尼模块试验装置的试验方法，阻尼模块试验装置包括电源、电源开关、第一半桥功率模块、第二半桥功率模块、负载电抗和n个待试阻尼模块，n为自然数；其中，第一、第二半桥功率模块的结构相同，均包括相互并联的电阻、储能电容和桥臂，且第一、第二半桥功率模块同向并联；电源与电源开关串联后，两端分别与第一半桥功率模块的两端连接；所述负载电抗与n个待试阻尼模块相串联后，两端分别与第一、第二半桥功率模块的桥臂输出中点连接；

所述桥臂包括第一、第二开关元件，且第一、第二开关元件分别连接反并联二极管，第一、第二开关元件顺序串联后，再与储能电容并联；

所述电源具备输出缓启动功能；

所述待试阻尼模块包括阻尼电阻、全控型开关器件、续流二极管和旁路开关，其中，全控型开关器件和续流二极管反向并联组成一个半导体模块，所述阻尼电阻、旁路开关和半导体模块相互并联；

其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，闭合电源开关，电源对第一、第二半桥功率模块中的储能电容充电；

步骤2，当第一、第二半桥功率模块的储能电容电压达到设定值时，先解锁待试的n个阻尼模块，再解锁第一、第二半桥功率模块，调整流过负载电抗、待试阻尼模块的电流，从而在待试阻尼模块上建立起等效工况下的稳态电压应力、电流应力和热应力；

步骤3，待试阻尼模块在等效工况下的电压应力、电流应力和热应力稳态运行一定时间后，调节流过待试阻尼模块的暂态电流，从而在待试阻尼模块上建立起等效工况下的暂态电压应力、电流应力和热应力；

步骤4，当待试阻尼模块稳态试验和暂态试验完成后，闭锁第一、第二半桥功率模块，断开电源开关，退出电源，待第一、第二半桥功率模块储能电容和负载电抗能量释放完毕，试验结束。

2.一种阻尼模块试验装置的试验方法，阻尼模块试验装置包括电源、电源开关、全桥功率模块、负载电抗和n个待试阻尼模块，n为自然数；其中，全桥功率模块包括相互并联的电阻、储能电容和两条桥臂；电源与电源开关串联后，两端分别与全桥功率模块的两端连接；所述负载电抗与n个待试阻尼模块相串联后，两端分别与全桥功率模块中两条桥臂的输出中点连接；

每条桥臂均包括第一、第二开关元件，且第一、第二开关元件分别连接反并联二极管，第一、第二开关元件顺序串联后，再与储能电容并联；

所述电源具备输出缓启动功能；

所述待试阻尼模块包括阻尼电阻、全控型开关器件、续流二极管和旁路开关，其中，全控型开关器件和续流二极管反向并联组成一个半导体模块，所述阻尼电阻、旁路开关和半导体模块相互并联；

其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，闭合电源开关，电源对全桥功率模块中的储能电容充电；

步骤2，当全桥功率模块的储能电容电压达到设定值时，先解锁待试的n个阻尼模块，再解锁全桥功率模块，调整流过负载电抗、待试阻尼模块的电流，从而在待试阻尼模块上建立起等效工况下的稳态电压应力、电流应力和热应力；

步骤3，待试阻尼模块在等效工况下的电压应力、电流应力和热应力稳态运行一定时间后，调节流过待试阻尼模块的暂态电流，从而在待试阻尼模块上建立起等效工况下的暂态电压应力、电流应力和热应力；

步骤4，当待试阻尼模块稳态试验和暂态试验完成后，闭锁全桥功率模块，断开电源开关，退出电源，待全桥功率模块储能电容和负载电抗能量释放完毕，试验结束。

Images