CN107884696A - 一种mmc动模试验板卡的自动测试装置及其测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种MMC动模试验板卡的自动测试装置及其测试方法，其中自动测试装置包括：背板、设于背板上的核心板和保护核心板的安全罩，试验板卡经电源板与核心板相连，核心板一端与上位机相连，另一端与试验板卡相连。本发明能够基于流水线方式验证三块MMC动模试验板卡的硬软件功能正确性和完整性的装置，提高了MMC动模试验板卡的测试效率和搭建整个大容量多节点MMC‑HVDC工程换流阀的动态特性模拟系统的可靠性。

Description

一种MMC动模试验板卡的自动测试装置及其测试方法
技术领域
本发明涉及电力电子系统，具体讲涉及一种MMC动模试验板卡的自动测试装置及其测试方法。
背景技术
随着我国对于能源领域可持续发展要求的不断提升，我国以煤电为主的电能结构，将在今后几十年内逐步向以水电、核电、风电、太阳能等各种新能源发电并存的结构进行转变。同时用户对电能质量要求也在不断提高，而利用柔性直流输电技术实现可再生能源并网和向城市供电的优势变得越来越明显，其中模块化多电平柔性直流输电技术(MMC-HVDC)已成为现阶段的发展趋势。
随着在世界范围内柔性直流输电工程的建设，尤其是模块化多电平柔性直流输电(MMC-HVDC)的快速推广，国内外现有动态模拟系统、实时仿真系统均受到硬件架构或计算能力的限制，无法满足大容量多节点MMC-HVDC工程的动态特性模拟需要，无法完成阀控系统的控制保护逻辑测试，更不具备在其硬件平台进行接入实验和出厂测试的能力。
MMC动模试验板卡能够模拟MMC工程换流阀的动态特性，从而实现阀控系统控制保护逻辑的测试。但单块MMC动模试验板卡本身的功能测试只能在阀控系统中进行测试与验证，现有的检测方案只能通过万用表等测试设备测试MMC低电压子模块板卡的硬件设计，并不能筛选出板卡中的薄弱点，如开关器件损坏、通讯发送和接收接口硬件的可靠性等，均无法检测出来。
因此，需要一种MMC动模试验板卡的自动测试装置来克服现有技术的不足。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提出了一种MMC动模试验板卡的自动测试装置，包括：背板、设于背板上的核心板和保护核心板的安全罩，试验板卡经电源板与核心板相连，核心板一端与上位机相连，另一端与待测板卡相连。
核心板FPGA+ARM的主体结构。核心板一端基于通讯接口与上位机连接， 另一端基于HDLC光纤通讯接口与试验板卡中的光纤接口相连。
电源板包括：试验主电路、供电电源和可调电源。
试验板卡包括：3块与电源板分别连接的动模MMC试验板卡。
试验主电路经通讯测试接口与试验板卡相连，供电电源经子模块电容电压供电接口与试验板卡相连，可调电源经子模块输出接口与试验板卡相连。
试验板卡包括：2个SM子模块和可调直流电源；其中，SM子模块的正极端口经电感相连，可调直流电源的正负极分别与SM子模块中的电容的两端相连。
通过调节可调电源的输入电压模拟试验板卡的电容充发电，观察试验板卡中继电器的闭合状态及上位机中测试软件界面的显示状态判断试验板卡是否正常。
自动测试装置的硬件测试功能包括：上电测试、通讯测试、对拖测试、电容充放电与旁路功能测试以及PWM使能测试。
自动测试的软件测试功能包括：接口状态回报测试和通讯可靠性测试。
一种MMC动模试验板卡的自动测试方法，包括如下步骤：
A.建立TCP/IP协议；B.接收并解析上位机指令；C.传递命令到FPGA；D.FPGA编码命令。
步骤B包括：B1.判断通信数据是否正常；B2.若正常，封锁要读数据的更新，若不正常，结束接收；B3.清除接收完成标志；B4.解除封锁数据的更新；B5.通信并检验校验和；B6.检验校验字；B7.解析命令。
步骤C包括：C1.打包命令；C2.发送所述命令到寄存器赋值；C3.计算通信校验和；C4.主控芯片MCU将所述命令传送FPGA。
与最接近的现有技术比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明的能够基于流水线方式验证三块MMC动模试验板卡的硬软件功能正确性和完整性的装置，提高了MMC动模试验板卡的测试效率和搭建整个大容量多节点MMC-HVDC工程换流阀的动态特性模拟系统的可靠性。
2、本发明的为了保证对MMC工程换流阀内外部动态特性的精确模拟，创造性地提出了基于等惯性时间常数法将MMC工程换流阀等比例缩小，设计的MMC动模试验板卡，用于模拟MMC工程换流阀的动态特性，以完成阀控系统控制保护逻辑测试。
3、本发明的自动测试装置能够完全测试到MMC动模板卡的所有功能，不仅能测试到板卡硬件是否合格，也能测试到板卡软件设计的正确性，为所有MMC动模板卡的批量出厂试验提供了依据。
4、本发明的能够测试出单块MMC动模试验板卡的所有功能，同时能够实现流水线式测试，大大提高了测试效率。
附图说明
图1是本发明的被测板卡连接示意图；
图2是本发明的测试连接框图；
图3是本发明的对拖试验原理图；
图4是本发明的主控芯片程序基本流程图；
图5是本发明的主控芯片命令解析流程图；
图6是本发明的主控芯片将命令传送FPGA基本流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的作进一步详细的描述。MMC动模试验板卡的自动测试装置由硬件部分和软件部分组成。硬件部分包括背板、核心板、安全罩。
背板的主要功能是连接电源板和待测板卡，并实现待测板卡上两个子模块对拖试验的电气连接与状态显示，同时能够实现三个被测板卡的流水线方式测试。
如图2所示，核心板固定在背板上，采用ARM内核+FPGA架构，向上基于以太网的通讯接口连接上位机软件，向下基于HDLC光纤通讯接口。其主要功能是负责子模块与上位机的测控信息交互以及PWM对托控制。
整个自动测试装置的测试功能有：
1、上电测试
采用目测的方法检验子模块在上电后，子模块板卡上电源指示灯和背板上相应的信号指示灯的状态是否正常。
2、通讯测试
采用手动拔掉光纤来制造通讯故障，观测上位机软件是否有相应的通讯故障显示位。
3、对拖测试
如图3所示的对拖测试是指一块动模试验板卡内组成一次回路的功率电路的负载测试。包括直流侧电容器的电容电压测试和开关器件的开关导通测试等。测试电路为：对一块动模试验板卡上的2个SM子模块(分别为SM1和SM2。每个子模可包含2个IGBT、1个电容和1个开关)，在背板上将两个子模块的电容负极连接在一起，端口的正极用电感连接，可调直流电源的正负极连接在两个子模块电容上的正负极上。PWM使能，则SM1的电容上的电压在电感上交换，同时给SM2上的电容充电，消耗的电能由可调直流电源补充，工作中将K3断开，SM2上的电能来源于电感上的能量。
4、电容充放电与旁路功能测试
通过可调电源输入电压的变化来模拟测试板卡的电容充发电过程，并通过观察板卡继电器的闭合状态变化，以及上位机测试软件界面显示的状态(如电容电压曲线、旁路状态、过压状态等)来判断板卡是否正常。
5、PWM使能测试
通过可调电源提供一个稳定电压，并通过上位机软件对测试板卡进行PWM使能，根据可调电源的电压与电流的变化来判断板卡是否正常。
本发明的测试方法是将被测试的MMC低电压子模块板卡连接至测试设备，通过上位机选择测试命令下发给测试设备，实现测试命令的执行；测试设备将被测MMC低电压子模块板卡的测试信息通过网口通讯或者USB通讯反馈给上位机显示，上位机根据各项测试项目的测试结果判定给出当前被测MMC低电压子模块板卡的软件和硬件是否合格的结论。
MMC低电压子模块板卡的功能测试主要分为硬件测试和软件测试两方面。硬件测试上，分为板卡的供电测试和功率测试两种。软件测试分为接口状态回报测试和通讯可靠性测试两种。
硬件测试是保证MMC低电压子模块板卡功能实现的基本条件。本发明的硬件测试包括供电测试和开关器件的功率测试。供电测试，指通过测试装置判定低电压子模块板卡的供电电压是否正常，确定被测MMC低电压子模块板卡是否能够正常工作。功率测试，指测试装置连接被测MMC低电压子模块板卡，低电压子模块板卡中两个子模块的输出正极连接一个功率电感，输出负极短接在一起；通过上位机下发PWM触发，两个子模块电容与电感相互交换能量产生桥臂电流， 考核低电压子模块板卡上子模块的开关器件的电流电压应力。可通过上位机选择不同的功率电感值来调节开关器件的电流大小。
软件测试能反映低电压子模块板卡内软件设计的正确性和通讯可靠性。本发明的软件测试包括接口状态回报测试和通讯可靠性测试。接口状态回报测试，指通过测试装置的通讯接口连接被测MMC低电压子模块板卡，并将在上位机上实时显示测试装置接收到的被测MMC低电压子模块板卡上的接口状态回报信息，包括子模块的电容电压信息、旁路开关状态信息及各种故障信息。通过模拟各种接口的事件触发和下发控制命令监测MMC低电压子模块板卡回报的各种接口状态回报，以验证被测试MMC低电压子模块板卡软件设计的的正确性。通讯可靠性测试，指通过测试装置统计测试装置与被测低电压子模块板卡之间的通讯成功率，以判定被测MMC低电压子模块板卡通讯硬件接口的可靠性。
本自动测试装置已经在国网智研院直流输电技术研究所的直流电网技术与仿真实验室的MMC动模试验板卡搭建系统前的出厂试验应用。经过本装置测试合格的MMC动模试验板卡成功搭建了双极216电平双站柔性直流输电换流阀动模仿真平台，为厦门柔性直流输电示范工程的阀控系统的调试提供基础。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (13)

1.一种MMC动模试验板卡的自动测试装置，包括：背板、设于所述背板上的核心板和保护所述核心板的安全罩，其特征在于，
试验板卡经电源板与所述核心板相连，所述核心板一端与上位机相连，另一端与所述试验板卡相连。
2.根据权利要求1所述的自动测试装置,其特征在于，所述核心板FPGA+ARM的主体结构。
3.根据权利要求2所述的自动测试装置,其特征在于，
所述核心板一端基于通讯接口与所述上位机连接，另一端基于HDLC光纤通讯接口与所述试验板卡中的光纤接口相连。
4.根据权利要求3所述的自动测试装置,其特征在于，所述电源板包括：试验主电路、供电电源和可调电源。
5.根据权利要求4所述的自动测试装置,其特征在于，所述试验板卡包括：3块与所述电源板分别连接的动模MMC试验板卡。
6.根据权利要求4所述的自动测试装置,其特征在于，所述试验主电路经通讯测试接口与所述试验板卡相连，所述供电电源经子模块电容电压供电接口与所述试验板卡相连，所述可调电源经子模块输出接口与所述试验板卡相连。
7.根据权利要求6所述的自动测试装置,其特征在于，所述试验板卡包括：2个SM子模块和可调直流电源；
其中，所述SM子模块的正极端口经电感相连，所述可调直流电源的正负极分别与所述SM子模块中的电容的两端相连。
8.根据权利要求7所述的自动测试装置,其特征在于，
通过调节所述可调电源的输入电压模拟所述试验板卡的电容充发电，观察所述试验板卡中继电器的闭合状态及所述上位机中测试软件界面的显示状态判断所述试验板卡是否正常。
9.根据权利要求8所述的自动测试装置,其特征在于，所述自动测试装置的硬件测试功能包括：
上电测试、通讯测试、对拖测试、电容充放电与旁路功能测试以及PWM使能测试。
10.根据权利要求8所述的自动测试装置,其特征在于，所述自动测试的软件测试功能包括：接口状态回报测试和通讯可靠性测试。
11.一种MMC动模试验板卡的自动测试方法，其特征在于，包括如下步骤：
A.建立TCP/IP协议；
B.接收并解析上位机指令；
C.传递命令到FPGA；
D.FPGA编码命令。
12.根据权利要求11所述的自动测试方法,其特征在于，所述步骤B包括：
B1.判断通信数据是否正常；
B2.若正常，封锁要读数据的更新，若不正常，结束接收；
B3.清除接收完成标志；
B4.解除封锁数据的更新；
B5.通信并检验校验和；
B6.检验校验字；
B7.解析命令。
13.根据权利要求12所述的自动测试方法,其特征在于，所述步骤C包括：
C1.打包命令；
C2.发送所述命令到寄存器赋值；
C3.计算通信校验和；
C4.主控芯片MCU将所述命令传送FPGA。
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