CN108072826A - 用于测试功率补偿器中的子模块性能的合成测试电路及其测试方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于测试功率补偿器中的子模块性能的合成测试电路包括作为测试子模块性能的对象的子模块测试单元、电流源和控制器。电流源连接到子模块测试单元以向子模块测试单元供应电压使得具有在子模块测试单元中设置的容量的充电电压被存储以便操作子模块测试单元。控制器被配置为执行控制以使用存储的充电电压来执行子模块测试单元的子模块性能测试。

Description

用于测试功率补偿器中的子模块性能的合成测试电路及其测 试方法
技术领域
本发明涉及功率补偿器，并且更具体地涉及用于测试功率补偿器中的子模块性能的合成测试电路及其测试方法。
背景技术
随着工业发展和人口的增长，电力消耗已经快速增加，但是发电具有一些限制。
因此，用于将在发电区域处产生的电力稳定地供应到消费区域而没有损耗的电力系统已经逐渐变得重要。
用于提高功率流、系统电压和稳定性的灵活AC输送系统(FACTS)的必要性已经出现。作为FACTS的第三代功率补偿器的静态同步补偿器(STATCOM)并联连接到电力系统以补偿电力系统所需的无功功率和有功功率。
图1示出了通用供电系统。
如图1所示，通用供电系统10可以包括电源20、电力系统30、负载40和多个功率补偿器50。
电源20指的是产生电力的位置或装置，并且可以被理解为用于发电的发电机。
电力系统可以意指包括用于将由电源20产生的电力传送到负载40的电力线绝缘体、钢塔、避雷器和绝缘体的所有装置。
负载40意指消耗来自电源20的电力的地方或装置，并且可以被理解为用于消耗电力的消耗者。
功率补偿器50连接到电力系统30以根据电力系统30的无功功率或有功功率的过量或不足来补偿电力系统的无功功率或有功功率。
功率补偿器50包括要求经受子模块性能测试的多个子模块。
然而，用于执行传统的功率补偿器50的子模块性能测试的合成测试电路是非常重要的。然而，由于与合成测试电路有关的技术尚未公开或尚未容易地转让，用于测试功率补偿器中的子模块性能的合成测试电路至今尚不知道。
发明内容
本发明的目的是要解决上述问题和其他问题。
本发明的另一目的是提供一种合成测试电路以及其测试方法，合成测试电路具有新结构并且能够通过对子模块施加在子模块中实际产生的电流和电压以及当功率补偿器正常地操作和异常地操作时与其类似的电流和电压执行各种测试。
根据本发明的一方面，一种用于测试功率补偿器中的子模块性能的合成测试电路包括作为要经受子模块性能测试的部分的子模块测试单元、电流源和控制器。电流源可以连接到子模块测试单元以向子模块测试单元供应电压使得具有在子模块测试单元中设置的容量的充电电压被存储以便操作子模块测试单元。控制器可以被配置为执行控制以使用所存储的充电电压来执行子模块测试单元的子模块性能测试。
根据本发明的另一方面，一种用于测试功率补偿器中的子模块性能的合成测试电路(其包括作为要经受子模块性能测试的部分的子模块测试单元、连接到子模块测试单元的电流源和连接在电流源和子模块测试单元之间的测试电流调节器)的测试方法包括：向子模块测试单元供应电压使得具有在子模块测试单元中设置的容量的充电电压被存储以便操作子模块测试单元，使用所存储的充电电压来操作子模块测试单元，在子模块测试单元的操作时基于所存储的充电电压来产生测试电流，并且使用测试电流来执行子模块性能测试。
附图说明
图1是示出了通用供电系统的示图。
图2是示出了根据本发明的基于模块化多电平转换器(MMC)的STATCOM的功率转换器的示图。
图3是详细地示出了图2的子模块的示图。
图4是示出了根据本发明的用于测试功率补偿器中的子模块性能的合成测试电路的示图。
图5是详细地示出了图4的子模块测试单元的结构的示图。
图6是测试根据本发明的测试功率补偿器中的子模块性能的波形图。
图7是示出了根据本发明的用于在用于测试功率补偿器中的子模块性能的合成测试电路中产生测试电流的等效电路的示图。
图8a至图8f是示出了用于产生测试电流的等效电路中的根据每个模式的测试电流的流动的示图。
图9是示出了根据本发明的用于测试功率补偿器中的子模块性能的合成测试电路中的损耗补偿的等效电路的示图。
图10是在损耗补偿后的测试电流和输出电压的波形图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细描述本发明的实施例，其中相同或相似的部分由相同的附图标记表示并且将省略对其的重复描述。在此的元件的后缀“模块”和“单元”为了便于描述而使用并且因此可以互换地使用而不具有任何可区分的含义或功能。在描述本发明时，当可能使本发明的主题变得模糊时将省略对已知功能和配置的详细描述。附图用于帮助容易理解本发明的技术构思并且应当理解，本发明的构思不限于附图。本发明的构思应当被理解为延伸到除了附图之外的任何改变、等同和取代。
图2是示出了根据本发明的基于模块化多电平转换器(MMC)的STATCOM的功率转换器的示图，并且图3是详细地示出了图2的子模块的示图。
STATCOM是一种功率补偿器，本发明不限于此。
如图2所示，基于MMC的STATCOM的功率转换器53可以包括每个相串联连接的多个子模块55。无功功率或有功功率可以通过多个子模块55的操作供应到电力系统或从电力系统接收。
一个相可以由串联连接的多个子模块来配置。
基于MMC的STATCOM的功率转换器53可以具有星形连接的拓扑结构或三角连接的拓扑结构。
包括在每个相中的多个子模块55可以被定义为电子管(valve)，而不限于此。
每个子模块55可以包括开关单元57和连接到开关单元57的电容器CSM。
多个子模块55可以彼此串联连接。也就是说，第一子模块可以连接到第二子模块并且第二子模块可以连接到第三子模块。通过这种连接方法，子模块可以串联连接直到最后的子模块。
一个相的电子管可以由串联连接的多个子模块55来配置并且转换器可以由第一电子管至第三电子管来配置。转换器负责将来自电力系统的AC电力转换为DC电力或将存储在电容器CSM中的DC电力转换成AC电力。电容器CSM可以存储由转换器转换的DC电力或将所存储的DC电力供应到转换器。
因此，通过包括多个子模块55的转换器的操作，无功功率或有功功率可以被供应到电力系统或从电力系统接收。
将参考图3描述每个子模块55的详细结构和每个子模块55的连接结构。
尽管图3为了便于描述而示出第一子模块的连接结构，但是其他子模块的连接结构等同于图3的连接结构。
如图3所示，第一子模块可以包括开关单元57和连接到开关单元57的电容器CSM。
开关单元57可以包括四个开关SLT、SLB、SRT和SRB和分别反向并联连接到开关SLT、SLB、SRT和SRB的四个二极管DLT、DLB、DRT和DRB。
第一开关至第四开关SLT、SLB、SRT和SRB可以是绝缘栅双极型晶体管(IGBT)，而不限于此。
第一开关至第四开关SLT、SLB、SRT和SRB可以是全桥类型的。
更具体地，第一开关SLT和第二开关SLB可以串联连接在第一节点n1和第四节点n4之间。也就是说，第一开关SLT可以连接在第一节点和第二节点n2之间并且开关SLB可以连接在第二节点n2和第四节点n4之间。类似地，第一二极管DLT可以连接在第一节点n1和第二节点n2之间并且第二二极管DLB可以连接在第二节点n2和第四节点n4之间。
此外，第三开关SRT和第四开关SRB可以串联连接在第一节点n1和第四节点n4之间。也就是说，第三开关SRT可以连接在第一节点n1和第三节点n3之间并且第四开关SRB可以连接在第三节点n3和第四节点n4之间。类似地，第三二极管DRT可以连接在第一节点n1和第三节点n3之间并且第四二极管DRB可以连接在第三节点n2和第四节点n4之间。
包括第一开关SLT和第二开关SLB的第一开关对和包括第三开关SRT和第四开关SRB的第二开关对可以彼此并联连接在第一节点n1和第四节点n4之间。
连接到第二节点n2的第一线路LS1可以连接到先前子模块的第三节点n3并且连接到第三节点n3的第二线路LS2可以连接到下一个子模块的第二节点n2。
本发明涉及一种用于测试包括在如上述的基于MMC的STATCOM的电源转换器53中的子模块55中的子模块性能的合成测试电路并且可以在子模块被安装在STATCOM中之前帮助提高子模块55的性能以基于子模块55的各种子模块性能测试来适应STATCOM。
一般，由于在安装在STATCOM中的子模块55中产生的电压或电流非常大，所以制造用于供应这种电压或电流的合成测试电路是困难的。此外，合成测试电路的制造成本增加。
因此，本发明提供了一种用于测试功率补偿器中的子模块性能的合成测试电路，其能够通过将测试装置的容量降低到待测试对象的损耗分量的大小来显着地降低能量消耗同时模拟在基于MMC的STATCOM的功率转换器53的实际操作时施加到子模块55的电压和电流。
图4是示出了根据本发明的用于测试功率补偿器中的子模块性能的合成测试电路的示图。
参考图4，根据本发明的用于测试功率补偿器中的子模块性能的合成测试电路可以包括电流源60、连接到电流源60的子模块测试单元70和连接在电流源60与子模块测试单元70之间的测试电流调节器80。
子模块测试单元70可以是子模块性能的测试的对象并且电流源60和测试电流调节器80可以是允许子模块测试单元70被测试的对象。
电流源60可以是供应用于操作子模块测试单元70的电压以及供应在合成测试电路中产生的损耗补偿分量的低电压/大电流电源。
电流源60可以对子模块测试单元70的电容器CSM充电充电电压VSM。充电电压VSM可以被充电以具有在电容器CSM中设置的容量。通过该充电电压VSM，可以一致地执行功率补偿器的子模块性能的测试。
当电容器CSM被充电为预定容量时，子模块测试单元70的子模块72或其他部件(未示出)可以通过电容器CSM的充电电压VSM来操作。
电流源60的输出电压VINV可以显著地小于子模块测试单元70的电容器CSM的充电电压VSM。例如，电流源60的输出电压VINV可以是例如25V，而子模块测试单元70的电容器CSM的充电电压VSM可以为3kV至3.6kV(在三个子模块串联连接的情况下)。
因此，一旦子模块测试单元70的每个子模块的电容器CSM被充电，尽管在子模块测试单元70的子模块性能的测试期间电流源60不供应电压，但是能够容易地执行子模块性能测试而没有实质的电力消耗。
如果在子模块测试单元70的子模块性能的测试期间由于损失而未产生期望的测试电流，则电力损耗可以由电流源60间歇地补偿，其将在下面参考图9和图10详细描述。
电流源60可以包括整流器62、纹波去除器64和损耗补偿器66。
整流器62可以为用于将三相AC电压VS整流为低DC电压VDC的二极管型整流器。
例如，DC电压VDC可以为50V，而不限于此。
包括在DC电压VDC中的纹波可以由纹波去除器64去除。纹波去除器64可以包括连接到整流器62的电感器LF和并联连接到电感器LF的电容器CF。
DC电压VDC跨电容器CF被施加。
损耗补偿器66可以是用于将DC电压VDC转换为输出电压VINV的逆变器。更具体地，损耗补偿器66可以输出从DC电压VDC转换的输出电压VINV以便当在子模块测试单元70的子模块性能的测试时产生的测试电流流动时产生损耗时补偿损耗。
损耗补偿器66可以包括四个开关S1至S4和分别反向并联连接到开关S1至S4的四个二极管D1至D4。
第一开关S1至第四开关S4可以是绝缘栅双极型晶体管(IGBT)，而不限于此。
第一开关S1至第四开关S4可以是全桥类型的。
更具体地，第一开关S1和第二开关S2可以串联连接在第一节点n11和第四节点n14之间。也就是说，第一开关S1可以连接在第一节点n11和第二节点n12之间并且第二开关S2可以连接在第二节点n12和第四节点n14之间。类似地，第一二极管D1可以连接在第一节点n11和第二节点n12之间并且第二二极管D2可以连接在第二节点n12和第四节点n14之间。
此外，第三开关S3和第四开关S4可以串联连接在第一节点n11和第四节点n14之间。也就是说，第三开关S3可以连接在第一节点n11和第三节点n13之间并且第四开关S4可以连接在第三节点n13和第四节点n14之间。类似地，第三二极管D3可以连接在第一节点n11和第三节点n13之间并且第四二极管D4可以连接在第三节点n13和第四节点n14之间。
包括第一开关S1和第二开关S2的第一开关对和包括第三开关S3和第四开关S4的第二开关对可以彼此并联连接在第一节点n11和第四节点n14之间。
损耗补偿器66的第一开关至第四开关S1、S2、S3和S4可以由第一控制器92切换。
损耗补偿器66可以使用第一控制器92切换第一开关至第四开关S1、S2、S3和S4，将从整流器62输出的DC电压VDC转换为输出电压VINV并且输出该输出电压VINV，以便补偿当测试电流流动时产生的损耗。这将在下面参考图9和图10详细描述。
测试电流调节器80可以调节用于子模块测试单元70的子模块性能的测试的测试电流。
此外，当电流源60将DC电压VDC或输出电压VINV供应给子模块测试单元70以执行子模块测试单元70的子模块性能测试时，子模块测试单元70的电容器CSM可以使用DC电压VDC或输出电压VINV充电。测试电流调节器80可以根据在子模块测试单元70的电容器CSM上充电的充电电压VSM来调节流动的充电电流。
测试电流调节器80可以包括第一电感器LI1、第二电感器LI2和开关82以便调节测试电流。
第一电感器LI1和第二电感器LI2可以具有或可以不具有相同的电感。
开关82可以并联连接到第二电感器LI2的输入端/输出端。例如，当开关82断开时，可以根据第一电感器LI1的第一电感和第二电感器LI2的第二电感来调节测试电流。例如，当开关82闭合时，由于流过第一电感器LI1的电流通过开关82旁路而没有通过第二电感器LI2，所以可以根据第一电感器LI1的第一电感来调节测试电流。
因此，可以通过断开或闭合开关82来不同地调节测试电流。
例如，根据国际标准(IEC 62927：用于静态同步补偿器(STATCOM)的电压源转换器(VSC)电子管-电气测试)，可以指定额定电压和低电压的子模块性能的测试。
例如，在额定电压的子模块性能的测试时，开关82可以断开以使用第一电感器LI1和第二电感器LI2两者来调节测试电流。例如，在低电压的子模块性能的测试时，开关82可以闭合以仅使用第一电感器LI1来调节测试电流。
开关82可以由第一控制器92和第二控制器94中的任何一个来控制。
子模块测试单元70可以包括子模块72。子模块72可以包括开关单元74和连接到开关单元74的电容器CSM。
在被安装在功率转换器53中作为实际安装在功率补偿器(也就是说，基于MMC的STATCOM)的功率转换器53中的子模块55之前，包括在子模块测试单元70中的子模块72可以连接到连接到电流源60的测试电流调节器80，用于子模块性能的测试。
子模块72与包括在图3所示的基于MMC的STATCOM的功率转换器53中的子模块55具有相同的结构并且因此将省略其详细描述。
如上所述，基于MMC的STATCOM的功率转换器53可以包括多个子模块55。然而，实际上不可能关于所有子模块55执行子模块性能测试。
根据国际标准(IEC 62927：用于静态同步补偿器(STATCOM)的电压源转换器(VSC)电子管-电气测试)，指定串联连接的至少三个IGBT开关被测试。
如图5所示，为了子模块性能的测试，连接到电流源60的子模块72可以包括串联连接的三个子模块72a、子模块72b和子模块72c，而不限于此。
子模块72a、子模块72b和子模块72c可以包括多个开关单元74a、74b和74c和连接到开关单元74a、74b和74c的电容器CSM1、CSM2和CSM3。此时，开关单元74a、74b和74c可以彼此串联连接。
子模块测试单元70可以在子模块性能的初始测试期间使用由电流源60供应的输出电压VINV来充电电容器CSM。此后，由于使用电容器CSM的充电电压VSM来产生用于子模块性能的测试的测试电流，电容器CSM不需要在子模块性能的测试期间使用来自电流源60的输出电压VINV充电。
如果当测试电流流动时在测试电流中产生损耗，则来自电流源60的损耗补偿器66的输出电压VINV可以间歇地被供应给子模块测试单元70以便补偿这种损耗。
子模块测试单元70和，更具体地，子模块72的第一开关至第四开关SLT、SLB、SRT和SRB可以由第二控制器94控制。
为了子模块性能的测试，子模块测试单元70可以操作使得测试电流可以连续地被产生例如30分钟或以上。测试电流在一时间段内具有AC波形。如果在子模块性能的测试期间在具有AC波形的测试电流中产生损耗，则可以通过由电流源60提供的损耗补偿分量(特定时间段的输出电压VINV，见图10)来补偿损耗，因此连续地执行额定电压或低电压的子模块性能测试而没有错误。
尽管为了便于描述在图4中分别描述了第一控制器92和第二控制器94，但是第一控制器92和第二控制器94可以组合成一个控制器。
如果单独地使用第一控制器92和第二控制器94，则第一控制器92和第二控制器94可以彼此通信以交换相关的信息。
例如，当第一控制器92向第二控制器94请求对子模块测试单元70的第一开关至第四开关SLT、SLB、SRT和SRB的切换控制以便在子模块性能的测试时对子模块测试单元70的子模块72的电容器CSM进行充电时，第二控制器94可以响应该请求来控制子模块测试单元70的第一开关至第四开关SLT、SLB、SRT和SRB的切换。
例如，可以在第二控制器94的控制下切换子模块72的第一开关至第四开关SLT、SLB、SRT和SRB以产生用于子模块性能的测试的测试电流，使得测试电流可以在电流源60、测试电流调节器80和子模块测试单元70中流动。此时，如果在由第二控制器94检测到在测试电流中产生损耗，则第二控制器94可以向第一控制器92请求损耗补偿并且第一控制器92可以响应于损耗补偿请求而控制电流源60的损耗补偿器66的第一开关至第四开关SLT、SLB、SRT和SRB以补偿损耗。
<用于子模块性能测试的测试电流的产生>
将参考图6至图8描述产生子模块性能测试的测试电流的方法。
图6是示出了根据本发明的功率补偿器的子模块性能测试的波形图。图7是示出了根据本发明的用于在用于测试功率补偿器中的子模块性能的合成测试电路中产生测试电流的等效电路的示图。图8a至图8f是示出了用于产生测试电流的等效电路中的根据每个模式的测试电流的流动的示图。
为了子模块性能的测试，子模块测试单元70的电容器CSM可以使用从电流源60输出的DC电压VDC或输出电压VINV充电。
如图7所示，测试电流调节器80可以使用从电流源60输出的输出电压VINV和子模块测试单元70的电容器CSM的充电电压VSM并且通过控制子模块测试单元70的第一开关至第四开关SLT、SLB、SRT和SRB的切换来产生测试电流itest。通过控制子模块测试单元70的第一开关至第四开关SLT、SLB、SRT和SRB的切换，测试电流itest可以以负(-)方向或正(+)方向流动。
这里，负(-)方向指从测试电流调节器80的右侧到左侧的方向，并且正(+)方向指从测试电流调节器80的左侧到右侧的方向。备选地，可以相反地定义正向方向和反向方向。当测试电流以负(-)方向流动时，测试电流itest可以具有负值，并且当测试电流itest以正(+)方向流动时，测试电流itest可以具有正值。
负(-)方向和正(+)方向可以相反地定义，而不限于此。
当电容器CSM被充电时，如上所述，由于电容器CSM的充电电压VSM显着高于从电流源60输出的输出电压VINV，输出电压VINV可以被视为0V。
为了便于描述，在产生用于子模块性能的测试的测试电流itest时，输出电压VINV可以被视为0V并且因此输出电压VINV可以被忽略。因此，测试电流itest可以由电容器CSM的充电电压产生。
在本发明中，子模块测试单元70的第一开关至第四开关SLT、SLB、SRT和SRB的切换可以在模式1至模式2中被控制，如下表1所示。
[表1]
模式 时间段 模式 时间段
模式1 t0≤t<t1 模式12 t11≤t<t12
模式2 t1≤t<t2 模式13 t12≤t<t13
模式3 t2≤t<t3 模式14 t13≤t<t14
模式4 t3≤t<t4 模式15 t14≤t<t15
模式5 t4≤t<t5 模式16 t15≤t<t16
模式6 t5≤t<t6 模式17 t16≤t<t17
模式7 t6≤t<t7 模式18 t17≤t<t18
模式8 t7≤t<t8 模式19 t18≤t<t19
模式9 t8≤t<t9 模式20 t19≤t<t20
模式10 t9≤t<t10 模式21 t20≤t<t21
模式11 t10≤t<t11 模式22 t21≤t<t22
在下文中，将描述每个模式的操作。
图8A适用于模式1、模式3和模式5。图8B适用于模式2、模式4、模式6、模式8和模式10。图8C适用于模式7、模式9和模式11。图8D适用于模式12、模式14和模式16。图8E适用于模式13、模式15、模式17、模式19和模式21。图8F适用于模式18、模式20和模式22。
每个模式的时间段的宽度可以根据子模块性能的测试的优化来改变。此外，尽管在本发明中描述了22种模式，但是模式的数量可以根据子模块测试的优化来改变。
在下面的描述中，假设电流源60的输出电压VINV被视为0V并在额定电压环境下执行子模块性能测试。在这种情况下，测试电流调节器80的电感器LI的电感可以表示如下。
[等式1]
LI＝LI1+LI2
其中，LI1表示第一电感器，并且LI2表示第二电感器。
此外，子模块72的电容器CSM的充电电压VSM可以表示如下。
[等式2]
VSM＝VSM1+VSM2+VSM3
其中，VSM1表示第一子模块72a的电容器CSM1的充电电压，VSM2表示第二子模块72b的电容器CSM2的充电电压，并且VSM3表示第三子模块72c的电容器CSM3的充电电压(见图5)。
此外，图7所示的所有部件，也就是说，开关SLT、开关SLB、开关SRT和开关SRB，二极管DLT、二极管DLB、二极管DRT和二极管DRB，电容器CSM和电感器LI可以被视为是理想的。
模式1(t0≤t<t1)
在模式1中，如图6所示，可以接通子模块72的第一开关SLT和第四开关SRB并且可以断开第二开关SLB和第三开关SRT。在这种情况下，电流iSLT和电流iSRB可以流过第一开关SLT和第四开关SLB。作为结果，如图8A所示，测试电流itest可以流过电容器CSM、第一开关SLT、电感器LI和第四开关SRB。此时，测试电流itest如下随时间的推移而增加。
[等式3]
itest＝(-VSM)/LI×t
因此，根据等式3，测试电流itest可能降低。这种测试电流itest可能增加直到第一开关SLT或第四开关SRB被断开。
模式2(t1≤t<t2)
在模式2中，如图6所示，可以接通仅仅第四开关SRB并且剩余的开关，也就是说，第一开关至第三开关SLT、SLB和SRT可以被断开。在这种情况下，由于电容器CSM的充电电压VSM不再被施加到电感器LI，所以测试电流itest不再增加。也就是说，施加到电感器LI的电压为0(零)。此时，测试电流itest流过如图8b所示的第二二极管DLB、电感器LI和第四开关SRB。因此，测试电流itest可以如下表示。
[等式4]
itest＝itest(t1)＝itest(t2)
因此，根据等式4，可以在第一时间t1和第二时间t2等同地保持测试电流itest。因此，能够看出模式2的测试电流itest等于模式1的结束时间t1的测试电流itest(t1)。
模式3(t2≤t<t3)
在模式3中，如图6所示，第四开关SRB可以被保持在接通状态中并且可以再次接通第一开关SLT。在这种情况下，可以再次接通电容器CSM的充电电压VSM。在这种情况下，电容器CSM的充电电压VSM可以通过第一开关SLT而被施加到电感器LI。
与模式1等同，测试电流itest可能降低。也就是说，如图8A所示，测试电流itest流过电容器CSM、第一开关SLT、电感器LI和第四开关SRB。此时，测试电流itest如下随时间的推移增加。
[等式5]
itest＝itest(t2)+(-VSM)/LI×t
因此，根据等式5，测试电流itest可以从模式2的结束时间t2的测试电流值itest(t2)降低。
模式4(t3≤t<t4)
在模式4中，如图6所示，第四开关SRB可以被保持在接通状态中并且可以再次断开第一开关SLT。在这种情况下，由于电容器CSM的充电电压VSM不能通过第一开关SLT而被施加到电感器LI，所以测试电流itest不增加。也就是说，施加到电感器LI的电压为0(零)。
如图8B所示，测试电流itest流过第二二极管DLB、电感器LI和第四开关SRB。因此，测试电流itest可以如下表示。
[等式6]
itest＝itest(t3)＝itest(t4)
因此，根据等式6，可以在第三时间t3和第四时间t4等同地保持测试电流itest。因此，可以看出模式4的测试电流itest等于模式3的结束时间t3的测试电流itest(t3)。
模式5(t4≤t<t5)
在模式5中，如图6所示，第四开关SRB可以被保持在接通状态中并且可以再次接通第一开关SLT。在这种情况下，电容器CSM的充电电压VSM可以通过第一开关SLT而被施加到电感器LI。
因此，与模式1和模式3等同，测试电流itest可能降低。也就是说，如图8A所示，测试电流itest流过电容器CSM、第一开关SLT、电感器LI和第四开关SRB。此时，测试电流itest如下随时间的推移增加。
[等式7]
itest＝itest(t4)+(-VSM)/LI×t
因此，根据等式7，测试电流itest可以根据模式4的结束时间t4的测试电流值itest(t4)降低。
模式6(t5≤t<t6)
在模式5中，如图6所示，第四开关SRB可以被保持在接通状态中并且可以再次断开第一开关SLT。在这种情况下，由于电容器CSM的充电电压VSM不能通过第一开关SLT而被施加到电感器LI，所以测试电流itest不增加。也就是说，被施加到电感器LI的电压为0(零)。
如图8B所示，测试电流itest流过第二二极管DLB、电感器LI和第四开关SRB。因此，测试电流itest可以如下表示。
[等式8]
itest＝itest(t5)＝itest(t6)
因此，根据等式8，可以在第五时间t5和第六时间t6等同地保持测试电流itest。因此，可以看出模式6的测试电流itest等于模式5的结束时间t5的测试电流itest(t5)。
模式7(t6≤t<t7)
在模式7中，如图6所示，可以接通第二开关SLB和第三开关SRT并且可以断开第一开关SLT和第四开关SRB。在这种情况下，电流iSLB和电流iSRT可以流过第二开关SLB和第三开关SRT。作为结果，如图8C所示，测试电流itest流过电容器CSM、第二二极管DLB、电感器LI和第三二极管DRT。此时，测试电流itest如下随时间的推移增加。
[等式9]
itest＝itest(t6)+VSM/LI×t
因此，根据等式9，测试电流itest可能增加。这种测试电流itest可能增加直到第二开关SLB或第三开关SRT被断开。
模式8(t7≤t<t8)
在模式8中，如图6所示，可以断开第二开关SLB和第三开关SRT并且可以接通第四开关SRB。在这种情况下，由于电容器CSM的充电电压VSM不能被施加到电感器LI，所以测试电流itest不增加。也就是说，被施加到电感器LI的电压为0(零)。
如图8B所示，测试电流itest流过第二二极管DLB、电感器LI和第四开关SRB。因此，测试电流itest可以如下表示。
[等式10]
itest＝itest(t7)＝itest(t8)
因此，根据等式10，可以在第七时间t7和第八时间t8等同地保持测试电流itest。因此，可以看出模式8的测试电流itest等于模式7的结束时间t7的测试电流itest(t7)。
模式9(t8≤t<t9)
在模式9中，如图6所示，可以再次接通第二开关SLB和第三开关SRT并且可以断开第四开关SRB。在这种情况下，电容器CSM的充电电压VSM通过第二开关SLB和第三开关SRT而被施加到电感器LI，测试电流itest可能增加。
如图8C所示，测试电流itest流过如图8C所示的电容器CSM、第二二极管DLB、电感器LI和第三二极管DRT。此时，测试电流itest如下随时间的推移增加。
[等式11]
itest＝itest(t8)+VSM/LI×t
因此，根据等式11，测试电流itest可能增加。也就是说，与模式8的结束时间t8的测试电流相比，模式9的测试电流itest可能增加。这种测试电流itest可能增加直到第二开关SLB或第三开关SRT被断开。
模式10(t9≤t<t10)
在模式10中，如图6所示，可以再次断开第二开关SLB和第三开关SRT并且可以再次接通第四开关SRB。在这种情况下，由于电容器CSM的充电电压VSM不能够被施加到电感器LI，所以测试电流itest不增加。也就是说，被施加到电感器LI的电压为0(零)。
如图8B所示，测试电流itest流过第二二极管DLB、电感器LI和第四开关SRB。因此，测试电流itest可以如下表示。
[等式12]
itest＝itest(t9)＝itest(t10)
因此，根据等式12，可以在第九时间t9和第十时间t10等同地保持测试电流itest。因此，可以看出模式10的测试电流itest等于模式9的结束时间t9的测试电流itest(t9)。
模式11(t10≤t<t11)
在模式11中，如图6所示，可以再次接通第二开关SLB和第三开关SRT并且可以断开第四开关SRB。在这种情况下，由于电容器CSM的充电电压VSM通过第二开关SLB和第三开关SRT施加到电感器LI，所以测试电流itest可能增加。
如图8C所示，测试电流itest流过电容器CSM、第二二极管DLB、电感器LI和第三二极管DRT。此时，测试电流itest如下随时间的推移可能增加。
[等式13]
itest＝itest(t10)+VSM/LI×t
因此，根据等式13，测试电流itest可能增加。也就是说，与模式10的结束时间t10的测试电流相比，模式11的测试电流itest可能增加。这种测试电流itest可能增加直到第二开关SLB或第三开关SRT被断开。
模式11的结束时间t11的测试电流itest可以变为0(零)。
模式12(t11≤t<t12)
在模式12中，如图6所示，第二开关SLB和第三开关SRT保持在如模式11中的接通状态中并且第四开关SRB可以在如模式11中的断开状态中。因此，由于电容器CSM的充电电压VSM通过第二开关SLB和第三开关SRT而被施加到电感器LI，所以测试电流itest可能增加。
在模式11中，测试电流itest可能从负值增加到0(零)并且在模式12中，测试电流itest可能从0(零)增加。因此，模式12的测试电流itest以与模式11的测试电流的方向相反的方向流动。也就是说，如图8D所示，测试电流itest流过电容器CSM、第三开关SRT、电感器LI和第二开关SLB。
测试电流itest如下随时间的推移可能增加。
[等式14]
itest＝itest(t11)+VSM/LI×t
其中，由于itest(t11)为0(零)，所以测试电流itest可能从0(零)增加。这种测试电流itest可能增加直到第二开关SLB或第三开关SRT被断开。
模式13(t12≤t<t13)
在模式13中，如图6所示，第三开关SRT可以被保持在接通状态中并且可以断开第二开关SLB。在这种情况下，由于电容器CSM的充电电压VSM不能通过第二开关SLB而被施加，所以测试电流itest不再增加并且模式12的测试电流itest可以被保持。也就是说，被施加到电感器LI的电压为0(零)。此时，如图8E所示，测试电流itest流过第三开关SRT、电感器LI和第一二极管DLT。因此，测试电流itest可以如下表示。
[等式15]
itest＝itest(t12)＝itest(t13)
因此，根据等式15，可以在第十二时间t12和第十三时间t13等同地保持测试电流itest。因此，可以看出模式13的测试电流itest等于模式12的结束时间t12的测试电流itest(t12)。
模式14(t13≤t<t14)
在模式14中，如图6所示，可以再次接通第二开关SLB并且可以断开第四开关SRB。在这种情况下，由于电容器CSM的充电电压VSM通过第二开关SLB和第三开关SRT而被施加到电感器LI，所以测试电流itest可能增加。
如图8D所示，测试电流itest流过电容器CSM、第三开关SRT、电感器LI和第二开关SLB。
测试电流itest如下随时间的推移可能增加。
[等式16]
itest＝itest(t13)+VSM/LIxt
因此，根据等式16，测试电流itest可能增加。也就是说，与模式13的结束时间t13的测试电流相比，模式14的测试电流itest可能增加。这种测试电流itest可能增加直到第二开关SLB或第三开关SRT被断开。
模式15(t14≤t<t15)
在模式15中，如图6所示，第三开关SRT可以被保持在接通状态中并且可以断开第二开关SLB。在这种情况下，由于电容器CSM的充电电压VSM不能够通过第二开关SLB而被施加，所以测试电流itest不再增加并且模式14的测试电流itest可以被保持。也就是说，被施加到电感器LI的电压为0(零)。此时，如图8E所示，测试电流itest流过第三开关SRT、电感器LI和第一二极管DLT。因此，测试电流itest可以如下表示。
[等式17]
itest＝itest(t14)＝itest(t15)
因此，根据等式17，可以在第十四时间t14和第十五时间t15等同地保持测试电流itest。因此，可以看出模式15的测试电流itest等于模式14的结束时间t14的测试电流itest(t14)。
模式16(t15≤t<t16)
在模式16中，如图6所示，可以再次接通第二开关SLB并且可以断开第四开关SRB。因此，由于电容器CSM的充电电压VSM通过第二开关SLB和第三开关SRT而被施加到电感器LI，所以测试电流itest可能增加。
如图8D所示，测试电流itest流过电容器CSM、第三开关SRT、电感器LI和第二开关SLB。
测试电流itest如下随时间的推移可能增加。
[等式18]
itest＝itest(t15)+VSM/LI×t
因此，根据等式18，测试电流itest可能增加。也就是说，与模式15的结束时间t15的测试电流相比，模式16的测试电流itest可能增加。这种测试电流itest可能增加直到第二开关SLB或第三开关SRT被断开。
模式17(t16≤t<t17)
在模式17中，如图6所示，第三开关SRT可以被保持在接通状态中并且可以断开第二开关SLB。在这种情况下，由于电容器CSM的充电电压VSM不能够通过第二开关SLB而被施加，所以测试电流itest不再增加并且模式16的测试电流itest可以被保持。也就是说，被施加到电感器LI的电压为0(零)。此时，如图8E所示，测试电流itest流过第三开关SRT、电感器LI和第一二极管DLT。因此，测试电流itest可以如下表示。
[等式19]
itest＝itest(t16)＝itest(t17)
因此，根据等式19，可以在第十六时间t16和第十七时间t17等同地保持测试电流itest。因此，可以看出模式17的测试电流itest等于模式16的结束时间t16的测试电流itest(t16)。
模式18(t17≤t<t18)
在模式18中，如图6所示，可以接通第一开关SLT和第四开关SRB并且可以断开第二开关SLB和第三开关SRT。在这种情况下，由于电容器CSM的充电电压VSM通过第一开关SLT和第四开关SRB而被施加到电感器LI，所以测试电流itest可能降低。
如图8F所示，测试电流itest流过电容器CSM、第四二极管DRB、电感器LI和第一二极管DLT。
此时，测试电流itest可以如下表示。
[等式20]
itest＝itest(t17)+(-VSM)/LI×t
因此，根据等式20，测试电流itest可能降低。也就是说，与模式17的结束时间t17的测试电流相比，模式18的测试电流itest可能降低。这种测试电流itest可能降低直到第一开关SLT或第四开关SRB被断开。
模式19(t18≤t<t19)
在模式19中，如图6所示，可以接通第三开关SRT并且可以断开第一开关SLT和第四开关SRB。在这种情况下，由于电容器CSM的充电电压VSM不能通过第四开关SRB被施加到电感器LI，所以测试电流itest不再降低。
如图8E所示，测试电流itest流过第三开关SRT、电感器LI和第一二极管DLT。
测试电流itest可以如下表示。
[等式21]
itest＝itest(t18)＝itest(t19)
因此，根据等式21，可以在第十八时间t18和第十九时间t19等同地保持测试电流itest。因此，可以看出模式19的测试电流itest等于模式18的结束时间t18的测试电流itest(t18)。
模式20(t19≤t<t20)
在模式20中，如图6所示，可以断开第三开关SRT并且可以接通第一开关SLT和第四开关SRB。在这种情况下，由于电容器CSM的充电电压VSM通过第一开关SLT和第四开关SRB而被施加到电感器LI，所以测试电流可能降低。
如图8F所示，测试电流itest流过电容器CSM、第四二极管DRB、电感器LI和第一二极管DLT。
此时，测试电流itest可以如下表示。
[等式22]
itest＝itest(t19)+(-VSM)/LIxt
因此，根据等式22，测试电流itest可能降低。也就是说，与模式19的结束时间t19的测试电流相比，模式20的测试电流itest可能降低。这种测试电流itest可能降低直到第一开关SLT或第四开关SRB被断开。
模式21(t20≤t<t21)
在模式21中，如图6所示，可以再次接通第三开关SRT并且可以断开第一开关SLT和第四开关SRB。在这种情况下，由于电容器CSM的充电电压VSM不能通过第四开关SRB被施加到电感器LI，所以测试电流itest不再降低。
如图8E所示，测试电流itest流过第三开关SRT、电感器LI和第一二极管DLT。
此时，测试电流itest可以如下表示。
[等式23]
itest＝itest(t20)＝itest(t21)
因此，根据等式23，可以在第二十时间t20和第二十一时间t21等同地保持测试电流itest。因此，可以看出模式21的测试电流itest等于模式20的结束时间t20的测试电流itest(t20)。
模式22(t21≤t<t22)
在模式22中，如图6所示，可以断开第三开关SRT并且可以接通第一开关SLT和第四开关SRB。在这种情况下，由于电容器CSM的充电电压VSM通过第一开关SLT和第四开关SRB而被施加到电感器LI，所以测试电流itest可能降低。
如图8F所示，测试电流itest流过电容器CSM、第四二极管DRB、电感器LI和第一二极管DLT。
此时，测试电流itest可以如下表示。
[等式24]
itest＝itest(t21)+(-VSM)/LI×t
因此，根据等式24，测试电流itest可能降低。也就是说，与模式21的结束时间t21的测试电流相比，模式22的测试电流itest可能降低。这种测试电流itest可能降低直到第一开关SLT或第四开关SRB被断开。
在模式22的结束时间t22的测试电流itest可以是0(零)。
可以由模式1至模式22的操作来产生一个时间段的AC测试电流itest。
当模式22的操作被完成时，可以通过模式1至模式22的操作来产生下一时间段的AC测试电流。例如，测试电流itest可以被定期地产生30分钟或更长。可以在预定时间期间定期地产生测试电流itest并且可以使用所产生的测试电流itest来执行第一开关至第四开关SLT、SLB、SRT和SRB、第一二极管至第四二极管DLT、DLB、DRT和DRB以及子模块72的电容器CSM的子模块性能测试。
通过第一开关至第四开关SLT、SLB、SRT和SRB、第一二极管至第四二极管DLT、DLB、DRT和DRB以及子模块72的电容器CSM的子模块性能测试，可以确定第一开关至第四开关SLT、SLB、SRT和SRB、第一二极管至第四二极管DLT、DLB、DRT和DRB以及子模块72的电容器CSM是否可以被安装在基于MMC的STATCOM的功率转换器53中。
尽管现在已经描述了使用基于额定电压的测试电流itest来测试子模块性能，但是使用基于低电压的测试电流itest来测试子模块性能是可能的。在这种情况下，通过闭合测试电流调节器80的开关82，可以仅仅使用第一电感器LI1而不使用第二电感器LI2来产生测试电流itest。通过仅仅使用第一电感器LI1，可以执行使用基于电容器CSM的低电压产生的测试电流itest的子模块性能的测试。
<在子模块性能的测试期间补偿损耗>
将参考图9和图10描述补偿在子模块性能的测试期间发生的损耗的方法。
图9是示出了根据本发明的用于测试功率补偿器中的子模块性能的合成测试电路中的损耗补偿的等效电路的示图。图10是在损耗补偿后的测试电流和输出电压的波形图。
当在长时间段内使用测试电流itest执行子模块性能的测试时，测试电流itest的损耗可能发生。因此，为了最佳的子模块性能测试，需要补偿这种测试电流itest的损耗。
如图9所示，当子模块72通过电容器CSM的充电电压VSM操作时，可能产生测试电流itest。当产生测试电流itest时，可能通过子模块72的元件，例如第一开关至第四开关SLT、SLB、SRT和SRB、第一二极管至第四二极管DLT、DLB、DRT和DRB以及电容器CSM，在测试电流itest中发生损耗。
在这种情况下，如图10所示，可以通过从电流源60的损耗补偿器66输出的输出电压VINV来补偿损耗。
测试电流itest可以利用周期T产生。在这种情况下，在测试电流itest的半周期T/2的部分周期Ts期间可以从电流源60的损耗补偿器66供应输出电压VINV。因此，可以以半周期单位补偿测试电流itest的损耗，而不限于此。
在这种情况下，电流源60的平均输出功率<PINV>可以如下表示。
[等式25]
Ts是提供损耗补偿分量的积分周期，并且可以是(T/2-Ts)到T/2或(T-Ts)到T，而不限于此。
Ts可以根据测试电流itest的损耗程度而变化，例如，如果测试电流itest的损耗大，则Ts可以增加，而不限于此。
此外，从电流源60的损耗补偿器66输出的输出电压VINV，也就是说，损耗补偿分量，可以根据测试电流itest的损耗程度而变化。例如，如果测试电流itest的损耗大，则从电流源60的损耗补偿器66输出的损耗补偿分量VINV可以增加，而不限于此。
根据本发明的用于测试功率补偿器中的子模块性能的合成测试电路及其测试方法具有以下效果。
根据本发明的至少一个实施例，如果存储具有在作为测试的对象的子模块测试单元中设置的容量的充电电压，则能够使用充电电压来测试子模块性能。因此，能够使用小型装置并且以低成本测试要求大功率的子模块测试单元的子模块性能。因此，经济效益极好。
根据本发明的至少一个实施例，由于使用仅仅包括国际标准中确定的三个子模块的子模块测试单元执行子模块性能的测试，而不使用包括在基于MMC的功率补偿器中的所有子模块，所以能够获得与使用包含在基于MMC的功率补偿器中的多个子模块的情况相同的效果。
根据本发明的至少一个实施例，如果在测试电流中发生损耗，则损耗可以由损耗补偿分量补偿，从而在没有错误的情况下测试子模块性能。
因此，上述示例性实施例将在所有方面被解释为说明性而非限制性的。本发明的范围应由所附权利要求及其合法等同物而不是上述描述来确定，并且在所附权利要求书的含义和等同范围内的所有变化意图包含在其中。

Claims (10)

1.一种用于测试功率补偿器中的子模块性能的合成测试电路，包括：
子模块测试单元，其是对所述子模块性能进行测试的对象；
电流源，其连接到所述子模块测试单元以向所述子模块测试单元供应电压使得具有在所述子模块测试单元中设置的容量的充电电压被存储以便操作所述子模块测试单元；以及
控制器，其被配置为进行控制以使用所存储的充电电压来测试所述子模块测试单元的子模块性能。
2.根据权利要求1所述的合成测试电路，还包括：
测试电流调节器，其连接在所述电流源和所述子模块测试单元之间以调节测试电流。
3.根据权利要求2所述的合成测试电路，其中，所述测试电流调节器包括：
第一电感器，其连接在所述电流源和所述子模块测试单元之间；
第二电感器，其串联连接到所述第一电感器；以及
开关，其并联连接到所述第二电感器，
其中，当所述开关断开时，执行额定电压的所述子模块性能测试，并且
其中，当所述开关闭合时，执行低电压的所述子模块性能测试。
4.根据权利要求1所述的合成测试电路，
其中，所述子模块测试单元包括彼此串联连接的至少一个或多个子模块，
所述子模块中的每个包括：
开关单元，其包括由所述控制器控制的第一开关至第四开关，以及
分别与所述第一开关至所述第四开关反向并联连接的第一二极管至第四二极管；以及
连接到所述开关单元的电容器。
5.根据权利要求4所述的合成测试电路，其中，所述子模块测试单元在所述子模块性能的测试之前将由所述电流源供应的电压存储在所述电容器中作为所述充电电压，并且
其中，所述控制器在所述子模块性能的测试期间使用在所述电容器中存储的所述充电电压来控制所述第一开关至所述第四开关的切换以产生测试电流。
6.根据权利要求1-3中的任一项所述的合成测试电路，其中，所述电流源包括：
整流器，其被配置为将三相AC电压整流为DC电压；
纹波去除器，其被配置为去除包括在所述DC电压中的纹波；以及
损耗补偿器，其被配置为供应用于补偿在所述子模块性能的测试期间在所述测试电流中发生的损耗的损耗补偿分量。
7.根据权利要求6所述的合成测试电路，其中，所述电流源的平均输出功率由下式表示：
<PINV>＝1/T×∫Ts(itest(t)×VINV(t))dt
其中，Ts表示提供所述损耗补偿分量的积分周期，itest表示测试电流并且输出电压VINV表示所述损耗补偿器的损耗补偿器分量，并且
其中，所述积分周期为(T/2-Ts)至T/2或(T-Ts)至T(T为所述测试电流的周期)。
8.一种用于测试功率补偿器中的子模块性能的合成测试电路的测试方法，所述合成测试电路包括作为测试所述子模块性能的对象的子模块测试单元、连接到所述子模块测试单元的电流源、以及控制器，所述测试方法包括：
向所述子模块测试单元供应电压使得具有在所述子模块测试单元中设置的容量的充电电压被存储以便操作所述子模块测试单元；
使用所存储的充电电压来操作所述子模块测试单元；
在所述子模块测试单元的操作时基于所存储的充电电压来产生测试电流；以及
使用所述测试电流来测试所述子模块性能。
9.根据权利要求8所述的测试方法，
其中，用于测试所述功率补偿器中的所述子模块性能的所述合成测试电路还包括连接在所述电流源和所述子模块测试单元之间的测试电流调节器，
其中，所述测试电流调节器包括：
第一电感器，其连接在所述电流源和所述子模块测试单元之间；
第二电感器，其串联连接到所述第一电感器；以及
开关，其并联连接到所述第二电感器，
其中，所述测试方法还包括：
断开所述开关以执行额定电压的所述子模块性能测试；以及
闭合所述开关以执行低电压的所述子模块性能测试。
10.根据权利要求8或9所述的测试方法，还包括：
如果在所述子模块测试单元的子模块性能的测试期间在所述测试电流中发生损耗，则产生用于补偿所述电流源中的损耗的损耗补偿分量，
其中，所述损耗补偿分量是在所述测试电流的半周期的预定部分期间从所述电流源输出的输出电压。
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