CN109709434B - 级联型变流器多子模块多工况模拟的测试电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种级联型变流器多子模块多工况模拟的测试电路，包括：电流发生器，用于生成测试电流，包括三端口变流器及其对应的滤波器；子模块系统，包括串联连接的上桥臂测试单元模块和下桥臂测试单元模块，上桥臂测试单元模块包括若干串联连接的上桥臂测试单元，下桥臂测试单元模块包括若干串联连接的下桥臂测试单元，其中每一个测试单元均包括两个反向串联连接的被测子模块。上桥臂测试单元和下桥臂测试单元接收电流发生器生成的测试电流，并向外部输出各测试单元中被测子模块的电压信号，或，电压信号和电流信号。本发明可以实现对级联型变流器任意子模块的运行工况模拟，并且实现多个子模块在多种工况下的同时测试，节省测试成本并提升测试效率。

Description

级联型变流器多子模块多工况模拟的测试电路
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，具体地，涉及一种级联型变流器多子模块多工况模拟的测试电路。
背景技术
级联型变流器由子模块级联构成，其基本结构使得系统便于拓展，在高电压、大容量的运行场景下具备良好前景。由于子模块的运行特性与变流器密切相关，为了确保变流器的长期可靠运行，对子模块在实际工况中的运行特性进行测试具有重要的意义。然而，传统的级联型变流器子模块测试方法需要搭建较完整的级联型变流器系统，其局限性在于：
1)搭建系统带来高昂的时间、经济成本；
2)测试过程中极大的功率损耗；
3)搭建变流器的系统及运行参数无法灵活调整。
因此需要一种简单、可靠的测试电路用来准确模拟被测子模块在实际系统中的运行工况，并实现多个子模块在多种工况下的同时测试，以提高测试效率。
目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。
发明内容
针对现有技术中存在的上述不足，本发明的目的是提供一种级联型变流器多子模块多工况模拟的测试电路。该测试电路简单、可靠，能够准确模拟被测子模块在实际系统中的运行工况，并实现多个子模块在多种工况下的同时测试，进而提高测试效率。
本发明是通过以下技术方案实现的。
一种级联型变流器多子模块多工况模拟的测试电路，包括：
电流发生器，生成测试电流，包括三端口变流器及其对应的出口滤波器；
子模块系统，包括串联连接的上桥臂测试单元模块和下桥臂测试单元模块，所述上桥臂测试单元模块包括若干串联连接的上桥臂测试单元，所述下桥臂测试单元模块包括若干串联连接的下桥臂测试单元，其中每一个测试单元均包括两个反向串联连接的被测子模块，所述上桥臂测试单元和下桥臂测试单元接收所述电流发生器生成的测试电流，并向外部输出各测试单元中被测子模块的信号；其中，被测子模块的信号包括如下任意一项：
-电压信号；
-电压信号和电流信号。
优选地，所述三端口变流器三相输出端口分别与所述出口滤波器三相输入端口相连接。
优选地，所述被测子模块主要由任意一种形式的变流器及其并联电容器构成。
优选地，所述被测子模块中的桥式变流器拓扑采用如下任意一种结构：
-半桥型变流器；
-全桥型变流器。
优选地，所述上桥臂测试单元模块和下桥臂测试单元模块的公共连接点处采用浮空结构或设置为接地点。
优选地，每一个测试单元中的两个反向串联连接的被测子模块，分别模拟级联型变流器整流或逆变运行工况；两个反向串联连接的被测子模块电容电压直流分量方向相反，并且能够相互抵消。
优选地，所述电流发生器包括三个电流输出端口；所述上桥臂测试单元模块的外端点、下桥臂测试单元模块的外端点以及上桥臂测试单元模块与下桥臂测试单元模块的公共连接点共同构成三个端口，并与电流发生器的三个电流输出端口相对应。
优选地，所述三端口变流器采用浮空或含接地点的两电平及多电平电路拓扑结构。
优选地，所述出口滤波器采用L、LC或LCL型滤波器。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明提供的级联型变流器多子模块多工况模拟的测试电路，其子模块系统由若干对应实际级联型变流器上、下桥臂的测试单元串联构成，能够实现对级联型变流器上、下桥臂子模块运行工况的同时模拟。进一步的，每一个测试单元包含两个反向串接的被测子模块，能够实现对级联型变流器中同一子模块在两种运行工况的同时模拟，显著提高了测试效率，降低测试成本。
2、本发明提供的级联型变流器多子模块多工况模拟的测试电路，同一测试单元中两个被测子模块反向串接的基本结构确保了两个被测子模块电容电压中的直流分量相互抵消，显著降低了对测试电路中直流电压的要求。
3、本发明提供的级联型变流器多子模块多工况模拟的测试电路可以通过改变电流发生器的输出电流及被测子模块的数量灵活地配置测试对应的工况条件，提高了实验的灵活性。
附图说明
图1为本发明的级联型变流器多子模块多工况模拟的测试电路的结构示意图；
图2为本发明的级联型变流器多子模块多工况模拟的测试电路中电流发生器的第一种拓扑结构示意图；
图3为本发明的级联型变流器多子模块多工况模拟的测试电路中电流发生器的第二种拓扑结构示意图；
图4为本发明的级联型变流器多子模块多工况模拟的测试电路中电流发生器的第三种拓扑结构示意图；
图5为本发明的级联型变流器多子模块多工况模拟的测试电路中子模块系统第一种测试单元的结构示意图；
图6为本发明的级联型变流器多子模块多工况模拟的测试电路中子模块系统第二种测试单元的结构示意图；
其中，1-电流发生器；2-子模块系统；21-上桥臂测试单元；22-下桥臂测试单元。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明实施例提供了一种级联型变流器多子模块多工况模拟的测试电路，可模拟的级联型变流器包括但不限于半桥、全桥型模块化多电平变流器(Modular MultilevelConverter,MMC)以及级联H桥型变流器(Cascaded H-Bridge Converter,CHB)。本发明实施例的测试电路包括：
电流发生器，用于生成测试电流，实现方式为：主要由三端口变流器及其对应的出口滤波器构成；其中，所述三端口变流器及其对应的出口滤波器之间的电路连接关系为：三端口变流器三相输出端口分别与出口滤波器三相输入端口相连接。
子模块系统，包括串联连接的上桥臂测试单元模块和下桥臂测试单元模块，所述上桥臂测试单元模块包括若干串联连接的上桥臂测试单元，所述下桥臂测试单元模块包括若干串联连接的下桥臂测试单元，其中每一个测试单元均包括两个反向串联连接的被测子模块，所述上桥臂测试单元和下桥臂测试单元用于接收所述电流发生器生成的电流，并向外部输出各测试单元中被测子模块的电压信号，或，电压信号和电流信号。
其中，电流信号是指：被测子模块的出口电流。
所述上桥臂测试单元的电路拓扑结构为：两个反向串联连接的半桥型或其他形式的变流器及其并联电容器；所述下桥臂测试单元的电路拓扑结构为：两个反向串联连接的半桥型或其他形式的变流器及其并联电容器；其中的半桥型或其他形式的变流器及其并联电容共同构成被测子模块。
进一步的，所述子模块系统中，上、下桥臂测试单元模块的公共连接点处可浮空，也可设置为接地点；所述每个测试单元中两个反向串联的被测子模块，分别模拟级联型变流器整流或逆变运行等多种工况；两个反向串联连接的被测子模块电容电压直流分量方向相反，并且能够相互抵消。
进一步的，所述电流发生器包括三个电流输出端口；其中，所述三端口变流器采用浮空或含接地点的两电平及多电平电路拓扑结构；所述出口滤波器采用L、LC或LCL型滤波器。
相应地，所述子模块系统中，所述上、下桥臂测试单元模块两端，及上、下桥臂测试单元模块公共连接点共同构成三个端口。
下面结合附图对本发明上述实施例的技术方案进一步详细描述。
如图1所示，为本发明实施例中级联型变流器多子模块多工况模拟的测试电路中的一实施例示意图，包括：
电流发生器1，输出端与子模块系统2相连接，用于生成流经子模块系统2内部测试单元的测试电流；
子模块系统2，输入端与电流发生器1相连接用于接收测试电流，并将内部测试单元中被测子模块的电容电压信号输出至外部；
本发明上述实施例通过电流发生器产生测试电流，并通过子模块系统2实现对实际级联型变流器中多个被测子模块在多种运行工况下的同时模拟，显著降低对直流电压的要求，并提高测试效率。
上述实施例中，电流发生器1具有一组三端的输出端口，输出的三相电流ik(k＝a,b,c)分别对应实际级联型变流器中上、下桥臂电流及交流输出电流，电流发生器1中的三端口变流器可以采用包括但不限于图2、图3及图4在内的任意浮空或含接地点的两电平及多电平电路拓扑结构，出口滤波器可以采用包括但不限于L、LC、LCL型滤波器在内的任意滤波器。
具体地：
如图2所示，电路拓扑结构为：不含接地点的三相全桥变流器。
如图3所示，电路拓扑结构为：电容中点接地的三相全桥变流器。
如图4所示，电路拓扑结构为：两个两相全桥变流器串接构成的三相变流器。
上述实施例中，子模块系统2主要由上桥臂测试单元模块和下桥臂测试单元模块串联连接构成；其中，上桥臂测试单元模块，包括若干串联连接的上桥臂测试单元21，下桥臂测试单元模块包括若干串联连接的下桥臂测试单元22。电流发生器输出的a相电流流经上桥臂测试单元21，电流发生器输出的c相电流流经下桥臂测试单元22，流经上、下桥臂测试单元的电流汇合后经公共连接点流出，因此上、下桥臂测试单元可以分别对应实际变流器同一相或不同相的上、下桥臂。上、下桥臂测试单元包含不限于两个反向串接的被测子模块，被测子模块对应实际级联型变流器的子模块。上桥臂测试单元21及下桥臂测试单元22的拓扑结构包括但不限于图5、图6所示的由半桥及全桥子模块组成的拓扑结构。
具体地：
如图5所示，电路拓扑结构为：两个反向串联连接的半桥型变流器及其并联电容器。
如图6所示，电路拓扑结构为：两个反向串联连接的全桥型变流器及其并联电容器。
本发明上述实施例提出的级联型变流器多子模块多工况模拟的测试电路，可以实现对级联型变流器任意子模块的运行工况模拟，并且实现多个子模块在多种工况下的同时测试，节省测试成本并提升测试效率。
需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (9)

1.一种级联型变流器多子模块多工况模拟的测试电路，其特征在于，包括：
电流发生器，生成测试电流，主要由三端口变流器及其对应的出口滤波器构成；
子模块系统，包括串联连接的上桥臂测试单元模块和下桥臂测试单元模块，所述上桥臂测试单元模块包括若干串联连接的上桥臂测试单元，所述下桥臂测试单元模块包括若干串联连接的下桥臂测试单元，其中每一个测试单元均包括两个反向串联连接的被测子模块，所述上桥臂测试单元和下桥臂测试单元接收所述电流发生器生成的测试电流，并向外部输出各测试单元中被测子模块的电压信号，或，电压信号和电流信号。
2.根据权利要求1所述的级联型变流器多子模块多工况模拟的测试电路，其特征在于，所述三端口变流器三相输出端口分别与所述出口滤波器三相输入端口相连接。
3.根据权利要求1所述的级联型变流器多子模块多工况模拟的测试电路，其特征在于，所述被测子模块主要由任意一种结构的桥式变流器拓扑及其并联电容器构成。
4.根据权利要求3所述的级联型变流器多子模块多工况模拟的测试电路，其特征在于，所述被测子模块中的桥式变流器拓扑采用如下任意一种结构：
-半桥型变流器；
-全桥型变流器。
5.根据权利要求1所述的级联型变流器多子模块多工况模拟的测试电路，其特征在于，所述上桥臂测试单元模块和下桥臂测试单元模块的公共连接点处采用浮空结构，或设置为接地点。
6.根据权利要求1所述的级联型变流器多子模块多工况模拟的测试电路，其特征在于，每一个测试单元中的两个反向串联连接的被测子模块，分别模拟级联型变流器整流或逆变运行工况；两个反向串联连接的被测子模块电容电压直流分量方向相反，并且能够相互抵消。
7.根据权利要求1-6任一项所述的级联型变流器多子模块多工况模拟的测试电路，其特征在于，所述电流发生器包括三个电流输出端口；所述上桥臂测试单元模块的外端点、下桥臂测试单元模块的外端点以及上桥臂测试单元模块与下桥臂测试单元模块的公共连接点共同构成三个端口，并与所述电流发生器的三个电流输出端口相对应。
8.根据权利要求1-6任一项所述的级联型变流器多子模块多工况模拟的测试电路，其特征在于，所述三端口变流器采用浮空或含接地点的两电平及多电平电路拓扑结构。
9.根据权利要求1-6任一项所述的级联型变流器多子模块多工况模拟的测试电路，其特征在于，所述出口滤波器采用L、LC或LCL型滤波器。
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