CN109900980B - 一种基于高压方波脉冲激励的换流阀测试系统及其方法 - Google Patents
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Abstract
本公开揭示了一种基于高压方波脉冲激励的换流阀测试系统，包括：高压方波脉冲发生单元、第一分压单元、第二分压单元、标准阻抗、数据采集单元和试品，本公开还揭示了一种基于高压方波脉冲激励的换流阀测试方法。本公开通过采用高压方波脉冲替代传统测试系统中的正弦脉冲，能够提高测量精度；同时，利用高压方波脉冲的特性能够在测试中获取较高频域范围内的阻抗谱信息，提高测试效率。
Description
技术领域
本公开属于高压直流输电技术以及晶闸管换流阀试验技术领域，具体涉及一种基于高压方波脉冲激励的换流阀测试系统及其方法。
背景技术
由于高压直流输电在远距离大容量输电以及非同步联网等方面具有显著的优势，在我国得到了快速发展。伴随着直流输电电压等级的不断提高，换流阀所用晶闸管级单元数量更多，在现场验收以及年度检修时由于工程进度的制约，对试验效率提出了更高的要求。
换流阀测试系统是阀厂家进行产品出厂例行试验、现场验收试验、年度检修试验的试验仪器。但受制于试验项目繁多，且在不同试验内容中，仍然需要不同的激励源实现，而且由于部分类型的试品因内置逻辑电路的原因，在阻抗测试时，需要提高高频正弦电压幅度至百伏量级。因此导致一方面使得测试系统的复杂程度大大增加，不利于小型化；另一方面各项试验单独激励，也存在试验效率低下等缺点。
发明内容
针对以上不足，本公开的目的在于提供一种基于高压方波脉冲激励的换流阀测试系统，一方面，通过高压方波脉冲进行激励可用于耐压试验、过电压保护触发试验等高压试验；另一方面，通过标准的方波激励并借助时频变换，可实现试品的阻抗测试，能够进一步提高换流阀测试系统的集成度以及试验效率。
本公开的目的是通过以下技术方案实现的：
一种基于高压方波脉冲激励的换流阀测试系统，包括：高压方波脉冲发生单元、第一分压单元、第二分压单元、标准阻抗、数据采集与处理单元和试品；其中，
所述高压方波脉冲发生单元通过所述标准阻抗与试品连接，利用高压方波脉冲作为激励对换流阀阻抗进行测试；
所述第一分压单元的一端与所述高压方波脉冲发生单元及所述标准阻抗的一端连接，所述第一分压单元的另一端接地，用于测试所述高压方波脉冲发生单元的侧脉冲电压；
所述第二分压单元的一端与所述标准阻抗的另一端及试品连接，所述第二分压单元的另一端接地，用于测试所述试品的侧脉冲电压；
所述数据采集与处理单元分别与所述第一分压单元和第二分压单元连接，用于采集所述第一分压单元和第二分压单元的测试数据并对所述测试数据进行处理。
优选的，所述高压方波脉冲发生单元包括主储能电容、主开关、内置负载电阻和切尾开关；其中，
所述主储能电容与所述主开关以及所述内置负载电阻串联并形成主回路；
所述内置负载电阻的两端与所述切尾开关并联。
优选的，所述主开关与所述切尾开关均由高压碳化硅MOSFET串联组成。
优选的，所述第一分压单元和所述第二分压单元均为电阻式分压器。
优选的，所述数据采集与处理单元对测试数据进行处理是指所述数据采集与处理单元通过对所采集的测试数据进行傅里叶时频域变化形成测试阻抗特征谱。
优选的，所述数据采集与处理单元内置有隔离保护电路模块。
优选的，所述数据采集与处理单元外置有同步触发接口。
本公开还提供一种基于高压方波脉冲激励的换流阀测试方法，包括如下步骤：
S100：按照设定的高压脉冲宽度及其幅值对高压方波脉冲激励源主开关与切尾开关的驱动信号以及主储能电容的充电电压进行初始化，主开关和切尾开关按照设定的驱动信号动作后产生高压方波脉冲；
S200：将所产生的高压方波脉冲施加于待测试品，实时获取待测试品两端的脉冲电压与激励产生的脉冲电流并作为测试数据；
S300：将所述测试数据进行快速傅里叶变化，获取测试阻抗特征谱；
S400：将所述测试阻抗特征谱与预置的标准阻抗谱对比，根据对比结果判定测试是否通过。
优选的，步骤S400中，所述测试阻抗特征谱与预置的标准阻抗谱对比是通过以下误差度函数实现的：
其中，Z(ωi)为频率点下ωi的测试阻抗特征谱线值，Zref(ωi)为频率点ωi下的标准阻抗谱线值。
优选的，设置误差限值elim,，当误差度e>elim时，测试误差过大，测试不通过；当误差度e<elim时，测试阻抗在标准值误差范围以内，测试通过。
与现有技术相比，本公开带来的有益效果为：采用高压方波脉冲作为激励源能够增大激励幅值且测试精度高；通过利用方波信号频谱范围宽、所含频率信息丰富的特点，能够经过一次测试获取较高频域范围内的阻抗信息，提高试验效率。
附图说明
图1是本公开示出的一种基于高压方波脉冲激励的换流阀测试系统的结构示意图；
图2是图1中高压方波脉冲单元的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种基于高压方波脉冲激励的换流阀测试系统，包括：高压方波脉冲发生单元、第一分压单元、第二分压单元、标准阻抗、数据采集单元和试品；其中，
所述高压方波脉冲发生单元通过所述标准阻抗与试品连接，利用高压方波脉冲作为激励对换流阀阻抗进行测试；
所述第一分压单元的一端与所述高压方波脉冲发生单元及所述标准阻抗的一端连接，所述第一分压单元的另一端接地，用于测试所述高压方波脉冲发生单元的侧脉冲电压；
所述第二分压单元的一端与所述标准阻抗的另一端及试品连接，所述第二分压单元的另一端接地，用于测试所述试品的侧脉冲电压；
所述数据采集与处理单元分别与所述第一分压单元和第二分压单元连接，用于采集所述第一分压单元和第二分压单元的测试数据并对所述测试数据进行处理。
上述实施例完整的公开本发明要求保护的技术方案，与现有测试系统中存在的利用正弦脉冲作为激励源因而导致激励幅值低、测试精度不高等不同的是：上述实施例通过采用高压方波脉冲作为激励源能够增大激励幅值且提高测试精度；其次，相对于传统测试系统一次测试只能获取一个频率点下的阻抗信息，上述实施例通过利用方波信号频谱范围宽、所含频率信息丰富的特点，能够经过一次测试获取较高频域范围内的阻抗信息，提高试验效率。
另一个实施例中，如图2所示，所述高压方波脉冲发生单元包括主储能电容、主开关、内置负载电阻和切尾开关；其中，
所述主储能电容与所述主开关以及所述内置负载电阻串联并形成主回路；
所述内置负载电阻的两端与所述切尾开关并联。
该实施例中，通过控制主开关实现主回路快速导通，主储能电容进行放电，在内置负载电阻上形成快速上升的阶跃电压；在关断主开关的同时，切尾开关导通，形成快速下降的阶跃电压，从而产生一个高压方波脉冲。上述过程通过设定重复的频率交替进行，因此可输出重频的高压方波脉冲。
需要说明的是，高压方波脉冲的脉宽变化由主开关MOSFET驱动信号来实现，电压变化由充电电压变化来实现。
另一个实施例中，所述主开关与所述切尾开关均由高压碳化硅MOSFET串联组成。
该实施例中，采用碳化硅MOSFET作为开关，能够使得导通电阻、开关损耗大幅降低，适用于更高的工作频率，且由于其所具备的高温工作特性，能够大大提高高温稳定性。
另一个实施例中，所述第一分压单元和所述第二分压单元均为电阻式分压器。
该实施例中，由于高压方波脉冲设计频带较宽，通过采用测量精度高，稳定性好的电阻式分压器，能够保证较好的高频响应特性。
另一个实施例中，所述数据采集与处理单元对测试数据进行处理是指所述数据采集与处理单元通过对所采集的测试数据进行傅里叶时频域变化形成测试阻抗特征谱。
该实施例中，数据采集与处理单元通过对所采集的测试数据进行傅里叶变化形成测试阻抗特征谱，与预置的标准阻抗特征谱进行对比，从而实现对测试结果的分析判别。
另一个实施例中，所述数据采集与处理单元内置有隔离保护电路模块。
该实施例中，为保护后级电路，防止前后级电路相互干扰，因此需要在所述数据采集与处理单元中设置隔离保护电路。
另一个实施例中，所述数据采集与处理单元外置有同步触发接口。
该实施例中，为了减少采样点数量，提高运算效率,通过在数据采集与处理单元外设置同步触发接口，能够在高压方波脉冲发生单元产生高压脉冲的同时触发数据采集系统开始采集第一分压单元和第二分压单元的电压信号，送入数据处理系统等待后续处理。
本公开还提供一种基于高压方波脉冲激励的换流阀测试方法，包括如下步骤：
S100：按照设定的高压脉冲宽度及其幅值对高压方波脉冲激励源主开关与切尾开关的驱动信号以及主储能电容的充电电压进行初始化，主开关和切尾开关按照设定的驱动信号动作后产生高压方波脉冲；
S200：将所产生的高压方波脉冲施加于待测试品，实时获取待测试品两端的脉冲电压与激励产生的脉冲电流并作为测试数据；
S300：将所述测试数据进行快速傅里叶变化，获取测试阻抗特征谱；
S400：将所述测试阻抗特征谱与预置的标准阻抗谱对比，根据对比结果判定测试是否通过。
另一个实施例中，步骤S400中，所述测试阻抗特征谱与预置的标准阻抗谱对比是通过以下误差度函数实现的：
其中，Z(ωi)为频率点下ωi的测试阻抗特征谱线值，Zref(ωi)为频率点ωi下的标准阻抗谱线值。
该实施例中，设置误差限值elim,与上述误差度e进行对比，其中，当误差度e>elim时，测试误差过大，测试不通过；当误差度e<elim时，测试阻抗在标准值误差范围以内，测试通过。
以上仅是本公开的部分实施例，并不用于限制本公开的发明构思，本领域的技术人员可以在不脱离本公开发明构思的原则下进行一定替换和变形，但均应该落入本公开的保护范围。
Claims (9)
1.一种基于高压方波脉冲激励的换流阀阻抗测试系统，包括：高压方波脉冲发生单元、第一分压单元、第二分压单元、标准阻抗、数据采集与处理单元和试品；其中，
所述高压方波脉冲发生单元通过所述标准阻抗与试品连接，利用高压方波脉冲作为激励对换流阀阻抗进行测试；
且，
所述高压方波脉冲发生单元包括主储能电容、主开关、内置负载电阻和切尾开关；其中，所述主储能电容与所述主开关以及所述内置负载电阻串联并形成主回路；所述内置负载电阻的两端与所述切尾开关并联；
所述第一分压单元的一端与所述高压方波脉冲发生单元及所述标准阻抗的一端连接，所述第一分压单元的另一端接地，用于测试所述高压方波脉冲发生单元的侧脉冲电压；
所述第二分压单元的一端与所述标准阻抗的另一端及试品连接，所述第二分压单元的另一端接地，用于测试所述试品的侧脉冲电压；
所述数据采集与处理单元分别与所述第一分压单元和第二分压单元连接，用于采集所述第一分压单元和第二分压单元的测试数据并对所述测试数据进行处理。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述主开关与所述切尾开关均由高压碳化硅MOSFET串联组成。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一分压单元和所述第二分压单元均为电阻式分压器。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数据采集与处理单元对测试数据进行处理是指所述数据采集与处理单元通过对所采集的测试数据进行傅里叶时频域变化形成测试阻抗特征谱。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述数据采集与处理单元内置有隔离保护电路模块。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述数据采集与处理单元外置有同步触发接口。
7.一种根据权利要求1-6任意一项所述的系统对换流阀阻抗测试的方法，包括如下步骤：
S100：按照设定的高压脉冲宽度及其幅值对高压方波脉冲激励源主开关与切尾开关的驱动信号以及主储能电容的充电电压进行初始化，主开关和切尾开关按照设定的驱动信号动作后产生高压方波脉冲；
S200：将所产生的高压方波脉冲施加于待测试品，实时获取待测试品两端的脉冲电压与激励产生的脉冲电流并作为测试数据；
S300：将所述测试数据进行快速傅里叶变化，获取测试阻抗特征谱；
S400：将所述测试阻抗特征谱与预置的标准阻抗谱对比，根据对比结果判定测试是否通过。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤S400中，所述将测试阻抗特征谱与预置的标准阻抗谱对比是通过以下误差度函数实现的：
其中，Z(ωi)为频率点ωi下的测试阻抗特征谱线值，Zref(ωi)为频率点ωi下的标准阻抗谱线值。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，设置误差限值elim，当误差度e＞elim时，测试误差过大，测试不通过；当误差度e＜elim时，测试阻抗在标准值误差范围以内，测试通过。
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