CN110275124B - 用于mmc子模块电容器试验的直流叠加纹波发生电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于模块化多电平变换器(MMC)子模块电容器性能测试试验的直流叠加纹波发生电路，所述电路包括交流电源AC、二极管D、电容器C、电阻R；利用二极管D串接交流电源AC进行半波整流，通过RC振荡在电容比例单元上产生直流叠加纹波工况电压；其还可包括电感L、限流电阻R1、R2，通过电感限制冲击电流，通过限流电阻限制电流幅值。该直流叠加纹波发生电路仅需交流电源、二极管(硅堆)和若干RLC元件，有效地降低了成本且能产生较大纹波电压，具有很强的实用性，可用于电容器温升和老化试验。

Description

用于MMC子模块电容器试验的直流叠加纹波发生电路
技术领域
本发明属于电容器检测和电压波形发生领域，具体涉及一种用于模块化多电平变换器(Modular Multilevel Convertor，MMC)子模块电容器性能测试试验的直流叠加纹波电压发生电路及其应用。
背景技术
电压源换流器高压直流输电(Voltage Source Convertor High Voltage DirectCurrent，VSC-HVDC)技术相对于传统直流输电技术，因其没有无功补偿问题、没有换相失败问题、可以为无源系统供电以及可同时调节有功功率和无功功率等技术优势，在孤岛供电、新能源并网、多端直流输电和城市配电网增容等领域中越来越广泛地被电力系统所采用。
模块化多电平变换器(Modular Multilevel Convertor，MMC)是一种新兴的电压源型换流器，其工作原理与传统的两电平和三电平换流器不同，不是采用PWM来逼近正弦波，而是采用阶梯波的方式来逼近正弦波。其桥臂不是由多个开关器件直接串联构成的，而是采用了子模块(Sub-Module，SM)级联的方式。子模块一般采用半个H桥结构，IGBT两端并联二极管，电容并联在H桥两端，MMC子模块结构如图1所示。
基于MMC的高压直流输电技术在直流输电领域有着明显优势，具体体现在实现了模块化设计、输出电平数高和容易实现容量扩展及电压等级提高等方面。MMC在运行时，由于输出端与子模块直流侧电容之间存在无功交换，电容电压会产生周期性波动，实际工况电压波形为直流叠加纹波。
为了更准确地进行电容器性能测量试验，需要通过电路在电容器两端实现直流叠加纹波工况电压波形。一般的方法是利用直流电压源串联交流电压源给电容充电，然而此方法需要两种电压源，成本较大且难以产生较大的纹波电压。
发明内容
针对以上的不足和缺陷，本发明提出了一种用于MMC子模块电容器性能测试试验的直流叠加纹波电压发生电路，基于半波整流和RCL振荡产生直流叠加纹波电压波形，仅需交流电源、二极管(硅堆)和若干RLC元件，有效地降低了成本且能产生较大纹波电压。
本发明采用的技术方案为：
一种用于MMC子模块电容器试验的直流叠加纹波发生电路，所述电路包括频率为f的交流电源AC、二极管D、电容器C、电阻R；
具体的，电容器C和电阻R并联，二者形成的RC并联电路段与交流电源AC、二极管D串接构成回路；
其中，所述二极管D串接交流电源AC进行半波整流，其后由RC并联电路段振荡得到直流叠加纹波工况电压波形。
较佳的，所述电路还包括电感L，所述RC并联电路段中的电容器C所在的支路串联该电感L，以限制该支路的冲击电流，即电容器C串联电感L，二者串联后与电路R并联，构成RCL振荡电路段。
较佳的，所述电路还包括限流电阻R1，串接在所述电路的干路中，一端连接二极管D，另一端连接所述RCL振荡电路段。
较佳的，所述电路还包括限流电阻R2，其串接在所述RCL振荡电路段中的电容器C所在的支路中。
较佳的，针对实际规格的MMC子模块电容器C，确定实际所需的试验电容电压，从而确定电路参数，其中，当实际工况电容电压直流部分为Un，纹波部分幅值为U0，放电时间为t0，则所述电阻
Figure BDA0001599003700000021
较佳的，所述电感L的数量级为10-5H。
较佳的，所述交流电源AC的电压幅值为
Figure BDA0001599003700000022
基于本发明的上述技术方案，对交流电源串联二极管(硅堆)进行半波整流后，由RC并联振荡得到直流叠加纹波工况电压波形。此外，还通过电感限制冲击电流，通过串联电阻限制电流幅值；仅需交流电源、二极管(硅堆)和若干RLC元件，易于实现电容电压工况波形，具有较强的实用性，可用于电容器温升和老化试验。
附图说明
图1现有技术中的MMC子模块结构图；
图2本发明一个实施方式中的直流叠加纹波发生电路的电路连接图；
图3本发明另一个实施方式中的直流叠加纹波发生电路的电路连接图；
图4本发明一个具体实例中生成的MMC子模块电容器的试验电压波形图。
具体实施方式
下面结合附图1-4和实施例对本发明做详细说明，其属于对本发明的解释而不是限定。
图2是本发明中用于MMC子模块电容器试验的直流叠加纹波发生电路的最基本的电路结构，其包括频率为f的交流电源AC、二极管D、电容器C、电阻R；其中，电容器C和电阻R并联，二者形成的RC并联电路段与交流电源AC、二极管D串接构成回路；为实现MMC子模块电容器工况电压波形，对交流电源AC串联二极管D(硅堆)进行半波整流后，由RC并联振荡得到直流叠加纹波工况电压波形。
在图2所示实施例中，由于MMC子模块电容器C的电容值较大，在按指数规律下降的电容电压和按正弦规律上升的电源电压相等的瞬间，电容支路会产生很大的冲击电流，很可能会损坏电源。
为了限制电容器所在支路的冲击电流，在一个实施例中，所述电路还包括电感L，所述RC并联电路段中的电容器C所在支路串联该电感L，以限制该支路的冲击电流，即，电容器C串联电感L，二者串联后与电阻R并联，构成RCL振荡电路段。
此外，由于电容器C的电容较大，电容电流也相应的较大，过大的电流可能会损坏电源，还可在干路和电容支路串联电阻限制电流幅值。在一个实施例中，所述电路包括限流电阻R1，串接在所述电路的干路中，一端连接二极管D，另一端连接所述RCL振荡电路段；更进一步的，所述电路还包括限流电阻R2，其串接在所述RCL振荡电路段中的电容器C所在的支路中。
图3是本发明的直流叠加纹波发生电路的一个最为完善、功能最佳的电路结构图，其包括了上述交流电源AC、二极管D、电容器C、电阻R、电感L、限流电阻R1、限流电阻R2，对交流电源AC串联二极管D(硅堆)进行半波整流后，由RC并联振荡得到直流叠加纹波工况电压波形，电容支路串联电感L，利用电感电流不能突变的特点限制电容支路冲击电流。由于电容值较大，电容电流也相应的较大，过大的电流可能会损坏电源，其还在干路和电容支路串联限流电阻R1、限流电阻R2限制电流幅值。
基于图3所示的直流叠加纹波发生电路，当实际工况电容电压直流部分为Un，纹波部分幅值为U0，电容值为C，R1和R2为限流电阻，电源频率与工况电容电压纹波部分频率相同，都为fo电容电压变化过程可以概括如下：
1.在交流电源AC电压的正半周所述二极管D(硅堆)导通，电容器C开始充电，电容电压随电源电压按正弦规律上升至最大值Un+U0。
2.此后电源电压按正弦规律下降，而电容电压的变化则比较复杂：若电容器C两端没有并联电阻，则电容电压将保持Un+U0不变，无法形成直流叠加纹波电压，本发明中，在电容器C两端并联电阻R进行放电，此时电容电压按指数规律减小，速度由快到慢。
3.在交流电源AC电压的负半周所述二极管D(硅堆)关断，电源电压为0，电容器C继续向电阻R放电，电容电压继续减小。
4.等到下一个电压正半周时，电容电压继续按指数规律下降，电源电压则按正弦规律上升。
5.直到电源电压和电容电压在一段时候后相等，随后电源AC向电容C充电，电容电压随电源电压增加达到最大值Un+U0。
6.此后重复2-5变化过程。
对于不同规格MMC子模块电容，实际工况电压波形往往并不相同，可根据实际工况电容电压调节电路参数得到试验电容电压。在过程2-4中，电容电压按指数规律下降，电容电压
Figure BDA0001599003700000041
设放电时间为
Figure BDA0001599003700000042
为了产生±U0的纹波电压，则：
Figure BDA0001599003700000043
推出放电电阻：
Figure BDA0001599003700000051
若只是RC构成并联振荡，由于MMC子模块电容值往往较大，根据
Figure BDA0001599003700000052
在按指数规律下降的电容电压和按正弦规律上升的电源电压相等的瞬间，电容电压随时间的导数由负到正，电容支路会产生很大的冲击电流，可能会损坏电源。根据电感电流不能突变，在电容支路串联电感以限制支路电流，根据：
Figure BDA0001599003700000053
电感值不宜取太大以免影响电容电压波形，数量级在10-5H左右，认为电感电压近似为0。此时ic＝iR，干路电流I＝0。
在过程1、5中，电源向电容充电，利用复频域分析电源电压同电容电压之间的关系。设电源电压为
Figure BDA0001599003700000054
电容容抗为
Figure BDA0001599003700000055
则
Figure BDA0001599003700000056
化简后得到电源电压幅值：
Figure BDA0001599003700000057
因此需要电源电压幅值为
Figure BDA0001599003700000058
的交流电源AC。可以发现，当R1＝R2＝0即不添加限流电阻时，电源电压U＝Un+U0，电容电压等于电源电压。通常的，限流电阻不应取太大以免分压过多，也不应取太小以免丧失限流作用，应根据实际情况具体分析。
在一个具体的实例中，对电路参数进行了选定设置，以对10uF电容实现2300V直流叠加50Hz的440V纹波电压为例，电容值C＝10uF，放电时间t0＝0.015s，电容支路串联限流电阻R2＝100Ω，则放电电阻：
Figure BDA0001599003700000061
设定干路限流电阻R1＝100Ω，需要电源电压：
Figure BDA0001599003700000062
该具体实例中MMC子模块电容电压仿真波形如图4所示，可见，其仅通过交流电源AC、二极管D(硅堆)和若干RLC元件，便实现了电容电压工况波形，有效地降低了成本且能产生较大纹波电压，具有很强的实用性，可用于电容器温升和老化试验。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (3)

1.一种用于MMC子模块电容器试验的直流叠加纹波发生电路，其特征在于：所述电路包括频率为f的交流电源AC、二极管D、电容器C、电阻R；
具体的，电容器C和电阻R并联，二者形成的RC并联电路段与交流电源AC、二极管D串接构成回路；
其中，所述二极管D串接交流电源AC进行半波整流，其后由RC并联电路段振荡得到直流叠加纹波工况电压波形；
所述电路还包括电感L，所述RC并联电路段中的电容器C所在的支路串联该电感L，以限制该支路的冲击电流，即，电容器C串联电感L，二者串联后与电路R并联，构成RCL振荡电路段；
所述电路还包括限流电阻R1，串接在所述电路的干路中，一端连接二极管D，另一端连接所述RCL振荡电路段；
所述电路还包括限流电阻R2，其串接在所述RCL振荡电路段中的电容器C所在的支路中；
针对实际规格的MMC子模块电容器C，确定实际所需的试验电容电压，从而确定电路参数，其中，当实际工况电容电压直流部分为Un，纹波部分幅值为U0，放电时间为t0，则所述电阻
Figure FDA0002853653110000011
2.根据权利要求1所述的直流叠加纹波发生电路，其特征在于，所述电感L的数量级为10-5H。
3.根据权利要求2所述的直流叠加纹波发生电路，其特征在于，所述交流电源AC的电压幅值为
Figure FDA0002853653110000012
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111426862A (zh) * 2020-04-16 2020-07-17 云南电网有限责任公司电力科学研究院 一种纹波测试电源系统
CN113884781A (zh) * 2021-08-16 2022-01-04 中国电力科学研究院有限公司 一种用于直流支撑电容器的耐久性试验回路
CN115776218B (zh) * 2023-02-13 2023-04-18 山东艾诺智能仪器有限公司 一种大功率高压直流纹波电源

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11113258A (ja) * 1997-09-30 1999-04-23 Nec Home Electron Ltd 電源装置
CN2524424Y (zh) * 2001-09-14 2002-12-04 清华大学 半波整流电路
CN2549645Y (zh) * 2002-06-07 2003-05-07 清华大学 全波整流电路
CN101718837A (zh) * 2009-12-02 2010-06-02 中国电力科学研究院 一种交流叠加直流的合成电压试验电源装置
CN101902139A (zh) * 2010-07-22 2010-12-01 浙江大学 模块化的多路恒流输出的变流器
CN105242737A (zh) * 2015-11-06 2016-01-13 广州金升阳科技有限公司 一种纹波电流产生方法与电路
CN105302217A (zh) * 2015-11-06 2016-02-03 广州金升阳科技有限公司 一种纹波电流产生方法与电路
CN105676936A (zh) * 2016-01-21 2016-06-15 广州金升阳科技有限公司 一种纹波电流产生电路
CN107612413A (zh) * 2017-07-28 2018-01-19 许继电气股份有限公司 一种交流叠加直流电源发生装置

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11113258A (ja) * 1997-09-30 1999-04-23 Nec Home Electron Ltd 電源装置
CN2524424Y (zh) * 2001-09-14 2002-12-04 清华大学 半波整流电路
CN2549645Y (zh) * 2002-06-07 2003-05-07 清华大学 全波整流电路
CN101718837A (zh) * 2009-12-02 2010-06-02 中国电力科学研究院 一种交流叠加直流的合成电压试验电源装置
CN101902139A (zh) * 2010-07-22 2010-12-01 浙江大学 模块化的多路恒流输出的变流器
CN105242737A (zh) * 2015-11-06 2016-01-13 广州金升阳科技有限公司 一种纹波电流产生方法与电路
CN105302217A (zh) * 2015-11-06 2016-02-03 广州金升阳科技有限公司 一种纹波电流产生方法与电路
CN105676936A (zh) * 2016-01-21 2016-06-15 广州金升阳科技有限公司 一种纹波电流产生电路
CN107612413A (zh) * 2017-07-28 2018-01-19 许继电气股份有限公司 一种交流叠加直流电源发生装置

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
半波整流电容滤波和电感滤波电路中二极管的导电角和电流;卢成健;《广西师范大学学报(自然科学版)》;20001230;第161-166页 *
电解电容寿命纹波电流测试;佚名;《电子工程世界》;20160909;正文第1-3页 *

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