CN110988522A - 一种用于换流器熄弧角裕度测试的发生器及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于换流器熄弧角裕度测试的发生器及检测方法，属于换流器测试技术领域。本发明通过参考同步电压的相位、各相半桥臂电压的相位补偿和设定的熄弧角裕度生成各桥臂对应的电流过零脉冲，供待测换流器控制系统检测，并根据待测换流器控制系统检测结果中解析出对应的熄弧角裕度，判断与设定的熄弧角裕度是否一致，以实现在正常的生产过程中对控制系统的熄弧角裕度测量功能进行评价，整个过程无需昂贵的仿真试验器件，能够准确、快速的在生产过程中实现对换流器熄弧角裕度测试功能的判断。

Description

一种用于换流器熄弧角裕度测试的发生器及检测方法

技术领域

本发明涉及一种用于换流器熄弧角裕度测试的发生器及检测方法，属于换流器测试技术领域。

背景技术

随着高压直流输电技术的发展，相控逆变器熄弧角裕度为特征参数的在换流器的控制中占有举足轻重的地位。例如一个有两个相同的6脉动阀构成的12脉动换流器需要12路熄弧角裕度的测量，12脉动换流器的结构如图1所示，12路熄弧角裕度的测量取决于被换相桥臂电压过零与该桥臂电流过零的滞后角度，在换流器的正常工作中，当12脉换流器出现电流过零点时，会产生一个相应的电流过零脉冲发送给相应的控制系统，由控制系统对电流过零脉冲进行检测，并根据检测到的过零脉冲和换流器的桥臂基准电压确定对应的熄弧角裕度，实现对熄弧角裕度的测量，再根据得到的熄弧角裕度进行换相控制，可见，熄弧角裕度测量结果的直接决定了逆变器换相结果，若熄弧角测量不准确，则会影响相控逆变器的控制，甚至导致无法及时换相的风险。

熄弧角测量的准确与否完全取决于控制系统能够准确检测到电流过零脉冲，因此，需要对控制系统中的电流过零脉冲检测模块进行测试，目前有关该部分的测试往往需要在昂贵的仿真试验或实际投运的系统调试当中才能开展，而在实际的生产中，常规的测量仪器无法具备对电流过零脉冲检测模块进行测试，因而无法及时评价换流器控制系统质量。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于换流器熄弧角裕度测试的发生器及检测方法，以实现生产过程中对换流器控制系统的熄弧角裕度测试功能的判断。

本发明为解决上述技术问题而提供了一种用于换流器熄弧角裕度测试的发生器，该发生器包括参考同步电压锁相环、移相器、工频周期脉冲发生器和熄弧角裕度脉冲触发输出模块；

所述的参考同步电压锁相环用于以任一半桥臂的相电压作为参考同步电压，并锁定该参考同步电压的相位，并将得到相位发送给工频周期脉冲发生器；

所述的工频周期脉冲发生器用于根据参考同步电压的相位生成相应工频周期的数字脉冲；

所述的移相器用于根据参考同步电压的相位和各相半桥臂电压的相序关系产生对应的相位补偿，并将得到的相位补偿结果发送给熄弧角裕度脉冲触发输出模块；

所述的熄弧角裕度脉冲触发输出模块用于根据所述的数字脉冲、参考同步电压的相位、各相半桥臂电压的相位补偿和设定的熄弧角裕度生成各桥臂对应的电流过零脉冲，供待测换流器控制系统检测，并根据待测换流器控制系统检测结果中解析出对应的熄弧角裕度，判断与设定的熄弧角裕度是否一致。

本发明通过参考同步电压的相位、各相半桥臂电压的相位补偿和设定的熄弧角裕度生成各桥臂对应的电流过零脉冲，供待测换流器控制系统检测，并根据待测换流器控制系统检测结果中解析出对应的熄弧角裕度，判断与设定的熄弧角裕度是否一致，以实现在正常的生产过程中对控制系统的熄弧角裕度测量功能进行评价，整个过程无需昂贵的仿真试验器件，能够准确、快速的在生产过程中实现对换流器熄弧角裕度测试功能的判断。

进一步地，为快速实现，所述的熄弧角裕度脉冲触发输出模块生成的各桥臂对应的电流过零脉冲的相位满足以下关系：

其中

为序号是K_Z的半桥臂的电流过零脉冲相位，α₀为参考同步电压所在共阳极半桥臂电压过零点的相位，K_Z为半桥臂的序号，定义参考同步电压对应相电压第一个出现的共阳极半桥臂序号为0，比该半桥臂电压相位超前的半桥臂的序号依次减1，比该半桥臂电压相位滞后的半桥臂的序号依次加1，

为设定的各半桥臂的熄弧角裕度。

进一步地，为简单、快速实现相位补偿，所述的移相器为30度倍角移相器。

本发明还提供了一种换流器熄弧角裕度测试性能的检测方法，该方法包括以下步骤：

1)选取任一半桥臂的相电压作为参考同步电压，并根据该参考同步电压的相位生成相应的周期数字脉冲；

2)根据参考同步电压的相位和各相半桥臂电压的相序关系确定各半桥臂的相位补偿；

3)根据所述的数字脉冲、参考同步电压的相位、各相半桥臂电压的相位补偿和设定的熄弧角裕度生成各桥臂对应的电流过零脉冲；

4)将得到电流过零脉冲发送给待测换流器控制系统，根据待测换流器控制系统检测结果解析出对应的熄弧角裕度，判断与设定的熄弧角裕度是否一致，若一致，说明待测换流器控制系统的熄弧角裕度测试性能合格。

本发明通过参考同步电压的相位、各相半桥臂电压的相位补偿和设定的熄弧角裕度生成各桥臂对应的电流过零脉冲，供待测换流器控制系统检测，并根据待测换流器控制系统检测结果中解析出对应的熄弧角裕度，判断与设定的熄弧角裕度是否一致，以实现在正常的生产过程中对控制系统的熄弧角裕度测量功能进行评价，整个过程无需昂贵的仿真试验器件，能够准确、快速的在生产过程中实现对换流器熄弧角裕度测试功能的判断。

进一步地，所述步骤3)中生成的各桥臂对应的电流过零脉冲的相位满足以下关系：

其中

为序号是K_Z的半桥臂的电流过零脉冲相位，α₀为参考同步电压所在共阳极半桥臂电压过零点的相位，K_Z为半桥臂的序号，定义参考同步电压对应相电压第一个出现的共阳极半桥臂序号为0，比该半桥臂电压相位超前的半桥臂的序号依次减1，比该半桥臂电压相位滞后的半桥臂的序号依次加1，

为设定的各半桥臂的熄弧角裕度。

进一步地，为简单、快速实现相位补偿，所述步骤2)采用30度倍角移相器实现。

附图说明

图1是现有12脉动换流器的结构示意图；

图2是本发明中12脉动换流器上阀二次绕组滞后30度时的电压过零点波形示意图；

图3是本发明中12脉动换流器上阀二次绕组超前30度时的电压过零点波形示意图；

图4是本发明用于换流器熄弧角裕度测试的发生器的功能框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施作进一步地说明。

本发明通过参考同步电压的相位、各相半桥臂电压的相位补偿和设定的熄弧角裕度生成各桥臂对应的电流过零脉冲，供待测换流器控制系统检测，并根据待测换流器控制系统检测结果中解析出对应的熄弧角裕度，判断与设定的熄弧角裕度是否一致，以实现在正常的生产过程中对控制系统的熄弧角裕度测量功能进行评价。

下面以图1中的12脉动换流器为例对本发明的用于换流器熄弧角裕度测试的发生器进行详细说明。在介绍本发明的用于换流器熄弧角裕度测试的发生器之前，先对12脉动换流器上、下阀换流变侧二次绕组电压过零点的情况进行简单介绍。

12脉动换流器上、下阀换流变侧二次绕组之间的相位关系是30°的超前、滞后关系，当12脉动阀上阀换流变侧二次绕组滞后下阀绕组30°时，如图2所示，ea、eb、eb代表上阀换流变侧二次绕组的三相平衡交流电压，基于上阀的换流变侧二次绕组的三相电压对应的零点和各相波形交点所对应的ωt相位轴上的实时相位就是每个半桥臂电压反向过零的相位点，每个相位点的角度彼此相差30°，上阀之间的相位点相差60°，下阀之间的相位点相差60°。当12脉动阀上阀换流变侧二次绕组超前下阀绕组30°时，如图3所示，对应的下阀半桥臂电压过零点位置应依次沿ωt相位轴上正向循环平移60°，这样ωt0位置为eA4。

如图2所示，12脉动阀的各相电压具有的过零点上阀和下阀依次有ec5、eb6、ea1、ec2、eb3、ea4，eC5、eB6、eA1、eC2、eB3、eA4。由于各个6脉动阀各半桥臂接入的各相平衡交流电压相位是固定相差120°，因此任一单相交流电压与任一半桥臂电压过零点的相位关系是30°的倍角度关系，即满足：

ωt_k＝k×30°

其中ωt_k为第k个半桥臂的电压过零点的相位，k为自定义的半桥臂序号，对本实施例而言，分别对应的半桥臂是C5、c5、B6、b6、A1、a1、C2、c2、B3、b3、A4、a4或A4、c5、C5、b6、B6、a1、A1、c2、C2、b3、B3、a4。

以任一一相交流电压作为参考同步电压，都可以生成ec5、eb6、ea1、ec2、eb3、ea4，eB6、eA1、eC2、eB3、eA4、eC5对应的相位关系，只要明确了各阀的第一个过零点，则其它11个过零点依当前的前后顺序按30°等差向前或向后移动方法就可以循环地生成12路电压过零点。在实际的逆变器运行中若每个半桥臂的电压过零点相位为α_X时，熄弧角裕度值γ_X，则电流过零时的相位β_X满足：

β_X＝α_X-γ_X

x----代表各半桥臂c5、b6、a1、c2、b3、a4，B6、A1、C2、B3、A4、C5。各半桥臂电压过零点对应半桥臂顺序为以下两种情况：

(1)上阀超前下阀30°

各半桥臂电压过零点对应半桥臂顺序为A4、c5、C5、b6、B6、a1、A1、c2、C2、b3、B3、a4。

(2)上阀滞后下阀30°

各半桥臂电压过零点对应半桥臂顺序为C5、c5、B6、b6、A1、a1、C2、c2、B3、b3、A4、a4。

基于上述关系，本发明提供了一种用于换流器熄弧角裕度测试的发生器，如图4所示，包括参考同步电压锁相环、移相器、工频周期脉冲发生器和熄弧角裕度脉冲触发输出模块。参考同步电压锁相环用于以任一半桥臂的相电压作为参考同步电压，并锁定该参考同步电压的相位；工频周期脉冲发生器用于根据参考同步电压的相位生成相应工频周期的数字脉冲；移相器用于根据参考同步电压的相位和各相半桥臂电压的相序关系产生对应的相位补偿；熄弧角裕度脉冲触发输出模块用于根据所述的数字脉冲、参考同步电压的相位、各相半桥臂电压的相位补偿和设定的熄弧角裕度生成各半桥臂对应的电流过零脉冲，供待测换流器控制系统检测，并根据待测换流器控制系统检测结果中解析出对应的熄弧角裕度，判断与设定的熄弧角裕度是否一致。

其中移相器在进行相位补偿时，可采用30度倍角移相器实现，根据参考同步电压的相序信息确定每个半桥臂的电压过零点相位，定义参考同步电压对应相电压第一个出现的共阳极半桥臂序号为0，则前顺序的半桥臂的序号依次减1，后顺序的则依次增1，形成整数等差序列{K_Z}，假设各半桥臂电压过零点对应半桥臂顺序为A4、c5、C5、b6、B6、a1、A1、c2、C2、b3、B3、a4，且第一个出现的共阳极半桥臂为a1，则对应的等差序列{K_Z}＝{-5，-4，-3，-2，-1,0,1,2,3,4,5,6},则各半桥臂电压过零点的补偿相位为K_Z×30°。

熄弧角裕度脉冲触发输出模块根据下列相位关系生成各半桥臂对应的电流过零脉冲。

其中

为序号是K_Z的半桥臂的电流过零脉冲相位，α₀为参考同步电压所在共阳极半桥臂电压过零点的相位，K_Z为半桥臂的序号，定义参考同步电压对应相电压第一个出现的共阳极半桥臂序号为0，比该半桥臂电压相位超前的半桥臂的序号依次减1，比该半桥臂电压相位滞后的半桥臂的序号依次加1，

为设定的各半桥臂的熄弧角裕度。

将生成的各半桥臂对应的电流过零脉冲发送待测换流器控制系统检测，并根据待测换流器控制系统检测结果中解析出对应的熄弧角裕度，判断与设定的熄弧角裕度是否一致，若一致，说明待测换流器控制系统的电流过零脉冲检测功能正常，即熄弧角裕度测试功能正常，否则说明待测换流器控制系统的熄弧角裕度测试功能有问题，需要检修、调整。

检测方法的实施例

本发明换流器熄弧角裕度测试性能的检测方法具体包括以下步骤：

1)选取任一半桥臂的相电压作为参考同步电压，并根据该参考同步电压的相位生成相应的周期数字脉冲；2)根据参考同步电压的相位和各相半桥臂电压的相序关系确定各半桥臂的相位补偿；3)根据所述的数字脉冲、参考同步电压的相位、各相半桥臂电压的相位补偿和设定的熄弧角裕度生成各桥臂对应的电流过零脉冲；4)将得到电流过零脉冲发送给待测换流器控制系统，根据待测换流器控制系统检测结果解析出对应的熄弧角裕度，判断与设定的熄弧角裕度是否一致，若一致，说明待测换流器控制系统的熄弧角裕度测试性能合格。

上述方法的具体实现过程已在发生器实施例中进行了详细说明，这里不再赘述。

Claims (6)

1.一种用于换流器熄弧角裕度测试的发生器，其特征在于，该发生器包括参考同步电压锁相环、移相器、工频周期脉冲发生器和熄弧角裕度脉冲触发输出模块；

所述的参考同步电压锁相环用于以任一半桥臂的相电压作为参考同步电压，并锁定该参考同步电压的相位，并将得到相位发送给工频周期脉冲发生器；

所述的工频周期脉冲发生器用于根据参考同步电压的相位生成相应工频周期的数字脉冲；

所述的移相器用于根据参考同步电压的相位和各相半桥臂电压的相序关系产生对应的相位补偿，并将得到的相位补偿结果发送给熄弧角裕度脉冲触发输出模块；

所述的熄弧角裕度脉冲触发输出模块用于根据所述的数字脉冲、参考同步电压的相位、各相半桥臂电压的相位补偿和设定的熄弧角裕度生成各桥臂对应的电流过零脉冲，供待测换流器控制系统检测，并根据待测换流器控制系统检测结果中解析出对应的熄弧角裕度，判断与设定的熄弧角裕度是否一致。

2.根据权利要求1所述的用于换流器熄弧角裕度测试的发生器，其特征在于，所述的熄弧角裕度脉冲触发输出模块生成的各桥臂对应的电流过零脉冲的相位满足以下关系：

其中

为序号是K_Z的半桥臂的电流过零脉冲相位，α₀为参考同步电压所在共阳极半桥臂电压过零点的相位，K_Z为半桥臂的序号，定义参考同步电压对应相电压第一个出现的共阳极半桥臂序号为0，比该半桥臂电压相位超前的半桥臂的序号依次减1，比该半桥臂电压相位滞后的半桥臂的序号依次加1，

为设定的各半桥臂的熄弧角裕度。

3.根据权利要求1或2所述的用于换流器熄弧角裕度测试的发生器，其特征在于，所述的移相器为30度倍角移相器。

4.一种换流器熄弧角裕度测试性能的检测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)选取任一半桥臂的相电压作为参考同步电压，并根据该参考同步电压的相位生成相应周期的数字脉冲；

2)根据参考同步电压的相位和各相半桥臂电压的相序关系确定各半桥臂的相位补偿；

3)根据所述的数字脉冲、参考同步电压的相位、各相半桥臂电压的相位补偿和设定的熄弧角裕度生成各桥臂对应的电流过零脉冲；

4)将得到电流过零脉冲发送给待测换流器控制系统，根据待测换流器控制系统检测结果解析出对应的熄弧角裕度，判断与设定的熄弧角裕度是否一致，若一致，说明待测换流器控制系统的熄弧角裕度测试性能合格。

5.根据权利要求4所述的换流器熄弧角裕度测试性能的检测方法，其特征在于，所述步骤3)中生成的各桥臂对应的电流过零脉冲的相位满足以下关系：

其中

为序号是K_Z的半桥臂的电流过零脉冲相位，α₀为参考同步电压所在共阳极半桥臂电压过零点的相位，K_Z为半桥臂的序号，定义参考同步电压对应相电压第一个出现的共阳极半桥臂序号为0，比该半桥臂电压相位超前的半桥臂的序号依次减1，比该半桥臂电压相位滞后的半桥臂的序号依次加1，

为设定的各半桥臂的熄弧角裕度。

6.根据权利要求4或5所述的换流器熄弧角裕度测试性能的检测方法，其特征在于，所述步骤2)采用30度倍角移相器实现。

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