CN111025062A - 一种svg功率模块测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电能质量产品，公开了一种SVG功率模块测试系统及方法，SVG功率模块包括功率模块控制板和若干待测试功率模块，测试系统包括上位机、SVG控制箱、直流电源和交流电压测试仪；SVG控制箱一端连接上位机，另一端连接功率模块控制板；直流电源与待测试功率模块直流输入端连接，交流电压测试仪与待测试功率模块交流输出端和功率模块控制板均连接。直接通过SVG控制箱对各功率模块进行发波测试，测试人员只需完成对功率模块的直流供电和交流电压测量仪接线的更换工作，其余工作完全由测试系统来完成，具有智能化程度高、易于操作等一系列优势，降低了人工工作量，缩短了功率模块测试的时长，降低了频繁插拔光纤带来的光纤和光电转换模块损害的风险。

Description

一种SVG功率模块测试系统及方法

技术领域

本发明属于静止无功发生器领域，涉及一种SVG功率模块测试系统及方法。

背景技术

随着光伏、风电等多种新能源在电网中渗透率的提升，电力系统面临的不确定和不可控因素逐渐增大，电网的电能质量问题正严重制约着电网规模的扩大，电能质量治理技术日益受到广泛的关注。

SVG作为静止无功发生设备(static var generator，简称SVG)，通过调节其输出的无功大小，可以改善电网的电能质量，成为新能源电站的重要组成设备之一。作为一种级联型多电平的电力电子设备，其功率模块是相同的，当某个模块发生故障时直接更换故障模块，SVG即可投运。对于模块化电力电子系统，SVG具有可靠性高、易于维护等一系列优点。单个功率模块作为SVG运行的基本单元，其可靠性是整个系统的基础，因此在SVG整机运行前需要对每个功率模块进行可靠性验证。单个SVG功率模块由电容、IGBT、控制板及其他辅助器件组成，现阶段业界主要通过发波测试的方式对单个模块的性能进行验证，即通过人为给功率模块充电及驱动，来测试该模块的好坏。通过前期对模块的充分验证，保证在整机测试时SVG系统的可靠性，对于提高整机调试进度、降低调试难度具有重要意义。

目前市场上的SVG功率模块测试方式是设计专门的模块测试仪对功率模块进行测试。如图1所示，该模块测试仪由直流电源、发波板和交流电压测量仪组成，其中直流电源连接到功率模块的直流端对功率模块进行充电，发波板通过光纤和功率模块相连以驱动功率模块IGBT的开断，交流电压测量部分和功率模块的交流输出端连接测试其交流输出电压。通过对直流电压、发波参数的计算可得到交流侧输出电压参考，将该参考电压和交流侧电压实际值比对，若误差在百分之十以内则认为该功率模块功能正常，否则认为该模块是故障模块，不可用于SVG整机测试。对于所述的SVG功率模块测试，当单个功率模块测试完成后，需要将直流电源、发波板上的光纤和交流电压测量仪从一个功率模块转接到另一个功率模块，其人工工作量大，在SVG功率模块数量较多时耗时长，不仅耽误测试进度也极易发生部分模块未被检测的问题；此外，频繁插拔光纤对光纤及光电转换模块的损害也较大。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中SVG功率模块测试工作量大，耗时长的缺点，提供一种SVG功率模块测试系统及方法。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明一方面，一种SVG功率模块测试系统，包括上位机、SVG控制箱、直流电源和交流电压测试仪；SVG控制箱一端连接上位机，另一端连接SVG功率模块的功率模块控制板；直流电源与SVG功率模块中的待测试功率模块直流输入端连接，交流电压测试仪与待测试功率模块交流输出端和上位机均连接；

SVG控制箱，用于接收上位机发送的测试指令，根据测试指令生成驱动波形发送至功率模块控制板；还用于接收功率模块控制板发送的待测试功率模块的状态信息，根据待测试功率模块的状态信息生成状态反馈信息并发送至上位机；

交流电压测试仪，用于检测待测试功率模块的交流输出端的电压数据并发送至上位机。

本发明SVG功率模块测试系统进一步的改进在于：

所述SVG控制箱包括依次串联的通信板、主控板和光纤板；通信板与上位机连接，光纤板与功率模块控制板连接；

通信板，用于接收上位机发送的测试指令，根据测试指令生成测试数据报文并发送至主控板，测试数据报文包括待测试功率模块的位号和发波占空比；还用于接收主控板发送的状态反馈信息并上传给上位机；

主控板，用于接收通信板发送的测试数据报文，根据待测试功率模块的发波占空比生成发波波形数据，发送测试数据报文和发波波形数据至光纤板；还用于接收光纤板发送的待测试功率模块的状态信息，根据待测试功率模块的状态信息生成状态反馈信息并发送至通信板；

光纤板，用于接收待测试功率模块的位号和发波波形数据，根据发波波形数据生成驱动信号，发送待测试功率模块的位号和驱动信号至功率模块控制板；还用于接收功率模块控制板发送的待测试功率模块状态信息。

所述通信板包括ARM工控板和第一FPGA，ARM工控板一端连接上位机，另一端连接第一FPGA一端，第一FPGA另一端连接主控板；

ARM工控板，用于根据预设通信规约将上位机发送的测试指令打包形成测试数据报文，然后将测试数据报文发送至第一FPGA；还用于接收第一FPGA发送的状态反馈信息，并基于预设通信规约形成反馈数据报文后上传给上位机；

第一FPGA用于接收ARM工控板发送的测试数据报文并发送至主控板，接收主控板发送的状态反馈信息并发送至ARM工控板。

所述主控板包括DSP和第二FPGA，DSP与第二FPGA连接，第二FPGA与第一FPGA和光纤板均连接；

第二FPGA用于接收第一FPGA发送的测试数据报文并发送至DSP和光纤板，接收DSP发送的发波波形数据并发送至光纤板，接收DSP发送的状态反馈信息并发送至通信板；还用于接收光纤板发送的待测试功率模块的状态信息并发送至DSP；

DSP用于根据接收的测试数据报文生成发波波形数据并发送至第二FPGA；还用于根据待测试功率模块的状态信息生成状态反馈信息并发送至第二FPGA；当待测试功率模块的状态信息与预设状态信息相比大于预设误差时，DSP生成故障信息并添加至状态反馈信息中。

所述光纤板包括第三FPGA，第二FPGA通过第三FPGA连接功率模块控制板；

第三FPGA，用于接收第二FPGA发送的测试数据报文和发波波形数据，并根据发波波形数据和预设载波比较得到驱动波形，将测试数据报文和驱动波形发送至功率模块控制板；

还用于接收功率模块控制板发送待测试功率模块的状态信并发送至第二FPGA，且当第三FPGA在预设时间内收不到待测试功率模块的状态信息时，生成待测试功率模块故障信息作为待测试功率模块的状态信息。

所述直流电源包括串联的变压器和整流模块；变压器连接电源，整流模块连接待测试功率模块直流端。

所述上位机上设置若干测试指示灯；测试指示灯分别与SVG功率模块中的每个功率模块对应，当上位机收到状态反馈信息显示状态正常时，上位机发送第一指示信息至当前测试功率模块对应的测试指示灯，测试指示灯显示第一预设颜色；否则，上位机发送第二指示信息至当前测试功率模块对应的测试指示灯，测试指示灯显示第二预设颜色。

所述上位机还用于，当待测试功率模块的交流输出端的电压数据与理论参考电压之间的误差>10％时，上位机生成待测试功率模块故障信息并显示；否则，上位机生成待测试功率模块正常信息并显示。

本发明另一方面，一种SVG功率模块测试方法，包括以下步骤：

步骤1：选择SVG功率模块中的功率模块作为待测试功率模块，将直流电源与待测试功率模块直流端连接，将交流电压测量仪与待测试功率模块交流输出端和上位机均连接；

步骤2：通过上位机发送测试指令至SVG控制箱，并接收SVG控制箱发送的状态反馈信息；

步骤3：依次选择SVG功率模块中的功率模块作为待测试功率模块重复步骤1～2，直到SVG功率模块中的所有功率模块均被选择一次，测试结束。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

通过上位机发送测试指令至SVG控制箱，通过SVG控制箱解析测试指令得到驱动波形发送至功率模块控制板，进行待测试功率模块的驱动，并实时接收功率模块控制板发送的待测试功率模块的状态信息；同时，设置交流电压测试仪实时检测待测试功率模块的交流输出端的电压数据发送至功率模块控制板，并通过SVG控制箱生成状态反馈信息并发送至上位机。直接通过SVG控制箱对各功率模块进行发波测试，测试人员只需完成对功率模块直流供电和交流电压测量仪接线的更换工作，其余工作完全由测试平台来完成，具有智能化程度高、易于操作等一系列优势，大大降低了人工工作量，缩短了模块测试的时长，降低了频繁插拔光纤带来的光纤、光模块损害的风险。

进一步的，直流电源包括串联的变压器和整流模块，通过变压器将电源电压调节至待测试功率模块正常工作的电压，通过整流模块整流后发送至待测试功率模块，满足测试需求。

进一步的，设置测试指示灯，通过测试指示灯可以清楚知道每个功率模块的测试情况，以及是否所有功率模块均完成测试。

附图说明

图1为现有SVG功率模块测试系统结构框图；

图2为本发明的SVG功率模块测试系统结构框图；

图3为本发明的SVG功率模块测试系统工作流程示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图2和3，本发明SVG功率模块测试系统，包括上位机、SVG控制箱、直流电源和交流电压测试仪；SVG控制箱一端连接上位机，另一端连接SVG功率模块的功率模块控制板；直流电源与SVG功率模块的待测试功率模块直流输入端连接，交流电压测试仪与SVG功率模块的待测试功率模块交流输出端连接。

上位机用于生成测试指令并发送至SVG控制箱，同时接收SVG控制箱发送的状态反馈信息；SVG控制箱用于接收上位机发送的测试指令，根据测试指令生成驱动波形并发送至功率模块控制板，同时接收功率模块控制板发送的状态反馈信息，并发送至上位机；直流电源给待测试功率模块提供电源以保障其正常工作。交流电压测试仪用于测量待测试功率模块的输出电压。

通过将待测试功率模块的输出电压与理论参考电压之间的误差判断待测试功率模块是否正常工作；当待测试功率模块的输出电压与理论参考电压之间的误差≤10％，则认为待测试功率模块正常，否则认为待测试功率模块故障，生成待测试功率模块故障信息发送至功率模块控制板。

SVG控制箱包括依次串联的通信板、主控板和光纤板；通信板与上位机连接，光纤板与功率模块控制板连接。

通信板用于接收上位机的测试指令，并对测试指令进行处理后发送至主控板；同时接收主控板发送的状态反馈信息，对状态反馈信息进行处理后通过通信板上的网口将状态反馈信息上传给上位机。通信板包括ARM工控板和第一FPGA，ARM工控板一端连接上位机，另一端连接第一FPGA一端，第一FPGA另一端连接主控板。ARM工控板基于ARM处理器，用于根据预设通信规约将上位机发送的测试指令打包形成测试数据报文，然后将测试数据报文发送至第一FPGA；还用于接收第一FPGA发送的状态反馈信息，并基于预设通信规约形成反馈数据报文后，通过通信板上的网口将反馈数据报文上传给上位机。第一FPGA用于接收ARM工控板发送的测试数据报文并发送至主控板，接收主控板发送的状态反馈信息并发送至ARM工控板。

主控板包括DSP和第二FPGA，DSP与第二FPGA连接，第二FPGA与第一FPGA和光纤板均连接。第二FPGA用于接收第一FPGA发送的测试数据报文并发送至DSP和光纤板，测试数据报文包括待测试功率模块的位号和发波占空比，还用于接收光纤板发送的待测试功率模块状态信息；待测试功率模块状态信息包括待测试功率模块的直流电压、IGBT温度、通信故障等信息。DSP用于根据接收的测试数据报文生成待测试功率模块的发波波形数据，并通过第二FPGA发送至光纤板；还用于对光纤版上传的待测试功率模块状态信息进行分析，若待测试功率模块状态正常则继续发波，若待测试功率模块出现过压、过温、通信异常等故障状态则立刻停止发送发波波形数据，并生成检修信号依次通过第二FPGA、第一FPGA、ARM工控板和上位机告知测试人员对该待测试功率模块进行检修。

光纤板包括第三FPGA，第三FPGA用于接收第二FPGA发送的测试数据报文和待测试功率模块的波形数据，根据波形数据和预设载波比较得到待测试功率模块的驱动波形并发送至功率模块控制板，功率模块控制板根据待测试功率模块位号选择待测试功率模块，并通过待测试功率模块的驱动波形生成驱动信号，根据驱动信号驱动待测试功率模块；还用于发送测试数据报文至功率模块控制板；还用于接收功率模块控制板发送的状态反馈信息，并且，当第三FPGA在1～1.5s内收不到待测试功率模块状态反馈信息时，生成待测试功率模块故障信息，并将待测试功率模块故障信息通过主控板和通信板发送至上位机。

直流电源包括串联的变压器和整流模块，变压器连接220V电源，整流模块连接待测试功率模块直流端，整流模块输出为600V直流电源，能够提供待测试功率模块正常工作的电压。

交流电压测量仪包括电压采集器件，通过线路将待测试功率模块交流输出端与电压采集器件的接口相连，即可对待测试功率模块的交流输出端的电压进行检测，检测到的输出电压数据通过待测试功率模块反馈给SVG控制箱，然后再传递上位机。

本发明的功率模块测试指令下发流程如下：

1)上位机发送测试指令，测试指令通过网口传给通信板的ARM工控板，ARM工控板基于ARM处理器，能够对上位机发送的测试指令进行归类处理并打包后生成测试数据报文，将测试数据报文发送给通信板的第一FPGA。

2)通信板的第一FPGA和主控板的第二FPGA进行数据交互，主控板第二FPGA将所得到的测试数据报文发送给主控板DSP，在DSP中提取测试数据报文中的待测试功率模块的位号和发波占空比，生成发波波形数据，并返给主控板第二FPGA。

3)主控板第二FPGA将DSP处理得到的发波波形数据传给光纤板的第三FPGA，其解析出待测试功率模块信息和待测试功率模块的驱动波形，并通过对应的光纤口将待测试功率模块信息和待测试功率模块的驱动波形传给功率模块控制板。

4)若待测试功率模块的直流侧电压达600V，则功率模块控制板上的FPGA启动工作，获取光纤板发送的待测试功率模块信息和待测试功率模块的驱动波形，并解析成驱动信号驱动待测试功率模块中开关器件的开断，以模拟整机测试中待测试功率模块的工作状态。若待测试功率模块的直流侧电压未达到600V，可能是待测试功率模块发生故障，光纤板预设时间内，大概1～1.5s收不到待测试功率模块的状态信息，生成待测试功率模块故障信息并通过主控板和通信板发送至上位机。

5)通过交流电压测试仪对待测试功率模块的交流测电压进行采集，并将数据通过功率模块控制板和SVG控制箱反馈给上位机，可及时了解待测试功率模块的工作状态。

本发明功率模块状态信息上传流程如下：

1)功率模块工作时，功率模块控制板中的采样电路获得功率模块的实时状态，功率模块控制板中的FPGA将功率模块状态信息汇总并经光纤发送给SVG控制箱中的光纤板。

2)光纤板中的第三FPGA将待测试功率模块的状态信息传给主控板中的第二FPGA。

3)主控板中的第二FPGA将信息发送给主控板中的DSP，DSP中含有故障处理函数，若存在故障，会立刻对功率模块进行封波处理，若无故障则进入下一个功率模块的测试进程。

4)主控板中的DSP将功率模块状态信息反馈给主控板中的第二FPGA，主控板中的第二FPGA将信息发送给通信板中的第一FPGA。

5)通信板中的FPGA将数据发送给ARM工控板，ARM工控板对数据处理后通过通信板上的网口将功率模块状态信息上传给上位机，测试人员通过上位机来及时了解功率模块的状态。

本发明SVG功率模块测试方法，包括以下步骤：

步骤1：选择待测试功率模块，将直流电源与待测试功率模块直流端连接，将交流电压测量仪与待测试功率模块交流输出端连接；

步骤2：通过上位机发送测试指令至SVG控制箱，并接收SVG控制箱发送的状态反馈信息；

步骤3：当状态反馈信息显示测试正常时，进行步骤4；当状态反馈信息显示测试故障时，停止测试；

步骤4：重新选择待测试功率模块重复步骤1～3，直到SVG功率模块的所有功率模块均测试完成。

具体的测试流程如下：

1)启动上位机模块测试功能，上位机确定待测试功率模块。

2)测试人员将直流电源和待测试功率模块直流输入端连接以对待测试功率模块进行充电操作，将交流电压测量仪连接到待测试功率模块交流输出端，如图2所示。

3)当待测试功率模块直流侧电压达到设定值600V后控制箱自动启动发波功能，功率模块控制板根据SVG控制箱发送的控制指令驱动待测试功率模块中的开关器件的开断。

4)交流电压测量仪会采集待测试功率模块交流侧电压，并和参考值进行比较。若满足条件则生成正常状态反馈信息并发送至上位机，上位机得到该正常状态反馈信息后将对应模块测试完成指示灯变绿，并自动转到下一个待测试功率模块，若不满条件则生成故障状态反馈信息并发送至上位机，上位机将对应模块测试完成指示灯变红，并告知操作人员对该待测试功率模块做更换检修。

5)当一个待测试功率模块测试完成后，需将直流电源和交流电压测试仪接到另一个待测试功率模块，其他可经测试系统自动完成。

6)重复上述操作，直到所有功率模块均测试完成。

直接通过SVG控制箱对各功率模块进行发波测试，测试人员只需完成对功率模块的直流供电和交流电压测量仪接线的更换工作，其余工作完全由测试系统来完成，具有智能化程度高、易于操作等一系列优势，大大降低了人工工作量，缩短了功率模块测试的时长，降低了频繁插拔光纤带来的光纤和光电转换模块损害的风险。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种SVG功率模块测试系统，其特征在于，包括上位机、SVG控制箱、直流电源和交流电压测试仪；SVG控制箱一端连接上位机，另一端连接SVG功率模块的功率模块控制板；直流电源与SVG功率模块中的待测试功率模块直流输入端连接，交流电压测试仪与待测试功率模块交流输出端和上位机均连接；

SVG控制箱，用于接收上位机发送的测试指令，根据测试指令生成驱动波形发送至功率模块控制板；还用于接收功率模块控制板发送的待测试功率模块的状态信息，根据待测试功率模块的状态信息生成状态反馈信息并发送至上位机；

交流电压测试仪，用于检测待测试功率模块的交流输出端的电压数据并发送至上位机。

2.根据权利要求1所述的SVG功率模块测试系统，其特征在于，所述SVG控制箱包括依次串联的通信板、主控板和光纤板；通信板与上位机连接，光纤板与功率模块控制板连接；

通信板，用于接收上位机发送的测试指令，根据测试指令生成测试数据报文并发送至主控板，测试数据报文包括待测试功率模块的位号和发波占空比；还用于接收主控板发送的状态反馈信息并上传给上位机；

主控板，用于接收通信板发送的测试数据报文，根据待测试功率模块的发波占空比生成发波波形数据，发送测试数据报文和发波波形数据至光纤板；还用于接收光纤板发送的待测试功率模块的状态信息，根据待测试功率模块的状态信息生成状态反馈信息并发送至通信板；

光纤板，用于接收待测试功率模块的位号和发波波形数据，根据发波波形数据生成驱动信号，发送待测试功率模块的位号和驱动信号至功率模块控制板；还用于接收功率模块控制板发送的待测试功率模块状态信息。

3.根据权利要求2所述的SVG功率模块测试系统，其特征在于，所述通信板包括ARM工控板和第一FPGA，ARM工控板一端连接上位机，另一端连接第一FPGA一端，第一FPGA另一端连接主控板；

ARM工控板，用于根据预设通信规约将上位机发送的测试指令打包形成测试数据报文，然后将测试数据报文发送至第一FPGA；还用于接收第一FPGA发送的状态反馈信息，并基于预设通信规约形成反馈数据报文后上传给上位机；

第一FPGA用于接收ARM工控板发送的测试数据报文并发送至主控板，接收主控板发送的状态反馈信息并发送至ARM工控板。

4.根据权利要求3所述的SVG功率模块测试系统，其特征在于，所述主控板包括DSP和第二FPGA，DSP与第二FPGA连接，第二FPGA与第一FPGA和光纤板均连接；

第二FPGA用于接收第一FPGA发送的测试数据报文并发送至DSP和光纤板，接收DSP发送的发波波形数据并发送至光纤板，接收DSP发送的状态反馈信息并发送至通信板；还用于接收光纤板发送的待测试功率模块的状态信息并发送至DSP；

DSP用于根据接收的测试数据报文生成发波波形数据并发送至第二FPGA；还用于根据待测试功率模块的状态信息生成状态反馈信息并发送至第二FPGA；当待测试功率模块的状态信息与预设状态信息相比大于预设误差时，DSP生成故障信息并添加至状态反馈信息中。

5.根据权利要求4所述的SVG功率模块测试系统，其特征在于，所述光纤板包括第三FPGA，第二FPGA通过第三FPGA连接功率模块控制板；

第三FPGA，用于接收第二FPGA发送的测试数据报文和发波波形数据，并根据发波波形数据和预设载波比较得到驱动波形，将测试数据报文和驱动波形发送至功率模块控制板；

还用于接收功率模块控制板发送待测试功率模块的状态信并发送至第二FPGA，且当第三FPGA在预设时间内收不到待测试功率模块的状态信息时，生成待测试功率模块故障信息作为待测试功率模块的状态信息。

6.根据权利要求1所述的SVG功率模块测试系统，其特征在于，所述直流电源包括串联的变压器和整流模块；变压器连接电源，整流模块连接待测试功率模块直流端。

7.根据权利要求1所述的SVG功率模块测试系统，其特征在于，所述上位机上设置若干测试指示灯；测试指示灯分别与SVG功率模块中的每个功率模块对应，当上位机收到状态反馈信息显示状态正常时，上位机发送第一指示信息至当前测试功率模块对应的测试指示灯，测试指示灯显示第一预设颜色；否则，上位机发送第二指示信息至当前测试功率模块对应的测试指示灯，测试指示灯显示第二预设颜色。

8.根据权利要求1所述的SVG功率模块测试系统，其特征在于，所述上位机还用于，当待测试功率模块的交流输出端的电压数据与理论参考电压之间的误差>10％时，上位机生成待测试功率模块故障信息并显示；否则，上位机生成待测试功率模块正常信息并显示。

9.一种基于权利要求1至8任一项所述测试系统的SVG功率模块测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：选择SVG功率模块中的功率模块作为待测试功率模块，将直流电源与待测试功率模块直流端连接，将交流电压测量仪与待测试功率模块交流输出端和上位机均连接；

步骤2：通过上位机发送测试指令至SVG控制箱，并接收SVG控制箱发送的状态反馈信息；

步骤3：依次选择SVG功率模块中的功率模块作为待测试功率模块重复步骤1～2，直到SVG功率模块中的所有功率模块均被选择一次，测试结束。

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