CN111562494A - 一种测试换流阀开通关断特性的试验电路、方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测试换流阀开通关断特性的试验电路、方法，在试验电路中，补能回路中直流电源的正极与第一晶闸管的阳极连接；恢复回路中恢复阀的一端分别与电感的一端及第一晶闸管的阴极连接，恢复阀的另一端连接直流电源的负极；输出回路中H桥电路的一端连接电感的另一端，H桥电路的另一端连接直流电源的负极，H桥电路包括：包含第一电容和第一开关组件的第一子模块及包含第二电容和第二开关组件的第二子模块，第一电容和第二电容的电容量不同；负载回路包括待测阀试品，待测阀试品与H桥电路的两端连接。通过实施本发明，搭建可周期运转的、开通电压不同于关断电压的试验平台，可对阀开通关断特性以及内部零部件电气性能进行针对性测试。

Description

一种测试换流阀开通关断特性的试验电路、方法

技术领域

本发明涉及特高压换流阀运行试验领域，具体涉及一种测试换流阀开通关断特性的试验电路、方法。

背景技术

现代大功率电力电子装置的核心器件是单、双向的特高压换流阀，特高压换流阀利用内部晶闸管的开关特性，完成其作为“高压开关”的功能，成为应用范围最广的电力电子器件。特高压换流阀的技术指标和技术水平在很大程度上决定了直流工程的技术指标和水平，因此需要对特高压换流阀进行电气性能测试。

为验证特高压换流阀的运行性能，需要模拟工程实际中的电压波形，针对特高压换流阀的开通关断特性测试，重点是构造阀开通或者关断时的电压。目前主要的试验方法为合成全工况试验方法，又可细分为振荡升压和直流电流源复合试验方法、直接升压和直流电流源复合试验方法、振荡升压和交流电流源复合试验方法。特高压换流阀在工程实际运行中的开通电压是不同于关断电压的，但现有的合成全工况试验方法所利用的试验装置仅能输出大小相同的正反向电压，不能满足特高压换流阀的开通电压不同于关断电压的输出要求，即无法模拟出特高压换流阀在开通或者关断时的电压，进而无法对阀试品在工程运行条件下的开通关断特性进行测试，且试验等效性比较差。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的试验装置无法模拟出特高压换流阀在开通或者关断时的电压，进而无法对阀试品在工程运行条件下的开通关断特性进行测试且试验等效性差的缺陷，从而提供一种测试换流阀开通关断特性的试验电路、方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

第一方面，本发明实施例提供一种测试换流阀开通关断特性的试验电路，包括：补能回路、恢复回路、输出回路及负载回路，其中，所述补能回路包括直流电源和第一晶闸管，所述直流电源的正极与所述第一晶闸管的阳极连接；所述恢复回路包括恢复阀和电感，所述恢复阀一端分别与所述电感的一端及所述第一晶闸管的阴极连接，所述恢复阀的另一端连接所述直流电源的负极；所述输出回路包括H桥电路，所述H桥电路的一端连接所述电感的另一端，所述H桥电路的另一端连接所述直流电源的负极，所述H桥电路包括：包含第一电容和第一开关组件的第一子模块及包含第二电容和第二开关组件的第二子模块，所述第一子模块与所述第二子模块串联，所述第一开关组件和所述第二开关组件用于控制所述第一电容和/或所述第二电容接入或退出所述H桥电路，所述第一电容和所述第二电容的电容量不同；所述负载回路包括待测阀试品，所述待测阀试品与所述H桥电路的两端连接。

在一实施例中，所述恢复阀包括：第一电阻、第二电阻、第三电容及第二晶闸管，其中，所述第三电容的一端分别与所述第一电阻的一端及所述第二晶闸管的阴极连接；所述第三电容的另一端与所述第二电阻的一端连接；所述第二电阻的另一端分别与所述第一电阻的另一端及所述第二晶闸管的阳极连接。

在一实施例中，所述第一开关组件为四个开关模块构成的第一全桥电路，所述第一电容的两端分别连接于所述第一全桥电路的两个桥臂上。

在一实施例中，所述第二开关组件为四个开关模块构成的第二全桥电路，所述第二电容的两端分别连接于所述第二全桥电路的两个桥臂上。

第二方面，本发明实施例提供一种测试换流阀开通关断特性的试验方法，应用于本发明实施例第一方面所述的测试换流阀开通关断特性的试验电路，包括：触发所述第一晶闸管开通，控制所述第一开关组件和所述第二开关组件动作以接入所述第一电容，并旁路所述第二电容，外接直流电源为所述第一电容充电至所述待测阀试品的预设开通电压时，触发所述第一晶闸管关断；所述待测阀试品的开通过程：通过控制所述第一开关组件和所述第二开关组件动作，触发所述待测阀试品开通，使所述第一电容向待测阀试品放电；所述待测阀试品的关断过程：控制所述第一开关组件和所述第二开关组件动作以旁路所述第一电容，并接入所述第二电容，以使所述待测阀试品对所述第二电容充电至所述待测阀试品的预设关断电压时，触发所述待测阀试品关断。

在一实施例中，还包括：当所述待测阀试品关断后，控制所述第一开关组件和所述第二开关组件动作，触发所述第二晶闸管开通，使所述第二电容向所述恢复阀放电，以使所述第二电容恢复初始时刻电压水平；通过控制所述第一开关组件和所述第二开关组件动作使所述恢复阀对所述第一电容充电，当所述第一电容的电压恢复至初始时刻电压水平时，触发所述第二晶闸管关断。

本发明技术方案，具有如下优点：

本发明提供的测试换流阀开通关断特性的试验电路，基于电路理论及换流阀开通关断机理，将六脉动换流器电路进行等效，搭建可以周期运转的、开通电压不同于关断电压且电压可调的试验测试平台。通过控制H桥电路中开关组件的时序，进而控制H桥电路中第一电容和第二电容接入或退出测试电源电路的时间，从而模拟出换流阀的开通或者关断电压，通过设置电容量不同的第一电容和第二电容，模拟出开通电压不同于关断电压的测试电源，满足了换流阀的开通电压不同于关断电压的输出要求。通过恢复阀与H桥电路的配合工作，将电源回路恢复初始状态，为下个周期做准备，保证电路能够周期持续运行。该测试平台可以根据待测阀试品的开通/关断电压要求调整电压大小。由于该测试平台的电压等级远低于实际工程的电压等级，实验室设备条件便可以满足，时序控制简单，对换流阀开通关断特性研究及阀内元器件选型设计具有重要意义。

本发明提供的测试换流阀开通关断特性的试验方法，应用测试换流阀开通关断特性的试验电路，通过控制H桥电路中开关组件的时序，进而控制H桥电路中第一电容和第二电容接入或退出测试电源电路的时间，从而模拟出换流阀的开通或者关断电压，通过设置电容量不同的第一电容和第二电容，模拟出开通电压不同于关断电压的测试电源，满足了换流阀的开通电压不同于关断电压的输出要求。通过恢复阀与H桥电路的配合工作，将电源回路恢复初始状态，为下个周期做准备，保证电路能够周期持续运行。该测试平台可以根据待测阀试品的开通/关断电压要求调整电压大小。由于该测试平台的电压等级远低于实际工程的电压等级，实验室设备条件便可以满足，时序控制简单，对换流阀开通关断特性研究及阀内元器件选型设计具有重要意义。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中测试换流阀开通关断特性的试验电路的一个具体示例的电路图；

图2为本发明实施例中测试换流阀开通关断特性的试验方法的电源控制时序图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

本发明实施例提供一种测试换流阀开通关断特性的试验电路，如图1所示，包括：补能回路1、恢复回路2、输出回路3及负载回路4，其中，补能回路1包括直流电源DC和第一晶闸管Thy₁，直流电源DC的正极与第一晶闸管Thy₁的阳极连接；恢复回路2包括恢复阀V和电感L，恢复阀V的一端分别与电感L的一端及第一晶闸管Thy₁的阴极连接，恢复阀V的另一端连接直流电源DC的负极；输出回路3包括H桥电路31，H桥电路31的一端连接电感L的另一端，H桥电路31的另一端连接直流电源DC的负极，H桥电路31包括：包含第一电容C1和第一开关组件(由四个开关模块组成，其中每个开关模块由IGBT开关及与IGBT开关反向并联的二极管构成，这四个IGBT开关分别表示为G11、G12、G13、G14，这四个二极管分别表示为D11、D12、D13、D14)的第一子模块311及包含第二电容C2和第二开关组件(由四个开关模块组成，其中每个开关模块由四个IGBT开关及与每个IGBT开关反向并联的二极管构成，这四个IGBT开关分别为G21、G22、G23、G24，这四个二极管分别表示为D21、D22、D23、D24)的第二子模块312，第一子模块311与第二子模块312串联，第一开关组件和第二开关组件即上述的G11、G12、G13、G14、D11、D12、D13、D14、G21、G22、G23、G24、D21、D22、D23、D24用于控制第一电容C1和/或第二电容C2接入或退出H桥电路31，第一电容C1和第二电容C2的电容量不同；负载回路4包括待测阀试品P，待测阀试品P与H桥电路31的两端连接。

本发明实施例中，由于整个试验电路在运行时会产生损耗，需要每个周期进行补能，补能回路1用于保证试验电路能够周期持续运行。恢复回路2配合输出回路3的IGBT及二极管等，可将试验电路恢复初始状态。输出回路3，通过控制电力电子开关器件IGBT的时序，可以输出阶跃型电压，保证待测阀试品两端可以产生与工程运行相同的开通关断电压。本发明实施例中待测阀试品P是基于电路理论及换流阀开通关断特性，对六脉动换流器进行等效得到的。同时考虑到测阀试品P实际工程电压等级高电流大的特性，对六脉动换流器进行器件数量折合，使之能够利用试验室设备条件进行运行试验。仅以此为例，不以此为限。

需要说明的是，如图1所示，在本发明实施例中，第一开关组件为四个开关模块构成的第一全桥电路，第一电容C1的两端分别连接于第一全桥电路的两个桥臂上。第二开关组件为四个开关模块构成的第二全桥电路，第二电容C2的两端分别连接于第二全桥电路的两个桥臂上。

本发明实施例中，恢复阀V包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第三电容C3及第二晶闸管Thy2，其中，第三电容C3的一端分别与第一电阻R1的一端及第二晶闸管Thy2的阴极连接；第三电容C3的另一端与第二电阻R2的一端连接；第二电阻R2的另一端分别与第一电阻R1的另一端及第二晶闸管Thy2的阳极连接。恢复阀V通过与H桥电路31配合工作，将试验电路恢复初始状态，为下个周期做准备，保证试验电路能够周期持续运行。

本发明提供的测试换流阀开通关断特性的试验电路，基于电路理论及换流阀开通关断机理，将六脉动换流器电路进行等效，搭建可以周期运转的、开通电压不同于关断电压且电压可调的试验测试平台。通过控制H桥电路中开关组件的时序，进而控制H桥电路中第一电容和第二电容接入或退出测试电源电路的时间，从而模拟出换流阀的开通或者关断电压，通过设置电容量不同的第一电容和第二电容，模拟出开通电压不同于关断电压的测试电源，满足了换流阀的开通电压不同于关断电压的输出要求。通过恢复阀与H桥电路的配合工作，将电源回路恢复初始状态，为下个周期做准备，保证电路能够周期持续运行。该测试平台可以根据待测阀试品的开通/关断电压要求调整电压大小。由于该测试平台的电压等级远低于实际工程的电压等级，实验室设备条件便可以满足，时序控制简单，对换流阀开通关断特性研究及阀内元器件选型设计具有重要意义。

本发明实施例还提供一种测试换流阀开通关断特性的试验方法，应用于如图1所示的测试换流阀开通关断特性的试验电路，包括如下时序步骤：

步骤S1：控制G12、G14、G22及G24常开，本周期开始时G21及G23已经开通，触发第一晶闸管Thy₁开通，将第一电容C1接入试验电路，并旁路第二电容C2，直流电源DC为第一电容C1充电至待测阀试品P的预设开通电压时，触发第一晶闸管Thy₁关断。

步骤S2：待测阀试品P的开通过程：通过由G12、G14、G21、D22、G23及D24构成的导通回路，触发待测阀试品P开通，第一电容C1向待测阀试品P放电。

步骤S3：待测阀试品P的关断过程：通过控制G11及G13开通，G21及G23关断，以旁路第一电容C1，并接入第二电容C2，以使待测阀试品P对第二电容C2充电至待测阀试品P的预设关断电压时，触发待测阀试品P关断。

步骤S4：当待测阀试品P关断后，触发第二晶闸管Thy₂开通，第二电容C2向恢复阀V放电，以使第二电容C2恢复初始时刻电压水平。

步骤S5：通过控制G11及G13关断，控制G21及G23开通，使恢复阀V对第一电容C1充电，当第一电容C1的电压恢复至初始时刻电压水平时，触发第二晶闸管Thy₂关断。

本发明实施例中，设待测阀试品P开通电压为U1，关断电压为U2。电路运行时序如图2所示，电源输出电压包括正向的第一电容C1电压和负向的第二电容C2电压。H桥电路31中G12、G14、G22及G24处于常开状态，本周期开始时G21及G23已经开通，在第一开关组件和第二开关组件中各个IGBT开关的协同动作下，控制H桥电路31中第一电容C1接入试验电路，控制H桥电路31中第二电容C2被旁路。第一电容C1已充电至初始电压U′，第二电容C2初始电压为0。

t₀时刻开始为预充电过程：触发第一晶闸管Thy₁开通，直流电源DC仅对第一电容C1充电，充电完毕后，第一晶闸管Thy₁关断。在实际应用中，可根据待测阀试品P开通电压等级，选用不同电压等级直流电源DC。

t₁时刻，待测阀试品P开通，H桥电路31中G21及G23继续开通，第一电容C1向待测阀试品P放电，由于第一电容C1预充电电压为U1，恰为待测阀试品P开通时刻电压，从而等效了待测阀试品P的开通过程。

待测阀试品P开通后，由于待测阀试品P中元件多为感性负载，第一电容C1与电路中的感性负载谐振放电，谐振状态下，当待测阀试品P试品电流达到峰值后，在t₂时刻触发H桥电路31中G11及G13开通，G21及G23关断，控制H桥电路31旁路第一电容C1，接入第二电容C2，电路维持续流状态，待测阀试品P对第二电容C2充电至待测阀试品P关断时刻电压U2，触发待测阀试品P关断，从而等效了待测阀试品P的关断过程。

t₃时刻，触发第二晶闸管Thy₂开通，H桥电路31中G12及G14继续开通，第二电容C2向恢复阀V放电，以使第二电容C2恢复初始时刻电压水平。

t₄时刻，触发H桥电路31中G11及G13关断，触发H桥电路31中G21及G23开通，控制恢复阀V对第一电容C1充电至初始时刻电压U′，当第一电容C1的电压恢复至初始时刻电压水平U′时，触发第二晶闸管Thy₂关断。

T_end时刻，H桥电路31中G21及G23持续开通，为下个周期做准备。

开通过程中，第一电容C1向待测阀试品P放电，即阀试品开通时刻电压为第一电容C1电压，而关断过程，待测阀试品P对第二电容C2的充电电压U2为待测阀试品P关断时刻电压，即阀试品关断时刻电压为第二电容C2电压。第一电容C1和第二电容C2的电容量不同，即C1≠C2，因此开通电压U1≠关断电压U2，从而满足了换流阀的开通电压不同于关断电压的输出要求。

本发明提供的测试换流阀开通关断特性的试验方法，应用测试换流阀开通关断特性的试验电路，通过控制H桥电路中开关组件的时序，进而控制H桥电路中第一电容和第二电容接入或退出试验电路的时间，从而模拟出换流阀的开通或者关断电压，通过设置电容量不同的第一电容和第二电容，模拟出开通电压不同于关断电压的测试电源，满足了换流阀的开通电压不同于关断电压的输出要求。通过恢复阀与H桥电路的配合工作，将电源回路恢复初始状态，为下个周期做准备，保证电路能够周期持续运行。该测试平台可以根据待测阀试品的开通/关断电压要求调整电压大小。由于该测试平台的电压等级远低于实际工程的电压等级，实验室设备条件便可以满足，时序控制简单，对换流阀开通关断特性研究及阀内元器件选型设计具有重要意义。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (6)

1.一种测试换流阀开通关断特性的试验电路，其特征在于，包括：补能回路、恢复回路、输出回路及负载回路，其中，

所述补能回路包括直流电源和第一晶闸管，所述直流电源的正极与所述第一晶闸管的阳极连接；

所述恢复回路包括恢复阀和电感，所述恢复阀的一端分别与所述电感的一端及所述第一晶闸管的阴极连接，所述恢复阀的另一端连接所述直流电源的负极；

所述输出回路包括H桥电路，所述H桥电路的一端连接所述电感的另一端，所述H桥电路的另一端连接所述直流电源的负极，所述H桥电路包括：包含第一电容和第一开关组件的第一子模块及包含第二电容和第二开关组件的第二子模块，所述第一子模块与所述第二子模块串联，所述第一开关组件和所述第二开关组件用于控制所述第一电容和/或所述第二电容接入或退出所述H桥电路，所述第一电容和所述第二电容的电容量不同；

所述负载回路包括待测阀试品，所述待测阀试品与所述H桥电路的两端连接。

2.根据权利要求1所述的测试换流阀开通关断特性的试验电路，其特征在于，所述恢复阀包括：第一电阻、第二电阻、第三电容及第二晶闸管，其中，

所述第三电容的一端分别与所述第一电阻的一端及所述第二晶闸管的阴极连接；

所述第三电容的另一端与所述第二电阻的一端连接；

所述第二电阻的另一端分别与所述第一电阻的另一端及所述第二晶闸管的阳极连接。

3.根据权利要求1所述的测试换流阀开通关断特性的试验电路，其特征在于，所述第一开关组件为四个开关模块构成的第一全桥电路，所述第一电容的两端分别连接于所述第一全桥电路的两个桥臂上。

4.根据权利要求1所述的测试换流阀开通关断特性的试验电路，其特征在于，所述第二开关组件为四个开关模块构成的第二全桥电路，所述第二电容的两端分别连接于所述第二全桥电路的两个桥臂上。

5.一种测试换流阀开通关断特性的试验方法，应用于如权利要求1-4任一所述的测试换流阀开通关断特性的试验电路，其特征在于，包括：

触发所述第一晶闸管开通，控制所述第一开关组件和所述第二开关组件动作以接入所述第一电容，并旁路所述第二电容，外接直流电源为所述第一电容充电至所述待测阀试品的预设开通电压时，触发所述第一晶闸管关断；

所述待测阀试品的开通过程：通过控制所述第一开关组件和所述第二开关组件动作，触发所述待测阀试品开通，使所述第一电容向待测阀试品放电；

所述待测阀试品的关断过程：控制所述第一开关组件和所述第二开关组件动作以旁路所述第一电容，并接入所述第二电容，以使所述待测阀试品对所述第二电容充电至所述待测阀试品的预设关断电压时，触发所述待测阀试品关断。

6.根据权利要求5所述的测试换流阀开通关断特性的试验方法，其特征在于，还包括：

当所述待测阀试品关断后，控制所述第一开关组件和所述第二开关组件动作，触发所述第二晶闸管开通，使所述第二电容向所述恢复阀放电，以使所述第二电容恢复初始时刻电压水平；

通过控制所述第一开关组件和所述第二开关组件动作使所述恢复阀对所述第一电容充电，当所述第一电容的电压恢复至初始时刻电压水平时，触发所述第二晶闸管关断。

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