CN111650504A - 一种模拟换流阀开通关断电压的电路、方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种模拟换流阀开通关断电压的电路、方法，在电路中晶闸管的阳极外接直流电源的正极；晶闸管的阴极与电感的一端连接，电感的另一端与H桥电路的一端连接；H桥电路的另一端外接直流电源的负极，H桥电路包括：由一个子模块电路或者多个子模块电路串联构成的第一H桥电路和由一个子模块电路或者多个子模块电路串联构成的第二H桥电路；第一H桥电路中总电容量和第二H桥电路中总电容量不同；H桥电路的两端外接待测阀试品。通过实施本发明，可满足模拟换流阀工程实际运行时开通电压不同于关断电压的输出要求，并且电路结构简单，成本较低，利于对阀开通关断特性的研究以及阀内各元器件的性能测试和优化选型。

Description

一种模拟换流阀开通关断电压的电路、方法
技术领域
本发明涉及特高压换流阀运行试验领域，具体涉及一种模拟换流阀开通关断电压的电路、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。
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，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的缺陷，从而提供一种模拟换流阀开通关断电压的电路、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模拟换流阀开通关断电压的电路，包括：晶闸管、电感、H桥电路，其中，所述晶闸管的阳极外接直流电源的正极；所述晶闸管的阴极与所述电感的一端连接，所述电感的另一端与所述H桥电路的一端连接；所述H桥电路的另一端外接直流电源的负极，所述H桥电路包括：由一个子模块电路或者多个所述子模块电路串联构成的第一H桥电路和由一个所述子模块电路或者多个所述子模块电路串联构成的第二H桥电路，所述第一H桥电路与所述第二H桥电路串联连接；所述子模块电路包括：电容和控制所述电容接入或退出所述模拟换流阀开通关断电压的电路的开关组件，所述第一H桥电路中所有电容的总电容量和所述第二H桥电路中所有电容的总电容量不同；所述H桥电路的两端外接待测阀试品。
在一实施例中，所述第一H桥电路中所述子模块电路的个数由所述待测阀试品的预设开通电压确定。
在一实施例中，所述第二H桥电路中所述子模块电路的个数由所述待测阀试品的预设关断电压确定。
在一实施例中，所述电容和与所述开关组件并联。
在一实施例中，所述开关组件包括：第一开关组件和第二开关组件，所述第一开关组件与所述第二开关组件串联。
在一实施例中，所述第一开关组件和第二开关组件均包括：IGBT器件及与所述IGBT器件反向并联的二极管，且所述第一开关组件中IGBT器件与所述第二开关组件中IGBT器件的导通电流方向相反。
第二方面，本发明实施例提供一种模拟换流阀开通关断电压的方法，应用于本发明实施例第一方面所述的模拟换流阀开通关断电压的电路，包括：将待测阀试品接入所述模拟换流阀开通关断电压的电路；触发所述晶闸管开通，根据所述待测阀试品的预设开通电压控制所述H桥电路中各开关组件动作以确定接入所述第一H桥电路的电容的个数，并旁路所述第二H桥电路中的电容，当所述第一H桥电路接入的电容充电至所述预设开通电压时，触发所述晶闸管关断；所述待测阀试品的开通过程：通过控制所述H桥电路中各开关组件动作，触发所述待测阀试品开通，使得接入所述第一H桥电路的电容向所述待测阀试品放电；所述待测阀试品的关断过程：根据所述待测阀试品的预设关断电压控制所述H桥电路中各开关组件动作以确定接入所述第二H桥电路的电容的个数，并旁路所述第一H桥电路中的电容，以使所述待测阀试品对接入所述第二H桥电路的电容反向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，所述模拟换流阀开通关断电压的方法，还包括：当所述待测阀试品关断后，通过控制所述H桥电路中各开关组件动作将所述第一H桥电路的电容与所述第二H桥电路的电容恢复至初始电压水平。
本发明技术方案，具有如下优点：
本发明实施例提供的模拟换流阀开通关断电压的电路，利用晶闸管、电感、H桥电路构建一种模拟换流阀开通关断电压的电路，通过控制H桥电路中开关组件的时序，得到总电容值不同的第一H桥电路电容和第二H桥电路电容，并且可以通过灵活调整接入的第一H桥电路中子模块电路的个数以及第二H桥电路中子模块电路个数，以满足不同等级的试验电压需求。进而控制第一H桥电路中电容和第二H桥电路中电容接入或退出模拟换流阀开通关断电压的电路的时间，从而模拟出换流阀的开通或者关断电压，且开通电压不同于关断电压，满足了换流阀的开通电压不同于关断电压的输出要求。该模拟换流阀开通关断电压的电路结构简单，成本较低，可在试验条件下模拟阀工程实际运行的开通关断过程，在换流阀两端产生工程运行时的开通以及关断电压，并且可满足整流侧及逆变侧的开通关断电压要求，对阀开通关断特性的研究以及阀内各元器件的性能测试和优化选型具有重要意义。
本发明提供的模拟换流阀开通关断电压的方法，通过将待测阀试品接入模拟换流阀开通关断电压的电路，通过控制H桥电路中开关组件的时序，得到总电容值不同的第一H桥电路中电容和第二H桥电路中电容，并且可以通过灵活调整接入的第一H桥电路中子模块电路的个数以及第二H桥电路中子模块电路个数，以满足不同等级的试验电压需求。进而控制第一H桥电路中电容和第二H桥电路中电容接入或退出模拟换流阀开通关断电压的电路的时间，从而模拟出换流阀的开通或者关断电压，且开通电压不同于关断电压，满足了换流阀的开通电压不同于关断电压的输出要求。该测试电源产生方法所利用的模拟换流阀开通关断电压的电路结构简单，成本较低，可在试验条件下模拟阀工程实际运行的开通关断过程，在换流阀两端产生工程运行时的开通以及关断电压，并且可满足整流侧及逆变侧的开通关断电压要求，对阀开通关断特性的研究以及阀内各元器件的性能测试和优化选型具有重要意义。
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为本发明实施例中模拟换流阀开通关断电压的电路的一个具体示例的电路图；
图2为本发明实施例中H桥电路子模块一个具体示例电路图；
图3为本发明实施例中H桥电路子模块另一个具体示例电路图；
图4为本发明实施例中模拟换流阀开通关断电压的电路的另一个具体示例的电路图；
图5为本发明实施例中模拟换流阀开通关断电压的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模拟换流阀开通关断电压的电路，如图1所示，包括：晶闸管T1、电感L、H桥电路1，其中，晶闸管T1的阳极外接直流电源DC的正极；晶闸管T1的阴极与电感L的一端连接，电感L的另一端与H桥电路1的一端连接；H桥电路1的另一端外接直流电源DC的负极，H桥电路1包括：由一个子模块电路13或者多个子模块电路13串联构成的第一H桥电路11和由一个子模块电路13或者多个子模块电路13串联构成的第二H桥电路12，第一H桥电路11与第二H桥电路12串联连接；需要说明的是，子模块电路13在图1中未示出。第一H桥电路11中所有电容的总电容量和第二H桥电路12中所有电容的总电容量不同；H桥电路1的两端外接待测阀试品P。
本发明提供的模拟换流阀开通关断电压的电路，利用晶闸管、电感、H桥电路构建一种模拟换流阀开通关断电压的电路，通过控制H桥电路中开关组件的时序，得到总电容值不同的第一H桥电路中电容和第二H桥电路中电容，并控制第一H桥电路中电容和第二H桥电路中电容接入或退出模拟换流阀开通关断电压的电路的时间，从而模拟出换流阀的开通或者关断电压，且开通电压不同于关断电压，进而满足了换流阀的开通电压不同于关断电压的输出要求。该模拟换流阀开通关断电压的电路结构简单，成本较低，可在试验条件下模拟阀工程实际运行的开通关断过程，在换流阀两端产生工程运行时的开通以及关断电压，并且可满足整流侧及逆变侧的开通关断电压要求，对阀开通关断特性的研究以及阀内各元器件的性能测试和优化选型具有重要意义。
本发明实施例中，第一H桥电路11中子模块电路13的个数由待测阀试品P的预设开通电压确定。第二H桥电路12中子模块电路13的个数由待测阀试品P的预设关断电压确定。第一H桥电路11和第二H桥电路12均由一个子模块电路13或者多个串联结构的子模块电路13构成。通过控制H桥时序调整接入的第一H桥电路11中子模块电路13个数以及第二H桥电路12中子模块电路13个数，以满足不同的试验电压需求。其中，子模块电路13包括：电容C和控制电容接入或退出模拟换流阀开通关断电压的电路的开关组件K。如图2所示，电容C和与开关组件K可以并联，在实际应用中，子模块电路13也可以采用如图3所示的连接结构。本发明并不以此为限。如图2所示的开关组件K包括：第一开关组件K1和第二开关组件K2，第一开关组件K1与第二开关组件K2串联。第一开关组件K1和第二开关组件K2均包括：IGBT器件及与IGBT器件反向并联的二极管，且第一开关组件K1中IGBT器件与第二开关组件K2中IGBT器件的导通电流方向相反。
本发明实施例中，具体以第一H桥电路11和第二H桥电路12均包括一个子模块电路13为例进行说明，并且第一H桥电路11和第二H桥电路12均选择如图2所示的子模块电路13，所构成的模拟换流阀开通关断电压的电路如图4所示。第一H桥电路11中第一电容C1的电容量和第二H桥电路12中第二电容C2的电容量不同。
如图4所示，该模拟换流阀开通关断电压的电路，包括：晶闸管T1、电感L、第一H桥电路11及第二H桥电路12，其中，晶闸管T1的阳极外接直流电源DC的正极；晶闸管T1的阴极与电感L的一端连接，电感L的另一端与第一H桥电路11的一端连接；第一H桥电路11的另一端与第二H桥电路12的一端连接；第二H桥电路12的另一端外接直流电源DC的负极；待测阀试品P分别与第一H桥电路11的一端及第二H桥电路12的另一端连接。
本发明实施例提供的模拟换流阀开通关断电压的电路，利用晶闸管、电感、H桥电路构建一种模拟换流阀开通关断电压的电路，通过控制H桥电路中开关组件的时序，得到总电容值不同的第一H桥电路电容和第二H桥电路电容，并且可以通过灵活调整接入的第一H桥电路中子模块电路的个数以及第二H桥电路中子模块电路个数，以满足不同等级的试验电压需求。进而控制第一H桥电路中电容和第二H桥电路中电容接入或退出模拟换流阀开通关断电压的电路的时间，从而模拟出换流阀的开通或者关断电压，且开通电压不同于关断电压，满足了换流阀的开通电压不同于关断电压的输出要求。该模拟换流阀开通关断电压的电路结构简单，成本较低，可在试验条件下模拟阀工程实际运行的开通关断过程，在换流阀两端产生工程运行时的开通以及关断电压，并且可满足整流侧及逆变侧的开通关断电压要求，对阀开通关断特性的研究以及阀内各元器件的性能测试和优化选型具有重要意义。
本发明实施例还提供一种模拟换流阀开通关断电压的方法，应用于如图4所示的模拟换流阀开通关断电压的电路，包括如下时序步骤：
步骤S1：将待测阀试品P接入模拟换流阀开通关断电压的电路。
步骤S2：触发晶闸管T1开通，触发第一IGBT器件GH11、第三IGBT器件GH21及第四IGBT器件GH22同时开通，控制第一电容C1接入模拟换流阀开通关断电压的电路，并旁路第二电容C2，外接直流电源DC为第一电容C1充电至待测阀试品P的预设开通电压时，触发晶闸管T1关断。
步骤S3：待测阀试品P的开通过程：控制第一IGBT器件GH11、第三IGBT器件GH21及第四IGBT器件GH22，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S4：待测阀试品P的关断过程：通过控制第二IGBT器件GH12开通，第三IGBT器件GH21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反向充电至待测阀试品P的预设关断电压时，触发待测阀试品P关断。
步骤S5：当待测阀试品P关断后，通过控制H桥电路1中各开关组件的时序(即控制第一IGBT器件GH11、第二IGBT器件GH12、第三IGBT器件GH21及第四IGBT器件GH22的通断)将第一电容C1与第二电容C2的电压恢复初始电压水平，为下个周期做准备。
本发明实施例中，具体以如图4所示的模拟换流阀开通关断电压的电路为例进行说明。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5所示，H桥电路1两端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。t0时刻开始为预充电过程：晶闸管T1开通，根据待测阀试品P的预设开通电压触发第一H桥电路11中第一IGBT器件GH11、第三IGBT器件GH21及第四IGBT器件GH22开通，控制第一H桥电路11中第一电容C1接入模拟换流阀开通关断电压的电路，并控制第二H桥电路12中第二电容C2被旁路，直流电压源仅对第一电容C1充电，由于电感L和第一电容C1共同确定了充电时间，直流电源DC对第一电容C1充电仅至待测阀试品P的预设开通电压U1，充电完毕后，晶闸管T1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，第一H桥电路11中第一IGBT器件GH11、第三IGBT器件GH21及第四IGBT器件GH22继续开通，控制第一电容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电流达到峰值时，第一电容C1电压为零(即H桥电路1电压为零)后，第一电容C1被第一H桥电路11桥臂旁路，电路维持续流状态。并根据待测阀试品P的预设关断电压触发第二IGBT器件GH12开通，触发第三IGBT器件GH21关断，控制第二电容C2接入电路中，第二电容C2与待测阀试品P中感性负载谐振，第二电容C2反向充电。当回路电流逐渐减小至零，t3时刻待测阀试品P关断，待测阀试品P对第二电容C2的反向充电电压U2为待测阀试品P关断时刻电压，从而等效了待测阀试品P的关断过程。
当待测阀试品P关断后，通过控制H桥电路1时序(即控制第一IGBT器件GH11、第二IGBT器件GH12、第三IGBT器件GH21及第四IGBT器件GH22的通断)将第一电容C1与第二电容C2的电压恢复初始电压水平，为下个周期做准备。
开通过程，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的反向充电电压U2为待测阀试品P关断时刻电压，即待测阀试品P关断时刻电压为第二电容C2电压。第一H桥电路11中电容的电容量和第二H桥电路12中电容的电容量不同，即C1≠C2，因此开通电压U1≠关断电压U2，从而使得该模拟换流阀开通关断电压的电路产生的供电电压实现了换流阀的开通电压不同于关断电压的输出要求。
本发明提供的模拟换流阀开通关断电压的方法，利用构建的模拟换流阀开通关断电压的电路，通过控制H桥电路中开关组件的时序，得到总电容值不同的第一H桥电路中电容和第二H桥电路中电容，进而控制第一H桥电路中电容和第二H桥电路中电容接入或退出模拟换流阀开通关断电压的电路的时间，从而模拟出换流阀的开通或者关断电压，且开通电压不同于关断电压，满足了换流阀的开通电压不同于关断电压的输出要求。并且可以通过灵活调整接入的第一H桥电路中子模块电路的个数以及第二H桥电路中子模块电路个数，以满足不同等级的试验电压需求。该测试电源产生方法所利用的模拟换流阀开通关断电压的电路结构简单，成本较低，可在试验条件下模拟阀工程实际运行的开通关断过程，在换流阀两端产生工程运行时的开通以及关断电压，并且可满足整流侧及逆变侧的开通关断电压要求，对阀开通关断特性的研究以及阀内各元器件的性能测试和优化选型具有重要意义。
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 (8)

1.一种模拟换流阀开通关断电压的电路，其特征在于，包括：晶闸管、电感、H桥电路，其中，
所述晶闸管的阳极外接直流电源的正极；
所述晶闸管的阴极与所述电感的一端连接，所述电感的另一端与所述H桥电路的一端连接；
所述H桥电路的另一端外接直流电源的负极，所述H桥电路包括：由一个子模块电路或者多个所述子模块电路串联构成的第一H桥电路和由一个所述子模块电路或者多个所述子模块电路串联构成的第二H桥电路，所述第一H桥电路与所述第二H桥电路串联连接；
所述子模块电路包括：电容和控制所述电容接入或退出所述模拟换流阀开通关断电压的电路的开关组件，所述第一H桥电路中所有电容的总电容量和所述第二H桥电路中所有电容的总电容量不同；
所述H桥电路的两端外接待测阀试品。
2.根据权利要求1所述的模拟换流阀开通关断电压的电路，其特征在于，所述第一H桥电路中所述子模块电路的个数由所述待测阀试品的预设开通电压确定。
3.根据权利要求1所述的模拟换流阀开通关断电压的电路，其特征在于，所述第二H桥电路中所述子模块电路的个数由所述待测阀试品的预设关断电压确定。
4.根据权利要求3所述的模拟换流阀开通关断电压的电路，其特征在于，所述电容和与所述开关组件并联。
5.根据权利要求4所述的模拟换流阀开通关断电压的电路，其特征在于，所述开关组件包括：第一开关组件和第二开关组件，所述第一开关组件与所述第二开关组件串联。
6.根据权利要求5所述的模拟换流阀开通关断电压的电路，其特征在于，所述第一开关组件和第二开关组件均包括：IGBT器件及与所述IGBT器件反向并联的二极管，且所述第一开关组件中IGBT器件与所述第二开关组件中IGBT器件的导通电流方向相反。
7.一种模拟换流阀开通关断电压的方法，应用于如权利要求1-6任一所述的模拟换流阀开通关断电压的电路，其特征在于，包括：
将待测阀试品接入所述模拟换流阀开通关断电压的电路；
触发所述晶闸管开通，根据所述待测阀试品的预设开通电压控制所述H桥电路中各开关组件动作以确定接入所述第一H桥电路的电容的个数，并旁路所述第二H桥电路中的电容，当所述第一H桥电路接入的电容充电至所述预设开通电压时，触发所述晶闸管关断；
所述待测阀试品的开通过程：通过控制所述H桥电路中各开关组件动作，触发所述待测阀试品开通，使得接入所述第一H桥电路的电容向所述待测阀试品放电；
所述待测阀试品的关断过程：根据所述待测阀试品的预设关断电压控制所述H桥电路中各开关组件动作以确定接入所述第二H桥电路的电容的个数，并旁路所述第一H桥电路中的电容，以使所述待测阀试品对接入所述第二H桥电路的电容反向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。
8.根据权利要求7所述的模拟换流阀开通关断电压的方法，其特征在于，还包括：当所述待测阀试品关断后，通过控制所述H桥电路中各开关组件动作将所述第一H桥电路的电容与所述第二H桥电路的电容恢复至初始电压水平。
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