CN112098796A - 一种柔直换流阀半桥子模块晶闸管击穿测试装置及方法 - Google Patents

一种柔直换流阀半桥子模块晶闸管击穿测试装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种柔直换流阀半桥子模块晶闸管击穿测试装置及方法，用于测试柔直换流阀在启动充电电流下半桥子模块晶闸管的过压击穿，其中装置包括：包括：可调变压器、升压变压器、辅助测试模块、第一放电模块和第二放电模块；可调变压器和升压变压器串联连接；升压变压器的输出端与待测试半桥子模块的第一端口连接，辅助测试模块的第一端口接地，待测试半桥子模块的第二端口与辅助测试模块的第二端口连接；第一放电模块与待测试半桥子模块并联连接，第二放电模块与辅助测试模块并联连接。通过交流可调电压在正向电压时向待测试半桥子模块进行充电、在负向电压时向辅助测试模块进行充电，实现了柔直换流阀半桥子模块启动充电电流下晶闸管过压击穿试验，还可以等效柔直换流阀半桥子模块启动充电过程。

Description

一种柔直换流阀半桥子模块晶闸管击穿测试装置及方法
技术领域
本发明涉及柔性直流输电技术领域，特别涉及一种柔直换流阀半桥子模块晶闸管击穿测试装置及方法。
背景技术
柔性直流输电是采用基于全控型电力电子器件(IGBT)的电压源换流器，控制更加灵活，可实现四象限运行，与常规直流输电相比具有明显优势，在直流输电领域得到了越来越广泛应用。柔性直流输电广泛采用基于模块化多电平换流器(MMC)的拓扑结构，MMC是由大量子模块(SM)级联组成。换流阀运行过程中当发生单一子模块故障，需要将其可靠旁路，否则会造成系统闭锁跳闸。为了解决单一模块故障造成系统闭锁跳闸问题，采用过压击穿晶闸管是目前主流技术路线。
为了验证柔直阀启动充电电流下晶闸管是否能够实现子模块可靠旁路，需要对子模块进行测试。目前，还没有试验方法能完全等效工程实际启动充电电流下晶闸管击穿试验，本发明主要目的是实现柔直阀启动充电电流下晶闸管过压击穿试验。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种柔直换流阀半桥子模块晶闸管击穿测试装置及方法，通过交流可调电压在正向电压时向待测试半桥子模块进行充电、在负向电压时向辅助测试模块进行充电，实现了柔直换流阀半桥子模块启动充电电流下晶闸管过压击穿试验，还可以等效柔直换流阀半桥子模块启动充电过程。
为解决上述技术问题，本发明实施例的第一方面提供了一种柔直换流阀半桥子模块晶闸管击穿测试装置，用于测试柔直换流阀在启动充电电流下半桥子模块晶闸管的过压击穿，包括：可调变压器、升压变压器、辅助测试模块、第一放电模块和第二放电模块；
所述可调变压器和所述升压变压器串联连接；
所述升压变压器的输出端与待测试半桥子模块的第一端口连接，所述辅助测试模块的第一端口接地，所述待测试半桥子模块的第二端口与所述辅助测试模块的第二端口连接；
所述第一放电模块与所述待测试半桥子模块并联连接，所述第二放电模块与所述辅助测试模块并联连接。
进一步地，所述柔直换流阀半桥子模块晶闸管击穿测试装置还包括：限流模块；
所述限流模块串联于所述升压变压器的输出端。
进一步地，所述限流模块包括若干个串联、并联或串并联连接的限流电阻。
进一步地，所述辅助测试模块包括：依次串联连接的第一二极管、电容子模块和第二二极管；
所述辅助测试模块的第一端口分别与所述第一二极管的正极和所述第二二极管的负极连接；
所述辅助测试模块的第二端口分别与所述第二二极管的正极和所述电容子模块的负极连接。
进一步地，所述电容子模块包括：并联连接的第一电容支路和第二电容支路；
所述第一电容支路包括：串联连接的第一电容和第二电容；
所述第二电容支路包括：串联连接的第三电容和第四电容。
进一步地，所述第一放电模块包括：串联连接的第一继电器和第一泄放电阻；和/或
所述第二放电模块包括：串联连接的第二继电器和第二泄放电阻。
进一步地，所述辅助测试子模块和所述待测试半桥子模块的等效电容值相等。
进一步地，所述柔直换流阀半桥子模块晶闸管击穿测试装置还包括：交流断路器；
所述交流断路器串联设置于所述可调变压器的输入端。
相应地，本发明实施例的第二方面提供了一种柔直换流阀半桥子模块晶闸管击穿测试方法，使用上述任一所述柔直换流阀半桥子模块晶闸管击穿测试装置，包括如下步骤：
通过可调变压器、升压变压器对待测试半桥子模块的电容和辅助测试模块的电容进行充电；
当所述待测试半桥子模块的所述电容电压大于或等于预设击穿电压时，所述待测试半桥子模块的晶闸管击穿；
断开交流断路器，通过第一放电模块对所述待检测半桥子模块的所述电容进行放电，通过第二放电模块对所述辅助测试模块的所述电容进行放电。
本发明实施例的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
通过交流可调电压在正向电压时向待测试半桥子模块进行充电、在负向电压时向辅助测试模块进行充电，实现了柔直换流阀半桥子模块启动充电电流下晶闸管过压击穿试验，还可以等效柔直换流阀半桥子模块启动充电过程。
附图说明
图1是本发明实施例提供的柔直换流阀半桥子模块晶闸管击穿测试装置的电路示意图；
图2是本发明实施例提供的柔直换流阀半桥子模块晶闸管击穿测试方法流程图；
图3是本发明实施例提供的待测试半桥子模块和辅助测试模块的电容充电电压示意图；
图4是本发明实施例提供的待测试半桥子模块晶闸管击穿前充电电流波形图；
图5是本发明实施例提供的待测试半桥子模块晶闸管击穿前后充电电流波形图。
附图标记：
1、可调变压器，2、升压变压器，3、待测试半桥子模块，4、辅助测试模块，5、限流模块，6、交流断路器，7、第一放电模块，8、第二放电模块。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
图1是本发明实施例提供的柔直换流阀半桥子模块晶闸管击穿测试装置的电路示意图。
请参照图1，本发明实施例的第一方面提供了一种柔直换流阀半桥子模块晶闸管击穿测试装置，用于测试柔直换流阀在启动充电电流下半桥子模块晶闸管的过压击穿，包括：可调变压器1、升压变压器2、辅助测试模块4、第一放电模块7和第二放电模块8。可调变压器1和升压变压器2串联连接；升压变压器2的输出端与待测试半桥子模块3的第一端口连接，辅助测试模块4的第一端口接地，待测试半桥子模块3的第二端口与辅助测试模块4的第二端口连接；第一放电模块7与待测试半桥子模块3并联连接，第二放电模块8与辅助测试模块4并联连接。
在本发明实施例的一个实施方式中，柔直换流阀半桥子模块晶闸管击穿测试装置还包括：限流模块4；限流模块4串联于升压变压器2的输出端。
具体的，限流模块4包括若干个串联、并联或串并联连接的限流电阻。
进一步地，辅助测试模块4包括：依次串联连接的第一二极管、电容子模块和第二二极管。辅助测试模块4的第一端口分别与第一二极管的正极和第二二极管的负极连接；辅助测试模块4的第二端口分别与第二二极管的正极和电容子模块的负极连接。
可选的，电容子模块包括：并联连接的第一电容支路和第二电容支路；第一电容支路包括：串联连接的第一电容和第二电容；第二电容支路包括：串联连接的第三电容和第四电容。
具体的，第一放电模块7包括：串联连接的第一继电器和第一泄放电阻；和/或，第二放电模块8包括：串联连接的第二继电器和第二泄放电阻。
具体的，辅助测试子模块和待测试半桥子模块3的等效电容值相等。
可选的，柔直换流阀半桥子模块晶闸管击穿测试装置还包括：交流断路器6；交流断路器6串联设置于可调变压器1的输入端。
图2是本发明实施例提供的柔直换流阀半桥子模块晶闸管击穿测试方法流程图。
相应地，请参照图2，本发明实施例的第二方面提供了一种柔直换流阀半桥子模块晶闸管击穿测试方法，使用上述任一柔直换流阀半桥子模块晶闸管击穿测试装置，包括如下步骤：
S100，通过可调变压器1、升压变压器2对待测试半桥子模块3的电容和辅助测试模块4的电容进行充电。
S200，当待测试半桥子模块3的电容电压大于或等于预设击穿电压时，待测试半桥子模块3的晶闸管击穿；
S300，断开交流断路器6，通过第一放电模块7对待检测半桥子模块的电容进行放电，通过第二放电模块8对辅助测试模块4的电容进行放电。
下面以一个具体实施例对柔直换流阀半桥子模块晶闸管击穿测试方法进行描述。
图3是本发明实施例提供的待测试半桥子模块3和辅助测试模块4的电容充电电压示意图。
图4是本发明实施例提供的待测试半桥子模块3晶闸管击穿前充电电流波形图。
图5是本发明实施例提供的待测试半桥子模块3晶闸管击穿前后充电电流波形图。
请参照图3、图4和图5，通过连接的可调交流电源，限流电阻R向电容进行充电，可调交流电源由可调变压器1和升压变压器2组成，可调变压器1输出范围为0～760V，升压变压器2变比为1/10kV，限流电阻阻值为1.8kΩ。
启动试验系统，通过后台设置变压器输出电压为5.5kVrms，充电电流波形如图3所示，充电电流随着电容电压上升呈衰减趋势。充电电流正向电流向待测试半桥子模块3进行充电，负向电流向辅助测试模块4进行充电，正负向电流幅值相同，辅助测试模块4的电容由两串两并构成，单个电容C电压为待测试半桥子模块3的电容电压一半。
待测试半桥子模块3的晶闸管击穿电压设计为4200V～4300V，当待测试半桥子模块3的电容电压达到4300V时，晶闸管击穿成功，晶闸管击穿后充电电流波形如图4所示。
试验完成后，断开交流断路器6，闭合放电回路继电器Ks，对待测试半桥子模块3的电容和辅助测试模块4的电容进行放电处理。
本发明实施例旨在保护一种柔直换流阀半桥子模块晶闸管击穿测试装置及方法，用于测试柔直换流阀在启动充电电流下半桥子模块晶闸管的过压击穿，其中装置包括：包括：可调变压器、升压变压器、辅助测试模块、第一放电模块和第二放电模块；可调变压器和升压变压器串联连接；升压变压器的输出端与待测试半桥子模块的第一端口连接，辅助测试模块的第一端口接地，待测试半桥子模块的第二端口与辅助测试模块的第二端口连接；第一放电模块与待测试半桥子模块并联连接，第二放电模块与辅助测试模块并联连接。上述技术方案具备如下效果：
通过交流可调电压在正向电压时向待测试半桥子模块进行充电、在负向电压时向辅助测试模块进行充电，实现了柔直换流阀半桥子模块启动充电电流下晶闸管过压击穿试验，还可以等效柔直换流阀半桥子模块启动充电过程。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (9)

1.一种柔直换流阀半桥子模块晶闸管击穿测试装置，用于测试柔直换流阀在启动充电电流下半桥子模块晶闸管的过压击穿，其特征在于，包括：可调变压器、升压变压器、辅助测试模块、第一放电模块和第二放电模块；
所述可调变压器和所述升压变压器串联连接；
所述升压变压器的输出端与待测试半桥子模块的第一端口连接，所述辅助测试模块的第一端口接地，所述待测试半桥子模块的第二端口与所述辅助测试模块的第二端口连接；
所述第一放电模块与所述待测试半桥子模块并联连接，所述第二放电模块与所述辅助测试模块并联连接。
2.根据权利要求1所述的柔直换流阀半桥子模块晶闸管击穿测试装置，其特征在于，还包括：限流模块；
所述限流模块串联于所述升压变压器的输出端。
3.根据权利要求2所述的柔直换流阀半桥子模块晶闸管击穿测试装置，其特征在于，
所述限流模块包括若干个串联、并联或串并联连接的限流电阻。
4.根据权利要求1所述的柔直换流阀半桥子模块晶闸管击穿测试装置，其特征在于，
所述辅助测试模块包括：依次串联连接的第一二极管、电容子模块和第二二极管；
所述辅助测试模块的第一端口分别与所述第一二极管的正极和所述第二二极管的负极连接；
所述辅助测试模块的第二端口分别与所述第二二极管的正极和所述电容子模块的负极连接。
5.根据权利要求4所述的柔直换流阀半桥子模块晶闸管击穿测试装置，其特征在于，
所述电容子模块包括：并联连接的第一电容支路和第二电容支路；
所述第一电容支路包括：串联连接的第一电容和第二电容；
所述第二电容支路包括：串联连接的第三电容和第四电容。
6.根据权利要求1所述的柔直换流阀半桥子模块晶闸管击穿测试装置，其特征在于，
所述第一放电模块包括：串联连接的第一继电器和第一泄放电阻；和/或
所述第二放电模块包括：串联连接的第二继电器和第二泄放电阻。
7.根据权利要求1所述的柔直换流阀半桥子模块晶闸管击穿测试装置，其特征在于，
所述辅助测试子模块和所述待测试半桥子模块的等效电容值相等。
8.根据权利要求1所述的柔直换流阀半桥子模块晶闸管击穿测试装置，其特征在于，还包括：交流断路器；
所述交流断路器串联设置于所述可调变压器的输入端。
9.一种柔直换流阀半桥子模块晶闸管击穿测试方法，其特征在于，使用权利要求1-8中所述的柔直换流阀半桥子模块晶闸管击穿测试装置，包括如下步骤：
通过可调变压器、升压变压器对待测试半桥子模块的电容和辅助测试模块的电容进行充电；
当所述待测试半桥子模块的所述电容电压大于或等于预设击穿电压时，所述待测试半桥子模块的晶闸管击穿；
断开交流断路器，通过第一放电模块对所述待检测半桥子模块的所述电容进行放电，通过第二放电模块对所述辅助测试模块的所述电容进行放电。
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