CN113063985A - 一种换流阀过流和均压测试电路、系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种换流阀过流和均压测试电路、系统及方法，其中测试电路包括直流升压和放电回路、换流阀组支路、电容C1支路、电感L支路和二极管支路；直流升压和放电回路与三相电源连接，换流阀组支路与直流升压和放电回路串联，电容C1支路与换流阀组支路并联，换流阀组支路包括串联的第一换流阀组和第二换流阀组，电感L支路与第二换流阀组并联，二极管支路与电感L支路并联；本发明可以同时对两组换流阀组进行多项参数测试，减少了测试过程中电路搭建的工作量；测试电路简单易实现，测试工作操作简单，效率高；避免了换流阀组在测试过程中反复拆接线，容易造成接线恢复有误，造成换流阀组故障等严重问题。

Description

一种换流阀过流和均压测试电路、系统及方法

技术领域

本发明属于电流源换流阀测试领域，特别涉及一种换流阀过流和均压测试电路、系统及方法。

背景技术

基于全控型器件（例如，集成门极换流晶闸管Integrated Gate-CommutatedThyristor，IGCT）的电流源换流器（Current Source Converter，CSC），不存在换相失败问题，可以向无源负载供电，而且具有很强的过电流耐受能力，在电机驱动、动态无功补偿、风电并网、直流融冰等领域具有广阔的应用价值。

在全控型CSC中，为了阻断反向电压，换流桥臂均采用全控型器件与二极管串联方式。

以全控型器件采用IGCT为例进行说明，如图1所示，图1示出了根据现有技术的多器件串联换流阀连接示意图，为了输出更高的电压，采用n个IGCT器件和n个二极管D串联的方式，n为正整数。

由图1可知，全控型CSC中采用了多个换流阀组串联，每个换流阀组包括IGCT器件和二极管D，二极管D阴极与IGCT器件阳极连接。相邻换流阀组之间，第一换流阀的IGCT器件阴极与第二换流阀的二极管D阳极连接。

为了实现IGCT器件和二极管D的动态均压和静态均压，每个IGCT器件和二极管D均设置了n个静态均压电阻Rp、动态均压电阻Rs和电容Cs。

每个换流阀组并联有静态均压电阻Rp，静态均压电阻Rp还与动态均压支路并联，动态均压支路包括串联的动态均压电阻Rs和电容Cs，电容Cs第一端与静态均压电阻Rp第一端、二极管D阳极并联，电容Cs第二端与动态均压电阻Rs第一端连接；动态均压电阻Rs第二端与静态均压电阻Rp第二端、IGCT器件阴极并联。

为了保证可靠断开一定的电流值，而且各全控型器件和二极管的电压不平衡度在允许范围内，需要进行换流阀的过流和均压试验研究。

现有技术中的换流阀测试操作存在以下问题：

1、目前换流阀测试过程中，判断元件健康状态存在局限性，只能判断严重或故障元件，对于参数发生微小变化但未发生故障的元件无法判断，直接导致换流阀在运行过程中发生级联故障，导致直流闭锁。

2、对数以千计的晶闸管来说，工程量大、耗时长，不利于换流阀年度检修的时效性。

3、常规测试方法在测试过程中，必须将晶闸管级的辅助电路各元件断开，逐一测量晶闸管阻值、阻尼电阻值、阻尼电容值和直流均压电阻值等参数，若不断开元件之间的连接必将会互相影响，导致测量数据发生偏移。反复拆接线容易造成接线恢复有误，造成严重后果。

发明内容

针对上述问题，本发明一种换流阀过流和均压测试电路、系统及方法，能够同时测试两组换流阀的正向均压和反向均压，简单易实现且实验效率高。

一种换流阀过流和均压测试电路，包括直流升压和放电回路、换流阀组支路、电容C1支路、电感L支路和二极管支路；

其中，所述直流升压和放电回路与三相电源连接，所述换流阀组支路与所述直流升压和放电回路串联，所述电容C1支路与所述换流阀组支路并联，所述换流阀组支路包括串联的第一换流阀组和第二换流阀组，所述电感L支路与所述第二换流阀组并联，所述二极管支路与所述电感L支路并联。

进一步的，所述直流升压和放电回路包括整流电路、升压电路；

其中，所述整流电路用于将三相电源的交流电转换为直流电；所述升压电路用于将输入直流电压值升高，输出用于测试的直流电压。

进一步的，所述换流阀组支路中，所述第一换流阀组的二极管阳极与所述直流升压和放电回路的正极连接，所述第一换流阀组的全控型器件阴极与所述第二换流阀组的全控型器件阴极连接；所述第一换流阀组的二极管阳极与所述电容C1支路第一端并联，所述第二换流阀组的二极管阳极与所述电容C1支路第二端并联；所述第二换流阀组的二极管阳极与所述直流升压和放电回路的正极连接。

进一步的，所述第一换流阀组的全控型器件门极与脉冲信号连接，通过脉冲信号控制所述第一换流阀组开通、关断；所述第二换流阀组的全控型器件门极接地。

进一步的，所述二极管支路包括串联的二极管D和电阻R。

进一步的，所述二极管D的阴极与所述第二换流阀组的全控型器件阴极并联，所述二极管D的阳极与所述电阻R第一端连接，所述电阻R第二端与所述第二换流阀组的二极管阳极并联。

进一步的，所述二极管D为续流二极管。

本发明还提供一种换流阀过流和均压测试系统，包括所述的换流阀过流和均压测试电路，所述测试系统还包括示波器和高压探头；

所述高压探头用于所述示波器与所述测试电路连接；

所述示波器用于测试第一换流阀组、第二换流阀组中二极管和全控型器件的波形及电压值，获取第一换流阀组、第二换流阀组中二极管和全控型器件动态均压分布值、静态均压分布值。

进一步的，所述示波器还用于采集并显示第一换流阀组或第二换流阀组中全控型器件的断开过电压波形，通过断开过电压波形获取断开过电压值。

本发明还提供一种换流阀过流和均压测试方法，包括以下步骤：

根据所述的换流阀过流和均压测试电路进行电路连接；

保持第二换流阀组关断；

导通第一换流阀组，第二换流阀组承受反向电压，获取第二换流阀组中各二极管的静态均压分布值和动态均压分布值；

关断第一换流阀组，第一换流阀组承受正向电压，获取第一换流阀组中各全控型器件的静态均压分布值和动态均压分布值；获取第一换流阀组中的全控型器件的关断过电压值。

本发明的有益效果：

1、可以同时对两组换流阀组进行多项参数测试，减少了测试过程中电路搭建的工作量；

2、测试电路简单易实现，测试工作操作简单，效率高；

3、避免了换流阀组在测试过程中反复拆接线，容易造成接线恢复有误，造成换流阀组故障等严重问题。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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示出了根据现有技术的多器件串联换流阀连接示意图；

图2示出了根据本发明实施例的换流阀过流和均压测试电路连接示意图；

图3示出了根据本发明实施例的第二换流阀组中各二极管的静态均压和动态均压测试电路示意图；

图4示出了根据本发明实施例的第一换流阀组中各全控型器件的静态均压和动态均压测试电路示意图；

图5示出了根据本发明实施例的换流阀过流和均压测试方法流程示意图。

图中：1、第一换流阀组；2、第二换流阀组；A、B、C表示三相电源。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整地说明，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。

请参阅图2，图2示出了根据本发明实施例的换流阀过流和均压测试电路连接示意图，一种换流阀过流和均压测试电路，包括直流升压和放电回路、换流阀组支路、电容C₁支路、电感L支路和二极管支路。

其中，直流升压和放电回路与三相电源连接，换流阀组支路与直流升压和放电回路串联，电容C₁支路与换流阀组支路并联，换流阀组支路包括串联的第一换流阀组1和第二换流阀组2，电感L支路与第二换流阀组2并联，二极管支路与电感L支路并联。

本实施例的测试电路能够同时测试两组换流阀的正向均压和反向均压，具有简单易实现和实验效率高的优点。

本实施例中的直流升压和放电回路包括整流电路、升压电路。整流电路用于将三相电源的交流电转换为直流电；升压电路用于将输入直流电压值升高，输出用于测试的直流电压。

本实施例中，当第一换流阀组1关断时，关断瞬间电路中电流较高，一般为2000-4000A，通过电容C₁支路为测试电路提供稳定的直流电压。

第一换流阀组1和第二换流阀组2结构相同，以第一换流阀组1为例，第一换流阀组1包括串联的全控型器件和二级管，其中二极管的阴极与全控型器件的阳极连接。

换流阀组支路中，第一换流阀组1的二极管阳极与直流升压和放电回路的正极连接，第一换流阀组1的全控型器件阴极与第二换流阀组2的全控型器件阴极连接。第一换流阀组1的二极管阳极与电容C₁支路第一端并联，第二换流阀组2的二极管阳极与电容C₁支路第二端并联。第二换流阀组2的二极管阳极与直流升压和放电回路的正极连接。

其中，第一换流阀组1的全控型器件门极与脉冲信号连接，通过脉冲信号控制第一换流阀组1开通、关断；第二换流阀组2的全控型器件门极接地。

示例的，二极管支路包括串联的二极管D和电阻R。二极管D的阴极与第二换流阀组2的全控型器件阴极并联，二极管D的阳极与电阻R第一端连接，电阻R第二端与第二换流阀组2的二极管阳极并联。

本实施例中，电感L是负载，电阻R和二极管D在第一换流阀组1关断后，电感L、电阻R和二极管D构成续流回路。

示例的，第一换流阀组1和第二换流阀组2的全控型器件为集成门极换流晶闸管（IGCT）。

优选的，二极管D为续流二极管。续流二极管与电感L一起使用，防止电压电流突变，提供通路。电感L可以经过它给负载提供持续的电流，以免负载电流突变，起到平滑电流的作用。

测试电路工作原理：第二换流阀组2始终处于关断状态，控制第一换流阀组1的开通、关断，分别测试第二换流阀组2的二极管均压分布值和全控型器件均压分布值。

请参阅图3，图3示出了根据本发明实施例的第二换流阀组中各二极管的静态均压和动态均压测试电路示意图，当第一换流阀组1导通时，电流从直流升压和放电回路的正极流经第一换流阀组1、电感L，回到直流升压和放电回路的负极。

此时，全部直流电压加到载第二换流阀组2上，第二换流阀组2负极的电势高于正极，第二换流阀组2承受反向电压，可以测试第二换流阀组2中各二极管的静态均压分布值和动态均压分布值。

请参阅图4，图4示出了根据本发明实施例的第一换流阀组中各全控型器件的静态均压和动态均压测试电路示意图，当第一换流阀组1断开时，电阻R和二极管D形成续流回路，使得电感L上的di/dt较小，从而减小第一换流阀组1承受的电压值。

由于续流二极管导通，第二换流阀组2被旁路，全部直流电压加到第一换流阀组1上，此时，第一换流阀组1正极的电势高于负极，第一换流阀组1承受正向电压，可以测试第一换流阀组1中各全控型器件的静态均压分布值和动态均压分布值。

此外，当第一换流阀组1断开时，电流切断以后，电路中残余的电磁能又向对地电容C₁充电，形成振荡过程；如果不考虑杂散电感，关断时第一换流阀组1的全控型器件承受电压应该等于电容C₁的电压，但是考虑杂散电感，第一换流阀组1的全控型器件承受电压为电容C₁的电压，加上Ldi/dt的电压，L为杂散电感。此时，可以测试第一换流阀组1中的全控型器件的断开过电压值。

本实施例提出的测试电路，可以同时测试第一换流阀组1的正向均压分布值，第二换流阀组2的反向均压分布值和第一换流阀组1的断开过电压。

本实施例中，交换第一换流阀组1、第二换流阀组2的位置时，可以同时测试第一换流阀组1的反向均压分布值，第二换流阀组2的正向均压分布值和第二换流阀组2中的断开过电压值，具有简单易实现和测试效率高的显著优点。

本发明还提供一种换流阀过流和均压测试系统，包括上述的换流阀过流和均压测试电路，还包括示波器和高压探头。

高压探头用于示波器与测试电路连接；

示波器用于测试第一换流阀组1、第二换流阀组2中二极管和全控型器件的波形及电压值，获取第一换流阀组1、第二换流阀组2中二极管和全控型器件动态均压分布值、静态均压分布值。

示波器还用于采集并显示第一换流阀组1或第二换流阀组2中全控型器件的断开过电压波形，通过断开过电压波形获取断开过电压值。

测试时，示波器与测试电路的连接使用专用高压探头，辨别正负极后，确认连接无误通电开始测量，高压示波器的使用为常规技术手段，在此不在赘述。

请参阅图5，图5示出了根据本发明实施例的换流阀过流和均压测试方法流程示意图，本发明还提供一种换流阀过流和均压测试方法，包括以下步骤：

根据上述的换流阀过流和均压测试电路进行电路连接；

保持第二换流阀组2关断；

导通第一换流阀组1，第二换流阀组2承受反向电压，获取第二换流阀组2中各二极管的静态均压分布值和动态均压分布值；

关断第一换流阀组1，第一换流阀组1承受正向电压，获取第一换流阀组1中各全控型器件的静态均压分布值和动态均压分布值；获取第一换流阀组1中的全控型器件的关断过电压值。

测试过程：测试时只需要将第一换流阀组1、第二换流阀组2按照上述测试电路进行电路连接，根据不同型号的换流阀组，通过直流升压和放电回路将三相电源进行整流、升压，获得测试电路需要的直流电压值。

本发明的测试方法原理简单且容易实现，测试过程中，可以同时对两组换流阀组进行多项参数测试，减少了测试过程中电路搭建的工作量；并且测试过程只需控制第一换流阀组1或第二换流阀组2的开通、关断，就可以完成测试，测试工作操作简单。

与此同时，一次对两个换流阀组进行测试，避免了换流阀组在测试过程中反复拆接线，容易造成接线恢复有误，造成换流阀组故障等严重问题。

术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不是用于描述或表示特定的顺序或先后次序。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种换流阀过流和均压测试电路，其特征在于，包括直流升压和放电回路、换流阀组支路、电容C₁支路、电感L支路和二极管支路；

其中，所述直流升压和放电回路与三相电源连接；

所述换流阀组支路与所述直流升压和放电回路串联；

所述电容C₁支路与所述换流阀组支路并联；

所述换流阀组支路包括串联的第一换流阀组和第二换流阀组；

所述电感L支路与所述第二换流阀组并联；

所述二极管支路与所述电感L支路并联。

2.根据权利要求1所述的换流阀过流和均压测试电路，其特征在于，所述直流升压和放电回路包括整流电路、升压电路；

其中，所述整流电路用于将三相电源的交流电转换为直流电；所述升压电路用于将输入直流电压值升高，输出用于测试的直流电压。

3.根据权利要求1所述的换流阀过流和均压测试电路，其特征在于，

所述换流阀组支路中，所述第一换流阀组的二极管阳极与所述直流升压和放电回路的正极连接，所述第一换流阀组的全控型器件阴极与所述第二换流阀组的全控型器件阴极连接；所述第一换流阀组的二极管阳极与所述电容C₁支路第一端并联，所述第二换流阀组的二极管阳极与所述电容C₁支路第二端并联；所述第二换流阀组的二极管阳极与所述直流升压和放电回路的正极连接。

4.根据权利要求3所述的换流阀过流和均压测试电路，其特征在于，

所述第一换流阀组的全控型器件门极与脉冲信号连接，通过脉冲信号控制所述第一换流阀组开通、关断；所述第二换流阀组的全控型器件门极接地。

5.根据权利要求1所述的换流阀过流和均压测试电路，其特征在于，所述二极管支路包括串联的二极管D和电阻R。

6.根据权利要求5所述的换流阀过流和均压测试电路，其特征在于，所述二极管D的阴极与所述第二换流阀组的全控型器件阴极并联，所述二极管D的阳极与所述电阻R第一端连接，所述电阻R第二端与所述第二换流阀组的二极管阳极并联。

7.根据权利要求5或6所述的换流阀过流和均压测试电路，其特征在于，所述二极管D为续流二极管。

8.一种换流阀过流和均压测试系统，包括权利要求1-7任一所述的换流阀过流和均压测试电路，其特征在于，所述测试系统还包括示波器和高压探头；

所述高压探头用于所述示波器与所述测试电路连接；

所述示波器用于测试第一换流阀组、第二换流阀组中二极管和全控型器件的波形及电压值，获取第一换流阀组、第二换流阀组中二极管和全控型器件动态均压分布值、静态均压分布值。

9.根据权利要求8所述的换流阀过流和均压测试系统，其特征在于，所述示波器还用于采集并显示第一换流阀组或第二换流阀组中全控型器件的断开过电压波形，通过断开过电压波形获取断开过电压值。

10.一种换流阀过流和均压测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据权利要求1所述的换流阀过流和均压测试电路进行电路连接；

保持第二换流阀组关断；

导通第一换流阀组，第二换流阀组承受反向电压，获取第二换流阀组中各二极管的静态均压分布值和动态均压分布值；

关断第一换流阀组，第一换流阀组承受正向电压，获取第一换流阀组中各全控型器件的静态均压分布值和动态均压分布值；获取第一换流阀组中的全控型器件的关断过电压值。

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