CN113341243B - 柔性直流换流阀功率模块测试系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种柔性直流换流阀功率模块测试系统。包括：工控机、主控制器、核心板、采样板、充放电装置以及电压变送器，工控机连接主控制器，主控制器连接核心板、充放电装置及电压变送器，采样板连接核心板，电压变送器连接充放电装置，核心板、采样板以及充放电装置均连接被测功率模块，充放电装置还连接外部电源；采用工控机下发测试指令至主控制器，主控制器根据测试指令控制核心板与充放电装置对被测功率模块完成充放电、通讯、IGBT、旁路开关等测试并判断被测功率模块是否正常，提高了整体测试效率与准确率。

Description

柔性直流换流阀功率模块测试系统

技术领域

本申请涉及柔性直流输电技术领域，特别是涉及一种柔性直流换流阀功率模块测试系统。

背景技术

目前，为了发展远距离大容量的输电技术，解决新能源消纳与区域电力资源平衡等问题，柔性直流输电技术逐步发展推广。随着电压等级与传输能力的不断提高，使得对柔性直流换流阀可靠性也提出了更高的要求，其中，核心部分MMC(Modular MultilevelConverter，模块化多电平换流器)子模块的可靠工作直接影响了整个换流阀的稳定运行。

传统针对MMC的测试系统在测试各功能时，需要单独对每个测试对象单独测试，且每项测试需要用到不同的测试装置，过程非常繁琐，效率不高，另外受限于采样电路与充放电电路的设计，测试结果不准确。

发明内容

基于此，有必要针对以上导致测试结果不准确及效率低的缺点，提供一种柔性直流换流阀功率模块测试系统。

一种柔性直流换流阀功率模块测试系统，包括：工控机、主控制器、核心板、采样板、充放电装置以及电压变送器，所述工控机连接所述主控制器，所述主控制器连接所述核心板、所述充放电装置及所述电压变送器，所述采样板连接所述核心板，所述电压变送器连接所述充放电装置，所述核心板、所述采样板以及所述充放电装置均连接被测功率模块，所述充放电装置还连接外部电源；

所述工控机用于下发测试指令至所述主控制器，所述主控制器根据测试指令控制所述核心板与所述充放电装置对被测功率模块进行测试，所述充放电装置用于对被测功率模块的电容进行充放电测试，所述电压变送器用于采集所述电容的母线电压并发送至所述主控制器，所述核心板用于与所述被测功率模块的控制板进行双向通讯测试并将通讯信息发送至所述主控制器，所述核心板还用于控制所述被测功率模块的IGBT与旁路开关进行测试，所述采样板用于采集所述被测功率模块的端口电压并发送至所述主控制器，所述主控制器用于根据所述母线电压、所述通讯信息以及所述端口电压判断得到测试结果并发送至所述工控机。

在其中一个实施例中，所述充放电装置包括充电控制开关、放电控制开关、充电开关、放电开关、隔离变压器、整流电路以及放电电阻，所述充电控制开关与所述放电控制开关的控制部均连接所述主控制器，所述充电控制开关的受控部连接外部电源与所述充电开关的线圈，所述放电控制开关的受控部连接外部电源与所述放电开关的线圈，所述隔离变压器连接所述外部电源与所述整流电路，所述整流电路连接所述充电开关的触点的一侧，所述充电开关的触点的另一侧连接所述被测功率模块的电容，所述放电开关的触点与所述放电电阻串联后连接至所述电容与所述电压变送器。

在其中一个实施例中，所述充放电装置还包括限流电阻，所述限流电阻串联在所述充电开关与所述被测功率模块的电容所在的回路中。

在其中一个实施例中，上述柔性直流换流阀功率模块测试系统还包括开关电源，所述开关电源连接所述外部电源、所述工控机、所述主控制器、所述核心板、所述采样板以及所述电压变送器。

在其中一个实施例中，上述柔性直流换流阀功率模块测试系统还包括隔离装置与保护装置，所述保护装置通过所述隔离装置连接所述外部电源，所述保护装置连接所述开关电源以及所述充放电装置。

在其中一个实施例中，上述柔性直流换流阀功率模块测试系统为行李箱式系统，还包括箱体、前面板、可伸缩拉杆与滚轮，所述前面板、所述可伸缩拉杆与所述滚轮均设置于所述箱体，所述工控机、所述主控制器、所述核心板、所述采样板、所述充放电装置、所述电压变送器、所述开关电源、所述隔离装置以及所述保护装置均设置于所述箱体内部，所述工控机、所述核心板、所述采样板、所述充放电装置、所述隔离装置连接至所述前面板。

在其中一个实施例中，所述前面板上设置有触摸屏、功能按钮、指示灯以及对外接口，所述指示灯与所述主控制器连接，所述触摸屏与所述对外接口均连接所述工控机，所述功能按钮连接所述充放电装置与所述隔离装置，所述对外接口还连接所述隔离装置、所述核心板、所述采样板与所述充放电装置。

在其中一个实施例中，所述功能按钮包括急停按钮以及电源按钮，所述急停按钮连接所述开关电源与所述主控制器，所述电源按钮连接所述隔离装置。

在其中一个实施例中，所述对外接口包括电源接口、光纤收发接口、充放电输出接口、端口电压采集接口以及扩展接口，所述电源接口连接所述隔离装置，所述光纤收发接口连接所述核心板，所述充放电输出接口连接所述充放电装置，所述端口电压采集接口连接所述采样板，所述扩展接口连接所述工控机。

在其中一个实施例中，上述柔性直流换流阀功率模块测试系统还包括散热装置，所述散热装置连接所述外部电源和所述主控制器。

本申请涉及一种柔性直流换流阀功率模块测试系统，主控制器根据工控机下发测试指令控制核心板、采集板、充放电装置等完成换流阀功率模块的测试，得到测试数据后反馈回主控制器，主控制器判断得到测试结果并发回工控机进行显示与操作，不仅提高了整体测试效率，而且采用的采样板及充放电装置使得测试结果更加准确。

附图说明

图1为一实施例中柔性直流换流阀功率模块测试系统的系统框图；

图2为一实施例中工控机的结构图；

图3为一实施例中主控制器的结构图；

图4为一实施例中核心板与采样板的结构图；

图5为一实施例中充放电装置的结构图；

图6为一实施例中全桥模块的IGBT测试示意图；

图7为一实施例中半桥模块的IGBT测试示意图；

图8为一实施例中柔性直流换流阀功率模块测试系统的测试流程图；

图9为一实施例中柔性直流换流阀功率模块测试系统的供电回路图；

图10为一实施例中柔性直流换流阀功率模块测试系统的前面板示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一电阻称为第二电阻，且类似地，可将第二电阻称为第一电阻。第一电阻和第二电阻两者都是电阻，但其不是同一电阻。

可以理解，以下实施例中的“连接”，如果被连接的电路、模块、单元等相互之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。

在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。

柔性直流换流阀的被测功率模块在输电线路的送端与受端起到整流与逆变的作用，主要由旁路开关S、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)、直流电容C、放电电阻R、晶闸管、取能电源、控制板、旁路开关驱动板和IGBT驱动板组成。其中，全桥模块包括4个IGBT，半桥模块包括2个IGBT。

在一个实施例中，如图1所示，提供一种柔性直流换流阀功率模块测试系统，包括：工控机110、主控制器120、核心板130、采样板140、充放电装置150以及电压变送器160，工控机110连接主控制器120，主控制器120连接核心板130、充放电装置150及电压变送器160，采样板140连接核心板130，电压变送器160连接充放电装置150，核心板130、采样板140以及充放电装置150均连接被测功率模块，充放电装置150还连接外部电源。

工控机110用于下发测试指令至主控制器120，主控制器120根据测试指令控制核心板130与充放电装置150对被测功率模块进行测试，充放电装置150用于对被测功率模块的电容进行充放电测试，电压变送器160用于采集电容的母线电压并发送至主控制器120，核心板130用于与被测功率模块的控制板进行双向通讯测试并将通讯信息发送至主控制器120，核心板130还用于控制被测功率模块的IGBT与旁路开关进行测试，采样板140用于采集被测功率模块的端口电压并发送至主控制器120，主控制器120用于根据母线电压、通讯信息以及端口电压判断得到测试结果并发送至工控机。

具体地，工控机110为集成人机交互与数据处理能力，作为测试系统测试指令下发与测试数据动态化展示的装置，可为搭载Win10操作，运行西门子的WinCC软件的工控触摸一体机。工控机110用于将测试指令发送至主控制器120，通过以太网进行通讯，采用TCP/IP通讯协议。其中，参考图2与图3，主控制器120为西门子精简系列PLC，与工控机110的端口X1连接，与工控机110中运行西门子的WinCC软件进行交互支持。

其中，工控机110下发给主控制器120的测试指令内容并不唯一，可包括测试项目以及测试模式等。具体地，测试项目可包括充电测试、通讯测试、IGBT测试、旁路开关测试以及放电测试，测试模式可包括自动测试及单项测试两种。例如，当测试指令中的测试模式为自动测试模式时，测试项目自动包括上述所有测试项目，主控制器120按顺序控制完成上述所有测试项目。当测试指令中的测试模式为单项测试模块下，测试项目可通过手动选择得到，主控制器120控制完成上述手动选择的测试项目，其中，充电测试与放电测试为必完成测试项目，不进行手动选择。

进一步地，主控制器120用于接收工控机110下发的测试指令控制核心板130与充放电装置150对被测功率模块进行测试。控制充放电装置150的通断实现对被测功率模块的电容C进行充放电测试；通过Modbus RTU协议发送通讯指令、解锁指令、动作指令以及旁路指令至核心板130，核心板130转化成符合IEC60044-8标准中FT3格式、曼彻斯特编码的通讯指令、解锁指令、动作指令以及旁路指令给被测功率模块进行通讯测试、IGBT测试以及旁路开关测试。其中，核心板130为FPGA核心板，使用Altera Cyclone IV E系列芯片。参考图3与图4，主控制器PLC与FPGA核心板通过RS485串口进行连接通讯，实现上述指令的传输。

其中，如图5所示，充放电装置150通过输出端口DC+与输出端口DC-连接被测功率模块的电容C的两端进行充放电测试。在充电测试时，主控制器120控制充放电装置150接通充电回路，将220V交流市电整流成约510V直流电加到电容C的两端进行充电。同时，电压变送器TR通过其端口IN+与端口IN-连接充放电装置150的输出端口实时采集电容C的母线电压。然后，如图3所示，电压变送器TR将采集的母线电压通过端口M+与端口M-发送回主控制器120进行判断。若母线电压在第一预设时间内升至充电阈值，则判断充电测试正常，反之则故障。其中，第一预设时间为正常情况下电容C充电所需时间，可根据实际情况设置，例如，第一预设时间的设置范围可为10ms～15ms，具体可以是10ms、12ms或15ms。充电阈值为对电容C进行充电能上升到的最高母线电压，可根据实际情况设置，在本实施例中，充电阈值为510V。

在放电测试时，主控制器120控制充放电装置150接通放电回路，将电容C连接充放电装置150的放电电阻R2进行放电，同样电压变送器TR也持续实时采集电容C的母线电压并发送回主控制器120进行判断，若母线电压在第二预设时间内降至放电阈值，则判断放电测试正常，反之则故障。其中，第二预设时间为正常情况下电容C放电所需时间，可根据实际情况设置，例如，第二预设时间的设置范围可为10ms～15ms，具体可以是10ms、12ms或15ms。放电阈值为对电容C进行放电能下降到的规定安全母线电压，可根据实际情况设置，例如，可设置为24V。

此外，如图4所示，核心板130通过光纤发送通讯指令至被测功率模块的控制板进行通讯测试。在被测功率模块的控制板接收到核心板130的通讯指令后，按照第三预设时间间隔持续地将反馈信息发送回核心板130时，核心板130将其通过串口上传至主控制器120，主控制器120将反馈信息与正常情况下被测功率模块的控制板的反馈信息进行判断，若正常则通讯测试完成，若不符则通讯测试失败。其中，反馈信息的内容并不唯一，例如可包括被测功率模块的状态信息、故障信息以及电压信息等，不做此限定。此外，判断反馈信息是否正常的手段也并不唯一，可根据实际通讯协议与反馈信息内容进行设定，不做此限定。第三预设时间为设定的被测功率模块的控制板间隔的将反馈信息发送回核心板120的时间，例如，第三预设时间可设定为25us。

在被测功率模块的控制板接收到核心板130的通讯指令后，未按照第三预设时间间隔持续地将反馈信息发送回核心板130，或反馈信息为接收时间超时，则核心板130向主控制器120上报通讯故障，由主控制器120做出显示。其中，未按照第三预设时间间隔持续地将反馈信息发送回核心板130可判断为上行通讯故障，反馈信息为接收时间超时可判断为下行通讯故障。

进一步地，如图4所示，核心板130通过光纤发送解锁指令与动作指令至被测功率模块的IGBT驱动板进行IGBT测试。在收到解锁指令后被测功率模块解锁运行，IGBT驱动板根据动作指令驱动IGBT开通与关断。采样板140通过端口AC+与端口AC-连接被测功率模块的旁路开关S的两端，采集端口电压并通过光纤发送回核心板130，核心板130将其通过串口上传至主控制器120，主控制器120与预设电压相比较，如符合预设电压，则判断IGBT正常导通，反之则IGBT不正常。其中，采样板140为基于FPGA的采样电路板，内置16位高精度AD采样芯片，通过光纤实现与核心板130的通讯，采样精度可达到7‰，提高了端口电压采样的准确率。

其中，预设电压可根据IGBT的导通状态来确定。例如，如图6所示，在被测功率模块是包括4个IGBT的全桥模块时，可对4个IGBT采用六种状态来进行测试，在第一状态下，4个IGBT均断开，第一预设电压为0；在第二状态下，IGBT T1导通，其余3个IGBT均断开，第二预设电压为+1/2倍Vc；在第三状态下，IGBT T2导通，其余3个IGBT均断开，第三预设电压为-1/2倍Vc；在第四状态下，IGBT T1与IGBT T4导通，IGBT T2与IGBT T3断开，第四预设电压为+Vc；在第五状态下，IGBT T2与IGBT T3导通，IGBT T1与IGBT T4断开，第五预设电压为-Vc；在第六状态下，按顺序循环切换第四状态、第一状态、第五状态与第一状态，每种状态维持第四预设时间长度，第六预设电压为频率是125HZ的脉冲波形，其有效值为

其中，Vc为电容C两端电压，第四预设时间决定了第六预设电压的频率，可根据实际情况设定，例如可为2ms。如图7所示，在被测功率模块是包括2个IGBT的半桥模块时，可对2个IGBT采用四种状态来进行测试，在第一状态下，2个IGBT均断开，第一预设电压为1/2倍Vc；在第二状态下，IGBT T5断开，IGBT T6导通，第二预设电压为0V；在第三状态下，IGBT T6断开，IGBT T5导通，第三预设电压为Vc；在第四状态下，按顺序循环切换第二状态与第三状态，每种状态维持第五预设时间长度，第四预设电压为频率是125HZ的脉冲波形。其中，第五预设时间决定了第四预设电压的频率，可根据实际情况设定，例如可为4ms。

此外，在一个实施例中，上述柔性直流换流阀功率模块测试系统还具备端口电压采集中由于被测功率模块结构造成电压偏差的容纳功能。例如，IGBT设计中起保护作用的反向并联二极管，其上会存在反向漏电流，在IGBT测试时，如采样板150采集的端口电压与预设电压的差值未超过漏电流误差阈值，判断IGBT测试正常，其中，漏电流误差阈值为存在二极管反向漏电流时端口电压误差可容纳的范围，可设置为0V-50V之间，例如可以为0V、25V或50V。再例如，由于实际场景中，换流阀可能并非只有一个功率模块，可能存在多个功率模块通过铜排串联，此时采样板150采集的端口电压会比单个模块时偏低，在IGBT测试时，如采样板150采集的端口电压与预设电压的差值未超过多模块误差阈值，判断IGBT测试正常，其中，多模块误差阈值为多个功率模块串联时端口电压误差可容纳的范围，可设置为0V-250V之间，例如可以为0V、100V或250V。进一步地，测试系统还能通过工控机110根据设置的校准参数对上述端口电压误差进行修正，满足不同工况下的测量。

更进一步地，参考图4所示，核心板130发送旁路指令至被测功率模块的控制板进行旁路开关测试。核心板130给被测功率模块的控制板发送旁路指令并开始计时，被测功率模块的控制板根据旁路指令控制旁路开关动作，旁路开关触发动作，被测功率模块的控制板将此时旁路开关的旁路状态上传至核心板130，核心板130在接收到旁路状态计时停止，得到反馈时间。核心板130将反馈信息与旁路状态上传至主控制器120，主控制器120对旁路状态与反馈时间进行判断，若旁路状态满足旁路指令的要求且反馈时间满足反馈阈值，则旁路开关测试正常，反之则不正常。其中，反馈阈值为旁路开关正常时触发动作所需时间，可设为10ms。

如图8所示，以下结合一实施例中的测试流程对柔性直流换流阀功率模块测试系统的功能测试进行解释说明。

首先，对工控机110、主控制器120以及核心板130等进行通讯模块配置。

进一步地，进行母线电压监测测试。测试系统具备过压保护功能，电压变送器160采集电容C的母线电压并发送回主控制器120，当监测到母线电压超过最高母线电压阈值时，主控制器120控制充放电装置150断开充电回路，接通放电回路，进入放电测试。其中，最高母线电压阈值可根据实际情况设定，例如可为600V。

进一步地，进行急停故障测试。测试系统具备急停保护功能，当检测到急停按钮按下后，主控制器120控制充放电装置150断开充电回路，接通放电回路，进入放电测试。

进一步地，进行模块类型选择。具体地，可包括被测功率模块的标识ID以及类型等，类型可包括全桥模块或半桥模块等。

进一步地，进行测试模式选择。测试模式可选择自动测试模式与手动测试模式，在手动测试模式下可进行手动选择测试项目。在选择完测试模式后，测试系统给出自动或手动的标志位，在自动标志位时，测试系统自动完成后续步骤，在手动标志位时，测试系统在进行到相应步骤后需要进行手动选择。此外，测试系统还需进行状态初始化。

进一步地，进行充电测试。充电测试及后续测试项目的步骤见上文描述，不再赘述。

进一步地，进行充电结果判断。充电结果判断与后续测试项目判断的步骤见上文描述，不再赘述。在充电测试正常时，自动模式下，测试系统会自动进入下一项测试，手动模式下，需手动选择下一项测试，后序过程相同，不再赘述。在充电测试故障时，设备暂停运行，待故障得到确定，复位后进入放电测试，后序故障后步骤相同，不再赘述。

进一步地，进行通讯测试。

进一步地，进行通讯测试结果判断。

进一步地，进行IGBT测试。

进一步地，进行IGBT测试结果判断。

进一步地，进行旁路开关测试。

进一步地，进行旁路开关测试结果判断。

进一步地，进行放电测试。

进一步地，进行放电测试结果判断。在放电测试正常时，测试结束；在放电测试故障时，设备暂停运行，待故障得到确定，复位后再次进入放电测试。

其中，母线电压过高故障、急停故障为循环检测，一旦触发即为“一级故障”，直接执行放电测试步骤。“二级故障”为在其余各测试项目执行过程中发生的故障，包括充放电测试故障、通讯测试故障、IGBT测试故障或旁路开关测试故障等，此时暂停设备运行，直到故障得到确认，复位后进入放电测试，待放电完成，系统重新进入待机状态。

上述柔性直流换流阀功率模块测试系统，主控制器120根据工控机110下发的测试指令控制核心板130、采集板140、充放电装置150等完成换流阀功率模块的测试，得到测试数据后反馈回主控制器120，主控制器120判断得到测试结果并发回工控机进行显示与操作，提高了整体测试效率。

在一个实施例中，参考图3、图5和图9所示，充放电装置150包括充电控制开关KA1、放电控制开关KA3、充电开关KM1、放电开关KM2、隔离变压器、整流电路以及放电电阻R2，充电控制开关KA1与放电控制开关KA3的控制部均连接主控制器120，充电控制开关KA1的受控部连接外部电源与充电开关KM1的线圈，放电控制开关KA3的受控部连接外部电源与放电开关KM2的线圈，隔离变压器连接外部电源与整流电路，整流电路连接充电开关KM1的触点的一侧，充电开关KM1的触点的另一侧连接被测功率模块的电容C，放电开关KM2的触点与放电电阻R2串联后连接至电容C与电压变送器TR。

具体地，充电控制开关KA1与放电控制开关KA3均为电磁继电器，可实现小电压控制大电压的功能，其控制部均连接主控制器PLC的DO触点受其控制，受控部一端均连接外部220V的交流市电，另一端分别连接充电开关KM1与放电开关KM2的线圈，控制充电开关KM1与放电开关KM2的通断，进而控制充电回路与放电回路的通断。其中，充电开关KM1与放电开关KM2均为普通低压接触器，其线圈的连接回路采用互锁接线，保证同一时刻只有一组接触器导通。

进一步地，隔离变压器连接220V市电升压至380V输出给整流电路，整流电路为单相整流桥，将380V交流电整流成约510V的直流供给被测功率模块的电容C进行充电测试。在充电测试时，主控制器PLC通过充电控制开关KA1导通充电开关KM1，通过输出端口DC+与输出端口DC-连接至电容C的两端进行充电。在放电测试时，主控制器PLC通过放电控制开关KA3导通放电开关KM2，此时，放电电阻R2通过输出端口DC+与输出端口DC-与电容C构成放电回路，通过放电电阻R2消耗电容C的电能。其中，可将放电开关KM2的两对主触点串联在放电电阻R2的两端，提高其过电压的能力。其中，放电电阻R2为小功率铝壳电阻。

在本实施例中，通过非程控的充放电装置，采用低压接触器与小功率的铝壳电阻即可支持被测模块电容C电压在500V以上完成一次充放电回路的投切，不仅使得设备体积更小，同时也能高效完成电容C的充放电测试。

在一个实施例中，如图5所示，充放电装置150还包括限流电阻R1，限流电阻R1串联在充电开关KM1与被测功率模块的电容C所在的回路中。具体地，限流电阻R1为小功率铝壳电阻，在充电测试刚开始阶段，电容C两端电压为0时，瞬时电流过高，增加限流电阻R1起到保护的作用。

在一个实施例中，如图9所示，上述柔性直流换流阀功率模块测试系统还包括开关电源P1，开关电源P1连接外部电源、工控机110、主控制器120、核心板130、采样板140以及电压变送器160。

具体地，开关电源P1将220V的交流市电转换成24V直流电压给工控机110、主控制器120、核心板130、采样板140以及电压变送器160供电。如图2-4以及图9所示，开关电源P1通过其端口24+与端口GND连接至工控机、主控制器PLC、FPGA核心板、采样板与TR变送器进行统一供电。

在一个实施例中，如图9所示，上述柔性直流换流阀功率模块测试系统还包括隔离装置与保护装置，保护装置通过隔离装置连接外部电源，保护装置连接开关电源P1以及充放电装置150。

具体地，隔离装置为将测试系统与外部电源进行隔离保护的开关元件，可为隔离开关，例如，在本实施例中，隔离装置为隔离开关QS1，当隔离开关QS1断开时，整个测试系统失电，停止从220V交流市电获取电能。

进一步地，保护装置为对各功能电路进行独立保护的开关元件，一端连接隔离装置，另一端连接各功能电路。保护装置可为空气开关，例如，在本实施例中，保护装置包括空气开关QF2、空气开关QF3与空气开关QF4，空气开关QF2连接隔离开关QS1与开关电源P1，空气开关QF3连接隔离开关QS1与充放电装置150的整流电路，空气开关QF4连接隔离开关QS1与充放电装置150的充电控制开关KA1与放电控制开关KA3的受控部，通过空气开关对各功能电路的独立控制，起到了保护与隔离的作用。

在一个实施例中，上述柔性直流换流阀功率模块测试系统为行李箱式系统，还包括箱体、前面板、可伸缩拉杆与滚轮，前面板、可伸缩拉杆与滚轮均设置于箱体，工控机110、主控制器120、核心板130、采样板140、充放电装置150、电压变送器160、开关电源P1、隔离装置以及保护装置均设置于箱体内部，工控机110、核心板130、采样板140、充放电装置150以及隔离装置连接至前面板。

具体地，本申请柔性直流换流阀功率模块测试系统采用紧凑型一体化设计，外形为行李箱式，大小约26寸，包括箱体、前面板、可伸缩拉杆与滚轮，前面板为具有按钮、接口与HMI(Human Machine Interface)界面的可操作面板，可伸缩拉杆设置于与前面板相对的箱体的另一面，滚轮为万向轮，设置于箱体底部。

进一步地，工控机110、主控制器120、核心板130、采样板140、充放电装置150、电压变送器160、开关电源P1、隔离装置以及保护装置等测试系统主要组成装置均设置于箱体内部，并通过前面板的界面和接口进行操作或与外部元件连接进行测试。

在本实施例中，测试系统采用一体化设计，将所有操作与接口均集中在前面板，更方便操作提高了效率，另外设计了可伸缩拉杆与滚轮，便于携带与移动，方便实现塔上功率模块的测试。

在一个实施例中，如图10所示，前面板上设置有触摸屏、功能按钮、指示灯以及对外接口，指示灯与主控制器120连接，触摸屏与对外接口均连接工控机110，功能按钮连接充放电装置150与隔离装置，对外接口还连接隔离装置、核心板130、采样板140与充放电装置150。

具体地，触摸屏1连接工控机110，用于配合工控机110进行系统设置与测试指令的下发。如图3所示，指示灯包括故障指示灯3与运行指示灯4，用于连接主控制器PLC，并接收其控制指示目前测试的被测试功率模块是否存在故障以及测试系统是否正常运行。此外，工控机110通过对外接口与外部设备连接，隔离装置通过对外接口与外部电源连接，核心板130、采样板140与充放电装置150通过对外接口与被测功率模块连接。

在一个实施例中，如图3、图9与图10所示，功能按钮包括急停按钮2以及电源按钮6，急停按钮2连接开关电源与主控制器120，电源按钮6连接隔离装置。

具体地，急停按钮2为一对常开触点，一端连接开关电源P1获取供电，另一端连接主控制器PLC的DI输入端反馈急停按钮2的状态，当主控制器PLC收到急停按钮2为按下的状态时，通过控制充放电装置150的充电控制开关KA1断开，放电控制开关KA3的导通，进一步使得充电开关KM1断开，放电开关KM2导通，放电回路接通进行放电后停止测试。进一步地，电源按钮6连接隔离开关QS1，当电源按钮按下，隔离开关QS1导通，系统从220V交流市电得到供电，当电源按钮断开，隔离开关QS1断开，整个测试系统失电，停止从220V交流市电获取电能。

在一个实施例中，如图10所示，对外接口包括电源接口、光纤收发接口、充放电输出接口、端口电压采集接口以及扩展接口，电源接口连接隔离装置，光纤收发接口连接核心板130，充放电输出接口连接充放电装置150，端口电压采集接口连接采样板140，扩展接口连接工控机110。

具体地，电源接口为接口5，隔离装置通过接口5连接至外部220V交流市电；光纤收发接口为接口8与接口9，核心板130通过接口8与接口9连接至被测功率模块的控制板；充放电输出接口为接口10与接口11，充放电装置150通过接口10与接口11连接至被测功率模块的电容C的两端；端口电压采集接口为接口12与接口13，采样板140通过接口12与接口13连接至被测功率模块的旁路开关S的两端。

进一步地，参考图2，扩展接口为USB接口，工控机110通过扩展接口连接外部设备进行功能扩展，例如，可连接鼠标与键盘进行工控机110操作与数据输入，也可连接打印机进行报表自动打印；也可连接加密狗获得软件使用授权，例如，可通过连接与工控机110配套的西门子加密狗获得WinCC软件的使用授权；还可以连接扫描枪，对被测功率模块进行扫码读取信息，保存测试结果。扩展接口的数量并不唯一，在本实施例中，包括3个扩展接口7。

在本实施例中，将所有操作与接口均集中在前面板，更方便操作提高了效率。

在一个实施例中，参考图3与图9所示，上述柔性直流换流阀功率模块测试系统还包括散热装置，散热装置连接外部电源和主控制器120。

具体地，散热装置设置于测试系统给主控制器PLC、FPGA核心板、充放电装置150进行散热。散热装置包括风扇、电机M1、电机M2与控制开关KA2，控制开关KA2的控制部连接主控制器PLC，控制开关KA2的受控部连接电机M1、电机M2与220V交流市电，电机M1与电机M2连接风扇。此外，控制开关KA2的受控部还通过空气开关QF1连接220V交流市电，起保护作用。

进一步地，在图8所示的测试流程中，在进行通讯模块配置后，进行母线电压监测测试之前，还包括启动散热风扇的步骤。

在本实施例中，采用散热装置给测试系统中进行数据处理的核心装置进行散热，避免测试过程中温度过高，保障了测试系统的安全运行。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种柔性直流换流阀功率模块测试系统，其特征在于，包括：工控机、主控制器、核心板、采样板、充放电装置以及电压变送器，所述工控机连接所述主控制器，所述主控制器连接所述核心板、所述充放电装置及所述电压变送器，所述采样板连接所述核心板，所述电压变送器连接所述充放电装置，所述核心板、所述采样板以及所述充放电装置均连接被测功率模块，所述充放电装置还连接外部电源；

所述工控机用于下发测试指令至所述主控制器，所述主控制器根据测试指令控制所述核心板与所述充放电装置对被测功率模块进行测试，所述充放电装置用于对被测功率模块的电容进行充放电测试，所述电压变送器用于采集所述电容的母线电压并发送至所述主控制器，所述核心板用于与所述被测功率模块的控制板进行双向通讯测试并将通讯信息发送至所述主控制器，所述核心板还用于对所述被测功率模块的IGBT与旁路开关进行测试，所述采样板用于采集所述被测功率模块的端口电压并发送至所述主控制器，所述主控制器用于根据所述母线电压、所述通讯信息以及所述端口电压判断得到测试结果并发送至所述工控机；

其中，在充电测试时，所述主控制器在所述母线电压在第一预设时间内升至充电阈值时，判断得到所述测试结果为充电测试正常，反之则故障；在放电测试时，所述主控制器在所述母线电压在第二预设时间内降至放电阈值时，判断得到所述测试结果为放电测试正常，反之则故障；

所述主控制器通过Modbus RTU协议发送通讯指令、解锁指令、动作指令和旁路指令至所述核心板，以使所述核心板对所述被测功率模块进行通讯测试、IGBT测试和旁路开关测试；

在所述被测功率模块的控制板接收到所述核心板的通讯指令后，按照第三预设时间间隔持续地将反馈信息发送回所述核心板，所述核心板将所述反馈信息通过串口上传至所述主控制器，所述主控制器将所述反馈信息与正常情况下被测功率模块的控制板的反馈信息进行判断，若正常则通讯测试完成，若不符则通讯测试失败；若所述被测功率模块的控制板未按照第三预设时间间隔持续地将反馈信息发送回所述核心板，或所述反馈信息为接收时间超时，则所述核心板向所述主控制器上报通讯故障；

在收到所述解锁指令后，所述被测功率模块解锁运行，所述被测功率模块的IGBT驱动板根据所述动作指令驱动IGBT开通与关断，所述主控制器在所述端口电压符合预设电压时，判断得到所述测试结果为IGBT正常导通，反之则IGBT不正常；其中，所述预设电压根据所述IGBT的导通状态确定；

所述核心板发送所述旁路指令至所述被测功率模块的控制板进行旁路开关测试并开始计时，所述被测功率模块的控制板根据所述旁路指令控制旁路开关动作，并将所述旁路开关的旁路状态上传至所述核心板，所述核心板在接收到所述旁路状态后计时停止，得到反馈时间；所述核心板将所述反馈时间与所述旁路状态上传至所述主控制器，所述主控制器在所述旁路状态满足旁路指令的要求且所述反馈时间满足反馈阈值时，判断旁路开关测试正常，反之则不正常。

2.根据权利要求1所述的测试系统，其特征在于，所述充放电装置包括充电控制开关、放电控制开关、充电开关、放电开关、隔离变压器、整流电路以及放电电阻，所述充电控制开关与所述放电控制开关的控制部均连接所述主控制器，所述充电控制开关的受控部连接外部电源与所述充电开关的线圈，所述放电控制开关的受控部连接外部电源与所述放电开关的线圈，所述隔离变压器连接所述外部电源与所述整流电路，所述整流电路连接所述充电开关的触点的一侧，所述充电开关的触点的另一侧连接所述被测功率模块的电容，所述放电开关的触点与所述放电电阻串联后连接至所述电容与所述电压变送器。

3.根据权利要求2所述的测试系统，其特征在于，所述充放电装置还包括限流电阻，所述限流电阻串联在所述充电开关与所述被测功率模块的电容所在的回路中。

4.根据权利要求3所述的测试系统，其特征在于，还包括开关电源，所述开关电源连接所述外部电源、所述工控机、所述主控制器、所述核心板、所述采样板以及所述电压变送器。

5.根据权利要求4所述的测试系统，其特征在于，还包括隔离装置与保护装置，所述保护装置通过所述隔离装置连接所述外部电源，所述保护装置连接所述开关电源以及所述充放电装置。

6.根据权利要求5所述的测试系统，其特征在于，所述测试系统为行李箱式系统，还包括箱体、前面板、可伸缩拉杆与滚轮，所述前面板、所述可伸缩拉杆与所述滚轮均设置于所述箱体，所述工控机、所述主控制器、所述核心板、所述采样板、所述充放电装置、所述电压变送器、所述开关电源、所述隔离装置以及所述保护装置均设置于所述箱体内部，所述工控机、所述核心板、所述采样板、所述充放电装置、所述隔离装置连接至所述前面板。

7.根据权利要求6所述的测试系统，其特征在于，所述前面板上设置有触摸屏、功能按钮、指示灯以及对外接口，所述指示灯与所述主控制器连接，所述触摸屏与所述对外接口均连接所述工控机，所述功能按钮连接所述充放电装置与所述隔离装置，所述对外接口还连接所述隔离装置、所述核心板、所述采样板与所述充放电装置。

8.根据权利要求7所述的测试系统，其特征在于，所述功能按钮包括急停按钮以及电源按钮，所述急停按钮连接所述开关电源与所述主控制器，所述电源按钮连接所述隔离装置。

9.根据权利要求7所述的测试系统，其特征在于，所述对外接口包括电源接口、光纤收发接口、充放电输出接口、端口电压采集接口以及扩展接口，所述电源接口连接所述隔离装置，所述光纤收发接口连接所述核心板，所述充放电输出接口连接所述充放电装置，所述端口电压采集接口连接所述采样板，所述扩展接口连接所述工控机。

10.根据权利要求1-9中任意一项所述的测试系统，其特征在于，还包括散热装置，所述散热装置连接所述外部电源和所述主控制器。

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