CN113917264A - 一种柔性合环装置功率模块检测系统及方法 - Google Patents

一种柔性合环装置功率模块检测系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种柔性合环装置功率模块检测系统及方法。本发明的系统包括功率模块本体、辅助电感、测试用直流电源和上位机，所述上位机控制功率模块的运行方式，以及能量流动方向和能量大小，实现功率模块的稳定性测试。本发明方法解决了当前柔性合环功率模块测试时用电损耗大、难以准确验证实际运行工况、无法实现功率双向调节等问题，实现柔性合环装置功率模块能量双向流动测试，轻载、满载和过载运行测试。

Description

一种柔性合环装置功率模块检测系统及方法
技术领域
本发明涉及电力检测领域，具体涉及一种柔性合环装置功率模块检测系统及方法。
背景技术
随着用户对用电需求、电能质量及供电可靠性等要求的不断提高，传统的供电网络越来越难以满足用户的供电需求。现有的供配电网络其中一条线路过负荷或者故障时，经常导致较大范围的停电。柔性合环装置可以实现配电网络的合环运行，提高供电可靠性，因此得到了越来越多的重视。
在电路的拓扑结构上，柔性合环装置由若干功率模块通过串联的方式构成。因此功率模块的可靠性是柔性合环装置安全稳定运行的关键。对柔性合环装置的功率模块进行严格的测试是保证系统安全可靠运行的关键。对柔性合环装置功率模块的测试，可以分为基本功能测试和稳定性测试两种。基本功能测试主要包括绝缘耐压测试、主回路通断测试、驱动及通信测试，这是功率模块进行带电运行的必测项目。稳定性测试主要是指功率模块按额定的电压、电流进行长时间运行，以验证功率器件的热稳定性、电气特性等。
目前，针对柔性合环装置功率模块的测试方法，通常是针对单个功率模块搭建基于电源→功率模块→电阻负载的测试平台。测试时功率单向流动，且测试过程需要消耗大量的电能。对于大功率柔性合环功率模块的测试，该方法具有严重的局限性。
发明内容
为解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种柔性合环装置功率模块检测系统及方法，本发明的技术方案如下。
一种柔性合环装置功率模块检测系统，包括功率模块本体、辅助电感、测试用直流电源和上位机，所述上位机控制功率模块的运行方式，以及能量流动的方向和能量大小，实现功率模块的稳定性测试，功率模块本体包括第一交流侧模块和第二交流侧模块，所述第一交流侧模块包括第一H桥模块、第一DAB电路；所述第二交流侧模块包括第二H桥模块、第二DAB电路；
第一H桥模块包括原侧开关器件，第一DAB电路包括原边开关器件，第二H桥模块包括副侧开关器件，第二DAB电路包括副边开关器件；
第一H桥模块和第一DAB电路分别与第一交流侧直流母线电容并联，第二H桥模块和第二DAB电路分别与第二交流侧直流母线电容并联；
第一DAB电路与第二DAB电路通过谐振电感和隔离变压器耦合；
第一H桥模块与第二H桥模块通过辅助电感实现功率模块交流侧的并联。
一种基于上述的柔性合环装置功率模块检测系统的柔性合环装置功率模块检测方法，包括：
调节测试用直流电源的输出电压，控制第一交流侧直流母线电容C1电压至待测试电压；
调节第一DAB电路的原边开关管和第二DAB电路的副边开关之间的移相角，控制第二交流侧直流母线电容电压至待测试电压；
控制第一交流侧级联的第一H桥模块的原侧开关器件实现对第一输出端口、第二输出端口之间电压的控制，控制第二交流侧级联的第二H桥模块的副侧开关器件实现对第三输出端口、第四输出端口之间电压的控制；
控制第一输出端口、第二输出端口输出电压和第三输出端口、第四输出端口的输出电压的电压基波幅值和相位的差，调节辅助电感上的电流大小，进而实现对功率模块第二交流侧输出功率大小和功率流动方向的控制。
测试过程中，功率在第一交流侧模块、谐振电感，隔离变压器、第二交流侧模块和辅助电感之间循环流动。
相对于现有技术，本发明的有益技术效果在于：本发明提出一种具有能量循环流动能力的柔性合环装置功率模块测试系统及方法，为大功率柔性合环装置功率模块的满载、长时间稳定性测试提供可能，解决了当前柔性合环功率模块测试时测试用电损耗大、难以准确验证实际运行工况、无法实现功率双向调节等问题，实现柔性合环装置功率模块能量双向流动测试，轻载、满载和过载运行测试。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为功率模块测试常规方案架构示意图。
图2本发明方案的柔性合环装置功率模块测试架构示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。
如图1所示，本实施例提供了一种柔性合环装置功率模块检测方法。本实施例的柔性合环装置功率模块检测方法基于柔性合环装置功率模块测试架实现。柔性合环装置功率模块测试架如图2所示。
图2中，功率模块本体的S1-S4是第一交流侧级联H桥模块的开关器件，S5-S8是第一交流侧DAB电路的开关器件，C1是第一交流侧直流母线电容；S13-S16是第二交流侧级联H桥模块的开关器件，S9-S12是第二交流侧DAB电路的开关器件，C2是第二交流侧直流母线电容；Lr和T分别为DAB电路的谐振电感和隔离变压器。另外，测试需要辅助电感L，用于连接功率模块本体的第一交流侧和第二交流侧，实现功率模块交流侧的并联。
调节测试用直流电源的输出电压，控制第一交流侧直流母线电容C1电压至待测试电压。调节DAB电路原边开关管S5-S8和副边开关管S9-S12之间的移相角，控制第二交流侧直流母线电容C2电压至待测试电压。控制第一交流侧级联H桥模块开关器件S1-S4实现对输出端口M1和M2之间电压的控制，控制第二交流侧级联H桥模块开关器件S13-S16实现对输出端口N1和N2之间电压的控制。在测试过程中，通过控制端口M1、M2输出电压和端口N1、N2输出电压的电压基波幅值和相位的差，即可控制辅助电感L上的电流大小，进而实现对功率模块第二交流侧输出功率大小和功率流动方向的控制。
整个测试的过程中，主要的功率在第一交流侧，DAB原边，谐振电感，隔离变压器，DAB副边，交流侧侧和辅助电感之间循环流动，测试过程中除了开关器件S1-S16的损耗、谐振电感Lr、隔离变压器T和辅助电感L上的损耗外，没有有功功率的消耗。测试用直流电源只需要提供测试过程中的损耗。
本实施例的柔性合环装置功率模块检测方法包括：
连接功率模块DC1+和测试电源的DC+；连接功率模块DC1-和测试电源的DC-；
连接功率模块M2和N2；通过辅助电感L连接功率模块M1和N1；
该能量环流测试方案，通过控制可以改变功率模块中传递能量的大小和方向。测试用直流电源只提供功率模块运行时损耗的能量，因此对测试电源的功率要求不高。
将被测试功率模块控制系统与上位机连接；
功率模块内部的控制系统需要接受上位机的运行指令，并将功率模块的运行状态信息如电压、电流、温度等上传给上位机，以便上位机结合这些信息进行运行指令的调整。
根据测试需求，由上位机向功率模块控制系统发送指令；
上位可以调节功率模块内部能量的传递方向和大小，实现对不同工作点工作性能的测试。
搭建上位机和功率模块之间的上、下行通信系统，包括以下步骤；
功率模块与上位机通信采用光纤，一收一发共两路；
上位机根据测试目标，向功率模块发送响应的指令，同时对功率模块回传的运行数据进行监测；功率模块根据接收的指令控制电力电子开关器件的导通和关断，实现能量的控制，并且将运行的实施状态信息上传给上位机。
功率模块上传给上位机的信息主要包括：功率模块的低压侧和高压侧电压、功率，功率模块内部元器件的温度，功率模块内部器件的电流，以及功率模块的运行状态等。
上位机下发给功率模块的信息主要包括：功率模块运行模式、功率模块启停命令、功率模块运行的电压、电流指令，功率模块的驱动信号、功率模块的保护信号等。
通过上位机控制柔性合环装置功率模块的运行，实现完整的测试项目。
在功率模块测试系统中，上位机是整个系统的控制核心，负责功率模块的运行模式设置、启/停控制、电压/电流指令下发等。测试步骤和测试内容如下：
按照图2的电路连接功率模块和测试电源，确认主回路接线可靠连接；
检查功率模块与上位机之间的通信光纤连接正确；
启动测试电源，调节电源输出电压到达功率模块的测试电压；
测试电源输出电压，功率模块左侧自取电后模块控制系统1开始工作，同时建立和上位机之间的通信。通过上位机检查功率模块左侧的状态是否正常；
上位机解锁功率模块左侧DAB，利用DAB为功率模块右侧直流母线电容充电，功率模块右侧自取电后模块控制系统2开始工作，同时建立和上位机之间的通信。通过上位机检查功率模块左侧的状态是否正常；
检查两组功率模块内部的散热风机应能正常运转，无异响；
在上位机中输出需要测试的功率大小和流动方向，上位机将具体的控制指令下发到模块控制系统中，启动测试后功率模块将按测试要求开始运行；
按测试要求的时间保持功率模块的运行，同时记录功率模块的电压、电流和温度值；
测试结束后，在上位机中将功率指令设置为0，下发停机指令，功率模块停止运行，然后关闭测试电源，完成整个测试。
本实施例的柔性合环装置功率模块检测方法首先搭建功率模块能量循环测试回路，其次搭建基于上位机的上、下行通信系统，最后控制功率模块的能量流动，实现功率模块的稳定性测试。
以上所述实施例，仅为本申请的具体实施方式，用以说明本申请的技术方案，而非对其限制，本申请的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种柔性合环装置功率模块检测系统，包括功率模块本体、辅助电感、测试用直流电源和上位机，所述上位机控制功率模块的运行方式，以及能量流动的方向和能量大小，实现功率模块的稳定性测试，其特征在于，
功率模块本体包括第一交流侧模块和第二交流侧模块，所述第一交流侧模块包括第一H桥模块、第一DAB电路；所述第二交流侧模块包括第二H桥模块、第二DAB电路；
第一H桥模块包括原侧开关器件(S1-S4)，第一DAB电路包括原边开关器件(S5-S8)，第二H桥模块包括副侧开关器件(S13-S16)，第二DAB电路包括副边开关器件(S9-S12)；
第一H桥模块和第一DAB电路分别与第一交流侧直流母线电容(C1)并联，第二H桥模块和第二DAB电路分别与第二交流侧直流母线电容(C2)并联；
第一DAB电路与第二DAB电路通过谐振电感(Lr)和隔离变压器(T)耦合；
第一H桥模块与第二H桥模块通过辅助电感(L)实现功率模块交流侧的并联。
2.一种基于权利要求1所述的柔性合环装置功率模块检测系统的柔性合环装置功率模块检测方法，其特征在于，包括：
调节测试用直流电源的输出电压，控制第一交流侧直流母线电容C1电压至待测试电压；
调节第一DAB电路的原边开关管(S5-S8)和第二DAB电路的副边开关管(S9-S12)之间的移相角，控制第二交流侧直流母线电容(C2)电压至待测试电压；
控制第一交流侧级联的第一H桥模块的原侧开关器件(S1-S4)实现对第一输出端口(M1)、第二输出端口(M2)之间电压的控制，控制第二交流侧级联的第二H桥模块的副侧开关器件(S13-S16)实现对第三输出端口(N1)、第四输出端口(N2)之间电压的控制；
控制第一输出端口(M1)、第二输出端口(M2)输出电压和第三输出端口(N1)、第四输出端口(N2)的输出电压的电压基波幅值和相位的差，调节辅助电感(L)上的电流大小，进而实现对功率模块第二交流侧输出功率大小和功率流动方向的控制。
3.根据权利要求2所述的柔性合环装置功率模块检测方法，其特征在于：测试过程中，功率在第一交流侧模块、谐振电感(Lr)，隔离变压器(T)、第二交流侧模块和辅助电感(L)之间循环流动。
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