CN115993496A - 一种自动化级联多电平换流阀子模块批量试验系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动化级联多电平换流阀子模块批量试验系统及方法，试验系统包括交流升压变压器T，交流升压变压器T副边的正极依次经第一IGCT开关T1、第一回路开关K1以及电流测量装置CT连接子模块试品的正极，子模块试品的负极再连接交流升压变压器T副边的负极；子模块试品的两端之间还并联有电压测量支路；电压测量支路上串联设置有IGCT开关模块、电阻模块以及电容模块，IGCT开关模块包括反并联的第二IGCT开关T2和第三IGCT开关T3，电阻模块包括电阻器R以及与电阻器R并联设置的第二回路开关K2，电容模块包括电容器C以及与电容器C并联设置的电压测量装置PT。本发明可快速批量地完成多级子模块功能测试。

Description

一种自动化级联多电平换流阀子模块批量试验系统及方法

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种自动化级联多电平换流阀子模块批量试验系统及方法。

背景技术

随着电力电子技术的发展，全控型器件在输配电领域的应用更加成熟和广泛。柔性直流输电和中高压大容量SVG一般都采用级联多电平的换流器结构。然而随着电压等级不断提升，换流器的子模块数也会快速增多。以国内已投运的一个±500kV柔性直流输电工程为例，单个换流器的子模块数量逼近四千个。已投运的柔直工程随着运行时间的逐年增加，对换流阀子模块现场测试的快速性和准确性需求也越来越强烈。现有的功率模块检测方法多针对单个子模块依次进行，全部检测完毕需要数周的停电时间窗口，严重影响柔直工程的可用率。

例如，文献“吉攀攀,董朝阳,刘静一,杨丰源.柔性直流输电换流阀功率模块自动测试仪设计[J].电力电子技术,2020,54(01):110-112+117”设计的便携式自动测试仪，可以对单个子模块电容、电阻、绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)、旁路开关等进行自动测试。文献“郝良收,王丰,李宁,廖其艳.一种适用于柔直换流阀功率模块的改进型测试装置[J].电气技术,2020,21(06):102-105+110.”设计了一种可自检和对单个子模块进行测试并自动放电的改进型测试装置。但以上已有的设计都研究的是针对单个模块如何进行测试，需要逐个对功率模块进行拆线、接线、测试等步骤，全部检测完毕需要数周的停电时间窗口，严重影响柔直工程的可用率，因此一般采用抽检的方式，也存在漏检的安全隐患。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种自动化级联多电平换流阀子模块批量试验系统及方法，根据换流阀桥臂的子模块为半桥、全桥或者半全桥混合型，选择相对应的电路结构执行不同的试验步骤，能够自动的对级联多电平换流阀子模块完成批量试验。

为了实现上述目的，本发明有如下的技术方案：

一种自动化级联多电平换流阀子模块批量试验系统，包括交流升压变压器T，所述交流升压变压器T副边的正极通过连接电缆依次经第一IGCT开关T1、第一回路开关K1以及电流测量装置CT连接子模块试品的正极，子模块试品的负极通过连接电缆再连接交流升压变压器T副边的负极；所述子模块试品的两端之间还并联有电压测量支路；所述电压测量支路的一端连接在第一回路开关K1与电流测量装置CT之间的连接电缆上，另一端连接在子模块试品负极与交流升压变压器T副边负极之间的连接电缆上；所述电压测量支路上串联设置有IGCT开关模块、电阻模块以及电容模块，所述IGCT开关模块包括反并联的第二IGCT开关T2和第三IGCT开关T3，电阻模块包括电阻器R以及与电阻器R并联设置的第二回路开关K2，电容模块包括电容器C以及与电容器C并联设置的电压测量装置PT；所述第一IGCT开关T1、第二IGCT开关T2和第三IGCT开关T3以及第一回路开关K1、第二回路开关K2、电流测量装置CT、电压测量装置PT连接控制保护装置。

作为本发明自动化级联多电平换流阀子模块批量试验系统的一种优选方案，所述控制保护装置包括主处理器板卡以及与主处理器板卡相连的光纤通讯板卡与IO接口板；

光纤通讯板卡，通过光纤连接子模块试品以及第一IGCT开关T1、第二IGCT开关T2和第三IGCT开关T3；

IO接口板，通过电缆连接第一回路开关K1、第二回路开关K2、电流测量装置CT、电压测量装置PT。

作为本发明自动化级联多电平换流阀子模块批量试验系统的一种优选方案，所述控制保护装置还包括与主处理器板卡相连的人机接口与录波装置；

人机接口，用于进行子模块数量的设置、测试电压调整和测试功能的选择；

录波装置，用于对测量电流、电压以及子模块状态信息进行录波存储。

作为本发明自动化级联多电平换流阀子模块批量试验系统的一种优选方案，所述第一回路开关K1、第二回路开关K2、电流测量装置CT、电压测量装置PT与IO接口板连接的电缆上设置有二极管阀D。

一种自动化级联多电平换流阀子模块批量试验系统的试验方法，包括以下步骤：

首先判断是否有系统复位命令，如果检测到系统复位命令，则停止测试，对各IGCT开关及回路开关进行复位，并对电容器进行放电控制；如果没有系统复位命令，则根据试验方式控制字M，进入各分支试验项目控制：当M＝＝1时，为半桥阀模块试验；当M＝＝2时，为全桥阀模块试验；当M＝＝3时，为半全桥混合阀模块试验；对应分支试验完成后，试验结束。

作为本发明试验方法的一种优选方案，所述半桥阀模块试验流程如下：

闭合第一回路开关K1，导通第一IGCT开关T1，对子模块试品充电；

判断全部子模块电压是否大于预设值，否则继续对子模块试品充电，是则关断第一IGCT开关T1，下发子模块复位命令；

判断是否有故障报文，是则停机检查，否则打开第三IGCT开关T3，闭合第二回路开关K2，依次触发子模块1至子模块n的上管IGBT开关；

判断是否有故障指示且电容器C的电压不等于所触发子模块的电压和，是则停机检查，否则导通第二IGCT开关T2，打开第二回路开关K2，关断所有子模块上管IGBT开关，触发所有子模块下管IGBT开关；

判断是否符合：Uc/R0＞测量电流＞(Uc-Un)/R0，Uc为电容器C上的电压，Un为子模块电压，R0为电阻器R的阻值，否则停机检查，是则下发子模块旁路指令，再判断是否旁路成功，否则停机检查，是则该子模块试品试验结束，子模块无异常，打印测试报告。

作为本发明试验方法的一种优选方案，所述全桥阀模块试验流程如下：

闭合第一回路开关K1，导通第一IGCT开关T1，对子模块试品充电；

判断全部子模块电压是否大于预设值，否则继续对子模块试品充电，是则关断第一IGCT开关T1，下发子模块复位命令；

判断是否有故障报文，是则停机检查，否则打开第三IGCT开关T3，闭合第二回路开关K2，依次触发子模块1至子模块n的IGBT开关S1、IGBT开关S4；

判断是否有故障指示且电容器C的电压不等于所触发子模块的电压和，是则停机检查，否则导通第二IGCT开关T2，打开第二回路开关K2，关断所有子模块的IGBT开关S1、IGBT开关S4，触发所有子模块的IGBT开关S2、IGBT开关S3；

判断是否符合：2*Uc/R0＞测量电流＞(2*Uc-Un)/R0，Uc为电容器C上的电压，Un为子模块电压，R0为电阻器R的阻值，否则停机检查，是则下发子模块旁路指令，再判断是否旁路成功，否则停机检查，是则该子模块试品试验结束，子模块无异常，打印测试报告。

作为本发明试验方法的一种优选方案，所述的半全桥混合阀模块试验按照先完成子模块试品中半桥阀模块试验流程，再完成全桥阀模块试验流程的方法进行。

作为本发明试验方法的一种优选方案，所述对应分支试验完成后，上传录波文件，自动生成试验分析报告，在界面显示检测结果，试验结束。

相较于现有技术，本发明至少具有如下的有益效果：

柔性直流输电和中高压大容量SVG一般都采用基于级联多电平的换流器结构，构成换流器的基本单元是子模块，桥臂的子模块一般使用半桥、全桥或半全桥混合三种结构。本发明可根据不同级联(半桥、全桥或半全桥混合型)多电平换流器子模块试品，与第一IGCT开关T1、第二IGCT开关T2和第三IGCT开关T3以及第一回路开关K1、第二回路开关K2、电流测量装置CT、电压测量装置PT连接的控制保护装置发出不同的控制命令，自动完成级联多电平换流器子模块测试的整个流程控制，根据模块电压、系统反馈信号自动进行数据分析，对相关的模拟量及数字量进行录波，并生成试验报告，给出模块是否正常的指示。本发明可快速批量完成多级子模块功能测试，生成测试报告，显著提升现场检修效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单介绍，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本发明实施例自动化级联多电平换流阀子模块批量试验系统结构示意图；

图2级联多电平换流阀半桥和全桥子模块结构示意图；

图3中高压大容量SVG的典型结构示意图；

图4本发明实施例自动化级联多电平换流阀子模块批量试验方法流程图；

图5本发明实施例半桥阀模块试验方法流程图；

图6本发明实施例全桥阀模块试验方法流程图。

具体实施方式

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、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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作出创造性劳动前提还可以进行若干简单的修改和润饰，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施方案中。在说明书中的各个位置展示该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，在本发明所描述的实施例可以与其它的实施例相结合。

如图2、图3所示，柔性直流输电和中高压大容量SVG一般都采用基于级联多电平的换流器结构。构成换流器的基本单元是子模块，桥臂的子模块一般使用半桥、全桥或半全桥混合三种结构。图2所示的柔直换流器结构中，半桥子模块有2个IGBT(S1、S2)和2个反并联二极管，全桥子模块有4个IGBT(S1、S2、S3、S4)和4个反并联二极管，因此全桥子模块的测试比半桥子模块更加复杂。中高压大容量SVG典型结构中的子模块为全桥子模块。

请参阅图1，本发明实施例提出的一种自动化级联多电平换流阀子模块批量试验系统，自动完成级联多电平换流器子模块测试的整个流程控制，根据模块电压、系统反馈信号自动进行数据分析，对相关的模拟量及数字量进行录波，并生成试验报告，给出模块是否正常的指示。试验系统结构包括380V/10kV的交流升压变压器T，交流升压变压器T副边的正极通过连接电缆依次经第一IGCT开关T1、第一回路开关K1以及电流测量装置CT连接子模块试品的正极，子模块试品的负极通过连接电缆再连接交流升压变压器T副边的负极。子模块试品的两端之间还并联有电压测量支路，电压测量支路的一端连接在第一回路开关K1与电流测量装置CT之间的连接电缆上，另一端连接在子模块试品负极与交流升压变压器T副边负极之间的连接电缆上。电压测量支路上串联设置有IGCT开关模块、电阻模块以及电容模块，IGCT开关模块包括反并联的第二IGCT开关T2和第三IGCT开关T3，电阻模块包括电阻器R以及与电阻器R并联设置的第二回路开关K2，电容模块包括电容器C以及与电容器C并联设置的电压测量装置PT。本发明实施例试验系统中的第一IGCT开关T1、第二IGCT开关T2和第三IGCT开关T3以及第一回路开关K1、第二回路开关K2、电流测量装置CT、电压测量装置PT连接控制保护装置，同时，在第一回路开关K1、第二回路开关K2、电流测量装置CT、电压测量装置PT与IO接口板连接的电缆上设置有二极管阀D。

更进一步的，本实施例的控制保护装置包括主处理器板卡以及与主处理器板卡相连的光纤通讯板卡与IO接口板。光纤通讯板卡，通过光纤连接子模块试品以及第一IGCT开关T1、第二IGCT开关T2和第三IGCT开关T3。IO接口板，通过电缆连接第一回路开关K1、第二回路开关K2、电流测量装置CT、电压测量装置PT。控制保护装置还包括与主处理器板卡相连的人机接口与录波装置。人机接口，用于进行子模块数量的设置、测试电压调整和测试功能的选择。录波装置，用于对测量电流、电压以及子模块状态信息进行录波存储。控制保护装置可根据不同级联多电平换流器子模块试品，如半桥、全桥以及半全桥混合型等，发出不同的控制命令，自动进行不同试验流程，并自动生成测试报告，在界面显示检测结果。

如图4所示，本发明的另一实施例还提出一种所述自动化级联多电平换流阀子模块批量试验系统的试验方法，包括以下步骤：

首先控制保护装置判断是否有系统复位命令，如果检测到系统复位命令，则停止测试，对各IGCT开关及回路开关进行复位，并对电容器进行放电控制；

如果没有系统复位命令，则根据试验方式控制字M，进入各分支试验项目控制：

当M＝＝1时，为半桥阀模块试验；

当M＝＝2时，为全桥阀模块试验；

当M＝＝3时，为半全桥混合阀模块试验；

对应分支试验完成后，试验结束。

参见图5，在一种可能的实施方式当中，半桥子模块需要测试的组件包括上管IGBT、下管IGBT、PMC板卡、旁路开关、光纤回路等，通过如下的半桥阀模块试验流程可以全面测试上述组件：

闭合第一回路开关K1，导通第一IGCT开关T1，对子模块试品充电；

判断全部子模块电压是否大于预设值，否则继续对子模块试品充电，是则关断第一IGCT开关T1，下发子模块复位命令；

判断是否有故障报文，是则停机检查，否则打开第三IGCT开关T3，闭合第二回路开关K2，依次触发子模块1至子模块n的上管IGBT开关；

判断是否有故障指示且电容器C的电压不等于所触发子模块的电压和，是则停机检查，否则导通第二IGCT开关T2，打开第二回路开关K2，关断所有子模块上管IGBT开关，触发所有子模块下管IGBT开关；

判断是否符合：Uc/R0＞测量电流＞(Uc-Un)/R0，Uc为电容器C上的电压，Un为子模块电压，R0为电阻器R的阻值，否则停机检查，是则下发子模块旁路指令，再判断是否旁路成功，否则停机检查，是则该子模块试品试验结束，子模块无异常，打印测试报告。

参见图6，在一种可能的实施方式当中，全桥子模块需要测试的组件包括两路上管IGBT(S1、S2)、两路下管IGBT(S3、S4)、PMC板卡、旁路开关、光纤回路等，通过如下的全桥阀模块试验流程可以全面测试上述组件：

闭合第一回路开关K1，导通第一IGCT开关T1，对子模块试品充电；

判断全部子模块电压是否大于预设值，否则继续对子模块试品充电，是则关断第一IGCT开关T1，下发子模块复位命令；

判断是否有故障报文，是则停机检查，否则打开第三IGCT开关T3，闭合第二回路开关K2，依次触发子模块1至子模块n的IGBT开关S1、IGBT开关S4；

判断是否有故障指示且电容器C的电压不等于所触发子模块的电压和，是则停机检查，否则导通第二IGCT开关T2，打开第二回路开关K2，关断所有子模块的IGBT开关S1、IGBT开关S4，触发所有子模块的IGBT开关S2、IGBT开关S3；

判断是否符合：2*Uc/R0＞测量电流＞(2*Uc-Un)/R0，Uc为电容器C上的电压，Un为子模块电压，R0为电阻器R的阻值，否则停机检查，是则下发子模块旁路指令，再判断是否旁路成功，否则停机检查，是则该子模块试品试验结束，子模块无异常，打印测试报告。

在一种可能的实施方式当中，半全桥混合阀模块试验按照先完成子模块试品中半桥阀模块试验流程，再完成全桥阀模块试验流程的方法进行，半桥阀模块试验流程与全桥阀模块试验流程完全一致。具体的流程主要包括：进入分支试验控制流程后，循环判断系统是否正常，如正常，则进行方式回路开关控制，闭合对应方式开关，连接一次试验回路；开关控制完成后，进行试品充电控制；试品充电完成后，打开第一回路开关K1；循环判别开始测试指令，如果接收到外部开始测试指令，则启动复位模块状态，开始逐级详细测试，测试完毕后返回试验完成信号，进行电容器C放电控制；上传录波文件，生成试验分析报告；试验结束。

本发明的自动化级联多电平换流阀子模块批量试验系统及方法，可以自动完成级联多电平换流器子模块测试的整个流程控制，根据模块电压、回路反馈信号自动进行数据分析，对相关的模拟量及数字量进行录波，并生成试验报告，给出模块是否正常的指示。

以上结合具体特征及其实施例对本发明进行了描述，显而易见的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以对其进行各种修改和组合。相应地，本说明书和附图仅仅是所附权利要求所界定的本发明的示例性说明，且视为已覆盖本发明范围内的任意和所有修改、变化、组合或等同物。显然，本领域技术人员可以对本发明进行各种改动和变型，这些不脱离本发明的精神和范围的修改和变型也属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内。

Claims (9)

1.一种自动化级联多电平换流阀子模块批量试验系统，其特征在于：包括交流升压变压器T，所述交流升压变压器T副边的正极通过连接电缆依次经第一IGCT开关T1、第一回路开关K1以及电流测量装置CT连接子模块试品的正极，子模块试品的负极通过连接电缆再连接交流升压变压器T副边的负极；所述子模块试品的两端之间还并联有电压测量支路；所述电压测量支路的一端连接在第一回路开关K1与电流测量装置CT之间的连接电缆上，另一端连接在子模块试品负极与交流升压变压器T副边负极之间的连接电缆上；所述电压测量支路上串联设置有IGCT开关模块、电阻模块以及电容模块，所述IGCT开关模块包括反并联的第二IGCT开关T2和第三IGCT开关T3，电阻模块包括电阻器R以及与电阻器R并联设置的第二回路开关K2，电容模块包括电容器C以及与电容器C并联设置的电压测量装置PT；所述第一IGCT开关T1、第二IGCT开关T2和第三IGCT开关T3以及第一回路开关K1、第二回路开关K2、电流测量装置CT、电压测量装置PT连接控制保护装置。

2.根据权利要求1所述的自动化级联多电平换流阀子模块批量试验系统，其特征在于：所述控制保护装置包括主处理器板卡以及与主处理器板卡相连的光纤通讯板卡与IO接口板；

光纤通讯板卡，通过光纤连接子模块试品以及第一IGCT开关T1、第二IGCT开关T2和第三IGCT开关T3；

IO接口板，通过电缆连接第一回路开关K1、第二回路开关K2、电流测量装置CT、电压测量装置PT。

3.根据权利要求2所述的自动化级联多电平换流阀子模块批量试验系统，其特征在于：所述控制保护装置还包括与主处理器板卡相连的人机接口与录波装置；

人机接口，用于进行子模块数量的设置、测试电压调整和测试功能的选择；

录波装置，用于对测量电流、电压以及子模块状态信息进行录波存储。

4.根据权利要求2所述的自动化级联多电平换流阀子模块批量试验系统，其特征在于：所述第一回路开关K1、第二回路开关K2、电流测量装置CT、电压测量装置PT与IO接口板连接的电缆上设置有二极管阀D。

5.一种如权利要求1-4中任意一项所述的自动化级联多电平换流阀子模块批量试验系统的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

首先判断是否有系统复位命令，如果检测到系统复位命令，则停止测试，对各IGCT开关及回路开关进行复位，并对电容器进行放电控制；如果没有系统复位命令，则根据试验方式控制字M，进入各分支试验项目控制：当M＝＝1时，为半桥阀模块试验；当M＝＝2时，为全桥阀模块试验；当M＝＝3时，为半全桥混合阀模块试验；对应分支试验完成后，试验结束。

6.根据权利要求5所述的试验方法，其特征在于，所述半桥阀模块试验流程如下：

闭合第一回路开关K1，导通第一IGCT开关T1，对子模块试品充电；

判断全部子模块电压是否大于预设值，否则继续对子模块试品充电，是则关断第一IGCT开关T1，下发子模块复位命令；

判断是否有故障报文，是则停机检查，否则打开第三IGCT开关T3，闭合第二回路开关K2，依次触发子模块1至子模块n的上管IGBT开关；

判断是否有故障指示且电容器C的电压不等于所触发子模块的电压和，是则停机检查，否则导通第二IGCT开关T2，打开第二回路开关K2，关断所有子模块上管IGBT开关，触发所有子模块下管IGBT开关；

判断是否符合：Uc/R0＞测量电流＞(Uc-Un)/R0，Uc为电容器C上的电压，Un为子模块电压，R0为电阻器R的阻值，否则停机检查，是则下发子模块旁路指令，再判断是否旁路成功，否则停机检查，是则该子模块试品试验结束，子模块无异常，打印测试报告。

7.根据权利要求5所述的试验方法，其特征在于，所述全桥阀模块试验流程如下：

闭合第一回路开关K1，导通第一IGCT开关T1，对子模块试品充电；

判断全部子模块电压是否大于预设值，否则继续对子模块试品充电，是则关断第一IGCT开关T1，下发子模块复位命令；

判断是否有故障报文，是则停机检查，否则打开第三IGCT开关T3，闭合第二回路开关K2，依次触发子模块1至子模块n的IGBT开关S1、IGBT开关S4；

判断是否有故障指示且电容器C的电压不等于所触发子模块的电压和，是则停机检查，否则导通第二IGCT开关T2，打开第二回路开关K2，关断所有子模块的IGBT开关S1、IGBT开关S4，触发所有子模块的IGBT开关S2、IGBT开关S3；

判断是否符合：2*Uc/R0＞测量电流＞(2*Uc-Un)/R0，Uc为电容器C上的电压，Un为子模块电压，R0为电阻器R的阻值，否则停机检查，是则下发子模块旁路指令，再判断是否旁路成功，否则停机检查，是则该子模块试品试验结束，子模块无异常，打印测试报告。

8.根据权利要求5所述的试验方法，其特征在于，所述的半全桥混合阀模块试验按照先完成子模块试品中半桥阀模块试验流程，再完成全桥阀模块试验流程的方法进行。

9.根据权利要求5所述的试验方法，其特征在于，所述对应分支试验完成后，上传录波文件，自动生成试验分析报告，在界面显示检测结果，试验结束。

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