CN116298746A - 一种储能变流器功率模块的测试系统以及测试平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种储能变流器功率模块的测试系统以及测试平台，涉及变流器测试技术领域，本发明包括控制回路电源、采集板、主控板、触摸屏、上位机、驱动转换板和待测功率单元，所述控制回路电源与采集板、主控板和驱动转换板均电连接，所述控制回路电源由电网取电用于提供控制电源及测试电源，控制电源供电由交流市电经开关电源提供电压以供采集板、主控板及驱动转接板的工作使用，所述采集板用于采集各点位电压、电流数据并发送至主控板，所述转换板与主控板、待测功率单元均电连接。本发明通过使用变流器备件，无需专门设计电路，降低成本的同时保证了与整机的兼容性，又可以实现对功率模块的大电流测试、过流保护测试、温度测试等。

Description

一种储能变流器功率模块的测试系统以及测试平台

技术领域

本发明涉及变流器测试技术领域，特别涉及一种储能变流器功率模块的测试系统以及测试平台。

背景技术

近年来，常规能源的短缺和环境污染的加重，让新能源的开发、利用逐渐成为人们关注的重点，为了更好的消纳新能源发电，储能行业成为新兴行业，储能变流器则是储能系统的核心器件，而IGBT功率单元模块作为变流器的核心部件，在安装到变流器之前需先进行测试，确保其功能正常，减少后期整机测试步骤，便于生产调试。

因此变流器厂家为降低整机功率单元失效率，一般采样IGBT功率加载测试平台对功率单元各部件进行验证并进行额定电流输出老化测试。

如图2所示，传统的IGBT功率单元加载测试平台是使用两个半桥IGBT形成一个H桥，两模块正母线连接在一起，负母线连接在一起，并且分别接入直流源正、负端，两个桥臂输出使用电抗相连，即单相电抗作为H桥负载，一般单相电抗为几百微亨，等效工频电阻约几十毫欧姆。

目前，现有的功率单元测试装置通常需要专门设计电路，不能直接利用现有配件，无法测试与变流器控制模块的兼容性，还存在功率单元测试装置供电、散热等问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种储能变流器功率模块的测试系统以及测试平台，解决功率单元测试系统供电问题，提供与变流器整机一致的测试电压，既不对电网产生冲击，又不影响网侧电能质量；解决单个功率单元模块测试与多个功率单元模块测试的兼容问题；解决功率单元模块功率加载老化过程中散热问题；解决功率单元模块测试中过流、过温等保护问题。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种储能变流器功率模块的测试系统，包括控制回路电源、采集板、主控板、触摸屏、上位机、驱动转换板和待测功率单元，所述控制回路电源与采集板、主控板和驱动转换板均电连接，所述控制回路电源由电网取电用于提供控制电源及测试电源，控制电源供电由交流市电经开关电源提供电压以供采集板、主控板及驱动转接板的工作使用，所述采集板与主控板电连接，所述采集板用于采集各点位电压、电流数据并发送至主控板，所述转换板与主控板、待测功率单元均电连接，所述驱动转接板将温度、驱动反馈等信号通过光纤反馈至主控板，用以完成过流、过温、过压等保护功能，所述主控板与触摸屏、上位机均电连接，所述主控板用于接收采集板采集数据，根据采集数据进行驱动控制，再将驱动控制信号传输至驱动转换板，所述驱动转换板与待测功率单元电连接，所述驱动转换板用于接收主控板的驱动控制信号，并将驱动控制信号传输至待测功率单元，再接收待测功率单元的反馈信号并传输至主控板，所述触摸屏用于可视化待测功率单元的测试情况，以及接收操作人员指令。

优选地，所述控制回路电源向采集板提供±15V电源，所述控制回路电源向主控板提供24V电源，所述控制回路电源向驱动转换板提供15V电源。

优选地，所述主控板通过RS485与触摸屏通讯，所述主控板通过RS232与上位机通讯。

优选地，所述主控板通过光纤与驱动转换板通讯。

优选地，所述驱动转换板通过DB15与待测功率单元通讯。

一种储能变流器功率模块的测试平台，包括包括控制台、测试台、负载柜和待测功率模块，所述控制台后端与负载柜前端相连，所述控制台右端、负载柜右端均与测试台左端相连，所述待测功率模块位于测试台上，所述待测功率模块设置有若干个，所述控制台内腔下壁安装有双层结构母排电容，所述双层结构母排电容上端安装有IGBT功率模块，所述IGBT功率模块前端安装有IGBT散热风机，所述IGBT功率模块与双层结构母排电容电连接，所述测试台设置有水平工作面和竖直工作面，所述测试台左端开有出风口，所述负载柜右端开口进风口，所述进风口与出风口相通，所述负载柜内腔下壁安装有负载电抗器，所述负载电抗器后端安装有单元输出流霍尔，所述单元输出流霍尔与负载电抗器电连接。

优选的，所述控制台左端安装有侧风机，所述控制台下端安装有下进风网孔。

优选的，所述负载柜后端安装有出风网孔。

本发明具有如下有益效果：

本发明，通过使用变流器备件，无需专门设计电路，降低成本的同时保证了与整机的兼容性，又可以实现对功率模块的大电流测试、过流保护测试、温度测试等。

本发明，在待测功率模块老化过程中，会存在带额定电流的情况，大电流下，中点电位可能会存在有所漂移，由于直流源无交流N线输出，则考虑将单元输出接单相电抗器后接回DC0点，将功率平台N线与DC0连接，功率单元输出经N线与DC0连接，观察回路，只需要对零序电流进行控制即可实现均压控制。

本发明，控制台采用下进风结构，IGBT散热风机将热风向后门板出风口吹出，控制台侧风机将其余器件散发的热量抽出，负载柜利用测试台的出风给负载电抗器散热。

附图说明

图1为本发明一种储能变流器功率模块的测试系统的系统架构图；

图2为传统IGBT功率单元加载测试平台的结构图；

图3为本发明一种储能变流器功率模块的测试平台的拓扑图；

图4为本发明一种储能变流器功率模块的测试平台的立体图；

图5为控制台的内部结构示意图；

图6为测试台的结构示意图；

图7为测试台的另一视角的结构示意图；

图8为负载柜的内部结构示意图；

图9为本发明一种储能变流器功率模块的测试平台的带载老化拓扑图；

图10为控制台的结构示意图。

图中：1、控制台；2、负载柜；3、测试台；4、待测功率模块；11、IGBT功率模块；12、双层结构母排电容；13、IGBT散热风机；14、侧风机；15、下进风网孔；21、进风口；22、负载电抗器；23、单元输出流霍尔；24、出风网孔；31、水平工作面；32、竖直工作面；33、出风口。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一：

请参照图1所示：一种储能变流器功率模块的测试系统，包括控制回路电源、采集板、主控板、触摸屏、上位机、驱动转换板和待测功率单元，所述控制回路电源与采集板、主控板和驱动转换板均电连接，所述控制回路电源由电网取电用于提供控制电源及测试电源，控制电源供电由交流市电经开关电源提供电压以供采集板、主控板及驱动转接板的工作使用，所述采集板与主控板电连接，所述采集板用于采集各点位电压、电流数据并发送至主控板，所述转换板与主控板、待测功率单元均电连接，所述驱动转接板将温度、驱动反馈等信号通过光纤反馈至主控板，用以完成过流、过温、过压等保护功能，所述主控板与触摸屏、上位机均电连接，所述主控板用于接收采集板采集数据，根据采集数据进行驱动控制，再将驱动控制信号传输至驱动转换板，所述驱动转换板与待测功率单元电连接，所述驱动转换板用于接收主控板的驱动控制信号，并将驱动控制信号传输至待测功率单元，再接收待测功率单元的反馈信号并传输至主控板，所述触摸屏用于可视化待测功率单元的测试情况，以及接收操作人员指令。

其中，所述控制回路电源向采集板提供±15V电源，所述控制回路电源向主控板提供24V电源，所述控制回路电源向驱动转换板提供15V电源。

其中，所述主控板通过RS485与触摸屏通讯，所述主控板通过RS232与上位机通讯。

其中，所述主控板通过光纤与驱动转换板通讯。

其中，所述驱动转换板通过DB15与待测功率单元通讯。

在本实施例中，供电部分：由电网取电用于为装置控制部分提供控制电源及测试电源，控制电源供电由交流市电经开关电源提供24V、±15V电压以供采集板、主控板及驱动转接板的工作使用；

控制部分，通过采集板采集电网输入电压、经过可调自耦变压器后的交流电压、经过隔离变压器后的交流电压及功率单元的老化过程中的交流电流，将采集数据发给给主控板，主控板通过DSP+FPGA进行控制，通过光纤将驱动信号发送给驱动转接板，驱动转接板将驱动信号通过DB15发送到IGBT驱动板上，并接收驱动板的反馈信号再通过光纤返回至主控板；

采集部分：采集板采集各点位电压电流发送至主控板，驱动转接板将温度、驱动反馈等信号通过光纤反馈至主控板，用以完成过流、过温、过压等保护功能；

人机交互部分，主控板通过RS485与操作台触摸屏通讯，通过RS232与上位机进行通讯，方便查看测试平台状态及接收操作人员指令。

实施例二：

请参照图3-图10所示：一种储能变流器功率模块的测试平台，包括控制台1、测试台3、负载柜2和待测功率模块4，所述控制台1后端与负载柜2前端相连，所述控制台1右端、负载柜2右端均与测试台3左端相连，所述待测功率模块4位于测试台3上，所述待测功率模块4设置有若干个，所述控制台1内腔下壁安装有双层结构母排电容12，所述双层结构母排电容12上端安装有IGBT功率模块11，所述IGBT功率模块11前端安装有IGBT散热风机13，所述IGBT功率模块11与双层结构母排电容12电连接，所述测试台3设置有水平工作面31和竖直工作面32，所述测试台3左端开有出风口33，所述负载柜2右端开口进风口21，所述进风口21与出风口33相通，所述负载柜2内腔下壁安装有负载电抗器22，所述负载电抗器22后端安装有单元输出流霍尔23，所述单元输出流霍尔23与负载电抗器22电连接。

其中，所述控制台1左端安装有侧风机14，所述控制台1下端安装有下进风网孔15。

其中，所述负载柜2后端安装有出风网孔24。

在本实施例中：电网电压三相四线作为输入，经过自耦变压器进行调压，隔离变压器用于隔离，再经过IGBT功率模块11进行整流，输出可调节范围在0-1000V的直流电压用于待测功率模块4的测试；

使用单相电抗器作为负载，用于待测功率单元模块4的带载测试；

测试台3通过光纤进行单元控制，接口满足最大三个待测功率模块4同时运行；

采用单元可调速风机，用于测试不同风风速下的单元温升；

通过对电网电压、升压电压、隔离电压、正母线电压、负母线电压、单元输出电流及单元温度等数据采集，对待测功率模块4进行过流、过压、过温等故障进行保护；

待测功率模块老化电流控制仅仅要求控制单元电流大小即可，有两种方法可以实现：

(1)开环办法，手动控制调制度，实现电流的控制；

(2)闭环办法，通过电流指令控制，实现对电流的闭环控制。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种储能变流器功率模块的测试系统，其特征在于：包括控制回路电源、采集板、主控板、触摸屏、上位机、驱动转换板和待测功率单元，所述控制回路电源与采集板、主控板和驱动转换板均电连接，所述控制回路电源由电网取电用于提供控制电源及测试电源，控制电源供电由交流市电经开关电源提供电压以供采集板、主控板及驱动转接板的工作使用，所述采集板与主控板电连接，所述采集板用于采集各点位电压、电流数据并发送至主控板，所述转换板与主控板、待测功率单元均电连接，所述驱动转接板将温度、驱动反馈等信号通过光纤反馈至主控板，用以完成过流、过温、过压等保护功能，所述主控板与触摸屏、上位机均电连接，所述主控板用于接收采集板采集数据，根据采集数据进行驱动控制，再将驱动控制信号传输至驱动转换板，所述驱动转换板与待测功率单元电连接，所述驱动转换板用于接收主控板的驱动控制信号，并将驱动控制信号传输至待测功率单元，再接收待测功率单元的反馈信号并传输至主控板，所述触摸屏用于可视化待测功率单元的测试情况，以及接收操作人员指令。

2.根据权利要求1所述的一种储能变流器功率模块的测试系统，其特征在于：所述控制回路电源向采集板提供±15V电源，所述控制回路电源向主控板提供24V电源，所述控制回路电源向驱动转换板提供15V电源。

3.根据权利要求1所述的一种储能变流器功率模块的测试系统，其特征在于：所述主控板通过RS485与触摸屏通讯，所述主控板通过RS232与上位机通讯。

4.根据权利要求1所述的一种储能变流器功率模块的测试系统，其特征在于：所述主控板通过光纤与驱动转换板通讯。

5.根据权利要求1所述的一种储能变流器功率模块的测试系统，其特征在于：所述驱动转换板通过DB15与待测功率单元通讯。

6.一种储能变流器功率模块的测试平台，其特征在于，包括控制台(1)、测试台(3)、负载柜(2)和待测功率模块(4)，所述控制台(1)后端与负载柜(2)前端相连，所述控制台(1)右端、负载柜(2)右端均与测试台(3)左端相连，所述待测功率模块(4)位于测试台(3)上，所述待测功率模块(4)设置有若干个，所述控制台(1)内腔下壁安装有双层结构母排电容(12)，所述双层结构母排电容(12)上端安装有IGBT功率模块(11)，所述IGBT功率模块(11)前端安装有IGBT散热风机(13)，所述IGBT功率模块(11)与双层结构母排电容(12)电连接，所述测试台(3)设置有水平工作面(31)和竖直工作面(32)，所述测试台(3)左端开有出风口(33)，所述负载柜(2)右端开口进风口(21)，所述进风口(21)与出风口(33)相通，所述负载柜(2)内腔下壁安装有负载电抗器(22)，所述负载电抗器(22)后端安装有单元输出流霍尔(23)，所述单元输出流霍尔(23)与负载电抗器(22)电连接。

7.根据权利要求6所述的一种储能变流器功率模块的测试平台，其特征在于：所述控制台(1)左端安装有侧风机(14)，所述控制台(1)下端安装有下进风网孔(15)。

8.根据权利要求6所述的一种储能变流器功率模块的测试平台，其特征在于：所述负载柜(2)后端安装有出风网孔(24)。

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