CN116990623B - 一种模块化换流阀测试装置及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种模块化换流阀测试装置及测试方法，属于柔性输电技术领域。测试装置包括充电电源回路模块、充电网络模块、放电网络模块以及放电回路模块；充电电源回路模块连接模块化换流阀中边缘子模块交流端和充电网络模块，其包括串联的直流电源和充电开关；放电回路模块包括至少一个放电回路，放电回路连接模块化换流阀中边缘子模块交流端放电网络模块其包括串联的耗能元件和放电开关；充电网络模块包括多个充电支路，各充电支路的输出端分别连接一个子模块的电容单元正极；放电网络模块包括多个放电支路，各放电支路的输出端分别连接一个子模块的电容单元负极。本发明可实现对换流阀中各子模块进行充放电测试并提升测试效率，适用于现场测试。
Description
技术领域
本发明涉及柔性输电技术领域，特别是一种模块化换流阀测试装置及测试方法。
背景技术
为满足负荷持续增长及地区增量新能源外送等需求，采用柔性交直流输电技术实现区域电能可控输送及优化配置具有广泛需求。基于电力电子技术的新型柔性交流、直流输电技术，可大幅提高线路输电能力、均衡电网潮流分布，在满足负荷持续增长及地区增量新能源外送等需求的同时，增强电网运行的经济性、灵活性和可靠性。
近年来，电力电子换流器技术从两电平、三电平等拓扑发展到多电平拓扑技术，其中级联H桥换流链、模块化多电平换流器MMC是典型代表，这也使电力电子技术在高电压大功率输电领域得以更大范围推广应用。在级联H桥换流链、模块化多电平换流器拓扑中，采用分散的、小型的子模块通过串联构成高电压、大容量的换流阀，将电压源换流器的直流电容分散到各个子模块中。换流阀子模块主要有半桥型子模块、全桥型子模块等，模块化多电平换流器子模块可采用半桥型、全桥型子模块，也可混合采用全桥型子模块与半桥型子模块（简称混合型），主要用于柔性直流输电、混合直流输电、统一潮流控制器、高压直流配网等需要直流侧进行功率交换的场景；级联H桥换流器子模块一般采用全桥型子模块，多用于链式静止同步补偿器（STATCOM）、静止同步串联补偿器（SSSC）、模块化矩阵变换器（MMMC）等不需要直流侧传输功率的应用场景。可见，全桥型子模块可以输出正、负、零三个电平，单个桥臂（或换流链）即可输出正弦波电压，可以实现调制比大范围变化，控制灵活性更高，另外H桥子模块的MMC具有直流故障自阻断能力，其在柔性交直流输电中有更广泛的应用。
在高压大功率应用场景，多电平换流器数量子模块较多，可达到成百上千个，现场按照换流阀塔布置。为了保证柔性输电工程换流阀安全带电和可靠运行，在带电投运前必须通过一系列的试验来检查换流阀及阀控系统安装连接正确、预期功能正常，现有的测试方法存在接线复杂、效率低、耗时长的缺点，且容易接线恢复错误等风险，同时难以覆盖二次系统全部环节，可能导致换流阀带电失败甚至损坏设备。因此，针对模块化H桥换流阀现场测试技术进行研究，提出一种模块化H桥换流阀低压加压测试技术，对于采用H桥型子模块的多电平换流器安全并网具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种模块化换流阀测试装置及测试方法，能够实现对换流阀中各子模块进行充放电测试，且适用于现场测试，能够提升测试效率。
一方面，本发明提供一种模块化换流阀测试装置，所述模块化换流阀包括交流端级联的多个子模块，所述多个子模块均为全桥子模块，或者，所述多个子模块包括全桥子模块和半桥子模块；所述子模块包括电容单元；
所述测试装置包括充电电源回路模块、充电网络模块、放电网络模块以及放电回路模块；
所述充电电源回路模块包括用于连接模块化换流阀中边缘子模块交流端的第一端，用于连接充电网络模块的第二端，以及串联在其第一端与第二端之间的直流电源和充电开关；
所述放电回路模块包括至少一个放电回路，所述放电回路包括用于连接模块化换流阀中边缘子模块交流端的第一端，用于连接放电网络模块的第二端，以及串联在其第一端与第二端之间的耗能元件和放电开关；
所述充电网络模块包括多个充电支路，所述多个充电支路的输入端相连作为所述充电网络模块的输入端，各充电支路的输出端分别连接一个子模块的电容单元正极；
所述放电网络模块包括多个放电支路，所述多个放电支路的输入端相连作为所述放电网络模块的输入端，各放电支路的输出端分别连接一个子模块的电容单元负极。
可选的，所述全桥子模块包括所述电容单元，以及由功率开关T1、T2、T3、T4依次连接形成的全桥电路单元，位于其中一个桥臂上的T3与T4的连接点为第一交流端，位于另一个桥臂上的T1与T2的连接点为第二交流端；所述电容单元正极连接在T1与T3的连接点上，电容单元负极连接在T2与T4的连接点上；
半桥子模块包括所述电容单元，以及由功率开关T1、T2连接形成半桥电路单元，所述电容单元并接于所述半桥电路单元的桥臂上，所述电容单元的负极为半桥子模块的第一交流端，T1与T2的连接点为半桥子模块的第二交流端；
所述模块化换流阀中，相邻两个子模块之间，前一个子模块的第二交流端连接至后一个子模块的第一交流端。
也即，本发明的测试装置能够适用于全部由全桥子模块或半桥子模块构成的模块化换流阀，也可适用于由部分全桥子模块和部分半桥子模块构成的模块化换流阀。
除上述组成外，子模块还包括对应各功率开关设置的反向并联二极管，以及续流晶闸管、旁路开关、均压电阻、取能电源PW、中央控制板SMC、驱动电路GDU、散热器等。
可选的，所述放电回路模块包括两个放电回路，两个放电回路的第一端分别连接至模块化换流阀的两个交流端，两个放电回路的第二端分别连接至放电网络模块的输入端。可用于从两侧分别开展放电测试，形成不同的放电路径，以能够对不同的功率器件进行测试。
可选的，所述充电电源回路模块还包括串接在第一端与第二端之间的限流单元，所述限流单元采用电阻和/或电感；
所述放电回路模块中的所述耗能元件采用电阻和/或电感。
可选的，所述充电支路中串接有充电侧二极管，所述多个充电支路中的充电侧二极管的阳极相连，作为所述充电网络模块的输入端，各充电支路中充电侧二极管的阴极作为相应充电支路的输出端；
所述放电支路中串接有放电侧二极管，所述多个放电支路中的放电侧二极管的阳极相连，作为所述放电网络模块的输入端，各放电支路中放电侧二极管的阴极作为相应放电支路的输出端。
第二方面，本发明提供一种基于第一方面所述模块化换流阀测试装置的测试方法，包括充电测试方法和/或放电测试方法；
所述充电测试方法包括：
闭合所述充电电源回路模块的充电开关，断开所述放电回路的放电开关，从最靠近所述充电电源回路模块的第一级子模块开始，依次对各子模块进行充电及充电完成后的功能测试；其中，
对第一级子模块进行充电和充电完成后的功能测试包括：所述直流电源经该子模块的交流端以及对应的充电支路向该子模块的电容单元充电，在电容单元的电压达到启动阈值使得子模块的控制单元SMC运行后，进行该子模块的功能测试；
在除最后一级子模块之外的其它任意一级子模块功能测试完成后，通过该子模块的控制单元SMC控制其功率开关的开断状态组合，以能够在所述充电电源回路模块与下一级子模块交流端之间形成充电通路，所述直流电源能够通过所述充电回路向该下一级子模块的电容单元充电；在该下一级子模块的电容单元的电压达到其阈值且其控制单元SMC运行后，进行该下一级子模块的功能测试；
所述放电测试方法包括：
断开所述充电电源回路模块的充电开关，闭合任意一个所述放电回路的放电开关，从最远离该放电回路的最后一级子模块开始，依次对各子模块进行电容单元放电和功能测试；其中，
对于任意一级当前待测子模块，所述进行电容单元放电和功能测试包括：控制该子模块的功率开关的开断状态组合，或者同时控制该子模块与所述放电回路之间其它子模块的功率开关的开断状态组合，使得当前待测子模块的电容单元与所述放电回路之间形成放电通路，对当前待测子模块的被控功率开关进行开断检查和通流测试；若当前待测子模块的电容单元电压降至设定的阈值以下，则控制断开所述放电通路，进行当前待测子模块的旁路开关合闸功能测试。
上述充电测试中，在充电完成后所进行的子模块的功能测试包括：子模块与阀控装置VBC间通信测试、子模块状态显示测试以及子模块内部电子电路测试。
可选的，所述模块化换流阀中，相邻两个子模块之间，前一个子模块的第二交流端连接至后一个子模块的第一交流端；所述放电回路模块包括两个放电回路，两个放电回路的第一端分别连接至模块化换流阀的第一交流端和第二交流端；其中：
全桥子模块包括所述电容单元，以及由功率开关T1、T2、T3、T4依次连接形成的全桥电路单元，位于其中一个桥臂上的T3与T4的连接点为第一交流端，位于另一个桥臂上的T1与T2的连接点为第二交流端；所述电容单元正极连接在T1与T3的连接点上，电容单元负极连接在T2与T4的连接点上；
半桥子模块包括所述电容单元，以及由功率开关T1、T2连接形成半桥电路单元，所述电容单元并接于所述半桥电路单元的桥臂上，所述电容单元的负极为半桥子模块的第一交流端，T1与T2的连接点为半桥子模块的第二交流端；
所述充电检测方法中，在除最后一级子模块之外的其它任意一级子模块功能测试完成后，所述通过该子模块的控制单元SMC控制其功率开关的开断状态组合，包括：控制该子模块的功率开关T2导通。
可选的，所述放电检测方法中，若放电开关闭合的所述放电回路为连接子模块第二交流端的放电回路，则所述控制该子模块的功率开关的开断状态组合，或者同时控制该子模块与所述放电回路之间其它子模块的功率开关的开断状态组合，使得当前待测子模块的电容单元与所述放电回路之间形成放电通路，包括：
若当前待测子模块为最靠近所述放电回路的第一级子模块，则控制该子模块的功率开关T1导通；
若当前待测子模块为除第一级子模块外的其它子模块，则控制当前待测子模块的功率开关T1导通，并控制当前待测子模块与所述放电回路之间的其它子模块中的全桥子模块的功率开关T2和T4导通，半桥子模块的功率开关T2导通。
可选的，所述放电检测方法中，若放电开关闭合的所述放电回路为连接子模块第一交流端的放电回路，则所述控制该子模块的功率开关的开断状态组合，或者同时控制该子模块与所述放电回路之间其它子模块的功率开关的开断状态组合，使得当前待测子模块的电容单元与所述放电回路之间形成放电通路，包括：
若当前待测子模块为最靠近所述放电回路的第一级子模块，则控制该子模块的功率开关T3导通；
若当前待测子模块为除第一级子模块外的其它子模块，且为全桥子模块，则控制当前待测子模块的功率开关T3导通，并控制当前待测子模块与所述放电回路之间的其它子模块中的全桥子模块的功率开关T2和T4导通，半桥子模块的功率开关T2导通。
作为一种模块化换流阀测试的实施方式，模块化换流阀测试方法包括以下流程：
S1，按照所述充电测试方法对各子模块进行第一次充电及充电完成后的功能测试；在所有子模块功能测试完成后，闭锁所有子模块功率开关触发功能，关闭所述直流电源，断开所述充电开关，结束第一次充电测试流程；
S2，选择其中一个放电回路，按照所述放电测试方法，通过闭合该放电回路的放电开关，对各子模块进行电容单元放电和功能测试；在测试完成后，闭锁所有子模块功率开关触发功能，断开当前放电回路的放电开关，结束第一次放电测试流程；
S3，按照所述充电测试方法中的充电过程对各子模块进行第二次充电；在所有子模块充电完成后，闭锁所有子模块功率开关触发功能，关闭所述直流电源，断开所述充电开关，结束第二次充电流程；
S4，选择另一个放电回路，按照所述放电测试方法，通过闭合该放电回路的放电开关，对各子模块进行电容单元放电和功能测试；在测试完成后，闭锁所有子模块功率开关触发功能，断开当前放电回路的放电开关，结束第二次放电测试流程。
上述测试方法中，S3的目的是为第二次放电测试提供基础，当然也可以设置成与S1的充电测试过程相同，但是考虑到第一次充电检测过程已经可以完成对子模块全面的低压加压功能测试，因此无需再第二次充电后再次进行功能测试。
但是对于放电测试来说，由于单侧放电测试只能完成中部分功能器件的测试，因此需要两次选用不同放电回路的放电测试过程。
可选的，在步骤S4后，所述模块化换流阀测试方法还包括以下流程：
S5，检查模块化换流阀中各子模块的旁路开关是否处于合闸状态，若是，则控制相应子模块的旁路开关断开。
通过上述流程，可完成模块化换流阀中所有子模块的低压加压相关功能测试项目，包括子模块充电及放电测试、功能测试、功率器件开断及通流测试、旁路开关合闸功能测试等项目，测试较全面且用于现场测试时具有较高的测试效率。
有益效果
本发明针对模块化换流阀的拓扑连接结构，提出了一种模块化换流阀测试装置，通过充电电源回路模块、充电网络模块、放电网络模块以及放电回路模块的设计，实现了模块化换流阀低压加压试验的电路结构，且该结构能够适用于全部由子模块构成的或者由子模块与半桥子模块混合构成的模块化换流阀。
同时，本发明提出的模块化换流阀测试方法，基于上述模块化换流阀测试装置实现，考虑了模块化换流阀的常规低压加压功能测试项目，设计了模块化换流阀低压加压测试策略及流程。
利用本发明的模块化换流阀低压加压测试技术，可批量自动完成模块化换流阀子模块充电及放电测试、功能测试、阀控通信链路、半导体功率器件开断及通流测试、旁路开关合闸功能测试，提升模块化换流阀整组测试效率。
附图说明
图1所示为一种应用例中利用本发明模块化换流阀测试装置实现的模块化换流阀低压加压测试电路结构示意图；
图2所示为全桥型子模块拓扑示意图；
图3所示为半桥型子模块拓扑示意图；
图4所示为半桥型子模块的原理结构示意图；
图5所示为一种应用例中半桥子模块和全桥子模块混合的模块化换流阀低压加压测试电路结构示意图；
图6所示为充电测试过程中的充电路径示意图；
图7所示为图4的充电回路等效示意图；
图8所示为利用其中一个放电回路实现放电测试过程中的放电路径示意图；
图9所示为利用另一个放电回路实现放电测试过程中的放电路径示意图；
图10所示为一种实施例中模块化换流阀的测试方法流程示意图；
图11所示为图10所示流程中充电测试过程详细流程示意图；
图12所示为图10所示流程中两次放电测试过程的详细流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例进一步描述。
本发明的技术构思为：设计一种能够适用于现场低压加压测试的模块化换流阀测试装置，并设计其相应的测试方法，方便现场测试时的接线、测试等操作，并能够在充放电过程中完成对模块化换流阀功能的全面测试，提升现场低压加压测试效率。
实施例1
本实施例介绍一种模块化换流阀测试装置，参考图1，本实施例所适用的模块化换流阀包括交流端级联的多个子模块，子模块为全桥子模块或半桥子模块，且至少一个子模块为全桥子模块，也即本发明的测试装置能够适用于全部由全桥子模块或半桥子模块构成的模块化换流阀，也可适用于由部分全桥子模块和部分半桥子模块构成的模块化换流阀，如图5；其中：
结合图2所示，全桥子模块包括所述电容单元C，以及由功率开关T1、T2、T3、T4依次连接形成的全桥电路单元，为方便描述，本实施例中定义：位于其中一个桥臂上的T3与T4的连接点为第一交流端，位于另一个桥臂上的T1与T2的连接点为第二交流端；所述电容单元正极连接在T1与T3的连接点上，电容单元负极连接在T2与T4的连接点上；
结合图3所示，半桥子模块包括所述电容单元C，以及由功率开关T1、T2连接形成半桥电路单元，所述电容单元并接于所述半桥电路单元的桥臂上，为方便描述，本实施例中定义：所述电容单元的负极为半桥子模块的第一交流端，T1与T2的连接点为半桥子模块的第二交流端；
模块化换流阀中，相邻两个子模块之间，前一个子模块的第二交流端连接至后一个子模块的第一交流端。
参考图4，除上述组成外，子模块还包括对应各功率开关设置的反向并联二极管，以及续流晶闸管、旁路开关K、均压电阻R0、取能电源PW、中央控制板SMC、驱动电路GDU、散热器等。
所述测试装置包括充电电源回路模块2、充电网络模块3、放电网络模块4以及放电回路模块；
所述充电电源回路模块2包括用于连接模块化换流阀1中边缘子模块SM1第一交流端的第一端，用于连接充电网络模块3的第二端，以及串联在其第一端与第二端之间的直流电源S和充电开关Q1；为实现充电限流，本实施例充电电源回路模块2还包括串接在第一端与第二端之间的限流单元R1，所述限流单元R1克采用电阻、电感或两者的结合；
所述放电回路模块包括至少一个放电回路，在本实施例中，优选数量为2个，如图1中的第一放电回路5和第二放电回路6；所述放电回路包括用于连接模块化换流阀1中边缘子模块第一交流端或第二交流端的第一端，用于连接放电网络模块的第二端，以及串联在其第一端与第二端之间的耗能元件R21、R22和放电开关Q21、Q22；所述耗能元件R21、R22同样克采用电阻、电感或两者的结合；
所述充电网络模块3包括多个充电支路，所述多个充电支路的输入端相连作为所述充电网络模块的输入端，各充电支路的输出端分别连接一个子模块的电容单元正极；充电支路中串接有充电侧二极管，所述多个充电支路中的充电侧二极管的阳极相连，作为所述充电网络模块的输入端，各充电支路中充电侧二极管的阴极作为相应充电支路的输出端；
所述放电网络模块4包括多个放电支路，所述多个放电支路的输入端相连作为所述放电网络模块的输入端，各放电支路的输出端分别连接一个子模块的电容单元负极；放电支路中串接有放电侧二极管，所述多个放电支路中的放电侧二极管的阳极相连，作为所述放电网络模块的输入端，各放电支路中放电侧二极管的阴极作为相应放电支路的输出端。
在应用时，可首先将本实施例的测试装置中的各部分电路模块的线路连接至待测的模块化换流阀，然后进行相应的低压加压测试流程。
实施例2
在实施例1所介绍的测试装置基础上，本实施例介绍一种模块化换流阀测试装置的测试方法，其包括充电测试方法，和/或，放电测试方法。
参考图6和图7，所述充电测试方法包括：
闭合所述充电电源回路模块2的充电开关Q1，断开所述放电回路的放电开关Q21、Q22，从最靠近所述充电电源回路模块2的第一级子模块SM1开始，依次对各子模块进行充电及充电完成后的功能测试；其中，
对第一级子模块SM1进行充电和充电完成后的功能测试包括：所述直流电源S经该子模块SM1的第一交流端以及对应的充电支路向该子模块SM1的电容单元C充电，在电容单元的电压达到启动阈值UCD使得子模块内部取能回路启动，为该子模块的控制单元SMC供电，进而使得该子模块的控制单元SMC运行进入工作状态后，进行该子模块的功能测试；
在除最后一级子模块之外的其它任意一级子模块功能测试完成后，通过该子模块的控制单元SMC控制其功率开关的开断状态组合，以能够在所述充电电源回路模块与下一级子模块交流端之间形成充电通路，所述直流电源能够通过所述充电回路向该下一级子模块的电容单元充电；在该下一级子模块的电容单元的电压达到其阈值且其控制单元SMC运行后，进行该下一级子模块的功能测试。
结合图6和图7，当SM1功能测试完成，则通过SM1的控制单元SMC控制器功率器件T2和T4导通，充电电源S即可经SM1的T2、T4、第二交流端传输至SM2的第一交流端，后经SM2的T2及充电支路向SM2的电容单元充电。
充电后的功能测试内容包括：子模块与阀控装置VBC间通信，子模块状态显示，子模块内部电子电路工作等。
结合图8和图9，所述放电测试方法包括：
断开所述充电电源回路模块的充电开关，闭合任意一个所述放电回路的放电开关，从最远离该放电回路的最后一级子模块开始，依次对各子模块进行电容单元放电和功能测试；其中，
对于任意一级当前待测子模块，所述进行电容单元放电和功能测试包括：控制该子模块的功率开关的开断状态组合，或者同时控制该子模块与所述放电回路之间其它子模块的功率开关的开断状态组合，使得当前待测子模块的电容单元与所述放电回路之间形成放电通路，对当前待测子模块的被控功率开关进行开断检查和通流测试；若当前待测子模块的电容单元电压降至设定的阈值以下，则控制断开所述放电通路，进行当前待测子模块的旁路开关合闸功能测试。
当所选择的放电回路不同，放电路径也是不同的，具体的：
参考图8，若放电开关闭合的所述放电回路为连接子模块第二交流端的放电回路5，则所述控制该子模块的功率开关的开断状态组合，或者同时控制该子模块与所述放电回路之间其它子模块的功率开关的开断状态组合，使得当前待测子模块的电容单元与所述放电回路之间形成放电通路，包括：
若当前待测子模块为最靠近所述放电回路的第一级子模块SMN，则控制该子模块的功率开关T1导通；
若当前待测子模块为除第一级子模块外的其它子模块，则控制当前待测子模块的功率开关T1导通，并控制当前待测子模块与所述放电回路之间的其它子模块中的全桥子模块的功率开关T2和T4导通，半桥子模块的功率开关T2导通，可结合图5所示。
参考图9，若放电开关闭合的所述放电回路为连接子模块第一交流端的放电回路6，则所述控制该子模块的功率开关的开断状态组合，或者同时控制该子模块与所述放电回路之间其它子模块的功率开关的开断状态组合，使得当前待测子模块的电容单元与所述放电回路之间形成放电通路，包括：
若当前待测子模块为最靠近所述放电回路的第一级子模块，则控制该子模块的功率开关T3导通；
若当前待测子模块为除第一级子模块外的其它子模块，且为全桥子模块，则控制当前待测子模块的功率开关T3导通，并控制当前待测子模块与所述放电回路之间的其它子模块中的全桥子模块的功率开关T2和T4导通，半桥子模块的功率开关T2导通。
以下介绍在一种模块化换流阀的测试方法流程，包括：
S1，按照所述充电测试方法对各子模块进行第一次充电及充电完成后的功能测试；在所有子模块功能测试完成后，闭锁所有子模块功率开关触发功能，关闭所述直流电源，断开所述充电开关，结束第一次充电测试流程；
S2，选择其中一个放电回路，按照所述放电测试方法，通过闭合该放电回路的放电开关，对各子模块进行电容单元放电和功能测试；在测试完成后，闭锁所有子模块功率开关触发功能，断开当前放电回路的放电开关，结束第一次放电测试流程；
S3，按照所述充电测试方法中的充电过程对各子模块进行第二次充电；在所有子模块充电完成后，闭锁所有子模块功率开关触发功能，关闭所述直流电源，断开所述充电开关，结束第二次充电流程；
S4，选择另一个放电回路，按照所述放电测试方法，通过闭合该放电回路的放电开关，对各子模块进行电容单元放电和功能测试；在测试完成后，闭锁所有子模块功率开关触发功能，断开当前放电回路的放电开关，结束第二次放电测试流程；
S5，检查模块化换流阀中各子模块的旁路开关是否处于合闸状态，若是，则控制相应子模块的旁路开关断开。
通过上述流程，可完成模块化换流阀中所有子模块的低压加压相关功能测试项目，包括子模块充电及放电测试、功能测试、功率器件开断及通流测试、旁路开关合闸功能测试等项目，测试较全面且用于现场测试时具有较高的测试效率。
需要说明的是，对于被测的模块化换流阀的半桥子模块无半导体功率器件T3，不开展放电测试，仅可以开展旁路开关合闸功能测试。
基于上述低压加压测试方法的策略，本实施例可实现为由控制器实现的模块化换流阀低压加压自动控制方法，方法的软件模块可由主程序流程模块、充电测试流程模块和放电测试流程模块组合实现，结合图10至图12，测试方法具体包括以下步骤。
S01，控制器在接收到启动测试流程的控制指令后，首先进行主程序流程的系统初始化，包括：置充电完成标识CDcg=0，配置被测子模块个数N以及子模块类型数组S(j)，j=1，2，…，N；其中，
CDflag=0表示不执行充电；
CDflag=1表示仅进行换流阀子模块充电，不进行子模块功能测试与功率器件开断及通流测试；
CDflag=2表示进行换流阀子模块充电，并开展子模块功能测试及功率器件T2开断及通流测试；
S（j）=0表示子模块SMj为半桥子模块；S（j）=1表示子模块SMj为H桥子模块，用于作为控制功率器件通断时的依据。
S02，主程序流程启动第一次换流阀充电测试，设置充电标识CDflag=2；如图11，当充电标识CDflag=2，充电测试流程模块执行换流阀子模块充电测试控制流程，从最接近的子模块SM1开始，依次进行各子模块的充电和充电后的功能测试，具体的：
A1）当CDflag≥1时，则初始化编号KC=1，否则结束充电流程；
B1）合上充电电源回路开关Q1，启动电压直流电源S，并控制其输出直流电压为US，其中Us满足子模块正常取能及工作，且不超过换流阀子模块电容额定电压。
C1）通过控制子模块SM1~SMKC-1的功率器件T2导通对子模块SMKC的电容单元进行充电；
D1）如果CDflag==2，则充电是同时开展子模块功能测试及功率器件T2开断及通流测试，测试完成后转E1；
E1）设KC=KC+1，并转C1）；依次完成子模块电容单元充电；
F1）闭锁所有子模块功率器件触发，打开充电电源回路开关Q1；
G1）置充电完成标识CDcg=1；
H1）充电试验流程结束。
上述程序流程实现为：控制充电电源回路模块的充电开关Q1导通，此时，放电回路的放电开关Q2均保持为分位，启动低压直流电源S，控制其输出电压为合适的测试电压Us，利用低压直流电源对子模块SM1的电容单元充电，电容电压达到阀值UCD后，子模块SM1内部取能回路启动，为该子模块控制单元SMC1供电，SMC1进入工作状态，此时可开展该子模块功能测试，检查子模块功能是否正常，测试内容包括：子模块与阀控装置VBC间通信，子模块状态显示，子模块内部电子电路工作等功能；
SM1功能测试完成后，通过该子模块的控制单元SMC1控制其半导体功率器件（如IGBT）T2导通，为相邻子模块SM2的电容单元建立充电通路，如图6中带箭头虚线所示，利用低压直流电源对相邻子模块SM2的电容单元充电，同步完成子模块SM1的半导体功率器件T2开通关断检查及通流测试；
与上述子模块SM1充电过程类似，当子模块SM2电容电压达到阀值UCD后，子模块SM2内部取能回路启动，其控制单元SMC2带电并进入工作状态，此时可开展该子模块SM2功能测试；
重复上述过程，依次完成所有子模块的电容单元充电，使子模块控制单元带电，完成所有子模块功能测试及半导体功率器件T2开通关断检查及通流测试，此时可断开低压充电电源回路模块的充电开关Q1，置充电完成标识CDcg=1。
S03，主程序流程启动第一次换流阀放电测试，设置放电标识FD1flag=1，FD2flag=0；其中：
针对第一次放电测试的标识FD1flag=0表示不执行放电；
FD1flag=1表示进行换流阀子模块放电及功率器件T1和T4开断、通流测试；
FD1flag=2表示进行换流阀子模块放电及功率器件T1和T4开断、通流测试，并开展子模块旁路开关合闸功能测试；
针对第二次放电测试的标识FD2flag=0表示不执行放电；
FD2flag=1表示进行换流阀子模块放电及功率器件T1和T4开断、通流测试
FD2flag=2表示进行换流阀子模块放电及功率器件T1和T4开断、通流测试，并开展子模块旁路开关合闸功能测试。
当充电标识CDflag=2，放电测试流程模块执行换流阀子模块放电测试控制流程，从最远离的子模块开始，依次进行各子模块的充电和充电后的功能测试，具体的：
A2）当换流阀已完成充电CDcg=1且FD1flag≥1时，则初始化子模块编号KF=1，否则结束放电流程；
B2）合上放电回路的放电开关Q2；
C2）对于换流阀子模块的第一次放电试验，以利用放电回路5实现为例，通过控制子模块SM（KF+1）~SMN的功率器件T4和SMKF的功率器件T1导通，对子模块SMKF的电容单元进行放电，同时开展子模块的功率器件T1、T4开断和通流测试；
D2）当子模块电容电压降到阀值UFD以下时，关断SMKF的功率器件T1，停止子模块放电；
E2）FD1flag≥2时，则进行子模块旁路开关合闸功能测试；
F2）设KF=KF+1，并转C2）；依次完成子模块电容单元放电；
G2）闭锁所有子模块功率器件，打开放电回路的放电开关Q2；
H2）置充电完成标识CDcg=0。
上述的控制流程实现为：合上第一放电回路5的放电开关Q21，控制子模块SM1的半导体功率器件T1导通，同时控制子模块SM2，SM3，……，SMN中半导体功率器件T4导通，为子模块SM1的电容单元建立放电通路，子模块SM1的电容单元利用放电回路1的限流电阻R2放电，同步完成子模块SM1的半导体功率器件T1开通关断检查及通流测试；
当子模块SM1电容单元电压下降达到阀值UFD以下后，关断上述开通的子模块功率器件，停止子模块SM1放电。此时可选择闭合子模块SM1的旁路开关，检测旁路开关合闸功能。
与上述子模块SM1放电过程类似，控制子模块SM2的半导体功率器件T1导通，同时控制子模块SM3，SM4，……，SMN中半导体功率器件T4导通，为子模块SM2电容单元建立放电通路，如图8中带箭头虚线所示，完成子模块SM2的半导体功率器件T1开通关断检查及通流测试，并可开展旁路开关合闸功能测试。
重复上述过程，依次完成所有子模块的电容单元放电，同时完成所有子模块半导体功率器件T1及T4开通关断检查及通流测试，最后打开放电回路5放电开关Q21。如果在该过程开展了子模块旁路开关合闸功能测试，试验结束后手动分开所有子模块旁路开关。
S04，主程序流程启动第二次充电控制流程，设置换流阀充电模式标识CDflag=1；当充电标识CDflag=1，充电测试流程模块执行换流阀子模块充电控制流程，从最接近的子模块SM1开始，依次进行各子模块的充电，并在充电完成后闭锁所有子模块功率器件触发，打开低压充电电源回路开关Q1，置充电完成标识CDcg=1。
S05，主程序流程启动第二次放电测试控制流程，设置换流阀放电标识FD1flag=0，FD2flag=1，完成换流阀子模块功率器件T3开断及通流测试，完成换流阀子模块旁路开关合闸功能测试，在本实施例中具体实现为：
控制放电限流回路6放电开关Q22闭合，控制子模块SMN的半导体功率器件T3导通，同时控制子模块SMN-1，……，SM2，SM1中半导体功率器件T2导通，为子模块SMN的电容单元建立放电通路，子模块SMN的电容单元利用放电限流回路2的限流电阻R2放电，同步完成子模块SMN的半导体功率器件T3开通关断检查及通流测试。
当子模块SMN电容单元电压下降达到阀值UFD以下后，关断上述开通的子模块功率器件，停止子模块SMN放电。此时可选择闭合子模块SM1的旁路开关，检测旁路开关合闸功能。
与上述子模块SMN放电过程类似，控制子模块SM（N-1）的半导体功率器件T3导通，同时控制子模块SM（N-2），……，SM2，SM1中半导体功率器件T2导通，为子模块SM（N-1）的电容单元建立放电通路，如图7中带箭头虚线所示，完成子模块SM（N-1）的半导体功率器件T3开通关断检查及通流测试，并可开展旁路开关合闸功能测试。
重复上述过程，依次完成所有子模块的电容单元放电，同时完成所有子模块半导体功率器件T3开通关断检查及通流测试、旁路开关合闸功能测试，最后打开放电限流回路2放电开关Q2。
第二次放电测试结束后，如果在该过程开展了子模块旁路开关合闸功能测试，试验结束后手动分开所有子模块旁路开关。
需要说明的是，对于被测的模块化H桥换流阀的半桥子模块无半导体功率器件T3，不开展放电测试，仅可以开展旁路开关合闸功能测试。
S06，试验结束，手动打开换流阀子模块旁路开关，拆除试验接线。
通过上述实施例的过程，完成了被测换流阀所有子模块的全部低压加压测试项目，包括：子模块充电及放电测试、功能测试、功率器件开断及通流测试、旁路开关合闸功能测试。另外，可以通过设置测试序列及测试参数，实现不同的低压加压测试控制策略，完成不同的低压加压测试项目。
上述的换流阀子模块充电测试控制方法、换流阀子模块放电测试控制方法课在模块化H桥换流阀的阀控装置程序中实现，并通过设置测试参数实现换流阀低压加压测试控制策略。
以上结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (10)
1.一种模块化换流阀测试装置，所述模块化换流阀包括交流端级联的多个子模块，所述多个子模块均为全桥子模块，或者，所述多个子模块包括全桥子模块和半桥子模块；所述子模块包括电容单元；其特征在于：
所述测试装置包括充电电源回路模块、充电网络模块、放电网络模块以及放电回路模块；
所述充电电源回路模块包括用于连接模块化换流阀中边缘子模块第一交流端的第一端，用于连接充电网络模块输入端的第二端，以及串联在其第一端与第二端之间的直流电源和充电开关；
所述放电回路模块包括至少一个放电回路，所述放电回路包括用于连接模块化换流阀中边缘子模块第一交流端或第二交流端的第一端，用于连接放电网络模块输入端的第二端，以及串联在其第一端与第二端之间的耗能元件和放电开关；
所述充电网络模块包括多个充电支路，所述多个充电支路的输入端相连作为所述充电网络模块的输入端，各充电支路的输出端分别连接一个子模块的电容单元正极；
所述放电网络模块包括多个放电支路，所述多个放电支路的输入端相连作为所述放电网络模块的输入端，各放电支路的输出端分别连接一个子模块的电容单元负极；
其中，所述全桥子模块包括所述电容单元，以及由功率开关T1、T2、T3、T4依次连接形成的全桥电路单元，位于其中一个桥臂上的T3与T4的连接点为第一交流端，位于另一个桥臂上的T1与T2的连接点为第二交流端；所述电容单元正极连接在T1与T3的连接点上，电容单元负极连接在T2与T4的连接点上；
所述半桥子模块包括所述电容单元，以及由功率开关T1、T2连接形成半桥电路单元，所述电容单元并接于所述半桥电路单元的桥臂上，所述电容单元的负极为半桥子模块的第一交流端，T1与T2的连接点为半桥子模块的第二交流端；
所述模块化换流阀中，相邻两个子模块之间，前一个子模块的第二交流端连接至后一个子模块的第一交流端。
2.根据权利要求1所述的模块化换流阀测试装置，其特征在于：所述放电回路模块包括两个放电回路，两个放电回路的第一端分别连接至模块化换流阀的两个交流端，两个放电回路的第二端分别连接至放电网络模块的输入端。
3.根据权利要求2所述的模块化换流阀测试装置，其特征在于：所述充电电源回路模块还包括串接在第一端与第二端之间的限流单元，所述限流单元采用电阻和/或电感；
所述放电回路模块中的所述耗能元件采用电阻和/或电感。
4.根据权利要求1所述的模块化换流阀测试装置，其特征在于：所述充电支路中串接有充电侧二极管，所述多个充电支路中的充电侧二极管的阳极相连，作为所述充电网络模块的输入端，各充电支路中充电侧二极管的阴极作为相应充电支路的输出端；
所述放电支路中串接有放电侧二极管，所述多个放电支路中的放电侧二极管的阳极相连，作为所述放电网络模块的输入端，各放电支路中放电侧二极管的阴极作为相应放电支路的输出端。
5.一种基于权利要求1-4任一项所述模块化换流阀测试装置的测试方法，其特征在于，包括充电测试方法，和/或，放电测试方法；
所述充电测试方法包括：
闭合所述充电电源回路模块的充电开关，断开所述放电回路的放电开关，从最靠近所述充电电源回路模块的第一级子模块开始，依次对各子模块进行充电及充电完成后的功能测试；其中，
对第一级子模块进行充电和充电完成后的功能测试包括：所述直流电源经该子模块的交流端以及对应的充电支路向该子模块的电容单元充电，在电容单元的电压达到启动阈值使得子模块的控制单元SMC运行后，进行该子模块的功能测试；
在除最后一级子模块之外的其它任意一级子模块功能测试完成后，通过该子模块的控制单元SMC控制其功率开关的开断状态组合，以能够在所述充电电源回路模块与下一级子模块交流端之间形成充电通路，所述直流电源能够通过所述充电电源回路模块向该下一级子模块的电容单元充电；在该下一级子模块的电容单元的电压达到其阈值且其控制单元SMC运行后，进行该下一级子模块的功能测试；
所述放电测试方法包括：
断开所述充电电源回路模块的充电开关，闭合任意一个所述放电回路的放电开关，从最远离该放电回路的最后一级子模块开始，依次对各子模块进行电容单元放电和功能测试；其中，
对于任意一级当前待测子模块，所述进行电容单元放电和功能测试包括：控制该子模块的功率开关的开断状态组合，或者同时控制该子模块与所述放电回路之间其它子模块的功率开关的开断状态组合，使得当前待测子模块的电容单元与所述放电回路之间形成放电通路，对当前待测子模块的被控功率开关进行开断检查和通流测试；若当前待测子模块的电容单元电压降至设定的阈值以下，则控制断开所述放电通路，进行当前待测子模块的旁路开关合闸功能测试。
6.根据权利要求5所述的模块化换流阀测试装置的测试方法，其特征在于，所述模块化换流阀中，相邻两个子模块之间，前一个子模块的第二交流端连接至后一个子模块的第一交流端；所述放电回路模块包括两个放电回路，两个放电回路的第一端分别连接至模块化换流阀的第一交流端和第二交流端；其中：
全桥子模块包括所述电容单元，以及由功率开关T1、T2、T3、T4依次连接形成的全桥电路单元，位于其中一个桥臂上的T3与T4的连接点为第一交流端，位于另一个桥臂上的T1与T2的连接点为第二交流端；所述电容单元正极连接在T1与T3的连接点上，电容单元负极连接在T2与T4的连接点上；
半桥子模块包括所述电容单元，以及由功率开关T1、T2连接形成半桥电路单元，所述电容单元并接于所述半桥电路单元的桥臂上，所述电容单元的负极为半桥子模块的第一交流端，T1与T2的连接点为半桥子模块的第二交流端；
所述充电测试方法中，在除最后一级子模块之外的其它任意一级子模块功能测试完成后，所述通过该子模块的控制单元SMC控制其功率开关的开断状态组合，包括：控制该子模块的功率开关T2导通。
7.根据权利要求6所述的模块化换流阀测试装置的测试方法，其特征在于，所述放电测试方法中，若放电开关闭合的所述放电回路为连接子模块第二交流端的放电回路，则所述控制该子模块的功率开关的开断状态组合，或者同时控制该子模块与所述放电回路之间其它子模块的功率开关的开断状态组合，使得当前待测子模块的电容单元与所述放电回路之间形成放电通路，包括：
若当前待测子模块为最靠近所述放电回路的第一级子模块，则控制该子模块的功率开关T1导通；
若当前待测子模块为除第一级子模块外的其它子模块，则控制当前待测子模块的功率开关T1导通，并控制当前待测子模块与所述放电回路之间的其它子模块中的全桥子模块的功率开关T2和T4导通，半桥子模块的功率开关T2导通。
8.根据权利要求6或7所述的模块化换流阀测试装置的测试方法，其特征在于，所述放电测试方法中，若放电开关闭合的所述放电回路为连接子模块第一交流端的放电回路，则所述控制该子模块的功率开关的开断状态组合，或者同时控制该子模块与所述放电回路之间其它子模块的功率开关的开断状态组合，使得当前待测子模块的电容单元与所述放电回路之间形成放电通路，包括：
若当前待测子模块为最靠近所述放电回路的第一级子模块，则控制该子模块的功率开关T3导通；
若当前待测子模块为除第一级子模块外的其它子模块，且为全桥子模块，则控制当前待测子模块的功率开关T3导通，并控制当前待测子模块与所述放电回路之间的其它子模块中的全桥子模块的功率开关T2和T4导通，半桥子模块的功率开关T2导通。
9.根据权利要求6所述的模块化换流阀测试装置的测试方法，其特征在于，模块化换流阀测试方法包括以下流程：
S1，按照所述充电测试方法对各子模块进行第一次充电及充电完成后的功能测试；在所有子模块功能测试完成后，闭锁所有子模块功率开关触发功能，关闭所述直流电源，断开所述充电开关，结束第一次充电测试流程；
S2，选择其中一个放电回路，按照所述放电测试方法，通过闭合该放电回路的放电开关，对各子模块进行电容单元放电和功能测试；在测试完成后，闭锁所有子模块功率开关触发功能，断开当前放电回路的放电开关，结束第一次放电测试流程；
S3，按照所述充电测试方法中的充电过程对各子模块进行第二次充电；在所有子模块充电完成后，闭锁所有子模块功率开关触发功能，关闭所述直流电源，断开所述充电开关，结束第二次充电流程；
S4，选择另一个放电回路，按照所述放电测试方法，通过闭合该放电回路的放电开关，对各子模块进行电容单元放电和功能测试；在测试完成后，闭锁所有子模块功率开关触发功能，断开当前放电回路的放电开关，结束第二次放电测试流程。
10.根据权利要求9所述的模块化换流阀测试装置的测试方法，其特征在于，在步骤S4后，所述模块化换流阀测试方法还包括以下流程：
S5，检查模块化换流阀中各子模块的旁路开关是否处于合闸状态，若是，则控制相应子模块的旁路开关断开。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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