CN201514449U - 大功率无功补偿装置igct逆变桥在线测试装置 - Google Patents

Abstract

一种大功率无功补偿装置IGCT逆变桥在线测试装置，属测量领域。其测试装置包括显示单元、控制器单元、光纤出口板、直流高压电源单元和电阻性负载单元；控制器单元I/O端口与显示单元I/O端口连接；控制器单元PWM电平脉冲输出端与光纤出口板输入端连接；控制器单元给定输出端口与直流高压电源单元控制端口连接；直流高压电源单元电压输出端口与单相H桥直流输入端连接；电阻性负载单元与单相H桥交流输出端连接；光纤出口板触发脉冲输出端经触发光缆与构成单相H桥的大功率IGCT器件的光纤控制接口连接。其能迅速判断一单相H桥的功能是否完好，实现了在停电检修时在现场对单相H桥及其大功率IGCT器件进行快速的在线检测。

Description

大功率无功补偿装置IGCT逆变桥在线测试装置

技术领域

本实用新型属于测量领域，尤其涉及一种用于对IGCT逆变桥的电性能进行在线快速测试的测试装置。

背景技术

随着柔性交流输电技术(Flexible AC Transmission System，简称FACTS)的提出和发展，静止无功补偿器(Static Synchronous Compensator，简称STATCOM)已成为近年来国内外研究的热点，STATCOM是柔性交流输电技术的主要装置之一，它代表着现阶段电力系统无功补偿技术新的发展方向。

STATCOM的基本原理是利用可关断大功率电力电子器件(诸如绝缘栅双极型晶体管IGBT-Insulated Gate Bipolar Transistor、集成门极换流晶闸管IGCT-ntegratedGate Commutated Thyristo或电子注入增强门极晶体管IEGT-Injection Enhanced GateTransistor等)组成自换相桥式电路，经过电抗器并联在电网上，适当地调节桥式电路交流侧输出电压的幅值和相位，或者直接控制其交流侧电流，就可以使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流，实现动态无功补偿的目的。

申请人所在城市某市级变电站运行着一套±50MVar STATCOM系统，该系统采用链式结构，每相阀由10个链节串联构成。每个链节中的功率逆变单元是由一个单相H桥构成，其单相H桥采用了大功率IGCT器件。

关于单个大功率IGCT器件的性能测试，已经有多篇文献及报道，但是针对上述这套装置，由于其单相H桥和大功率IGCT器件的数量太多(至少为3×10×4个IGCT器件)，所以不能采用通常的方法，将各个大功率电子器件拆回到试验室中进行测试和检查，需要在现场进行故障检测、测试，故特别特别需要一套能在停电检修时快速的对单相H桥和大功率IGCT器件进行在线检测的测试装置。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种大功率无功补偿装置IGCT逆变桥在线测试装置，其能在停电检修时快速的对单相H桥和大功率IGCT器件进行现场在线检测，与被测对象之间无繁琐的电气信号连接线，方便了现场在线检修工作的快速开展和完成。

本实用新型的技术方案是：提供一种大功率无功补偿装置IGCT逆变桥在线测试装置，包括测试装置，所述的测试装置与单相H桥连接，所述的单相H桥由四个大功率IGCT器件构成，其特征是：所述的测试装置至少包括显示单元、控制器单元、光纤出口板、直流高压电源单元和电阻性负载单元；所述控制器单元的I/O端口与显示单元的I/O端口对应连接；控制器单元的PWM电平脉冲输出端与光纤出口板的输入端分别对应连接；控制器单元的给定输出端口与直流高压电源单元控制端口连接；所述直流高压电源单元的电压输出端口与单相H桥的直流输入端连接；所述电阻性负载单元与单相H桥的交流输出端连接；所述光纤出口板的触发脉冲输出端，经触发光缆与构成单相H桥的大功率IGCT器件的光纤控制接口连接。

进一步的，其所述的直流高压电源单元的“+”极输出端经限流电感与单相H桥的直流输入“+”端连接。

具体的，其所述的显示单元包括触摸式显示屏。

其所述的控制器单元包括DSP2812控制电路。

其所述控制器单元的I/O端口经过RS232通信电路与显示单元的I/O端口对应连接。

其所述的光纤出口板包括电/光转换电路或光耦电路。

其所述的直流高压电源单元为高频受控型开关电源。

更进一步的，在所述单相H桥的交流输出端，设置外接电流/电压信号测试设备。

与现有技术比较，本实用新型的优点是：

1.采用最基本的PWM电平脉冲生成电路、可调高压直流电源、电/光转换电路和电阻负载，实现了在停电检修时快速的对单相H桥和大功率IGCT器件进行现场在线检测；

2.通过测试大功率IGCT器件的通/断测试和对单相H桥输出波形和观察，能快速、及时地判断一个单独的整个H桥的功能是否完好；

3.与大功率IGCT器件之间的触发信号传递采用光信号的形式，避免了电磁干扰和误导通的发生，且整个设备轻便灵活，移动方便。

附图说明

图1是本实用新型装置的电路方框图；

图2是本实用新型的光纤触发连接示意图；

图3是测试主回路实施例的接线示意图；

图4为本装置的产品组合外形示意图。

图中1为显示单元，2为控制器单元，3为光纤出口板，4为直流高压电源单元，5为电阻性负载单元，6为触发光缆，7为单相H桥，8为电流/电压信号测试设备。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步说明。

图1中，本测试装置至少包括显示单元1、控制器单元2、光纤出口板3、直流高压电源单元4和电阻性负载单元5。

其中，控制器单元的I/O端口与显示单元的I/O端口对应连接。

控制器单元的PWM电平脉冲输出端与光纤出口板的输入端分别对应连接。

控制器单元的给定输出端口与直流高压电源单元的控制端口(图中以“CONTROL”表示)连接。

直流高压电源单元的电压输出端口(图中以“V+”、“V-”表示)与单相H桥的直流输入端连(图中以“+”、“-”表示)接。

单相H桥7的交流输出端(图中以“U”、“V”表示)与连接电阻性负载单元。

其光纤出口板的触发脉冲输出端，经触发光缆6与构成单相H桥的大功率IGCT器件的光纤控制接口连接。

其显示单元包括触摸式显示屏，诸如TD220或与之功能类似的产品均可。

其控制器单元包括DSP2812控制电路。

其光纤出口板包括电/光转换电路或光耦电路。

其直流高压电源单元采用输出为1000V的高频受控型开关电源，诸如STD/A或STD/B系列电力高频开关电源模块或与之类似的受控型高频开关电源均可。

上述的电/光转换电路或光耦电路采用市售产品即可，无特殊要求。

上述的DSP2812控制电路可参考本申请人此前申请的，公告号为CN 201130231Y的中国专利“一种大功率可控硅及电力电子器件试验装置”中的相关内容，在此不再叙述。

控制器单元一方面用于实现直流1000V单元的开关机控制和电压调节，另一方面实现PWM脉冲的控制及开关量的控制。

直流高压电源单元的额定输出电压为1000V，额定输出电流为10A。在无控制器的参与下，可独立工作。当开关机信号为15V电平时，电源关机；当开关机信号为0V时，电源开机。

当控制器单元和直流高压电源单元之间的连接线接好后，直流高压电源单元受控于控制器单元。试验中，首先将控制器单元上电，控制器单元输出15V关机信号将1000V直流高压电源单元关机，直流无输出。操作人员在设定好直流电压等参数后，通过显示单元启动直流高压电源单元，其直流输出将按照控制器单元的电压调节信号(信号范围0-10V，其中0V对应的直流输出为1000V，10V对应的直流输出为0V)改变其输出电压。

电阻性负载单元作为H桥的负载，由于试验目的为测试IGCT的开通和关断特性，仅为短时操作，故其功率不大。试验中控制器单元在发出PWM输出信号60mS后自动停止，保证负载不会过热损坏。

图2中，控制器单元2的I/O端口经过RS232通信电路与显示单元1的I/O端口对应连接。

控制器单元的PWM电平脉冲输出端与光纤出口板3的输入端分别对应连接。

光纤出口板的四个PWM光脉冲输出端TL、TR、BL、BR，经过光缆分别与构成单相H桥的四个大功率IGCT器件SLA、SRA、SLB、SRB的光纤控制接口对应连接；其意味着控制器单元的PWM电平脉冲输出经光/电隔离输出至各IGCT器件的触发脉冲接收端(0～5V)。

所述的直流高压电源单元4的“+”极输出端经限流电感L1与单相H桥的直流输入“+”端连接。

由于IGCT逆变桥正常工作时，输入电流为方波，对试验电源冲击较大，为了降低对试验电源的要求，需要增加一个适当值的电感。

在单相H桥的直流输入“+”、“-”端之间，并接有一个高压电容C。

高频型开关电源用于对单相H桥的直流侧电容充电。

由于高频受控型开关电源具有远程控制接口，可以远方设定直流输出电压，输出电压也可以通过本地输出电压调节旋钮进行本地调节。

高压直流电源具有软启动功能，由于直流侧有一个8000μF的高压电容，为了减小启动冲击电流值，需要此功能。

在成套装置检修之后，应用本装置可以一次测试四只IGCT器件的通断功能及所对应的单个H桥的逆变功能。

H桥的触发PWM脉冲首先由DSP2812控制板上的TMS320F2812芯片内的PWM单元产生，共有4个PWM触发脉冲信号，此触发脉冲(为电平信号)传送至光纤出口板，光纤出口板上的光纤收发模块将PWM电平信号转换为光信号，经4根光纤送至某单个H桥的4只IGCT器件的光纤控制接口。

当用户通过显示单元(人机接口TD220)进行触发试验时，DSP2812控制板发出4个PWM触发信号，经光纤出口板后转换为光信号送至单个H桥的4只IGCT，IGCT根据接收到的触发信号后进行开关控制，从而实现单个H桥的快速检测功能。

由于图1、图2所涉及的各单元、部件或元器件均为现有市售产品，无特殊要求，故其之间的详细电连接关系、工作原理或具体操作步骤在此不再叙述，本领域的技术人员完全可以在上述各单元或部件的生产厂商处获得相关的技术资料，无需经过创造性的劳动，即可再现本技术方案。

图3中为测试主回路实施例的接线示意图，其高压直流电源4的“+”输出端经限流电感L1、L2与H桥的“+”直流输入端连接，其“-”输出端与H桥的“-”直流输入端连接；在H桥的“+”、“-”直流输入端之间，并接有高压电容C1、C2；单相H桥7的交流输出端连接电阻性负载单元5；在单相H桥7的交流输出端，连接有外接电流/电压信号测试设备。

其中的电流/电压信号测试设备可采用外挂高压探头直接测试，然后通过示波器观察H桥的试验波形。

高压探头可采用市售的高压测试棒/高压探头(例如YH7100/YH150等)。

实际测试时，按照本图所示进行主回路的电路接线，然后接通直流电源，将直流电容充电，通过人机交互单元启动试验，测试设备通过光纤发出PWM波形触发IGCT导通，IGCT导通后，其前部的“OFF”LED灭灯，“ON”LED亮灯，如“OFF”LED保持亮灯，表明该元件未导通或器件存在故障。

若四只IGCT全部导通，则在H桥交流侧观察逆变输出电压波形，若波形为正常的50Hz或150Hz方波波形(频率根据控制定值设定)，表征整个H桥功能完好，可以投入正常运行；若逆变波形不正确，则表征该H桥存在问题，需要对设备进一步详细检查。

此外，测试时需要特别注意下列事项：

1)测试时，所测单个H桥阀体与系统断开(通过开关柜主回路开关的操作)，其余H桥链节保持脉冲封锁状态；

2)测试时，必须保证所有IGCT驱动电路的48V供电电源正常；

3)测试时，保证IGCT逆变桥直流侧电容的前级能量交换电路停止工作；

4)单独测试每个单相IGCT逆变桥。

在图4中，将控制器单元、显示单元与光纤出口板组装在一个产品框架内，高频型开关电源组装在一个产品框架内，电阻性负载单元组装在一个产品框架内，使得本测试装置整体为一可移动式结构，可使本装置具有整体灵活轻便，移动方便的优点。

综上可见，本装置发明思路在于采用最基本的PWM脉冲发生电路，一次对构成一个H桥的四只IGCT器件同时进行在线测试，这种测试是在在成套装置检修之后，在设备安装/就位的现场进行的，这样，就实现了在现场对单相H桥和大功率IGCT器件进行快速的在线检测，方便了现场在线检修工作的快速开展和完成。

根据上述的实施例已对本技术方案进行了说明性而非限制性的描述，但应理解，在不脱离由权利要求所限定的相关保护范围的情况下，本领域的技术人员可以做出变更和/或修改。

本领域的普通技术人员，在领会和掌握了本实用新型的创新意图和设计思路后，无需经过创造性劳动，完全可以在本实用新型上述技术方案的基础上，派生出各种等同的或具有相同功能的变形方案，而这些变形方案亦应属于本实用新型请求保护的范围。

本实用新型可广泛用于各种大功率电力电子器件的测试领域。

Claims (8)

1.一种大功率无功补偿装置IGCT逆变桥在线测试装置，包括测试装置，所述的测试装置与单相H桥连接，所述的单相H桥由四个大功率IGCT器件构成，其特征是：

所述的测试装置至少包括显示单元、控制器单元、光纤出口板、直流高压电源单元和电阻性负载单元；

所述控制器单元的I/O端口与显示单元的I/O端口对应连接；

控制器单元的PWM电平脉冲输出端与光纤出口板的输入端分别对应连接；

控制器单元的给定输出端口与直流高压电源单元控制端口连接；

所述直流高压电源单元的电压输出端口与单相H桥的直流输入端连接；

所述电阻性负载单元与单相H桥的交流输出端连接；

所述光纤出口板的触发脉冲输出端，经触发光缆与构成单相H桥的大功率IGCT器件的光纤控制接口连接。

2.按照权利要求1所述的大功率无功补偿装置IGCT逆变桥在线测试装置，其特征是所述的直流高压电源单元的“+”极输出端经限流电感与单相H桥的直流输入“+”端连接。

3.按照权利要求1所述的大功率无功补偿装置IGCT逆变桥在线测试装置，其特征是所述的显示单元包括触摸式显示屏。

4.按照权利要求1所述的大功率无功补偿装置IGCT逆变桥在线测试装置，其特征是所述的控制器单元包括DSP2812控制电路。

5.按照权利要求1或4所述的大功率无功补偿装置IGCT逆变桥在线测试装置，其特征是所述控制器单元的I/O端口经过RS232通信电路与显示单元的I/O端口对应连接。

6.按照权利要求1所述的大功率无功补偿装置IGCT逆变桥在线测试装置，其特征是所述的光纤出口板包括电/光转换电路或光耦电路。

7.按照权利要求1所述的大功率无功补偿装置IGCT逆变桥在线测试装置，其特征是所述的直流高压电源单元为高频受控型开关电源。

8.按照权利要求1所述的大功率无功补偿装置IGCT逆变桥在线测试装置，其特征是在所述单相H桥的交流输出端，设置外接电流/电压信号测试设备。

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