CN209070038U - Mmc半桥模块试验装置及测试系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种MMC半桥模块试验装置及测试系统，包括：电源模块、测试平台、负载电抗模块以及控制器平台；测试平台包括待测试MMC半桥模块和至少两个陪试MMC半桥模块，所述至少三个MMC半桥模块的高压输出端子分别依次通过负载电抗模块及第一开关连接电源模块的正直流母线端口，低压输出端子分别连接电源模块的负直流母线端口；第一陪试MMC半桥模块的直流输入端口通过第二开关连接电源模块的正直流母线端口；控制器平台分别与各MMC半桥模块和电源模块连接。根据本实用新型的MMC半桥模块试验装置及测试系统，通过对待测试MMC半桥模块进行过载试验，能够充分有效的验证待测试MMC半桥模块的可靠性。

Description

MMC半桥模块试验装置及测试系统

技术领域

本实用新型涉及电力系统领域，特别是涉及一种MMC半桥模块试验装置及MMC半桥模块测试系统。

背景技术

模块化多电平换流器(MMC)由若干个结构相同的子模块级联组成，其功率和电压等级主要由阀子模块串联级数、子模块的通流能力和耐压强度决定，所以MMC子模块是影响换流阀可靠性运行的关键组成部分。因此在换流阀投入运行之前，需要对MMC子模块进行充分的验证。

MMC子模块内部各组件的失效与其在运行过程中经受的电热应力作用累积关系最大，既可能是电磁瞬间失效，也可能是依赖于时间的热疲劳损伤积累导致的老化失效，主要是受各个组件内电热应力不平衡导致的。所以通过等效试验的方法，可以有效地测试MMC子模块的电压、电流、温度等应力能否满足装置的长期稳定运行。

MMC子模块的过载试验，是测试验证环节最重要的一个环节，但是目前的MMC半桥试验方案，由于陪试模块和待测试模块都是标准的MMC系统的半桥模块，没有办法实施超过模块本身功率等级的过载试验，造成试验项目的缺失不完整。并且现有技术中，直流源充电回路大多设计有软启电阻，投运以后需考虑软启电阻上的损耗，同时控制逻辑又相对复杂。

实用新型内容

本实用新型的一个目的是提供一种MMC半桥模块试验装置，用于在换流阀投入运行之前，对MMC子模块进行充分的验证，尤其是对MMC子模块进行过载试验，从而可以有效地测试MMC子模块的电压、电流、温度等应力能否满足装置的长期稳定运行，避免因MMC子模块发生故障，造成电力系统不能稳定运行。

一方面，根据本实用新型实施例提出了一种MMC半桥模块试验装置，其包括：电源模块、测试平台、负载电抗模块以及控制器平台；其中，测试平台包括待测试MMC半桥模块和至少两个陪试MMC半桥模块，至少两个陪试MMC半桥模块包括第一陪试MMC半桥模块以及第二陪试MMC半桥模块；待测试MMC半桥模块以及至少两个陪试MMC半桥模块的高压输出端子依次通过负载电抗模块及第一开关连接电源模块的正直流母线端口，待测试MMC半桥模块以及至少两个陪试MMC半桥模块的低压输出端子连接电源模块的负直流母线端口；第一陪试MMC半桥模块的直流输入端口通过第二开关连接所述电源模块的正直流母线端口；控制器平台分别与待测试MMC半桥模块、至少两个陪试MMC半桥模块和电源模块连接。

根据本实用新型实施例的一个方面，电源模块为直流电压源。

根据本实用新型实施例的一个方面，负载电抗模块包括第一负载电抗器、第二负载电抗器和第三负载电抗器；其中，第一负载电抗器还包括第一直流接线端和第一交流接线端；第二负载电抗器还包括第二直流接线端和第二交流接线端；第三负载电抗器还包括第三直流接线端和第三交流接线端；第一直流接线端、第二直流接线端和第三直流接线端相互连接并与第一开关连接；第一交流接线端与第一陪试MMC半桥模块的高压输出端子连接；第二交流接线端与第二陪试MMC半桥模块的高压输出端子连接；第三交流接线端与待测试MMC半桥模块的高压输出端子连接。

根据本实用新型实施例的一个方面，MMC半桥模块的试验装备还包括水冷散热平台，待测试MMC半桥模块和至少两个陪试MMC半桥模块中的每一个MMC半桥模块还包括散热器进水口、散热器出水口和通讯端口；其中，散热器进水口和散热器出水口分别与水冷散热平台连接；通讯端口与控制器平台连接。

根据本实用新型实施例的一个方面，测试平台还包括绝缘支撑架，绝缘支撑架包括安装框架，上绝缘固定横梁和下绝缘固定横梁；其中，上绝缘固定横梁和下绝缘固定横梁分别通过紧固件固定于安装框架；待测试MMC半桥模块以及至少两个陪试MMC半桥模块的低压输出端子分别通过铜牌延伸至上绝缘固定横梁，并通过绝缘紧固件固定于上绝缘固定横梁；待测试MMC半桥模块以及至少两个陪试MMC半桥模块的高压输出端子分别通过铜牌延伸至下绝缘固定横梁，并通过绝缘紧固件固定于下绝缘固定横梁。

根据本实用新型实施例的一个方面，绝缘支撑架还包括导轨，导轨通过紧固件固定于下绝缘固定横梁，并沿下绝缘固定横梁的垂直方向设置，待测试MMC半桥模块和至少两个陪试MMC半桥模块安装于导轨内。

根据本实用新型实施例的一个方面，测试平台及负载电抗模块均设置有多个支撑柱，多个支撑柱通过绝缘紧固件分别固定于测试平台及负载电抗模块的下方。

另一方面，本实用新型实施例还提供了一种MMC半桥模块测试系统，MMC半桥模块测试系统设置有如前所述的MMC半桥模块试验装置。

本实用新型实施例提供的MMC半桥模块试验装置，通过设置电源模块、测试平台、负载电抗模块、控制器平台以及水冷散热平台，能够在MMC子模块投入运行之前对其进行充分的验证，尤其是对MMC子模块进行过载试验，同时采用恒流控制的直流电压源，不需要软启充电电阻，解决了充电逻辑复杂的问题，从而能够对MMC子模块的性能进行有效地测试，确保了MMC子模块投运之后长期稳定的运行，避免因MMC子模块发生故障，造成电力系统不能稳定运行。

附图说明

下面将参考附图来描述本实用新型示例性实施例的特征、优点和技术效果。

图1是示出根据本实用新型的实施例的MMC半桥模块的功率试验电气拓扑图。

图2是示出根据本实用新型的实施例的MMC功率模块测试平台与负载电抗器的连接电气示意图。

图3是示出根据本实用新型的实施例的MMC功率模块的外接端口示图。

图4是示出根据本实用新型的实施例的MMC功率模块测试平台背视图。

图5是示出根据本实用新型的实施例的MMC功率模块测试平台正视图。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

附图标号说明：

10：测试平台；1：第一陪试MMC半桥模块；2：第二陪试MMC半桥模块；3：待测试MMC半桥模块；14：散热器进水口；15：散热器出水口；16：通讯端口；20：负载电抗模块；4：第一负载电抗器；5：第二负载电抗器；6：第三负载电抗器；41：第一直流接线端；42：第一交流接线端；51：第二直流接线端；52：第二交流接线端；61：第三直流接线端；62：第三交流接线端；7：电源模块；71：第一开关；72：第二开关；8：水冷散热平台；9：控制器平台。100：绝缘支撑架；101：安装框架；102：上绝缘固定横梁；103：下绝缘固定横梁；104：支撑柱。

具体实施方式

下面将详细描述本实用新型的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本实用新型的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本实用新型可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本实用新型的示例来提供对本实用新型的更好的理解。在附图和下面的描述中，至少部分的公知结构和技术没有被示出，以便避免对本实用新型造成不必要的模糊；并且，为了清晰，可能夸大了部分结构的尺寸。此外，下文中所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“底端”、“顶端”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

根据本实用新型的实施例，设计了一种MMC半桥模块试验装置，能够对待试MMC半桥模块进行过载试验，同时简化了控制逻辑，可以有效的验证待试MMC半桥模块的工作性能，确保了MMC半桥模块投入运行后长久稳定的工作。

为了更好地理解本实用新型，下面结合图1至图5对本实用新型实施例提供的熔断器温度控制装置进行详细描述。

本实用新型的实施例提供的MMC半桥模块试验装置可以包括电源模块7，测试平台10，负载电抗模块20以及控制器平台9，如图1所示，测试平台10包括待测试MMC半桥模块3和至少两个陪试MMC半桥模块，至少两个陪试MMC半桥模块包括第一陪试MMC半桥模块1以及第二陪试MMC半桥模块2。优选地，待测试MMC半桥模块3和至少两个陪试MMC半桥模块的电压等级均相同。

具体地，待测试MMC半桥模块3以及至少两个陪试MMC半桥模块的高压输出端子依次通过负载电抗模块20及第一开关71连接电源模块7的正直流母线端口，待测试MMC半桥模块3以及至少两个陪试MMC半桥模块的低压输出端子连接电源模块7的负直流母线端口。第一陪试MMC半桥模块1的直流输入端口通过第二开关72连接电源模块7的正直流母线端口。控制器平台9分别与待测试MMC半桥模块3、至少两个陪试MMC半桥模块和电源模块7连接。优选地，电源模块7为直流电压源。

在一些可选的实施例中，负载电抗模块20包括第一负载电抗器4、第二负载电抗器5和第三负载电抗器6。其中，第一负载电抗器4还包括第一直流接线端41和第一交流接线端42。第二负载电抗器5还包括第二直流接线端51和第二交流接线端52。第三负载电抗器6还包括第三直流接线端61和第三交流接线端62。优选地，第一负载电抗器4、第二负载电抗器5和第三负载电抗器6的电压规格相同。

具体地，本实用新型的实施例的MMC功率模块测试平台与负载电抗器的连接电气示意图如图2所示，第一直流接线端41、第二直流接线端51和第三直流接线端61相互连接并与第一开关71连接。第一交流接线端42与第一陪试MMC半桥模块1的高压输出端子连接。第二交流接线端52与第二陪试MMC半桥模块2的高压输出端子连接。第三交流接线端62与待测试MMC半桥模块3的高压输出端子连接。

在一些可选的实施例中，MMC半桥模块的试验装备还包括水冷散热平台8，用于对测试平台10的待测试MMC半桥模块3以及至少两个陪试MMC半桥模块进行热交换散热。

具体地，本实用新型的实施例的MMC功率模块的外接端口示图，如图3所示，待测试MMC半桥模块3和至少两个陪试MMC半桥模块中的每一个MMC半桥模块还包括散热器进水口14、散热器出水口15和通讯端口16。其中，散热器进水口14和散热器出水口15分别与水冷散热平台8连接，所用连接器不做限定，只要能够满足试验环境和试验条件的导流器具均适用。通讯端口16与控制器平台9连接，进行通信，所选通讯方式不做限定，只要能够满足试验环境和试验条件的通讯方式均适用，优选地，通讯方式可以为光纤通讯。

在一些可选的实施例中，测试平台10还包括绝缘支撑架100，绝缘支撑架100包括安装框架101，上绝缘固定横梁102和下绝缘固定横梁103。本实用新型的实施例的MMC功率模块测试平台背视图，如图4所示，上绝缘固定横梁102和下绝缘固定横梁103分别通过紧固件固定于所述安装框架101。

具体地，如图5所示，第一陪试MMC半桥模块1的低压输出端子12，第二陪试MMC半桥模块2的低压输出端子22以及待测试MMC半桥模块3的低压输出端子32分别通过铜牌向上延伸，经过一个汇流铜牌延伸至上绝缘固定横梁102，并通过绝缘紧固件固定在上绝缘固定横梁102上。第一陪试MMC半桥模块1的高压输出端子11，第二陪试MMC半桥模块2的高压输出端子21以及待测试MMC半桥模块3的高压输出端子31分别通过铜牌向下延伸，经过一个汇流铜牌延伸至下绝缘固定横梁103，并通过绝缘紧固件固定在MMC功率模块测试平台10底部的下绝缘固定横梁103上。

在一些可选的实施例中，绝缘支撑架100还包括导轨，导轨通过紧固件固定于下绝缘固定横梁103，并沿下绝缘固定横梁103的垂直方向设置，待测试MMC半桥模块3和至少两个陪试MMC半桥模块分别固定安装于导轨内。如图4所示，MMC半桥模块可延Y方向进行安装和拆卸，更换流程简单并且易于操作。

在一些可选的实施例中，述测试平台10及负载电抗模块20均设置有多个支撑柱104，如图2所示，多个支撑柱104通过绝缘紧固件分别固定于测试平台10及负载电抗模块20的下方，起到支撑绝缘的作用。

其中，多个支撑柱104，可以是柱状，也可以是棱状，本实用新型实施例对此不做限定。多个支撑柱104的高度及规格，可以在根据具体试验条件和试验环境做具体确定。

本实用新型的实施例还提供了一种MMC半桥模块测试系统，MMC半桥模块测试系统包括本实用新型上述实施例提供的MMC半桥模块试验装置，可以对待测试MMC半桥模块进行过载试验，确保了待测试MMC半桥模块投入运行时的可靠性。

在一些可选的实施例中，对待测试MMC半桥模块进行功率试验的过程可以分为“充电过程”和“稳态运行过程”，其中，在系统运行之前的起始时刻，先合闸第一开关71，断开第二开关72，电源模块7通过第一开关71，分别给三个MMC功率模块的电容充电，待三个测试子模块电容电压稳定后，充电过程结束。

当测试系统运行时，断开第一开关71，合闸第二开关72，电源模块7通过第二开关72，第一陪试MMC半桥模块1、第二陪试MMC半桥模块2和待测试MMC半桥模块3分别解锁，第一陪试MMC半桥模块1给定调制信号m1(t)，第二陪试MMC半桥模块2给定调制信号m2(t)，待测试MMC半桥模块3给定调制信号m3(t)，m1(t)、m2(t)和m3(t)均包含一个直流调制比Mdc和一个工频交流调制比mac(t)，陪试模块及待测试模块的交流调制比存在幅值差和相位差，用来控制回路中传输的有功功率。电源模块7通过第一陪试MMC半桥模块1，给回路中第二陪试MMC半桥模块2和待测试MMC半桥模块3提供能量，以维持所有半桥模块电容电压平均值恒定，亦即能量恒定，功率试验完成。

本实用新型实施例提供的MMC半桥模块测试系统，采用如前所述的MMC半桥模块试验装置，可以对待测试MMC半桥模块3进行基础验证，同时还可以进行过载试验，充分的验证了待测试MMC半桥模块3的可靠性，并且在电源模块7省去了软启电阻，使充电逻辑更简单。

虽然已经参考优选实施例对本实用新型进行了描述，但在不脱离本实用新型的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本实用新型并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (8)

1.一种MMC半桥模块试验装置，其特征在于，包括：电源模块(7)、测试平台(10)、负载电抗模块(20)以及控制器平台(9)；其中，

所述测试平台(10)包括待测试MMC半桥模块(3)和至少两个陪试MMC半桥模块，所述至少两个陪试MMC半桥模块包括第一陪试MMC半桥模块(1)以及第二陪试MMC半桥模块(2)；

所述待测试MMC半桥模块(3)以及至少两个陪试MMC半桥模块的高压输出端子依次通过所述负载电抗模块(20)及第一开关(71)连接所述电源模块(7)的正直流母线端口，所述待测试MMC半桥模块(3)以及至少两个陪试MMC半桥模块的低压输出端子连接所述电源模块(7)的负直流母线端口；

所述第一陪试MMC半桥模块(1)的直流输入端口通过第二开关(72)连接所述电源模块(7)的正直流母线端口；

所述控制器平台(9)分别与所述待测试MMC半桥模块(3)、所述至少两个陪试MMC半桥模块和所述电源模块(7)连接。

2.根据权利要求1所述的MMC半桥模块试验装置，其特征在于，所述电源模块(7)为直流电压源。

3.根据权利要求2所述的MMC半桥模块试验装置，其特征在于，所述负载电抗模块(20)包括第一负载电抗器(4)、第二负载电抗器(5)和第三负载电抗器(6)；其中，

所述第一负载电抗器(4)还包括第一直流接线端(41)和第一交流接线端(42)；

所述第二负载电抗器(5)还包括第二直流接线端(51)和第二交流接线端(52)；

所述第三负载电抗器(6)还包括第三直流接线端(61)和第三交流接线端(62)；

所述第一直流接线端(41)、所述第二直流接线端(51)和所述第三直流接线端(61)相互连接并与所述第一开关(71)连接；

所述第一交流接线端(42)与所述第一陪试MMC半桥模块(1)的高压输出端子连接；

所述第二交流接线端(52)与所述第二陪试MMC半桥模块(2)的高压输出端子连接；

所述第三交流接线端(62)与所述待测试MMC半桥模块(3)的高压输出端子连接。

4.根据权利要求3所述的MMC半桥模块试验装置，其特征在于，所述MMC半桥模块的试验装备还包括水冷散热平台(8)，所述待测试MMC半桥模块(3)和至少两个陪试MMC半桥模块中的每一个MMC半桥模块还包括散热器进水口(14)、散热器出水口(15)和通讯端口(16)；其中，

所述散热器进水口(14)和所述散热器出水口(15)分别与所述水冷散热平台(8)连接；

所述通讯端口(16)与所述控制器平台(9)连接。

5.根据权利要求4所述的MMC半桥模块试验装置，其特征在于，所述测试平台(10)还包括绝缘支撑架(100)，所述绝缘支撑架(100)包括安装框架(101)，上绝缘固定横梁(102)和下绝缘固定横梁(103)；其中，

所述上绝缘固定横梁(102)和所述下绝缘固定横梁(103)分别通过紧固件固定于所述安装框架(101)；

所述待测试MMC半桥模块(3)以及至少两个陪试MMC半桥模块的低压输出端子分别通过铜牌延伸至所述上绝缘固定横梁(102)，并通过绝缘紧固件固定于所述上绝缘固定横梁(102)；

所述待测试MMC半桥模块(3)以及至少两个陪试MMC半桥模块的高压输出端子分别通过铜牌延伸至所述下绝缘固定横梁(103)，并通过绝缘紧固件固定于所述下绝缘固定横梁(103)。

6.根据权利要求5所述的MMC半桥模块试验装置，其特征在于，所述绝缘支撑架(100)还包括导轨，所述导轨通过紧固件固定于所述下绝缘固定横梁(103)，并沿所述下绝缘固定横梁(103)的垂直方向设置，所述待测试MMC半桥模块(3)和至少两个陪试MMC半桥模块安装于所述导轨内。

7.根据权利要求6所述的MMC半桥模块试验装置，其特征在于，所述测试平台(10)及所述负载电抗模块(20)均设置有多个支撑柱(104)，所述多个支撑柱(104)通过绝缘紧固件分别固定于所述测试平台(10)及所述负载电抗模块(20)的下方。

8.一种MMC半桥模块测试系统，其特征在于，包括权利要求1至7任一项所述的MMC半桥模块试验装置。