一种适用于MMC子模块旁路开关的高压脉冲测试装置的制作方法

一种适用于mmc子模块旁路开关的高压脉冲测试装置
技术领域
1.本发明涉及电力电子技术领域，特别涉及一种适用于mmc子模块旁路开关的高压脉冲测试装置。


背景技术：

2.模块化多电平换流器技术已成为柔性直流工程建设的主流技术路线，其换流阀桥臂通常由上百个mmc柔直子模块串联组成，柔性直流工程常用的mmc子模块包括半桥子模块和全桥子模块。旁路开关k用于对mmc子模块进行旁路保护，其主接点与子模块输出端口并联，子模块正常工作时旁路开关k的主接点为开路，当子模块出现故障时，旁路开关k的主接点快速闭合，旁路故障子模块。在mmc子模块正常工作时，子模块端口输出高频直流方波电压，电压幅值超过两千伏；旁路开关主接点与子模块端口并联，如果旁路开关主接点因耐压能力不足而出现击穿放电，将引起子模块故障旁路、严重情况下将造成子模块直通短路；因此旁路开关必须具备高频直流电压耐受能力，方能保证主接点之间不出现瞬时放电、维持系统正常稳定运行。


技术实现要素：

3.本发明实施例的目的是提供一种适用于mmc子模块旁路开关的高压脉冲测试装置，通过模拟mmc子模块端口输出的高频直流方波电压，从实际运行的角度出发，检测旁路开关主接点的真实耐压能力，提升mmc子模块的运行可靠性。
4.为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种适用于mmc子模块旁路开关的高压脉冲测试装置，包括：并联连接的储能回路、泄放回路、负载回路、母线支撑电容组和控制模块；
5.所述泄放回路、所述负载回路和所述母线支撑电容组并联连接后与所述储能回路串联连接；
6.所述储能回路按照预设电压对所述母线支撑电容组进行充电；
7.所述负载回路在所述控制模块的控制下按照预设开关频率和预设占空比进行开通或关断，在其输出端口向待测mmc子模块旁路开关输出所述母线支撑电容组的高频直流脉冲电压，对所述待测mmc子模块旁路开关的主触点进行承压测试。
8.进一步地，所述储能回路包括高压开关电源和限流电阻；
9.所述高压开关电源与所述控制模块电连接，在所述控制模块控制下输出直流可调电压，向所述母线支撑电容组充电；
10.所述限流电阻与所述高压开关电源与所述母线支撑电容组串联，以限制回路充电电流。
11.进一步地，所述泄放回路包括串联连接的高压继电器和泄放电阻；
12.所述高压继电器与所述控制模块电连接，依据所述控制模块的控制信号闭合或开断；
13.所述泄放电阻用于在所述泄放回路闭合状态下，泄放所述母线支撑电容组储存的电能。
14.进一步地，所述负载回路包括电流互感器、电压互感器、承压电子开关、负载电阻；
15.所述电流互感器、所述承压电子开关、所述负载电阻与所述待测mmc子模块旁路开关串联连接后与所述电压互感器并联连接；
16.所述电流互感器获取所述负载回路的电流信息并发送至所述控制模块；
17.所述电压互感器获取所述母线支撑电容组的电压信息并发送至所述控制模块；
18.所述承压电子开关包括：由所述控制模块控制的若干个串联连接的双向igbt子模块。
19.进一步地，所述双向igbt子模块包括：2只正、反向串联的igbt及其并联的限压避雷器。
20.进一步地，所述母线支撑电容组包括若干个串联连接的rc并联单元；
21.若干个所述rc并联单元的参数相同。
22.进一步地，所述泄放回路处于开通状态时，所述控制模块控制所述储能回路停止向所述母线支撑电容组充电。
23.进一步地，所述承压电子开关中的所有igbt在所述控制模块的控制下同时导通或同时关断。
24.进一步地，所述控制模块包括通讯接口单元、信息调理单元和信号开入开出单元；
25.所述通讯接口单元与所述储能回路的高压开关电源电连接；
26.所述信息调理单元与所述负载回路的电流互感器和电压互感器电连接，获取所述电流互感器和所述电压互感器的测量信息；
27.所述信号开入开出单元与所述泄放回路的高压继电器电连接，监测并控制其开合状态。
28.进一步地，所述mmc子模块的拓扑结构包括半桥拓扑结构或全桥拓扑结构。
29.本发明实施例的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
30.利用ac/dc直流可调电源为母线支撑电容组进行充电，通过调节母线支撑电容组的电压，控制测试装置输出电压的幅值；通过设定承压电子开关导通、关断的频率，控制测试装置输出方波电压的频率和占空比，进而模拟mmc子模块运行时端口输出的高频直流方波电压，从实际运行的角度出发，测试mmc子模块旁路开关的主触点耐压能力，提升旁路开关运行可靠性。
附图说明
31.图1是本发明实施例提供的适用于mmc子模块旁路开关的高压脉冲测试装置电路结构示意图；
32.图2是本发明实施例提供的控制模块原理示意图。
33.附图标记：
34.101、储能回路，102、泄放回路，103、负载回路。
具体实施方式
35.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
36.图1是本发明实施例提供的适用于mmc子模块旁路开关的高压脉冲测试装置电路结构示意图。
37.请参照图1，本发明实施例提供了一种适用于mmc子模块旁路开关的高压脉冲测试装置，包括：并联连接的储能回路、泄放回路、负载回路、母线支撑电容组和控制模块。泄放回路、负载回路和母线支撑电容组并联连接后与储能回路串联连接；储能回路按照预设电压对母线支撑电容组进行充电；负载回路在控制模块的控制下按照预设开关频率和预设占空比进行开通或关断，在其输出端口向待测mmc子模块旁路开关输出母线支撑电容组的高频直流脉冲电压，对待测mmc子模块旁路开关的主触点进行承压测试。
38.具体的，储能回路包括高压开关电源和限流电阻；高压开关电源与控制模块电连接，在控制模块控制下输出直流可调电压，向母线支撑电容组充电；限流电阻与高压开关电源与母线支撑电容组串联，以限制回路充电电流。
39.进一步地，高压开关电源为10kv ac/dc电源，直流输出电压可调，用于向母线支撑电容组充电。
40.具体的，泄放回路包括串联连接的高压继电器和泄放电阻；高压继电器与控制模块电连接，依据控制模块的控制信号闭合或开断；泄放电阻用于在泄放回路闭合状态下，泄放母线支撑电容组储存的电能。
41.具体的，负载回路包括电流互感器、电压互感器、承压电子开关、负载电阻；电流互感器、承压电子开关、负载电阻与待测mmc子模块旁路开关串联连接后与电压互感器并联连接；电流互感器获取负载回路的电流信息并发送至控制模块；电压互感器获取母线支撑电容组的电压信息并发送至控制模块；承压电子开关包括：由控制模块控制的若干个串联连接的双向igbt子模块。
42.当负载回路检测到回路电流大于100a且至少持续1ms时，则关断承压电子开关。
43.进一步地，电流互感器用于测量负载回路电流；电压互感器用于测量母线支撑电容组电压；承压电子开关由7个双向igbt组成的子模块串联构成，每个双向igbt子模块包括2只正、反向串联的igbt及其并联的限压避雷器；被测装置为mmc子模块旁路开关；负载电阻用于被测装置出现短路击穿时，限制负载回路的短路电流，避免对承压电子开关造成损坏。
44.图2是本发明实施例提供的控制模块原理示意图。
45.具体的，请参照图2，控制模块包括通讯接口单元、信息调理单元和信号开入开出单元；通讯接口单元与储能回路的高压开关电源电连接；信息调理单元与负载回路的电流互感器和电压互感器电连接，获取电流互感器和电压互感器的测量信息；信号开入开出单元与泄放回路的高压继电器电连接，监测并控制其开合状态。
46.进一步地，承压电子开关中的所有igbt在控制模块的控制下同时导通或同时关断。
47.承压电子开关中在正常工作过程中，所有igbt全部同时导通、同时关断，开关频率
和占空比可根据实际需求进行设定，并由高压脉冲测试装置内部的控制装置进行触发控制；
48.进一步地，双向igbt子模块包括：2只正、反向串联的igbt及其并联的限压避雷器。
49.具体的，母线支撑电容组包括若干个串联连接的rc并联单元；若干个rc并联单元的参数相同。
50.进一步地，母线支撑电容组由4组rc并联单元串联构成，rc并联单元中，电容c用于储能，电阻r用于自然均压。
51.此外，泄放回路处于开通状态时，控制模块控制储能回路停止向母线支撑电容组充电。
52.进一步地，mmc子模块的拓扑结构包括半桥拓扑结构或全桥拓扑结构。
53.mmc子模块旁路开关的触发形式包括单线圈触发和双线圈触发两种形式。
54.上述适用于mmc子模块旁路开关的高压脉冲测试装置主要包括储能回路、泄放回路、负载回路和控制装置；储能回路中的可调高压开关电源按照预设电压为母线支撑电容组进行充电；负载回路中的承压电子开关按照预设的开关频率进行开通、关断，从而在负载回路输出端口输出高频直流脉冲电压，模拟mmc子模块在正常运行工况下，旁路开关主触点所承受的电压，从实际运行的角度出发，检测mmc子模块旁路开关的主触点耐压能力，提升旁路开关运行可靠性；泄放回路用于测试完毕后泄放母线支撑电容组储存的电能，保证测试人员人身安全。
55.在本发明实施例多一个具体实施方式中，高压脉冲测试装置：包括储能回路101、泄放回路102、负载回路103、母线支撑电容组c和控制模块。
56.如图1所示，pow1-10kv为ac/dc电源，c为母线支撑电容组，r1为限流电阻，r2为泄放电阻，r3为负载电阻，km1为高压继电器，pv1为电压互感器，ix为电流互感器，r4～r7为支撑电容组中的均压电阻，c1～c4为支撑电容组中的储能电容，s为承压电子开关，3t11、3t12～3t71、3t72为承压电子开关中的igbt器件，1f1～1f7为承压电子开关中的避雷器，out1、out2为测试装置输出端口。
57.储能回路101包括10kvac/dc电源pow1，限流电阻r1，10kvac/dc电源pow1的输出端经过限流电阻r1对母线支撑电容组c进行充电。其中，10kvac/dc电源pow1的输出可调，最大输出电压为10kv，输出电压可通过高压脉冲测试装置的显示屏进行设置；限流电阻r1用于限制储能回路充电电流；母线支撑电容组c由4组rc并联单元串联构成，用于储存电能、并作为负载回路的电源输出直流电压，每组rc并联单元的元器件参数一致，电容c1～c4用于储能，r4～r7用于自然均压。
58.泄放回路102包括高压继电器km1和泄放电阻r2。高压继电器km1用于控制泄放回路的闭合、开断；在泄放回路闭合的状态下，泄放电阻r2用于耗散母线支撑电容组c储存的电能。在母线支撑电容组c充电过程中、以及高压脉冲测试装置正常测试状态下，高压继电器km1禁止闭合，停止测试且10kvac/dc电源pow1关闭后，高压继电器km1允许闭合，高压继电器km1受高压脉冲测试装置的控制器控制。
59.负载回路103包括承压电子开关s、负载电阻r3、电压互感器pv1和电流互感器ix。承压电子开关s由7个双向igbt组成的子模块串联构成，每个子模块参数一致，且两端各并联一只避雷器，用于保护igbt器件避免受过电压损坏；待测mmc子模块旁路开关主触点连接
在输出端out1和out2之间，在负载旁路开关测试过程中，若出现旁路开关主触点击穿放电的情况，负载电阻r3用于限制负载回路的短路电流，避免对承压电子开关造成损坏；电压互感器pv1并联在母线支撑电容组c两端，用于测量电容组实际电压值；电流互感器ix串联在负载回路中，用于监测负载回路电流。
60.此外，控制模块包括通讯接口单元、信息调理单元和信号开入开出单元。通讯接口单元负责连接高压开关电源(10kvac/dc电源pow1)控制接口、触摸屏控制接口，同时具备网线接口与上位机进行连接；信息调理单元主要用于采集电流互感器ix和电压互感器pv1的测量信息；信号开入开出单元用于监测并控制泄放回路高压继电器km1的开合状态，控制指示灯显示状态。
61.以下对本实施例提供的一种适用于mmc子模块旁路开关的高压脉冲测试装置的工作工程进行进一步说明。
62.a.将被测旁路开关的主触点接于高压脉冲测试装置的输出端口out1、out2，旁路开关主触点需处于开路状态。
63.b.接收到测试指令后,控制装置首先确认泄放回路高压继电器km1是否为分闸状态，如处于合闸状态，则自动控制高压继电器km1进行分闸。
64.c.通过触摸屏设置高压开关电源pow1输出电压值，高压开关电源pow1按照设定值对母线支撑电容组进行充电，正常情况下，充电回路始终保持导通状态，母线支撑电容组始终维持充电电压。
65.d.充电完毕后，控制装置按照设定的开关频率，控制承压电子开关中的3t11～3t71以及3t12～3t72igbt全部同时导通、同时关断，并在输出端口out1、out2产生直流脉冲电压波形，开关频率最高为1khz，开关频率和占空比可根据实际需求在触摸屏进行设定；控制装置依据电压互感器pv1的测试数值，计算出脉冲电压的平均值，并显示于显示屏。
66.e.正常测试过程中，负载回路电流接近于0，当被测旁路开关主触点发生击穿、控制装置检测到回路电流大于100a且至少持续1ms时，控制装置将关断承压电子开关中的全部igbt；
67.f.旁路开关主触点发生击穿后，测试人员可选择继续测试或停止测试，如停止测试，则关闭pow1电源，并触发高压继电器km1闭合，母线支撑电容组储存的电能通过泄放电阻r2进行泄放；
68.g.电压互感器pv1检测到母线支撑电容组电压接近于0时，可安全拆除被测旁路开关；
69.h.测试人员依据技术规范要求对此次测试是否合格进行判定。
70.本发明实施例旨在保护一种适用于mmc子模块旁路开关的高压脉冲测试装置，包括：并联连接的储能回路、泄放回路、负载回路、母线支撑电容组和控制模块；泄放回路、负载回路和母线支撑电容组并联连接后与储能回路串联连接；储能回路按照预设电压对母线支撑电容组进行充电；负载回路在控制模块的控制下按照预设开关频率和预设占空比进行开通或关断，在其输出端口向待测mmc子模块旁路开关输出母线支撑电容组的高频直流脉冲电压，对待测mmc子模块旁路开关的主触点进行承压测试。上述技术方案具备如下效果：
71.利用ac/dc直流可调电源为母线支撑电容组进行充电，通过调节母线支撑电容组的电压，控制测试装置输出电压的幅值；通过设定承压电子开关导通、关断的频率，控制测
试装置输出方波电压的频率和占空比，进而模拟mmc子模块运行时端口输出的高频直流方波电压，从实际运行的角度出发，测试mmc子模块旁路开关的主触点耐压能力，提升旁路开关运行可靠性。
72.应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。