一种换流阀子模块的批量测试系统及方法与流程

1.本发明涉及大功率电力电子变流技术领域，尤其涉及一种换流阀子模块的批量测试系统及方法。


背景技术：

2.随着电力电子技术在电力系统中的应用和发展，电力电子设备向着高电压模块化级联方向发展，换流阀由多个桥臂构成，每个桥臂包含由多个换流阀子模块串联而成的换流链。在换流阀投入使用时，通常需要对众多子模块试验其换流功能是否正常。
3.现有技术是通过一个模块测试仪，在进行子模块试验时，单独与子模块相连接，通过施加一些命令，检测子模块动作是否正确，完成测试。完成一个换流阀子模块测试后，再取消连接线，与下一个换流阀子模块连接进行测试，重复进行以上流程，由于高压大容量换流阀设备可能包含成百上千个换流阀子模块，该测试工作量巨大，且在测试时，由于需要反复插拔光纤，会有损坏的风险。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术中存在的缺点和不足，本发明提出了一种换流阀子模块的批量测试系统，所述批量测试系统包括若干个换流阀子模块以及用于为换流阀子模块供电的充电单元，所述换流阀子模块包括半桥电路、子模块控制单元以及直流电容，所述充电单元包括交流电源、多绕组变压器以及若干个整流单元；
5.交流电源用于通过多绕组变压器分别与整流单元耦合，经整流单元为换流阀子模块的直流电容充电；
6.子模块控制单元和直流电容分别并联在半桥电路两端，子模块控制单元用于控制半桥电路中晶闸管的通断，并根据直流电容的电压变化率测试换流阀子模块是否功能正常。
7.可选的，所述整流单元与所述换流阀子模块的数量相同，每个换流阀子模块均对应连接一个整流单元。
8.可选的，所述整流单元包括由第一二极管和第二二极管构成的桥臂，第一二极管的阳极和第二二极管的阴极均连接多绕组变压器的副边线圈的第一端；
9.第一二极管的阴极作为整流单元的第一端口，多绕组变压器的副边线圈的第二端作为整流单元的第二端口，第二二极管的阳极作为整流单元的第三端口。
10.可选的，所述整流单元的第一端口连接直流电容的正极，所述整流单元的第二端口连接半桥电路的输出端，所述整流模块的第三端口连接直流电容的负极。
11.可选的，所述半桥电路的输出端为构成半桥电路的两个晶闸管之间的连接点。
12.可选的，所述换流阀子模块之间串联连接，每个换流阀子模块通过半桥电路的输出端连接上一个换流阀子模块的直流电容的负极。
13.可选的，所述子模块控制单元通过直流电容取能上电，当直流电容的电压达到预
设阈值时，子模块控制单元上电并向晶闸管发送通断控制指令。
14.可选的，所述交流电源和所述多绕组变压器的原边线圈之间依次串联有充电开关和限流电阻。
15.本发明还提出了一种换流阀子模块的批量测试方法，所述批量测试方法基于上述批量测试系统实现，包括：
16.通过多绕组变压器将交流电源与整流单元耦合连接，交流电源依次经过多绕组变压器和整流单元对换流阀子模块中的直流电容进行充电；
17.当直流电容的电压达到预设阈值时，子模块控制单元生成用于控制换流阀子模块中晶闸管的通断控制指令；
18.检测执行通断控制指令时直流电容的电压变化率，若电压变化率在预设范围内，则直流电容所在的换流阀子模块功能正常；
19.其中，所述预设范围的下限为0，所述预设范围的上限为正数。
20.可选的，所述批量测试方法还包括：
21.当电压变化率不在预设范围内时，若电压变化率为0，则判定换流阀子模块失效；若电压变化率大于等于预设范围的上限，则判定换流阀子模块出现短路。
22.本发明提供的技术方案带来的有益效果是：
23.本发明提出的批量测试系统利用多绕组变压器的多副边绕组，提供了安全隔离的充电电源，并配合由二极管构成的整流桥以及半桥模块晶闸管(igbt)自带的整流桥，分别针对各个换流阀子模块构成了充电回路，可以在进行测试前，便捷的为子模块直流电容充电，使子模块控制单元带电工作，一方面使测试的安全性得以保证，另一方面多绕组变压器的功率可以设计的很小，因此可以设置多个副边线圈，能够通过一次连接实现多个换流阀子模块的同时加压测试，提高测试效率。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1为本发明实施例提出的一种换流阀子模块的批量测试系统的电路图；
26.图2为本发明另一实施例提出的一种换流阀子模块的批量测试方法的流程示意图。
具体实施方式
27.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
28.本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在
这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
29.应当理解，在本发明的各种实施例中，各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
30.应当理解，在本发明中，“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
31.应当理解，在本发明中，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“包含a、b和c”、“包含a、b、c”是指a、b、c三者都包含，“包含a、b或c”是指包含a、b、c三者之一，“包含a、b和/或c”是指包含a、b、c三者中任1个或任2个或3个。
32.应当理解，在本发明中，“与a对应的b”、“与a相对应的b”、“a与b相对应”或者“b与a相对应”，表示b与a相关联，根据a可以确定b。根据a确定b并不意味着仅仅根据a确定b，还可以根据a和/或其他信息确定b。a与b的匹配，是a与b的相似度大于或等于预设的阈值。
33.取决于语境，如在此所使用的“若”可以被解释成为“在
……
时”或“当
……
时”或“响应于确定”或“响应于检测”。
34.下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
35.实施例一
36.本实施例提出了一种换流阀子模块的批量测试系统，所述批量测试系统包括若干个换流阀子模块以及用于为换流阀子模块供电的充电单元，所述换流阀子模块包括半桥电路、子模块控制单元以及直流电容，所述充电单元包括交流电源、多绕组变压器以及若干个整流单元；
37.交流电源用于通过多绕组变压器分别与整流单元耦合，经整流单元为换流阀子模块的直流电容充电；
38.子模块控制单元和直流电容分别并联在半桥电路两端，子模块控制单元用于控制半桥电路中晶闸管的通断，并根据直流电容的电压变化率测试换流阀子模块是否功能正常。
39.本实施例通过多绕组变压器实现交流交流电源与多个换流阀子模块的耦合连接，不仅为换流阀子模块的测试提供了安全隔离的充电电源，还能够利用多绕组变压器的多个副边线圈，通过依次连接实现多个换流阀子模块的同时加压测试，相比利用模块测试仪进行换流阀子模块逐个测试的传统方法，无需对每个换流阀子模块逐一进行加压测试，能够利用多绕组变压器的多个副边线圈对多个换流阀子模块同时进行带有安全隔离的充电加压，以此提高换流阀子模块的测试效率。
40.本实施例中，换流阀子模块1、多绕组变压器2、整流单元3以及交流电源之间的电路如图1所示，本实施例中，所述多绕组变压器包括1个原边线圈和m个副边线圈，所述原边线圈连接交流电源，所述副边线圈连接整流单元，实现了交流电源与整流单元之间的耦合。
41.在本实施例中，所述交流电源和原边线圈之间还依次串联有充电开关5和限流电阻4，所述充电开关5闭合时，交流电源经过多绕组变压器2、整流单元3对换流阀子模块1开始充电，具体为对换流阀子模块1中的直流电容进行充电。所述限流电阻4用于稳定交流电源的充电电流。
42.由图1可以看出，所述整流单元3与换流阀子模块1的数量相同，每个换流阀子模块1均对应连接一个整流单元3，即本实施例中换流阀子模块1、整流单元3的数量均为m。
43.交流电源的输出功率需要能够维持m个换流阀子模块的直流电容的电压稳定，为此，在本实施例中，交流电源的数量为至少一个，多个交流电源对应的原边线圈并联。
44.本实施例中，经过整流单元3将交流电源的输出电压转换为直流电压，进而对换流阀子模块充电，具体电路结构为：
45.所述整流单元包括由第一二极管和第二二极管构成的桥臂，如图1所示，第一二极管的阳极和第二二极管的阴极均连接多绕组变压器的副边线圈的第一端；第一二极管的阴极作为整流单元的第一端口d1，多绕组变压器的副边线圈的第二端作为整流单元的第二端口d2，第二二极管的阳极作为整流单元的第三端口d3。
46.所述整流单元的第一端口d1连接直流电容的正极，所述整流单元的第二端口d2连接半桥电路的输出端，所述整流模块的第三端口d3连接直流电容的负极。其中，所述半桥电路的输出端为构成半桥电路的两个晶闸管之间的连接点。由图1可以看出，在换流阀子模块1中，半桥电路由第一晶闸管和第二晶闸管串接构成，第一晶闸管的发射极连接第二晶闸管的集电极，此处的连接点即为半桥电路的输出端。第一晶闸管的集电极连接直流电容的正极，第二晶闸管的发射极连接直流电容的负极。此外，换流阀包括由若干个具有上述电路结构的换流阀子模块串联组成的换流链，因此，所述换流阀子模块之间串联连接，每个换流阀子模块通过半桥电路的输出端连接上一个换流阀子模块的直流电容的负极。
47.在本实施例中，所述子模块控制单元并联在直流电容两端，通过直流电容取能上电，当直流电容的电压达到预设阈值时，子模块控制单元上电并向晶闸管发送通断控制指令，根据通断控制执行改变晶闸管的通断状态，以此检验其是否能正常工作。
48.实施例二
49.如图2所示，本实施例基于实施例一所述的批量测试系统，提出了一种换流阀子模块的批量测试方法，包括：
50.s1：通过多绕组变压器将交流电源与整流单元耦合连接，交流电源依次经过多绕组变压器和整流单元对换流阀子模块中的直流电容进行充电；
51.s2：当直流电容的电压达到预设阈值时，子模块控制单元生成用于控制换流阀子模块中晶闸管的通断控制指令；
52.s3：检测执行通断控制指令时直流电容的电压变化率，若电压变化率在预设范围内，则直流电容所在的换流阀子模块功能正常。
53.在本实施例中，首先交流电源上电，闭合充电开关，此时直流电容开始升压。经过一段时间t后，待直流电容的电压达到预设阈值，即达到子模块控制单元的启动门槛值，可触发子模块控制单元生成通断控制指令，进而控制晶闸管的通断状态。所述时间t的大小取决于交流电源的电压、限流电阻的阻值以及直流电容的容值。
54.在控制晶闸管的通断状态的过程中，通过分析直流电压的变化情况是否在预设范
围内，判断子模块是否功能正常。本实施例中，所述预设范围的下限为0，所述预设范围的上限为正数。所述在预设范围内不包括预设范围的上限和下限，因此，在本实施例中具体有以下测试判据：
55.若电压变化率在预设范围内，则直流电容所在的换流阀子模块功能正常；
56.当电压变化率不在预设范围内时，若电压变化率为0，则判定换流阀子模块失效；若电压变化率大于等于预设范围的上限，则判定换流阀子模块出现短路。
57.至此，本实施例能够同时测试多个换流阀子模块的功能情况。
58.上述实施例中的各个序号仅仅为了描述，不代表各部件的组装或使用过程中的先后顺序。
59.以上所述仅为本发明的实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。