一种风电变流器卸荷电路的测试电路及测试方法

1.本发明属于电路测试技术领域，尤其涉及一种风电变流器卸荷电路的测试电路及测试方法。


背景技术：

2.当海上风电场采用高压直流的方式接入电网，若受端电网发生故障，并网点电压下降，网侧变流器向电网输送的功率下降，而风机向机侧变流器输送的功率保持不变，则功率在直流母线上堆积，导致母线电压上升。需要采取低电压穿越措施解决这个问题，
3.基于耗能的卸荷电路拓扑简单、易于改进、成本不高、动作速度快，也容易在工程中应用。
4.同时，卸荷电路仅在风电变流器并网点故障时投入使用，因此需要另外设计方案，测试卸荷电路及其控制方法的可行性。


技术实现要素：

5.为解决上述问题，本发明提出了一种风电变流器卸荷电路的测试电路及测试方法。
6.所述测试电路用于对风电变流器卸荷电路进行测试，所述测试电路与卸荷电路连接；所述测试电路包括串联连接的充电回路和支撑电容；所述充电回路包括串联连接的可调直流电源和第一电子开关。
7.所述第一电子开关为基于全控电力电子器件的电力电子开关。
8.所述充电回路还包括充电电阻，所述可调直流电源、充电电阻和第一电子开关依次串联连接。
9.所述电路还包括第二电子开关，所述第二电子开关用于控制测试电路和卸荷电路连接的开关。
10.所述卸荷电路包括并联连接的第三电子开关、二极管和缓冲电路；所述二极管为反并联连接。
11.所述第三电子开关为igct电路。
12.所述缓冲电路包括串联连接的缓冲电阻和缓冲电容。
13.所述卸荷电路还包括耗能电阻，所述第三电子开关、二极管和缓冲电路并联连接后与耗能电阻串联连接。
14.本发明还提出了一种测试方法，所述测试方法用于测试电路对风电变流器卸荷电路进行测试；所述测试电路与卸荷电路连接；所述测试电路包括串联连接的充电回路和支撑电容，所述充电回路包括串联连接的可调直流电源和第一电子开关；所述方法包括：闭合第一电子开关，通过可调直流电源向支撑电容充电，使支撑电容两端电压高于设定电压；闭合第二电子开关，所述支撑电容、第二电子开关和卸荷电路串联连接，通过所述卸荷电路消耗支撑电容上的电能；以及，第一电子开关持续工作，使可调直流电源持续向支撑电容供电
以堆积电能，控制支撑电容上的电压波动。
15.所述通过卸荷电路消耗支撑电容上的电能包括第三电子开关根据设定程序控制卸荷电路耗能。
16.所述第三电子开关根据设定程序控制卸荷电路耗能大于或等于2秒。
17.所述第一电子开关持续工作包括第一电子开关以一定的频率和占空比持续工作。
18.与现有技术相比，本发明的技术方案有如下优点：
19.测试电路设计简单，在测试电路中加入了第一电子开关，所述第一电子开关为基于全控电力电子器件的电力电子开关，且能够最大化的模拟电网的机侧变流器与网侧变流器之间的直流线路的电能堆积；进一步实现了在脱离电网的情况下对卸荷电路进行准确的测试。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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。
21.图1为本发明实施例测试电路的连接示意图。
22.图2为本发明实施例的测试方法的流程图。
23.图3为本发明实施例的测试方法的原理图。
24.图4为本发明实施例测试电路的第一个仿真示意图。
25.图5为本发明实施例测试电路的第二个仿真示意图。
26.图6为本发明实施例测试电路的第三个仿真示意图。
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、完整地说明，显然，所描述的实施例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.应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件、单元、线路和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
29.以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
30.对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。
31.在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。
32.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
33.下面结合附图对本发明实施例进行详细的说明。
34.本发明实施例提出了一种测试电路，如图1所示，所述测试电路用于对卸荷电路进行测试，所述测试电路与卸荷电路连接；所述测试电路包括充电回路和支撑电容c；所述充电回路和支撑电容c串联连接；所述充电回路包括可调直流电源e和第一电子开关t1，所述可调直流电源e和第一电子开关t1串联连接。
35.所述第一电子开关t1为基于全控电力电子器件的电力电子开关，比如igbt等，尤其是模块化的igbt。所述igbt(insulated gate bipolar transistor)，为绝缘栅双极型晶体管，是由bjt(双极型三极管)和mos(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,兼有mosfet的高输入阻抗和gtr的低导通压降两方面的优点。
36.进一步的，所述充电回路还包括充电电阻r1，所述可调直流电源e、充电电阻r1和第一电子开关t1依次串联连接。
37.所述电路还包括第二电子开关k，所述第二电子开关k是用于控制测试电路和卸荷电路连接的开关。
38.所述测试电路中可调直流电源e、第一电子开关t1、充电电阻r1和支撑电容c串联连接。进一步的，所述支撑电容c与卸荷电路串联连接，从而通过支撑电容c给卸荷电路提供电能。
39.所述卸荷电路包括并联连接的第三电子开关t、二极管t2和缓冲电路；所述二极管t2为反并联连接。所述第三电子开关t为igct电路；所述igct为集成门极换流晶闸管。所述缓冲电路包括串联连接的缓冲电阻r2和缓冲电容c2。
40.进一步的，所述卸荷电路还包括耗能电阻r，所述第三电子开关t、二极管t2和缓冲电路并联连接后与耗能电阻r串联连接。
41.测试开始前，第二电子开关k断开。首先闭合第一电子开关t1，可调直流电源e为支撑电容c提供电压。随后，闭合第二电子开关k，卸荷电路开始耗能。耗能过程中，第一电子开关t1以一定的频率和占空比持续动作，使得可调直流电源e持续向支撑电容c供能，模拟低电压穿越过程中直流母线上不断堆积的不平衡能量。同时，支撑电容通过闭合的第二电子开关k向卸荷电路提供电能以供卸荷电路消耗。
42.本发明实施例所提出的测试电路，能够模拟低电压穿越过程中直流母线上不断堆积的不平衡能量，进一步通过连接卸荷电路消耗掉支撑电容c上多余的能量，以实现对卸荷电路进行测试的目的。
43.本发明实施例还提出了一种测试方法，所述测试方法用于测试电路对卸荷电路进行测试；所述测试电路与卸荷电路连接；所述测试电路包括串联连接的充电回路和支撑电容c，所述充电回路包括串联连接的可调直流电源e和第一电子开关t1；如图2所示，所述方法包括：闭合第一电子开关t1，通过可调直流电源e向支撑电容c充电，使支撑电容c两端电压高于设定电压；闭合第二电子开关k，所述支撑电容c、第二电子开关k和卸荷电路串联连接，通过卸荷电路消耗支撑电容c上的电能；以及，第一电子开关t1持续工作，使可调直流电源e持续向支撑电容c供电以堆积电能，控制支撑电容c上的电压波动。
44.所述通过卸荷电路消耗支撑电容c上的电能包括第三电子开关t根据设定程序控制卸荷电路耗能。
45.所述设定电压为一个预先设定的额定值，根据风电变流器实际运行中的直流母线额定电压决定。
46.所述第一电子开关t1持续工作包括第一电子开关t1以一定的频率和占空比持续工作；以保证可调直流电源e能够持续为支撑电容c供能。
47.从上述的描述可以看到，卸荷电路的测试中，给卸荷电路供电的电压的控制方法为pi控制法，即对电压的偏差进行pi调节；pi调节的原理是通过pi调节器的输出值来控制卸荷电路功率器件的占空比，如图3所示，其中，u
dc
为实时检测到的直流母线电压，u
dc_ref
为直流母线电压额定值，d为卸荷电路功率器件的占空比。通过pi控制法，对支撑电容c两端的电压进行实时的调控，防止支撑电容c上的电压波动。
48.具体的测试过程如下：
49.(1)第一电子开关t1闭合，为支撑电容c充电，使支撑电容c两端电压高于设定电压。
50.(2)充电完成后，第一电子开关t1以一定的频率和占空比持续动作，使可调直流电源e持续为支撑电容c提供电能，模拟直流母线上不断堆积的不平衡能量。同时，闭合第二电子开关k，第三电子开关t根据设定程序控制卸荷电路耗能大于或等于2s，测量卸荷电路的电流、电压。
51.(3)持续2秒后得到支撑电容c两端电压u
dc
的变化如图4所示。
52.从图4上可以看到，当设定电压为2.5kv的时候，支撑电容c两端的电压u
dc
在很短的时间内就降落到设定电压值附近，从图上可以看到，在0.06秒后已经趋近于设定电压值，所以本发明实施例所提出的测试方案能保证支撑电容c的两端电压的稳定，不会出现大幅度的电压波动，以能够稳定测试卸荷电路的性能。
53.进一步对支撑电容c上的电流ic进行模拟仿真，得到如图5所示的支撑电容c上的电流变化的图，随着第一电子开关t1和第二电子开关k的闭合，可调直流电源e在向支撑电容c上堆积电能的同时，支撑电容c也在向卸荷电路放电，支撑电容c上的电流在0.06秒后也趋近于平稳。
54.第三电子开关t根据设定的程序控制卸荷电路耗能过程中，通过对第三电子开关t的电压u
t
和电流i
t
、耗能电阻r的电压ur和电流ir进行仿真模拟后，得到如图6所示的电压和电流的变化图，从图上可以看到，其在0.06秒后，电压和电流的变化同样趋于稳定。
55.如图4到图6所示，通过对测试电路和卸荷电路上的多个部件两端的电压和电流进行仿真模拟，得到电压和电流随时间的变化图。从图上可以看到，电流和电压没有出现大幅度的波动，符合卸荷电路测试的需求，这也说明本发明实施例所提出的卸荷电路的测试电路和测试方法在准确模拟电网真实情况的状态下，也完成了对卸荷电路进行了离网的高效测试，解决了卸荷电路控制方案的测试问题。
56.虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例所记载的技术方案进行的修改或者对其中部分技术特征进行的等同替换，均在本发明的保护范围内。