專利名稱：用于可控硅閥組檢測的實驗站的制作方法
技術領域：
此實用新型 是在電力專業內以動力半導體技術為基礎，可以當成正反并聯可控硅閥組TCR，異步電機軟啟動及其它設備的等效電流源和電壓源使用，并對其進行實驗。
背景技術：
眾所周知用于可控娃閥組TCR的實驗檢測(Baoliang Sheng, Senior Member,IEEE; Marcio Oliveira, Member, IEEE; Hans-Ola Bjarme, “Synthetic Test Circuitsfor the Operational Tests of TCR and TSC Thyristor Valves，，· - IEEE-PES T&DConference, Chicago, Illinois, USA, April 21-22，2008),(見圖 1)，包括用于連接被檢測可控硅閥組(Vtl+/Vtl_)的接地母線和等電位母線，并且有電壓振蕩回路(Cs，LI ηVa3/Va4),電流回路(G/Lg, Ls, Val+/Val_, Arrester, Filter banks h Shunt banks)和沖擊回路(Imp. Gen);直流電壓源(DC Source);連接在直流電壓源(DC Source)輸出端的電容器C2以及其它。此實驗臺在以下情況下有很多的不足及缺點。如果電流回路中的交流電壓源G/Lg在低壓側，被檢測可控硅閥組的Vtl+/Vtl_是通過驅動板來提供能量的，交流電壓是由可控硅上RC保護回路得到的，那么由于最開始驅動板上沒有能量而無法啟動電壓振蕩回路。并且因為無法做到電流回路中的設備都為大功率(Filter banks, Shunt banks和Ls)并且保證其輸出電壓與被檢測可控硅閥組電壓相對應，所以很難使交流電壓源G/Lg為高電壓。毫無疑問要解決這個問題就必需在被檢測可控硅閥組Vtl+/Vtl并聯一個不帶驅動板的輔助可控硅閥組，這個閥組是用于電壓振蕩回路啟動的。在進行實驗時也一定要給被檢測可控硅閥組的驅動板上給予交流電壓。之后被檢測可控硅閥投入工作，這個輔助可控硅閥組則退出運行。而這又增加了另一個難題。除此之外，當可控硅閥組Val+/Val_在控制失控的情況下實驗臺電流回路中用于保護電流回路中低壓側原器件限制過電壓的避雷器(Arrester)必需是大功率的,舉例說明，比如在投入沖擊回路的時刻。
發明內容本實用新型的目的在于提供一種用于可控硅閥組檢測的實驗站，該檢測實驗站在簡化了設備的同時，大大提高了實驗的安全運行。為實現上述目的，本實用新型通過以下技術方案實現一種用于可控硅閥組檢測實驗站，包括有用于連接被檢測可控硅閥組的接地母線和等電位母線；直流電壓源；連接在直流電壓源輸出端的電容器；連接在等電位母線上的電壓振蕩回路；連接在接地母線和等電位母線之間的電流回路，在電流回路上串聯有交流電壓源，限流電抗器和主要可控硅閥組，在對被檢測可控硅閥組進行實驗時電流回路上并聯有由交流電壓源和限流電抗器串聯而成的回路。在電流回路中還包括一個輔助可控硅閥組，該輔助可控硅閥組的可控硅是以正反并聯形式出現的，帶有門檻電路，門檻電路的輸入端與可控硅動力極連接，輸出端與可控硅的控制極連接，所述門檻電路由傳感器提供能量。在我們申請的專利中電流回路里的主要可控硅閥組和輔助可控硅閥組在進行實驗時啟動電壓 振蕩回路并與被檢測閥組同時工作，此時交流電壓源是斷切不投入的。當在被檢測可控硅閥組上驅動板得到了允許工作的交流電壓時主要可控硅閥組和輔助可控硅閥組退出運行，被檢測閥組進行工作狀態。即啟動實驗臺進行實驗。之后投入交流電壓源并且電壓振蕩回路與帶有主要可控硅閥組的電流回路同時工作。輔助可控硅閥組的電壓不大于lkv，除上述功能之外，還要做到當主要可控硅閥組控制失控或者輔助可控硅閥組丟失控制信號的情況下對過電壓進行保護。之后門檻電路工作，并使電流回路中低壓側的元器件安全運行，在此時傳感器發出信號閉鎖所有可控硅閥組并切斷交流電壓源。如果對單方向不對稱可控硅閥組進行實驗，電壓振蕩回路在過充電時可控硅反方向功能由電流回路中的主可控硅閥組和輔助可控硅閥組自身完成。本實用新型的有益效果是該檢測實驗站在簡化了實驗臺設備的同時也大大提高它的安全運行。該全能實驗站是以對可控硅閥組進行實驗為目的而實用新型的。以動力半導體技術為基礎，可以當成正反并聯可控硅閥組的等效電流源和電壓源使用，并對閥組進行實驗。輔助可控硅閥組是并聯有帶有串聯變壓器二次繞組和限流電抗器的回路，這個回路是保證給由驅動板給可控硅提供電壓的閥組進行實驗時電壓振蕩回路的啟動和主要可控硅閥組的安全保護。實驗站可對單方向不對稱可控硅閥組和雙方向對稱可控硅閥組進行實驗。
圖I為本實用新型實驗站的主電氣原理圖；圖2為電流回路中的輔助可控硅閥組電氣原理圖；圖3為申請專利實驗站的時序圖。
具體實施方式
實驗站主電氣原理圖中包括接地母線I和等電位母線2，被檢測可控硅閥組3，直流電壓源4，第一組電容器5，電壓振蕩回路6，整流環節7，電流回路8，沖擊回路9，分布電容回路10，第一個保護電抗器11和第二個保護電抗器12，控制系統13，電壓互感器14，第一個電流互感器15和第二個電流互感器16。被檢測可控硅閥組3是由正反并聯可控硅組成的閥組，可控硅正方向為17，反方向為18，即控制輸入正方向為17，反方向為18，與被檢測可控硅閥組3的控制輸入正方向為3+，反方向為3-相對應。直流電壓源4在輸出端有正極PV，負極NV和零極MV，它是由帶有第一個二極管單元19和第二個二極管單元20以及一次繞組為vN(t)的自耦變壓器21組成的。S卩，自耦變壓器21的二次繞組第一個輸出端連接在第一個陽——陰二極管單元19的正極端，它的二次繞組的第二個輸出端連接在陰極——陽極二極管單元20的負極端，自耦變壓器21的一次繞組電壓為系統電壓vN(t)，二次側繞組的第一個輸出端通過第一個二極管單元19結構為陽——陰形式與正極PV相連，通過第二個二極管單元20結構為陰——陽形式與負極NV相連，二次繞組的第二個輸出端與零極MV相連。第一組電容器5有正極PV，負極NV和零極MV，它是由22和23兩個單元組成，第一個單元22的第一個輸出端和第二個單元23的第二個輸出端的連接保證與正極PV和負極NV相對應，第一個單元22的第二個輸出端和第二個單元23的第一個輸出端與零極MV相連接。電壓振蕩回路6串聯有第二組電容器24，電抗器25和第一個可控硅閥組26，第一個可控娃閥組26由正方向可控娃27和反方向可控娃28組成，電壓振蕩回路6輸入處的26可控硅閥組正方向標識為6+反 方向標識為6_。整流環節7有輸出OUT，正極PV和負極NV，包含有第二個可控硅閥組29和第三個可控硅閥組30，第二個可控硅閥組29和第三個可控硅閥組30由正反并聯的可控硅31和二極管32組成。可控硅31的陽極和二極管32的陰極做為一個回路是整流環節7中的可控硅閥組29 (30)第一個輸出端，可控硅31的陰極和二極管32的陽極做為一個回路為整流環節7中的可控硅閥組29 (30)的第二個輸出端；整流環節7的輸出端OUT與第二個可控硅閥組29的第二個輸出和第三個可控壓閥組30的第一個輸出端連接，正極PV和負極NV與可控硅閥組29的第一個輸出和可控硅閥組30的第二個輸出端連接。整流環節7中29單元中的31可控硅正方向標識為7+，30單元中的負方向標識為7_。電流回路8中包括有串聯的交流電壓源，即變壓器33，限流電抗器34和主要可控硅閥組35，這個閥組35是由正反并聯可控硅組成的，正方向標識為36，反方向為標識為37 ;輔助可控硅閥組38，這個閥組是由正反并聯可控硅組成的，正方向標識為39，反方向標識為40 ;這里變壓器33的一次側繞組與帶有電壓為vN (t)的開并41相連接；輔助可控硅閥組38是并聯有帶有串聯變壓器33 二次繞組和限流電抗器34關系的回路；主要可控硅閥組35的控制輸入端正方向為36，反方向為37，電流回路8中的控制輸入正方向為8+，反方向為8-;輔助可控硅閥組38的控制輸入端正方向為39，反方向為40，電流回路中輔助可控硅閥組38的控制輸入端正方向為8d，反方向為Sb。沖擊回路9有電流脈沖形成器(電壓脈沖形成器)。控制系統13由模似——數字帶有程序芯片的元器件構成。直流電壓源4和第一組電容器5極性彼此相對應的連接(PV，MV，和NV)。第一組電容器5的零極MV和直流電壓源4通過第二個電流互感器16和接地母線I連接，并且通過第一個保護電抗器11和第二個保護電抗器12根據相對應的極性(PV和NV)與整流環節7相連接。整流環節7的輸出端OUT由電壓振蕩回路6和等電位母線2相連接。電流回路8的第一個輸出端與等電位母線2相接，第二個輸出端經過第一個電流互感器15與接地母線I相連。被檢測可控硅閥組3，沖擊回路9和分布電容回路10連接在等電位母線2和接地母線I之間。電壓互感器14輸出端與控制系統13的輸入端相連接，電壓互感器14的輸入端電壓為vN(t),第一個電流互感器15的輸出端和第二個電流互感器16的輸出端與控制系統13的輸入端相連接，被檢測可控硅閥組3的控制輸入端，電壓振蕩回路6，整流環節7和電流回路8它們的信號分別以3+，3_，6+，6_，7+，7_，8+，8_，8d和8b來表示并進入控制系統。除此之外被檢測可控硅閥組3上的驅動板READY的輸出狀態，輔助可控硅閥組38的保護輸出FAULT以及在電流回路8中的開關41的0N/0FF的狀態也進入控制系統13的輸入端，控制輸出端的OFF與電流回路8中的開關41的輸入端相連。在圖2中具體的描述了在電流回路8上的輔助可控硅閥組38。輔助可控硅閥組38包括有正反并聯可控硅構成的回路，正方向可控硅39，反方向可控硅40，并聯在可控硅39和40上的RC保護回路42 ；門檻電路43 ;第一個驅動板44和第二個驅動板45，它們的輸出端與正方向39的可控娃和反方向40的可控娃相連接并對其進行p-n的控制轉換。輔助可控硅閥組38上的第一個驅動板44和第二個驅動板45的輸入端分別為控制正方向39可控娃和反方向40可控娃的輸入信號8d和8b對應；門濫電路43中Cl和C2分別為正反可控娃陰極的輸入端，第一個輸出端Gl和第二個輸出端G2與控制輸出相連,并保持與正方向可控硅39和反方向可控硅40相一致。在門檻電路43中還包括兩個保護回路分別是46和47，二極管整流回路48，傳感器49，兩個二極管分別為50和51，BOD——二極管52和第一個電阻53，并且門檻回路43中Cl的第一個輸入端與第一個二極管50的正方向相連接，第一個電阻53，二極管整流回路48的交流輸出端Γ)和第二個二極管51在反方向上與門檻回路43中C2上的第二個輸入端相連接。保護回路46和47都包括有電容54，第三個二極管55,第一個穩壓管56和第二個電阻57,在第一個保護回路46和第二個保護回路47中電容54和第二個電阻57并聯著第一個二極管50和第二個二極管51，陰極與第一個穩壓管56反方向上相連接，保護回路46和47上的第三個二極管55正方向上與門檻電路43的第一個輸出端Gl和第二個輸出端G2相連。二極管整流回路48的正輸出(+ )和它的負輸出(-)經過BOD——二極管52與在傳感器49在正方向的輸入相連。傳感器49包括第三個電阻58，第四個電阻59和第五個電阻60，第二個穩壓管61和光纖傳感器62，光纖傳感器是傳輸輔助可控娃閥組38上保護輸出信號FAULT的；在傳感器49的輸入端有第三個電阻58,在這個并聯回路上第四個電阻59的正方向和第二個穩壓管61反方向串聯，正反并聯的穩 壓管61上串聯有第五個電阻60和光纖傳感器62。在圖3的時序圖中e(t)——電壓振蕩回路的電動勢，與第一組電容器5上的第一個單元22或者第二個單元23上電壓相等，并且第二組電容器24上的電壓在保護電抗器電感值為零時圖I上E點的電壓與vE(t)與e(t)相同，這里Vs——第一組電容器5上正方向或者負方向上的幅值電壓，Ev——電壓振蕩回路在穩定工作狀態下整流的電動勢；iv(t)——電壓振蕩回路6中的電流回路，這里tv——電流的脈沖步長;v24(t)——第二組電容器24上的電壓，這里Vtl, V1, V4和V5——第二組電容器24上在時間^ t1； t4和t5上的電壓值；v21(t)——自耦變壓器21 二次繞組上的電壓；v22(t)和V23(t)——第一組電容器5的第一個單元22和第二個單元23上的電壓，這里AVs——第一個單元22或者第二個單元23的放電電壓值；ic(t)和iT(t)——電流回路8的電流值與被檢測閥組3相對應的電流值；vc(t)和”⑴——電流回路8上電壓和被檢測閥組3相對應的電壓，這里Vm~在電壓振蕩回路穩定工作狀態下關斷被檢測閥組3此時的過電壓幅值；3+和3_，6+和6_，7+和7_，8+和8_，Sd和Sb——為控制脈沖，這些脈沖信號分別與被檢測閥組3，電壓振蕩回路6，整流環節7和電流回路8在正方向上的(+，d)和反方向上的(_，b)相對應；t——實際時
間Atl, t1； t2,----時間讀數點。為了方便觀看在時序圖中沒有顯示出在切斷可控硅閥組
時;[。(1:)，;^(1:)和i T(t)的反方向電流尖峰。在時序圖3中V21 (t), V22 (t)和V23⑴為等比例放大尺寸。我們的實驗臺按以下順序進行檢測工作電壓互感器14的輸出端電壓信號為vN(t)，第一個電流互感器15的輸出端帶有電流回路8的電流信號ic(t)，以及第二個電流互感器16的輸出端帶有電壓振蕩回路6中的電流為iv(t)的信號共同進入控制系統13做為同步進行工作。控制系統13中的控制脈沖信號分別為3+，3_，6+，6_，7+，7_，8+，8_，8b和8d(見時序圖3)，這些脈沖分別對應著被檢測閥組3，電壓振蕩回路6，整流環節7和電流回路8并通過它們對實驗臺在不同條件下進行工作。這些不同的狀態是通過程序給定的。除此之外，在控制系統的輸入端有來自電流回路8的保護信號FAULT，被檢測可控硅閥組驅動板的READY信號和電流回路8中開關41的狀態0N/0FF信號。在實驗臺進行工作時必需考慮到以下條件第一組電容器5中的第一個單元22和第二個單元23的電容值C22和C23要遠遠大于第二組電容器4上的電容值C24 S卩，C22 = C23 = Cs >> C24。保護電抗器11和12用于保護限制整流環節7上出現的故事電流，電感量值分別為L11和L12，這兩個值要遠遠小于電抗器25的L25電感量即L11 = L12 << L25O第一組電容器5上的第一個單兀22和第二個單元23的充電由直流電壓源4雙方向完成的，電壓等于零，電壓為+Vs和-Vs，可控硅閥組的整流要在時間間隔之前完成。如果被檢測可控硅閥組有驅動板，電源是通過特殊回路與等電位母線連接，除了實驗臺控制系統失控的事故狀態之外，實驗臺開始和繼續工作與如下描述相一致。被檢測可控硅閥組3上的可控硅由驅動板驅動，電壓由可控硅得到。開始時實驗臺沒電源，控制系統13給出信號OFF (繼電器觸點)到開關41，S卩，開關41是關斷狀態。因為在實驗臺給電源之前和之后驅動板的REDAY信號在控制系統13的輸入端由于被檢測可控硅閥組3上沒有交流電壓而無法控制。所以最開始用開關41切斷變壓器33并且通過電流回路8中的主要可控硅閥組35和輔助可控硅閥組38啟動電壓振蕩回路6。電壓振蕩回路6在穩定狀態時見時序圖3。第一個可控娃閥組26通過脈沖信號6_打開反方向回路28的時間點為 to-(這里V — t0和V < t0,在以下文章中所表達的意思是相同的)。此時在第二組電容器24上的電壓為V24UtlJ =~%。電流回路8上的主要可控硅閥組35和輔助可控硅閥組38通過第一個可控硅閥組26上的反方向回路28和第二個可控硅閥組29上的二極管回路32疊加了第二組電容器24的電壓-、和第一組電容器5上的22單元電壓+Vs，S卩v c(t0J=e (t0J = Vs-V0 < O。在時間點h上給與電流回路8和整流環節7相對應的控制脈沖信號8+，8b和7_。電流回路8上有主要可控硅閥組35上的正方向回路36和輔助可控硅閥組38的反方向回路40，電流回路8上的電壓和被檢測可控硅閥組3上的電壓給到零(時序圖中vc(t)和vT(t)，時間點h)。整流環節7上有第三個可控硅閥組30上的可控硅回路31，在這個閥組上通過二極管回路32關斷第二個可控硅閥組29。第二組電容器24按以下順序進行過充電第三個可控硅閥組30上的可控硅回路31——第二個保護電抗器12——第一組電容器5上的第二個單元23——第二個電流互感器16——接地母線I——第一個電流互感器15——輔助可控硅閥組38上的反方向回路40——主要可控硅閥組35上正方向回路36——等電位母線2——第一個可控硅閥組26上的反方向回路28——電抗器25(時序圖
中電流 iv (t)在從 t。到 & = t0+tv 時間間隔,這里 ν = π · JL · C ,L = lu+l25 = l12+l25
和c = cs · c24/(cs+c24))。如果電壓振蕩回路在沒有損耗的理想狀態下工作那么第一組電容器5上的23單元的電壓值和第二組電容器24在過充電之前和之后的電壓值為(具體工作順序祥見本文內容)V23 = (t0) -Vs,(I)
2 · nV23(^1) = -Fs + "r :畀'(Ks +κ)= ~vs +AVs,(2)
+。24V24 (t0) =-V0(3)[0021]
權利要求1.用于可控硅閥組檢測的實驗站，實驗站包括有用于連接被測可控硅閥組的接地母線和等電位母線；直流電壓源；連接在直流電壓源輸出端的電容器；連接在等電位母線的電壓振蕩回路，連接在接地母線和等電位母線上的電流回路，本發明的特征在于，在電流回路上串聯有交流電壓源、限流電抗器和主要可控硅閥組，在對被檢測可控硅閥組進行實驗時電流回路上并聯有由交流電壓源和限流電抗器串聯而成的回路。
2.根據權利要求I所述的用于可控硅閥組檢測的實驗站，其特征在于，在電流回路中還包括ー個輔助可控硅閥組，該輔助可控硅閥組的可控硅是以正反并聯形式出現的，帶有門檻電路，門檻電路的輸入端與可控硅動カ極連接，輸出端與可控硅的控制極連接。
3.根據權利要求2所述的用于可控硅閥組檢測的實驗站，其特征在于，所述門檻電路由傳感器提供能量。
專利摘要用于可控硅閥組檢測的實驗站，全能實驗站是以對可控硅閥組進行實驗為目的而發明的。以動力半導體技術為基礎，可以當成正反并聯可控硅閥組的等效電流源和電壓源使用，并對閥組進行實驗。實驗站的主要連接為被檢測可控硅閥組與等電位母線和接地母線連接，電壓振蕩回路連接在等電位母線上，電流回路連接在等電位母線和接地母線之間，由交流電壓源，限流電抗器和主要可控硅閥組以及輔助可控硅閥組構成。輔助可控硅閥組是并聯有帶有串聯變壓器二次繞組和限流電抗器的回路，這個回路是保證給由驅動板給可控硅提供電壓的閥組進行實驗時電壓振蕩回路的啟動和主要可控硅閥組的安全保護。實驗站可對單方向不對稱可控硅閥組和雙方向對稱可控硅閥組進行實驗。
文檔編號G01R31/00GK202583338SQ20122002735
公開日2012年12月5日 申請日期2012年1月20日 優先權日2012年1月20日
發明者施多夫·亞利山大, 許蓓蓓, 張曉輝, 司明起 申請人:榮信電力電子股份有限公司