一種短路模擬試驗電路及其試驗方法
【專利摘要】本發明公開一種短路模擬試驗電路，用于對換流閥的運行工況進行試驗考核；所述短路模擬試驗電路包括電容充電電源模塊、故障電流發生電路和換流閥充電電源模塊，電容充電電源模塊的負極連接故障電流發生電路的正極性輸入端，而電容充電電源模塊的正極連接故障電流發生電路的負極性輸入端；所述故障電流發生電路的正極性輸出端分別連接換流閥充電電源模塊的正極和換流閥的高壓輸出端，故障電流發生電路的負極性輸出端分別連接換流閥充電電源模塊的負極和換流閥的低壓輸出端。此種試驗電路可實現對換流閥故障運行工況的試驗考核。本發明還公開一種短路模擬試驗電路的試驗方法。
【專利說明】-種短路模擬試驗電路及其試驗方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及大功率電力電子技術的運行試驗方法，具體是一種短路模擬試驗電路 及試驗方法。
【背景技術】
[0002] 隨著大功率電力電子變流技術在電力系統中的應用，其核也部件一換流閥的可 靠性成為系統安全的關鍵。系統電壓高、電流大、容量大，很難在試驗環境中構建同實際運 行工況相同的全載電路進行試驗，因此如何在試驗環境中構建等效的試驗電路，進行與實 際運行工況強度相當的試驗成為解決問題的關鍵。
[0003] 在基于可關斷器件閥大功率電力電子裝置的實際運行中，會發生由于系統故障、 直流側接地故障等原因引起模塊中絕緣柵雙極型晶體管（IGBT)的反并聯二極管過電流，由 于二極管的不可控性，無法自身關斷過電流，同時由于系統保護動作時間較長，二極管必須 承受故障期間的過電流，但故障時的過電流會遠遠超過器件本身的耐受值。進行短路模擬 試驗的目的就是考驗其對于故障電流運行工況下的最大電流、電壓和溫度應力作用的設計 是正確的。試驗中須通過外圍電路向被測對象注入實際工況的大電流。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的，在于提供一種短路模擬試驗電路及其試驗方法，其可實現對換流 閥故障運行工況的試驗考核。
[0005] 為了達成上述目的，本發明的解決方案是：
[0006] -種短路模擬試驗電路，用于對換流閥的運行工況進行試驗考核；所述短路模擬 試驗電路包括電容充電電源模塊、故障電流發生電路和換流閥充電電源模塊，電容充電電 源模塊的負極連接故障電流發生電路的正極性輸入端，而電容充電電源模塊的正極連接故 障電流發生電路的負極性輸入端；所述故障電流發生電路的正極性輸出端分別連接換流閥 充電電源模塊的正極和換流閥的高壓輸出端，故障電流發生電路的負極性輸出端分別連接 換流閥充電電源模塊的負極和換流閥的低壓輸出端。
[0007] 上述電容充電電源模塊包括第一直流電源和第H控制開關，二者相互串聯組成串 聯支路，并定義該串聯支路與第一直流電源的正極方向一致的一端為電容充電電源模塊的 正極，定義另一極為電容充電電源模塊的負極。
[0008] 上述故障電流發生電路包括電容、電感、第一電阻、第二電阻、二極管、第一控制開 關和第二控制開關，其中，所述電容和第一電阻并聯后，再與第二電阻、電感相互串聯組成 串聯支路，該串聯支路再與二極管并聯，且所述二極管的陽極還連接第一控制開關的一端， 二極管的陰極連接第二控制開關的一端；定義二極管的陽極為故障電流發生電路的正極性 輸入端，定義二極管的陰極為故障電流發生電路的負極性輸入端，定義第一控制開關的另 一端為故障電流發生電路的正極性輸出端，定義第二控制開關的另一端為故障電流發生電 路的負極性輸出端。
[0009] 上述電感采用可調電感，第二電阻采用可調電阻。
[0010] 上述換流閥充電電源模塊包括第四控制開關和第二直流電源，二者相互串聯組成 串聯支路，定義該串聯支路與第二直流電源的正極方向一致的一端為換流閥充電電源模塊 的正極，定義另一端為換流閥充電電源模塊的負極。
[0011] 上述換流閥包括至少一個同向布置的功率半導體開關器件模塊組成的連接。
[0012] 上述換流閥采用模塊化多電平換流器或H橋級聯型變換器。
[0013] 基于如前所述的一種短路模擬試驗電路的試驗方法，包括如下步驟：
[0014] (1)閉合第四控制開關，斷開第一、二、H控制開關，所述換流閥充電電源模塊的第 二直流電源對換流閥充電，直到模塊運行電壓斷開第四控制開關；
[0015] (2)閉合第H控制開關，所述電容充電電源模塊的第一直流電源對故障電流發生 電路的電容充電，直至達到充電電壓，斷開第H控制開關；
[0016] (3)閉合第一控制開關和第二控制開關，使電流正半周流過電容、電感、第二電阻 和換流閥，使電流負半周流過二極管；
[0017] (4)記錄電路中的電流參數，進行分析。
[0018] 采用上述方案后，本發明具有W下特點：
[0019] (1)本發明的試驗方法，僅需控制幾個開關的分合即可實現對電路的操作，控制簡 單，實現方便，對于試驗裝置的安全性十分有利；
[0020] (2)本發明提供的方法通過試驗電路中的故障電流發生電路，將指數衰減的正弦 半波電流疊加施加于換流閥，使換流閥耐受同實際故障工況相當的暫態電流、暫態的熱與 損耗強度，實現對換流閥運行工況的試驗考核，為換流閥的可靠運行提供保證。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021] 圖1是本發明試驗電路的整體架構圖；
[002引圖2是換流閥的電流波形圖。
【具體實施方式】
[0023] W下將結合附圖，對本發明的技術方案進行詳細說明。
[0024] 如圖1所示，本發明提供一種短路模擬試驗電路，用于對換流閥4的運行工況進行 試驗考核，所述換流閥4包括至少一個同向布置的功率半導體開關器件模塊組成的連接， 具體可采用換流閥晶間管16,可采用模塊化多電平換流器或H橋級聯型變換器；所述試驗 電路包括電容充電電源模塊1、故障電流發生電路2和換流閥充電電源模塊3,電容充電電 源模塊1的負極連接故障電流發生電路2的正極性輸入端，而電容充電電源模塊1的正極 連接故障電流發生電路2的負極性輸入端；所述故障電流發生電路2的正極性輸出端分別 連接換流閥充電電源模塊3的正極和換流閥4的高壓輸出端，故障電流發生電路2的負極 性輸出端分別連接換流閥充電電源模塊3的負極和換流閥4的低壓輸出端。下面對各部分 分別介紹。
[00巧]所述電容充電電源模塊1包括第一直流電源5和第H控制開關6，二者相互串聯組 成串聯支路，并定義該串聯支路與第一直流電源5的正極方向一致的一端為電容充電電源 模塊1的正極，定義另一極為電容充電電源模塊1的負極。
[0026] 所述故障電流發生電路2包括電容8、電感10、第一電阻9、第二電阻7、第一控制 開關12、第二控制開關13和二極管11，其中，電容8的容量是lOmF，電感10采用0?20恤 可調，第一電阻9的阻值是10000歐姆，第二電阻7的阻值0?10歐姆可調，其中，電感10 的感值可調節，通過調節其感值，可W控制故障電流發生電路2輸出電流的振蕩頻率，第二 電阻7的阻值可調節，通過調節其阻值，可W控制故障電流發生電路2輸出電流的衰減系 數；所述電容8和第一電阻9并聯后，與第二電阻7、電感10相互串聯組成串聯支路，該串 聯支路再與二極管11并聯，且所述二極管11的陽極還連接第一控制開關12的一端，二極 管11的陰極連接第二控制開關13的一端；定義二極管11的陽極為故障電流發生電路2的 正極性輸入端，定義二極管11的陰極為故障電流發生電路2的負極性輸入端，定義第一控 制開關12的另一端為故障電流發生電路2的正極性輸出端，定義第二控制開關13的另一 端為故障電流發生電路2的負極性輸出端。
[0027] 前述故障電流發生電路2中，電感10的感值可調節，第二電阻7的阻值可調節，根 據電容、電感、電阻串聯諧振原理，電流的變化滿足：
【權利要求】
1. 一種短路模擬試驗電路，用于對換流閥的運行工況進行試驗考核；其特征在于，所 述短路模擬試驗電路包括電容充電電源模塊、故障電流發生電路和換流閥充電電源模塊， 電容充電電源模塊的負極連接故障電流發生電路的正極性輸入端，而電容充電電源模塊的 正極連接故障電流發生電路的負極性輸入端；所述故障電流發生電路的正極性輸出端分別 連接換流閥充電電源模塊的正極和換流閥的高壓輸出端，故障電流發生電路的負極性輸出 端分別連接換流閥充電電源模塊的負極和換流閥的低壓輸出端。
2. 如權利要求1所述的一種短路模擬試驗電路，其特征在于：所述電容充電電源模塊 包括第一直流電源和第三控制開關，二者相互串聯組成串聯支路，并定義該串聯支路與第 一直流電源的正極方向一致的一端為電容充電電源模塊的正極，定義另一極為電容充電電 源模塊的負極。
3. 如權利要求2所述的一種短路模擬試驗電路，其特征在于：所述故障電流發生電路 包括電容、電感、第一電阻、第二電阻、二極管、第一控制開關和第二控制開關，其中，所述電 容和第一電阻并聯后，再與第二電阻、電感相互串聯組成串聯支路，該串聯支路再與二極管 并聯，且所述二極管的陽極還連接第一控制開關的一端，二極管的陰極連接第二控制開關 的一端；定義二極管的陽極為故障電流發生電路的正極性輸入端，定義二極管的陰極為故 障電流發生電路的負極性輸入端，定義第一控制開關的另一端為故障電流發生電路的正極 性輸出端，定義第二控制開關的另一端為故障電流發生電路的負極性輸出端。
4. 如權利要求3所述的一種短路模擬試驗電路，其特征在于：所述電感采用可調電感， 第二電阻采用可調電阻。
5. 如權利要求3所述的一種短路模擬試驗電路，其特征在于：所述換流閥充電電源模 塊包括第四控制開關和第二直流電源，二者相互串聯組成串聯支路，定義該串聯支路與第 二直流電源的正極方向一致的一端為換流閥充電電源模塊的正極，定義另一端為換流閥充 電電源模塊的負極。
6. 如權利要求1所述的一種短路模擬試驗電路，其特征在于：所述換流閥包括至少一 個同向布置的功率半導體開關器件模塊組成的連接。
7. 如權利要求6所述的一種短路模擬試驗電路，其特征在于：所述換流閥采用模塊化 多電平換流器或H橋級聯型變換器。
8. 基于如權利要求5所述的一種短路模擬試驗電路的試驗方法，其特征在于包括如下 步驟： (1) 閉合第四控制開關，斷開第一、二、三控制開關，所述換流閥充電電源模塊的第二直 流電源對換流閥充電，直到模塊運行電壓斷開第四控制開關； (2) 閉合第三控制開關，所述電容充電電源模塊的第一直流電源對故障電流發生電路 的電容充電，直至達到充電電壓，斷開第三控制開關； (3) 閉合第一控制開關和第二控制開關，使電流正半周流過電容、電感、第二電阻和換 流閥，使電流負半周流過二極管； (4) 記錄電路中的電流參數，進行分析。
【文檔編號】G01R31/02GK104422849SQ201310407888
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年9月9日 優先權日:2013年9月9日
【發明者】連建陽, 姜田貴, 朱銘煉, 謝曄源, 段軍, 殷冠賢 申請人:南京南瑞繼保電氣有限公司, 南京南瑞繼保工程技術有限公司