一種柔性直流輸電換流閥半橋結構功率模塊測試裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種柔性直流輸電換流閥的測試裝置。
【背景技術】
[0002] 柔性直流輸電換流閥是柔性直流輸電的核心設備，而半橋結構功率模塊是換流閥 的最小單元，必須通過各種測試試驗來保證其可靠運行。因此需要設計合理的半橋結構功 率模塊測試裝置，盡可能的模擬實際運行時能出現的各種運行狀態，以檢測半橋結構功率 模塊的設計是否滿足工程要求。
[0003] 目前，關于柔性直流輸電換流閥半橋結構功率模塊的測試裝置國內已經有一些相 關的專利，如 CN201310652351、CN201310407363、CN201210533984 等，這些專利提出的半橋 結構功率模塊測試裝置的主要不足在于：一次測試試驗只能測試一個或者少數半橋結構功 率模塊，對于半橋結構功率模塊數目龐大的實際工程而言測試環節耗時巨大，需要頻繁的 半橋結構功率模塊拆、裝操作，無法批量化測試；上述專利提及的測試裝置電路結構簡單、 半橋結構功率模塊數量少，因此只能進行少數種類的測試試驗，無法利用同一電路對半橋 結構功率模塊進行多種不同工作狀態的測試試驗。上述專利提及的測試裝置在充電環節主 要是利用直流電源配以充電限流電阻對半橋結構功率模塊依次逐個充電，充電時間較長并 且充電電阻上消耗的有功功率較多。綜上所述，現有的換流閥半橋結構功率模塊的測試裝 置在測試效率、測試電路功能以及測試能耗等方面還有待提高。
【發明內容】
[0004] 本發明旨在克服上述現有測試裝置的缺點，提出一種柔性直流輸電換流閥半橋結 構功率模塊測試裝置。本發明一次性投入多個被試閥段，配合以相應的控制策略，可大大提 高測試效率。本發明利用同一個測試電路，可以進行半橋結構功率模塊的充電測試、穩態運 行測試及短路測試，豐富了測試功能。
[0005] 本發明采用以下技術方案：
[0006] 本發明包括一次回路和二次回路兩部分。一次回路為測試提供必要的物理連接， 為換流閥半橋結構功率模塊測試提供必要的電氣連接，是測試試驗的載體。二次回路作用 有二：一顯示測試參數，二控制和保護一次回路。
[0007] 本發明利用每個模塊內部的控制監測板卡采集的測試參數直接通過二次回路上 傳到終端PC顯示，如：電壓、溫度、模塊狀態、模塊故障等。內部控制監測板卡通過通訊板卡 采用光纖傳送測試參數到終端PC。因此本發明測試裝備可以簡化測量器件，只需要一只電 流傳感器測量一次回路中電流的大小即可。
[0008] 所述的二次回路與一次回路通過所述的控制監測板卡連接。
[0009] 本發明測試裝置的一次回路主要包括陪試側、被試側和負載電感。陪試側與被試 側通過負載電感串聯形成閉合回路。一次回路為換流閥半橋結構功率模塊測試提供必要的 電氣連接，是測試試驗的載體。
[0010] 所述的陪試側由一個與充電系統連接的陪試閥段組成，用于補充測試試驗中的能 量消耗，并且輔助被試側完成測試試驗。
[0011] 所述的被試側由多個被試閥段串聯而成，通過負載電感L和陪試閥段相連接，斷 路器K和短路電感Ls串聯后與被試側并聯，用于短路測試。
[0012] 所述的陪試閥段由多個半橋結構功率模塊串聯組成。
[0013] 所述的半橋結構功率模塊由一個電容、上、下橋臂、旁路開關以及晶閘管構成，所 述的上、下橋臂由IGBT與反并聯二極管組成。所述的電容與上、下橋臂串聯形成閉合回路。 上、下橋臂的中點與電容負極引出的端點作為半橋結構功率模塊輸出電壓的端口。旁路開 關與晶閘管分別與下橋臂并聯，用于短路故障時半橋結構功率模塊的切除與保護。
[0014] 所述的被試側的每個被試閥段由多個需要測試的半橋結構功率模塊串聯組成。所 述的陪試側由一個與充電系統連接的陪試閥段組成，所述的陪試閥段由多個半橋結構功率 模塊串聯組成。每個被試閥段包含的半橋結構功率模塊的個數與陪試閥段包含的半橋結構 功率模塊個數相等。
[0015] 本發明測試裝置的二次回路主要包括半橋結構功率模塊內部控制監測板卡、通訊 板卡及終端PC。通訊板卡是二次回路的中間環節，其通過光纖分別與半橋結構功率模塊內 部監測板卡和終端PC連接，是多個半橋結構功率模塊和終端PC通訊的載體。從終端PC到 半橋結構功率模塊內部控制監測板卡為下行通訊鏈路，終端PC下發對每個半橋結構功率 模塊的控制指令；從半橋結構功率模塊內部控制監測板卡到終端PC為上行通訊鏈路，每個 半橋結構功率模塊內部控制監測板卡上傳該模塊IGBT狀態、電容電壓、故障信息及溫度等 信號給終端PC，為控制及過流保護的實施提供必要的電氣量信息。同時通過終端PC屏顯重 要的狀態量以方便實時的觀測。二次回路為換流閥半橋結構功率模塊的測試提供必要的控 制、保護及顯示功能。
[0016] 所述的終端PC包括能屏顯每個半橋結構功率模塊上傳的信息的顯示設備以及根 據半橋結構功率模塊上傳的信息能自動生成控制指令的CPU。
[0017] 所述的通訊板卡，是半橋結構功率模塊內部控制監測板卡與終端PC通訊的中間 環節，提供穩定、快速、準確的通訊鏈路。
[0018] 所述的半橋結構內部控制監測板卡，是二次回路控制監測一次回路的載體。半橋 結構內部控制監測板卡位于每個半橋結構功率模塊內部，是二次回路與一次回路連接的中 間環節。半橋結構內部控制監測板卡具備采集半橋結構功率模塊IGBT狀態、電容電壓、故 障狀態和溫度等信息并上傳給終端PC的功能，及接收終端PC下發的控制指令并驅動IGBT 做出正確動作的功能。
[0019] 除上述的測試裝置外，在進行測試試驗時還需要使用電流傳感器，用于測量一次 回路中流過的電流大小。
[0020] 本發明測試裝置可對半橋結構功率模塊進行內部電容充電測試、穩態運行測試和 短路測試。
[0021] 各項測試項目的原理及步驟如下：
[0022] 1、半橋結構功率模塊充電測試
[0023] 所述的半橋結構功率模塊充電測試包括不控充電測試和可控充電測試。
[0024] 當半橋結構功率模塊內部電容電壓較低時，無法使半橋結構功率模塊內部的自取 能電源正常工作，自取能電源無法給IGBT驅動板正常供電，因此半橋結構功率模塊上下橋 臂的IGBT無法動作。這種情況下只能通過半橋結構功率模塊上橋臂的反并聯二極管來給 半橋結構功率模塊內部電容充電，這一環節稱為不控充電。當半橋結構功率模塊內部電容 通過不控充電使其電壓達到自取能電源正常工作所需的最低電壓后，所述的自取能電源能 夠給IGBT驅動板正常供電，此時可以通過控制半橋結構功率模塊上下橋臂的IGBT繼續給 內部的電容充電，這一環節稱為可控充電。
[0025] 與現有的換流閥半橋結構功率模塊測試裝置相比，本發明測試裝置由于被試側和 陪試側包含的閥段數量不相等，因而兩側所包含的半橋結構功率模塊數量不等，故無法像 現有測試裝置那樣，只采用不控充電即可將被試側半橋結構功率模塊電容電壓沖到額定電 壓。本發明裝置在充電測試環節，需要在不控充電的基礎上采用被試側被試閥段輪流投入 的可控充電策略來將所有被試側半橋結構功率模塊電容充電至額定電壓。此外，本發明裝 置與現有裝置相比，在上述充電環節的充電回路中不引入限流電阻，而是采用PWM充電策 略來起到抑制充電時沖擊電流的作用，即通過PWM調制方法控制陪試閥段的模塊投入，控 制信號的占空比初始值為〇,然后從充電開始時刻緩慢增加，如此以限制充電時沖擊電流的 大小。
[0026] 在被試半橋結構功率模塊充電期間，使用所述的PWM調制方法通過半橋結構功率 模塊的反并聯二極管對被試側半橋結構功率模塊不控充電，當模塊的自取能電源正常工作 后使用順序投入的控制策略對一個被試閥段進行PWM充電，其他被試閥段的半橋結構功率 模塊控制切除，之后重復上述步驟直到所有的被試半橋結構功率模塊充電完畢。在被試半 橋結構功率模塊穩態運行期間，首先投入一個被試閥段，控制切除其他被試閥段，然后根據 要求調制出測試所需要的交直流電流分量，之后重復上述步驟直到所有被試半橋結構功率 模塊穩態測試完畢。
[0027] 本發明進行不控充電測試的步驟如下：
[0028] 在不控充電環節，假設陪試側所含半橋結構功率模塊個數為N，N 被試側所含被 試閥段個數為k，k>0 ;每個被試閥段所含半橋結構功率模塊個數為N，N疲試側所含半橋結 構功率模塊個數為kX N。半橋結構功率模塊內部電容額定電壓為U。陪試側的N個半橋結 構功率模塊利用PWM充電策略，通過被試側半橋結構功率模塊內部反并聯二極管對被試側 的kXN個半橋結構功率模塊進行不控充電。假設每隔一個充電周期T，T>0,陪試側陪試閥 段半橋結構功率模塊的IGBT動作一次，定義IGBT -次關斷和一次導通為動作一次。假設 IGBT導通或關斷持續的最小時間為單位時間A，〇〈 A〈T。在第一個充電周期T內將陪試側 N個半橋結構功率模塊投入一個單位時間△后切除