一种柔性直流输电子模块稳态试验装置及其试验方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种柔性直流输电子模块稳态试验装置及其试验方法，试验装置直流电源的正极、第一空气开关与充电限流电阻依次串联在一起；充电限流电阻与充电电阻旁路开关并联形成电阻‑开关并联支路；电阻‑开关并联支路与试品子模块直流出口高压端连接，直流电源的负极与试品子模块直流出口低压端连接；试品子模块交流出口高压端与负载电抗器串联；第一负载电容器的低压端与第二负载电容器的高压端连接形成负载电容串联支路，负载电容串联支路的高压端通过第二空气开关与试品子模块直流出口高压端连接，负载电容串联支路的低压端与试品子模块交流出口低压端连接。采用本发明专利技术的技术方案，只需要采用一个试品子模块，不需要辅助子模块配合。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性直流输电子模块稳态试验装置及其试验方法
本专利技术涉及一种柔性直流输电的试验装置及其试验方法，具体涉及一种柔性直流输电子模块稳态试验装置及其试验方法。
技术介绍
基于模块化多电平换流器的新一代柔性直流输电技术，采用级联型拓扑与模块化设计，容易实现更高的电平数，以至于不采用PWM调制，也能够得到接近正弦的输出相电压，不需要配置滤波器，大大降低了输出电压变化率、开关频率和电磁干扰水平。目前该技术正逐渐取代了两电平/三电平换流器在高压大容量柔性直流领域中的应用。子模块是构成柔性直流核心部件——模块化多电平换流器的基本功能单元，是实现交直流变换的关键。在换流器研制过程中，必须对子模块进行电气应力和热应力校核，以及供电、通讯、控制、保护等全功能测试，校核所有设计是否满足预期，并排除其内部故障，从而为整个换流器的可靠运行提供基础保障。为完成测试试验，需要搭建合适的试验电路，等效再现柔性直流输电系统稳态运行时子模块的工作状态，同时试验电路应尽量简化、便于实现。
技术实现思路
为满足现有技术的需要，本专利技术的目的是提供一种柔性直流输电子模块稳态试验装置。本专利技术的目的是采用下述技术方案实现的：本专利技术提供一种柔性直流输电子模块稳态试验装置，其改进之处在于，所述试验装置包括直流电源E、第一空气开关K1、第二空气开关K2、充电限流电阻R、充电电阻旁路开关Kp、试品子模块、负载电抗器L、第一电负载电容器C1和第二负载电容器C2；所述直流电源E的正极与第一空气开关K1的一端连接；所述第一空气开关K1的另一端与充电电阻旁路开关Kp的一端连接；所述的充电限流电阻R与充电电阻旁路开关Kp并联形成电阻-开关并联支路；所述的电阻-开关并联支路与试品子模块直流出口高压端连接，所述直流电源E的负极与试品子模块直流出口低压端连接；所述试品子模块交流出口高压端与负载电抗器L串联；所述第一负载电容器C1的低压端与第二负载电容器C2的高压端连接形成负载电容串联支路，所述负载电容串联支路的高压端通过第二空气开关K2与试品子模块直流出口高压端连接，所述负载电容串联支路的低压端与试品子模块交流出口低压端连接，即负载电容串联支路与试品子模块直流出口相互并联。进一步地，所述的直流电源C1的负极、试品子模块直流出口低压端、试品子模块交流出口低压端和第二负载电容器C2低压端均接地。进一步地，所述试品子模块包括由两个绝缘栅双极型晶体管IGBT-二极管对T1-D1与T2-D2串联构成的半桥结构电路，以及与其并联的直流电容器C0；所述试品子模块直流电容器C0两端引出线为直流出口，与子模块直流电容器C0低压端连接的IGBT-二极管T2-D2对两端引出线为交流出口。进一步地，所述试验装置的充电限流电阻R充电完毕后被充电限流电阻旁路开关Kp旁路，正常运行时不产生损耗；正常运行时，试品子模块的直流电容器C0、负载电抗器L、第一电负载电容器C1和第二负载电容器C2构成谐振回路；直流电源E用于补偿试品子模块的损耗以维持试验电路正常运行。本专利技术提供一种柔性直流输电子模块稳态试验装置的试验方法，其改进之处在于，所述试验方法包括下述步骤：①闭合第一空气开关K1与第二空气开关K2，直流电源E经过充电限流电阻R向试品子模块的直流电容器C0、第一负载电容器C1和第二负载电容器C2充电；②当试品子模块直流电容器和负载电容器电压达到预设值时，闭合充电限流电阻旁路开关Kp，断开第二空气开关K2；③采用正弦脉宽调制策略交替触发试品子模块中IGBT器件T1与T2，试品子模块的直流电容器C0与IGBT-二极管对上等效再现其电气应力，进行电气应力校核；所述电气应力包括电压应力与电流应力；依据电压应力与电流应力，计算IGBT-二极管对的损耗与运行结温，进行热应力校核。进一步地，IGBT-二极管对的损耗包括通态损耗、开关损耗和反向恢复损耗；对于IGBT，其通态损耗Pcon,T和开关损耗Psw,T和分别如下式所示：式中：VT0和RT分别是IGBT通态特性一阶曲线拟合参数；aT，bT和cT分别是IGBT开关特性二阶曲线拟合参数；iTavg和iTrms分别是IGBT导通电流的平均值和有效值；fS是正弦脉宽调制的开关频率；对于二极管，其通态损耗Pcon,D和反向恢复损耗Psw,D和分别如下式所示：式中：VD0和RD分别是IGBT通态特性一阶曲线拟合参数；aD，bD和cD分别是IGBT开关特性二阶曲线拟合参数；iDavg和iDrms分别是二极管导通电流的平均值和有效值。与最接近的现有技术相比，本专利技术提供的技术方案具有的优异效果是：1、采用本专利技术提出的柔性直流输电子模块稳态试验装置结构非常简单，只需要采用一个试品子模块，不需要辅助子模块配合。2、试验过程中无功功率仅在试品子模块电容器、负载电抗器和负载电容串联支路中周期性交换，有功功率仅源于试品子模块、负载电抗器和负载电容器的运行总损耗。由于试品子模块的损耗占总损耗的绝大部分，因而该电路直流电源只需要提供很小的输出容量即可满足高电压、大电流测试需求。3、被测试品子模块所耐受的电气应力和热应力可在该试验电路中等效再现，完成换流器基本功能单元的设计校核。附图说明图1是本专利技术提供的柔性直流输电子模块稳态试验装置电路拓扑图；图2是本专利技术提供的试品子模块半导体器件电流波形图；其中(a)为IGBT器件T1的电流波形图；(b)为二极管D1的电流波形图；(c)为IGBT器件T2的电流波形图；(d)为二极管D1的电流波形图；图3是本专利技术提供的试品子模块半导体器件交流出口电压波形图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步的详细说明。以下描述和附图充分地示出本专利技术的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的组件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本专利技术的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，本专利技术的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“专利技术”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的专利技术，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个专利技术或专利技术构思。本专利技术的目的是提供一种柔性直流输电子模块稳态试验装置，其电路拓扑图如图1所示，该试验电路直流电源E、第一空气开关K1、第二空气开关K2、充电限流电阻R、充电电阻旁路开关Kp、试品子模块、负载电抗器L、第一电负载电容器C1和第二负载电容器C2；所述直流电源E的正极与第一空气开关K1的一端连接；所述第一空气开关K1的另一端与充电电阻旁路开关Kp的一端连接；所述的充电限流电阻R与充电电阻旁路开关Kp并联形成电阻-开关并联支路；所述的电阻-开关并联支路与试品子模块直流出口高压端连接，所述直流电源E的负极与试品子模块直流出口低压端连接；所述试品子模块交流出口高压端与负载电抗器L串联；所述第一负载电容器C1的低压端与第二负载电容器C2的高压端连接形成负载电容串联支路，所述负载电容串联支路的高压端通过第二空气开关K2与试品子模块直流出口高压端连接，所述负载电容串联支路的低压端与试本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种柔性直流输电子模块稳态试验装置，其特征在于，所述试验装置包括直流电源E、第一空气开关K1、第二空气开关K2、充电限流电阻R、充电电阻旁路开关Kp、试品子模块、负载电抗器L、第一电负载电容器C1和第二负载电容器C2；所述直流电源E的正极与第一空气开关K1的一端连接；所述第一空气开关K1的另一端与充电电阻旁路开关Kp的一端连接；所述的充电限流电阻R与充电电阻旁路开关Kp并联形成电阻‑开关并联支路；所述的电阻‑开关并联支路与试品子模块直流出口高压端连接，所述直流电源E的负极与试品子模块直流出口低压端连接；所述试品子模块交流出口高压端与负载电抗器L串联；所述第一负载电容器C1的低压端与第二负载电容器C2的高压端连接形成负载电容串联支路，所述负载电容串联支路的高压端通过第二空气开关K2与试品子模块直流出口高压端连接，所述负载电容串联支路的低压端与试品子模块交流出口低压端连接，即负载电容串联支路与试品子模块直流出口相互并联。

【技术特征摘要】
1.一种柔性直流输电子模块稳态试验装置，其特征在于，所述试验装置包括直流电源E、第一空气开关K1、第二空气开关K2、充电限流电阻R、充电电阻旁路开关Kp、试品子模块、负载电抗器L、第一电负载电容器C1和第二负载电容器C2；所述直流电源E的正极与第一空气开关K1的一端连接；所述第一空气开关K1的另一端与充电电阻旁路开关Kp的一端连接；所述的充电限流电阻R与充电电阻旁路开关Kp并联形成电阻-开关并联支路；所述的电阻-开关并联支路与试品子模块直流出口高压端连接，所述直流电源E的负极与试品子模块直流出口低压端连接；所述试品子模块交流出口高压端与负载电抗器L串联；所述第一负载电容器C1的低压端与第二负载电容器C2的高压端连接形成负载电容串联支路，所述负载电容串联支路的高压端通过第二空气开关K2与试品子模块直流出口高压端连接，所述负载电容串联支路的低压端与试品子模块交流出口低压端连接，即负载电容串联支路与试品子模块直流出口相互并联。2.如权利要求1所述的柔性直流输电子模块稳态试验装置，其特征在于，所述的直流电源C1的负极、试品子模块直流出口低压端、试品子模块交流出口低压端和第二负载电容器C2低压端均接地。3.如权利要求1所述的柔性直流输电子模块稳态试验装置，其特征在于，所述试品子模块包括由两个绝缘栅双极型晶体管IGBT-二极管对T1-D1与T2-D2串联构成的半桥结构电路，以及与其并联的直流电容器C0；所述试品子模块直流电容器C0两端引出线为直流出口，与子模块直流电容器C0低压端连接的IGBT-二极管T2-D2对两端引出线为交流出口。4.如权利要求1所述的柔性直流输电子模块稳态试验装置，其特征在于，所述试验装置的充电限流电阻R充电完毕后被充电限流电阻旁路开关Kp旁路，正常运行时不产生损耗；正常运行时，试品子模块的直流电容器C0、负载电抗器L、第一电负载电容器C1和第二负载电容器C2构成谐振回路；直流电源...

【专利技术属性】
技术研发人员：李强，庞辉，张艳军，杨杰，贺之渊，刘凯，别晓玉，周季，赵鹏，董鹤楠，
申请(专利权)人：国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，国网智能电网研究院，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：辽宁,21