一种功率模块试验装置及试验方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种功率模块试验装置及试验方法，包含补能电源E、充电电源Ey、稳态电抗L、第一短路电抗L1、第二短路电抗L2、补能开关Km、阀充电开关Kv、储能充电开关Kc、第一短路开关K1、第二短路开关K2、短路电容组件C1和两个阀组V，每个阀组V由子模块M串联组成，不同阀组V的一端直接相连或通过电抗L相连、另一端通过电抗L相连，电抗L2、开关K2和短路电容组件C1串联后再与电抗L1并联，电抗L1和开关K1串联后再与阀组V中的至少一个所述子模块M串联组成的串联支路并联，该装置结合试验方法可在至少一个子模块M上等效再现实际稳态工况和暂态工况下的电压应力、电流应力和热应力等。

【技术实现步骤摘要】
一种功率模块试验装置及试验方法
本专利技术涉及一种电力电子模块的稳态运行试验和暂态运行试验的装置，具体涉及一种功率模块试验装置及试验方法。
技术介绍
越来越多的大功率电力电子产品被广泛地应用于智能电网的建设，成为现代全球能源互联网
的关键技术，特别是电压源换流器在直流输电和无功补偿领域得到广泛应用，以往电压源换流器是多为两电平或三电平换流器，随着大功率电力电子产品的需求往电压更高、功率容量更大的方向发展，两电平或三电平技术已经满足不了日益增加的电压和容量的需求，越来越多的大功率电力电子产品采用模块化多电平拓扑，例如在高压大功率领域的柔性直流输电电压源换流器或链式静止同步补偿器多采用模块化多电平拓扑。模块化多电平电压源换流器具有经济、环保、高效、使用方便、控制灵活、谐波小、适用性强等特点，可大大减少或省去输出滤波电路，可以很好地改善电能质量，运用到各种场合，特别是用于污染性大和传统输电难于解决的独立负荷。因此对模块化多电平电压源换流器中主要由可关断半导体器件组成的子模块构建与实际工况相同或相近的电压应力、电流应力和热应力等试验环境是提高模块化多电平电压源换流器可靠性的重要试验手段。对模块化多电平电压源换流器子模块等电力电子功率模块进行运行试验是为了验证在实际工况中长期稳态运行的子模块在其所受到的电压应力、电流应力和热应力等作用下是否能够稳定运行，验证在最大连续运行负荷工况，最大暂时过负荷运行工况、最小直流电压工况、过电流关断工况、短路电流工况和抗电磁干扰工况下的子模块在其所受到的电压应力、电流应力和热应力等作用下是否满足设计要求，目前现有技术基本都是在等效的背靠背小型化换流站试验平台上等效再现长期稳态运行的子模块所受到的电压应力、电流应力和热应力等，但是受等效的背靠背小型化换流站试验平台的系统参数影响，等效再现在换流站发生短路故障时子模块所受到的电压应力、电流应力和热应力等非常困难甚至是实现不了，很难同时满足上述试验要求，并且无论是等效的背靠背小型化换流站试验平台还是等效的链式静止同步补偿器试验平台，均存在对电网系统额定容量和短路容量要求高，同时需要的电力电子功率模块数量多，试验风险大等缺点。
技术实现思路
本专利技术提供的一种功率模块试验装置及试验方法，可在至少一个功率子模块上等效再现实际稳态工况和暂态工况下的电压应力、电流应力和热应力等，可满足不同功率等级的至少一个功率子模块在稳态工况和暂态工况下的试验。本专利技术采用下述方案实现：1、一种功率模块试验装置，其改进之处在于，所述功率模块试验装置包含补能电源、充电电源、稳态电抗、第一短路电抗、第二短路电抗、补能开关、阀充电开关、储能充电开关、第一短路开关、第二短路开关、短路电容组件和至少两个阀组，每个所述阀组由至少一个子模块串联组成，所述的不同阀组之间一端直接相连或通过所述稳态电抗相连、另一端通过所述稳态电抗相连，所述第二短路电抗、所述第二短路开关和所述短路电容组件串联后再与所述第一短路电抗并联，所述第一短路电抗和所述第一短路开关串联后再与所述阀组中的至少一个所述子模块串联组成的串联支路并联。其中，所述补能电源和所述补能开关串联后再与所述阀组中的所述子模块并联，所述充电电源和所述阀充电开关串联后再与所述阀组并联，所述充电电源和所述储能充电开关串联后再与所述短路电容组件并联。其中，所述的子模块，包含两个可关断半导体开关、两个续流二极管、一个均压电阻、一个储能电容和一个子模块保护部件，每个所述可关断半导体开关与一个所述续流二极管反向并联，所述两个可关断半导体开关串联后与所述储能电容并联，所述储能电容和所述均压电阻并联，至少一个所述的可关断半导体开关并联一个子模块保护部件，所述子模块保护部件的两端为所述的子模块的进出线端。其中，所述的子模块中的所述子模块保护部件，包含至少一个保护晶闸管和至少一个保护开关，所述保护晶闸管和所述保护开关并联。其中，所述的第一短路开关或所述的第二短路开关或所述的补能开关或所述的阀充电开关或所述的储能充电开关，是机械开关或半导体开关。其中，所述的短路电容组件，是一个短路电容。其中，一种试验方法，用于所述的功率模块试验装置，其改进之处在于，所述方法包括下述步骤：A、闭合阀充电开关，充电电源对阀组中的所有子模块的储能电容充电；B、当子模块的储能电容电压达到设定值时断开阀充电开关，断开阀充电开关后闭合补能开关，投入补能电源；C、触发阀组中的所有子模块按照一定的策略投切并工作在稳态状态，阀组中的所有子模块建立起等效实际工况下的电压应力、电流应力和热应力等；D、阀组的所有子模块工作在稳态状态一定时间后，闭合储能充电开关，充电电源对短路电容组件中的短路电容充电；E、当短路电容组件中的短路电容的电压达到设定值后断开储能充电开关，断开储能充电开关后按照设定的时序闭合第一短路开关和第二短路开关，触发阀组的短路事件，阀组中的所有子模块建立起等效故障暂态工况下的电压应力、电流应力和热应力等；F、断开补能开关、退出补能电源、退出充电电源，闭锁装置，试验结束。本专利技术提供的所述的功率模块试验装置的第二种实施方式是，包含多个所述的阀组，不同的所述的阀组之间分别通过不同的所述的稳态电抗两两相连，不同的所述的稳态电抗之间为放射形连接。本专利技术提供的所述的功率模块试验装置的第三种实施方式是，包含多个所述的阀组，不同的所述的阀组之间分别通过不同的所述的稳态电抗两两相连，不同的所述的稳态电抗之间为环形连接。本专利技术提供的所述的功率模块试验装置的第四种实施方式是，包含多个所述第一短路电抗，不同的所述第一短路电抗分别和不同的所述的第一短路开关串联后再分别与不同的所述阀组中的至少一个所述子模块串联组成的串联支路并联，每个所述第一短路电抗分别与不同的所述第二短路电抗、所述第二短路开关和所述短路电容组件串联后的支路并联。本专利技术提供的所述的功率模块试验装置的第五种实施方式是，包含多个所述的补能电源，不同的所述的补能电源分别和不同的所述的补能开关串联后再分别与不同的所述的子模块并联。本专利技术提供的所述的功率模块试验装置的第六种实施方式是，包含多个所述的充电电源，所述充电电源和所述储能充电开关串联后再与所述短路电容组件并联，其余的不同的所述的充电电源分别和不同的所述的阀充电开关串联后再分别与不同的所述的阀组并联。本专利技术提供的所述的功率模块试验装置的第七种实施方式是，所述的补能电源和所述的充电电源，合并为同一个电源。本专利技术提供的所述的阀组与所述的稳态电抗连接的第二种实施方式是，所述的不同的阀组之间两端都是通过所述稳态电抗相连。本专利技术提供的所述的第一短路电抗、所述的第一短路开关和所述的子模块连接的第二种实施方式是，所述第一短路电抗和所述第一短路开关串联后再与所述阀组中的部分的至少一个所述子模块串联组成的串联支路并联。本专利技术提供的所述的子模块的第二种实施方式是，包含四个可关断半导体开关、四个续流二极管、一个均压电阻和一个储能电容，每个所述可关断半导体开关与一个所述续流二极管反向并联，所述四个可关断半导体开关构成一个全桥电路，所述全桥电路直流端与所述储能电容并联，所述储能电容和所述均压电阻并联，所述全桥电路的交流端为所述的子模块的进出线端，所述的子模块的进出线端并联一个子模块保护部件。本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率模块试验装置，其特征在于，所述功率模块试验装置包括补能电源、充电电源、稳态电抗、第一短路电抗、第二短路电抗、补能开关、阀充电开关、储能充电开关、第一短路开关、第二短路开关、短路电容组件和至少两个阀组，每个所述阀组由至少一个子模块串联组成，所述的不同阀组之间一端直接相连或通过所述稳态电抗相连、另一端通过所述稳态电抗相连，所述第二短路电抗、第二短路开关和短路电容组件串联后再与所述第一短路电抗并联，所述第一短路电抗和所述第一短路开关串联后再与所述阀组中的至少一个所述子模块串联组成的串联支路并联。

【技术特征摘要】
1.一种功率模块试验装置，其特征在于，所述功率模块试验装置包括补能电源、充电电源、稳态电抗、第一短路电抗、第二短路电抗、补能开关、阀充电开关、储能充电开关、第一短路开关、第二短路开关、短路电容组件和至少两个阀组，每个所述阀组由至少一个子模块串联组成，所述的不同阀组之间一端直接相连或通过所述稳态电抗相连、另一端通过所述稳态电抗相连，所述第二短路电抗、第二短路开关和短路电容组件串联后再与所述第一短路电抗并联，所述第一短路电抗和所述第一短路开关串联后再与所述阀组中的至少一个所述子模块串联组成的串联支路并联。2.如权利要求1所述的功率模块试验装置，其特征在于，所述补能电源和所述补能开关串联后再与所述阀组中的所述子模块并联，所述充电电源和所述阀充电开关串联后再与所述阀组并联，所述充电电源和所述储能充电开关串联后再与所述短路电容组件并联。3.如权利要求1所述的功率模块试验装置，其特征在于，所述子模块包括两个可关断半导体开关、两个续流二极管、一个均压电阻、一个储能电容和一个子模块保护部件，每个可关断半导体开关与一个所述续流二极管反向并联，所述两个可关断半导体开关串联后与所述储能电容并联，所述储能电容和所述均压电阻并联，至少一个所述的可关断半导体开关并联一个子模块保护部件，所述子模块保护部件的两端为所述的子模块的进出线端。4.如权利要求1所述的功率模块试验装置，其特征在于，所述子模块包含四个可关断半导体开关、四个续流二极管、一个均压电阻和一个储能电容，每个所述可关断半导体开关与一个所述续流二极管反向并联，所述四个可关断半导体开关构成一个全桥电路，所述全桥电路直流端与所述储能电容并联，所述储能电容和所述均压电阻并联，所述全桥电路的交流端为所述的子模块的进出线端，所述的子模块的进出线端并联一个子模块保护部件。5.如权利要求3所述的功率模块试验装置，其特征在于，所述子模块保护部件包括至少一个保护晶...

【专利技术属性】
技术研发人员：殷冠贤，朱铭炼，谢晔源，李海英，姜田贵，连建阳，
申请(专利权)人：南京南瑞继保电气有限公司，南京南瑞继保工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32