一种半桥和全桥通用的自取能型功率单元对冲装置及其测试方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种半桥和全桥通用的自取能型功率单元对冲装置及其测试方法。本发明专利技术属于电力电子技术领域；本发明专利技术可以使两台待测半桥或全桥功率单元运行于额定电压和电流下，快速验证各方面性能，满足样机验证或工程快速批量检测的需求；另外，本发明专利技术充分考虑了实际工程中功率单元的自取能特性，所设计充电环节既能对不带电单元进行平稳充电，又能与后续大电流对冲环节有效衔接，且无需手动操作或更改回路拓扑；可以快速计算出在额定电压下产生额定电流的各项参数；另外本发明专利技术可以拓展到多对功率单元同时进行试验，仅需增加相应数量的电抗器即可。

A general self energy taking power unit hedging device for half bridge and full bridge and its test method

【技术实现步骤摘要】
一种半桥和全桥通用的自取能型功率单元对冲装置及其测试方法
本专利技术属于电力电子
，特别是涉及一种半桥和全桥通用的自取能型功率单元对冲装置及及其测试方法。
技术介绍
相比于传统的两电平或三电平中性点钳位式变流器，多电平变流器因其具有模块化结构、易拓展、交流侧输出谐波含量小、冗余实现简单等优点，在柔性直流输电、高压电机拖动、高压无功补偿等领域具有广阔的应用前景。当前构成多电平变流器的基本构成单位，功率单元，按拓扑结构分类有：半桥型、全桥型、飞跨电容型、钳位型双模块型等十余种，其中半桥型和全桥型功率单元凭借其拓扑结构简单、易封装、损耗小、控制简单等诸多优点，在众多拓扑结构中占据绝对主流地位。例如在柔性直流输电领域，如图1所示，半桥功率单元串联组成模块化多电平(MMC)变流器；在无功补偿领域，如图2所示，全桥功率单元串联组成H桥级联(CascadedHBridge)静止无功发生器。出于绝缘的考虑，功率单元基本都采用自取能模式，即功率单元内包括IGBT触发信号等二次回路的电能，均取自自身直流电容，仅通过光纤与主控装置进行信息交互。同时为便于柜下调试，功率单元均会使用二次线缆，通过端子的形式将内部直流电容正负极引出。申请号为201110244693.5的中国专利《柔性直流输电MMC阀稳态运行试验的功率环试验方法》和申请号为201310090549.X的中国专利《柔性直流输电MMC换流阀运行试验装置及试验方法》，利用2N个功率单元搭建功率环；每N个功率单元组成一个高压阀串，两个阀串间通过电抗器交换功率。由于只是在系统内部交换无功功率，该方法同样可以减少对电源容量的需求。申请号为201410028483.6的中国专利《一种模块化多电平换流阀的功率对冲试验装置》，利用4个半桥功率单元和4台电抗器，组成了一个MMC和全桥的混合电路；一个直流电容并联于电源和测试电路间，提供缓冲，以减小电源容量。但上述专利的缺点在于，均需要将多个功率单元级联起来后，方能进行测试。而在功率单元初始设计阶段，由于未定型而不能大批量生产，这几种测试方法并不适用。在工程实施阶段，这几种测试方法也不能满足“装配一个，测试一个”的质检要求。此外，后两个专利所提方法，均需要充电和补能两套电源，增加了测试成本。申请号为201520402266.9的专利中，当两个半桥功率单元组成一个全桥功率单元时，将有大电流流经各半桥功率单元的直流正极，需要使用铜排将直流正极引出。而实际半桥功率单元是仅将交流侧和直流负极通过铜排引出。若要用该方法测试半桥功率单元，需改变其自身结构。申请号为201410028483.6的专利，拓扑接线较为复杂，且所需电抗器数量较多，此外还需准备额外的直流电容，增加了测试成本。功率单元的可靠性决定了整台多电平变流器的可靠性；但在绝大多数情况下，受电压和容量限制，多电平变流器无法在实际现场投运前完成整机全功率传输试验，因此需寻找一种等效的试验方法，来验证功率单元在额定工况下的可靠性，包含设计合理性、装配准确性、运输安全性等。目前，已有多位学者或技术人员，提出不同的等效试验方法，包括改变整机主回路与电网的连接形式、用多个功率单元搭建特定拓扑等。这些方法，从原理上来说，均能够进行额定工况等效，但普遍工程可操作性不强。
技术实现思路
本专利技术通过控制两待测功率单元解锁状态下内部IGBT导通和关断占空比，协调其输出电压的交流分量的相位和幅值差，从而产生具备一定幅值的在两功率单元内部循环的无功电流；目的在于提供一种与实际工况等效的半桥和全桥通用的自取能型功率单元对冲装置及其测试方法；能够在原型设计阶段和个体装配阶段，快速验证功率单元在额定电压和额定电流条件下的可靠性。本专利技术的技术方案是：一种半桥和全桥通用的自取能型功率单元对冲装置，包括一台可调直流电压源、两台待测半桥或全桥功率单元、一台电抗器和一支功率电阻；其中，所述两台待测半桥或全桥功率单元包括主机和从机，所述主机通过功率电阻与可调直流电压源相连，所述从机通过电抗器与主机相连。所述自取能型功率单元对冲装置在测试半桥功率单元或全桥功率单元时，其外部接线完全一致。所述的可调直流电压源仅对主机进行供电，所述主机用于建立和维持从机的直流电压。所述功率电阻串联在可调直流电压源和主机之间；增加可调直流电压源等效输出阻抗，防止电流振荡。其测试方法包括以下步骤：步骤1：上位机控制界面上选择待试验功率单元类型：全桥或半桥；步骤2：计算主机和从机间形成有效值为Irms的对冲电流时，各功率单元内部直流电压波动Δudc；选取两台待测半桥或全桥功率单元的输出电压交流分量幅值A，该值应小于额定直流电压与直流电压波动之差；计算产生Irms电流所需的两台待测半桥或全桥功率单元的输出电压交流分量相位差步骤3：运行可调直流电压源，调节输出电压至额定值Udc，主机上的取能电路将从直流支撑电容取电运行，并具备监视和驱动IGBT运行的能力；步骤4：主机脉冲解锁，按照特定占空比变换对从机进行充电；步骤5：主机和从机按照相同的占空比输出电压；用于促进主机和从机直流电压的动态均衡，同时为进入步骤6进行过度；步骤6：主机和从机占空比正弦交流分量加入相位差或幅值差，产生对冲电流，步骤7：在±5°的范围内，增加或减小使对冲电流实际有效值增加或减小到Irms；对于全桥功率单元，还需在±100V的范围内，增加或减小ΔA，使得从机直流电压提高或降低到与主机一致的范围；调整完毕后，在该状态下持续运行规定时间，以验证主机和从机在规定额定电压和电流条件下的各项性能。所述步骤2中，直流电压波动Δudc、输出电压交流分量幅值A和输出电压交流分量相位差通过公式进行快速估算。所述步骤4中，主机占空比按照特定模式进行变化，以实现从机平稳充电；所述步骤5和6中，主机和从机占空比按照特定模式进行变化，以实现动态平衡和电流上升；所述步骤7中，可对相位差进行微调，以使对冲电流实际有效值与预期值一致；可对幅值差ΔA进行微调，以使主机和从机直流电压一致。所述可调直流电压源也可替换为普通直流源、调压器、不控整流电路、预充电电路电气回路的有效组合形式。本专利技术的有益效果是：1、仅需1台小功率直流电压源和1台电抗器，便能使两台待测半桥或全桥功率单元运行于额定电压和电流下，快速验证各方面性能，满足样机验证或工程快速批量检测的需求；2、不论待测功率单元内部拓扑是半桥还是全桥，对冲试验外部接线完全相同，实现了测试方法的通用性；3、本方法充分考虑了实际工程中两台待测半桥或全桥功率单元的自取能特性，所设计充电环节既能对不带电单元进行平稳充电，又能与后续大电流对冲环节有效衔接，且无需手动操作或更改回路拓扑；4、本方法给出了一组估算公式，利用这组公式，可以快速计算出在额定电压下产生额定电流的各项参数；5、本方法中，给主机和从机的占空比指令，均以开环形式发出。这也就意味着该方法可以拓展到多对功率单元同时进行试验，仅需增加相应数本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半桥和全桥通用的自取能型功率单元对冲装置，其特征在于，包括一台可调直流电压源、两台待测半桥或全桥功率单元、一台电抗器和一支功率电阻；/n其中，所述两台待测半桥或全桥功率单元包括主机和从机，所述主机通过功率电阻与可调直流电压源相连，所述从机通过电抗器与主机相连。/n

【技术特征摘要】
1.一种半桥和全桥通用的自取能型功率单元对冲装置，其特征在于，包括一台可调直流电压源、两台待测半桥或全桥功率单元、一台电抗器和一支功率电阻；
其中，所述两台待测半桥或全桥功率单元包括主机和从机，所述主机通过功率电阻与可调直流电压源相连，所述从机通过电抗器与主机相连。


2.根据权利要求1所述的一种半桥和全桥通用的自取能型功率单元对冲装置，其特征在于，所述自取能型功率单元对冲装置在测试半桥功率单元或全桥功率单元时，其外部接线完全一致。


3.根据权利要求1所述的一种半桥和全桥通用的自取能型功率单元对冲装置，其特征在于，所述的可调直流电压源仅对主机进行供电，所述主机用于建立和维持从机的直流电压。


4.根据权利要求1所述的一种半桥和全桥通用的自取能型功率单元对冲装置，其特征在于，所述功率电阻串联在可调直流电压源和主机之间。


5.如权利要求1-4所述的一种半桥和全桥通用的自取能型功率单元对冲装置的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：上位机控制界面上选择待试验功率单元类型：全桥或半桥；
步骤2：计算主机和从机间形成有效值为Irms的对冲电流时，各功率单元内部直流电压波动Δudc；选取两台待测半桥或全桥功率单元的输出电压交流分量幅值A，该值小于额定直流电压与直流电压波动之差；计算产生Irms电流所需的两台待测半桥或全桥功率单元的输出电压交流分量相位差
步骤3：运行可调直流电压源，调节输出电压至额定值Udc，主机上的取能电路将从直流支撑电容取电运行，并具备监视和驱...

【专利技术属性】
技术研发人员：程谦，牟晓春，隗华荣，蒋真，董艳博，田安民，梁帅奇，王小红，侯凯，
申请(专利权)人：国电南瑞科技股份有限公司，国电南瑞南京控制系统有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32