[发明专利]一种柔性直流输电子模块试验装置及其试验方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统柔性输配电、电力电子和高压输电技术领域，具体涉及一种柔性直流输电子模块试验装置及其试验方法。

背景技术

在常规直流输电技术已日渐成熟的现状下，随着柔性直流新兴技术的发展和市场的需求，换流器已由两电平和三电平发展为多电平。国内外已将模块化多电平换流器（Modular Multilevel Converter，简称MMC）作为一种新的多电平换流器成功的应用在工程中，它兼具了传统多电平换流器开关频率低、开关损耗小、高频噪声低、电压变化率小的优点。由于国内MMC技术还处于初期阶段，这势必需要有配套的试验装置作为设计支撑，通过对MMC子模块电压电流应力、器件失效率、器件损耗和控制保护能力等进行实际测试、分析、计算。确保自主设计产品的可靠性和安全性。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种柔性直流输电子模块试验装置及其试验方法，本发明既可以完成长期持续的电气稳态试验，也可以进行瞬间暂态的电气性能测试。通过多变灵活的测试方式和测试回路真正达到对子模块的考核，提高工程应用的安全性和可靠性。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

一种柔性直流输电子模块试验装置，其改进之处在于，所述试验装置包括直流电源、与直流电源依次并联的电阻-开关串联支路I、试品子模块SM1、试品子模块SM2和电阻开关串联支路II；在直流电源和电阻-开关串联支路I之间连接有一开关，有一电阻与该开关并联；在试品子模块SM1和试品子模块SM2的直流端连接有另一开关；在试品子模块SM1和试品子模块SM2的正极端连接有负载电抗器，接地端连接有传感器，并且有微控制器MCU通过光纤分别与试品子模块SM1和试品子模块SM2进行通信。

其中，所述直流电源、电阻-开关串联支路I、试品子模块SM1、试品子模块SM2、电阻开关串联支路II和传感器均接地；所述电阻-开关串联支路I和电阻开关串联支路II均由电阻以及与其串联的开关组成；所述传感器为霍尔电流传感器。

其中，所述试品子模块SM1和试品子模块SM2均包括直流电容器以及与其并联的半桥结构；所述半桥结构由两个IGBT单元串联组成，在直流电容器和半桥结构之间并联有均压电阻；每个IGBT单元均包括反并联的上管IGBT器件和二极管以及反并联的下管IGBT器件和二极管；与试品子模块SM1和试品子模块SM2均并联有子模块控制器。

本发明基于另一目的提供的一种柔性直流输电子模块试验装置的试验方法，其改进之处在于，所述方法通过调节试验装置的PWM脉冲，对试品子模块SM1和试品子模块SM2进行热稳定试验和单模块IGBT器件测试试验。

其中，所述热稳定试验采用试验装置的H桥方式，通过调节PWM脉冲的占空比和试品子模块间的相位差，控制IGBT器件的开通和关断时间长度，来影响流经IGBT器件和直流电容器的热电流和峰值电流，其中热电流≤600A，峰值电流≤1800A；通过对上述两种电流的变化分析获取IGBT器件驱动的过流保护值及IGBT器件损耗，包括下述步骤：

A、直流电源分别为试品子模块SM1和试品子模块SM2的直流电容器充电；

B、直流电容器充电至700V时，给予使能信号使得微控制器MCU和试品子模块SM1和试品子模块SM2建立通信；

C、闭合电阻-开关串联支路I的开关，并打开试品子模块SM1和SM2直流端的充电连接开关，使得试品子模块SM1和SM2与负载电抗器之间形成谐振回路；

D、微控制器MCU的FPGA芯片发出试品子模块SM1和SM2的PWM脉冲解锁命令，通过微控制器MCU查询正弦表中每个周期内的PWM脉宽宽度t，并由公式(10000-t)/2和(10000+t)/2确定每个周期内PWM脉冲上升沿和下降沿时刻，触发子试品子模块SM1和SM2中每个IGBT器件的开通和关断；

E、试品子模块SM1和SM2内部接收到微控制器MCU的PWM脉冲解锁命令后，驱使IGBT驱动完成对试品子模块SM1和SM2中每个IGBT器件的开通和关断控制；

F、升高直流电容器电压使其达到额定电压，谐振回路进入稳定状态；

G、通过试品子模块SM1和SM2中每个IGBT器件的电流和电压值，确定试品子模块SM1和SM2中每个IGBT器件的损耗。

其中，所述步骤D中，根据检测的上升沿和下降沿绘制正弦表：

5000×sin(2π×i/20+2π/20/2)+5000,i＝0,1,2…19   ①；

其中：i表示脉冲个数，在一个周期内有20个PWM脉冲。