专利名称：用于可控硅阀组检测的实验站的制作方法
技术领域：
此实用新型 是在电力专业内以动力半导体技术为基础，可以当成正反并联可控硅阀组TCR，异步电机软启动及其它设备的等效电流源和电压源使用，并对其进行实验。
背景技术：
众所周知用于可控娃阀组TCR的实验检测(Baoliang Sheng, Senior Member,IEEE; Marcio Oliveira, Member, IEEE; Hans-Ola Bjarme, “Synthetic Test Circuitsfor the Operational Tests of TCR and TSC Thyristor Valves，，· - IEEE-PES T&DConference, Chicago, Illinois, USA, April 21-22，2008),(见图 1)，包括用于连接被检测可控硅阀组(Vtl+/Vtl_)的接地母线和等电位母线，并且有电压振荡回路(Cs，LI ηVa3/Va4),电流回路(G/Lg, Ls, Val+/Val_, Arrester, Filter banks h Shunt banks)和冲击回路(Imp. Gen);直流电压源(DC Source);连接在直流电压源(DC Source)输出端的电容器C2以及其它。此实验台在以下情况下有很多的不足及缺点。如果电流回路中的交流电压源G/Lg在低压侧，被检测可控硅阀组的Vtl+/Vtl_是通过驱动板来提供能量的，交流电压是由可控硅上RC保护回路得到的，那么由于最开始驱动板上没有能量而无法启动电压振荡回路。并且因为无法做到电流回路中的设备都为大功率(Filter banks, Shunt banks和Ls)并且保证其输出电压与被检测可控硅阀组电压相对应，所以很难使交流电压源G/Lg为高电压。毫无疑问要解决这个问题就必需在被检测可控硅阀组Vtl+/Vtl并联一个不带驱动板的辅助可控硅阀组，这个阀组是用于电压振荡回路启动的。在进行实验时也一定要给被检测可控硅阀组的驱动板上给予交流电压。之后被检测可控硅阀投入工作，这个辅助可控硅阀组则退出运行。而这又增加了另一个难题。除此之外，当可控硅阀组Val+/Val_在控制失控的情况下实验台电流回路中用于保护电流回路中低压侧原器件限制过电压的避雷器(Arrester)必需是大功率的,举例说明，比如在投入冲击回路的时刻。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种用于可控硅阀组检测的实验站，该检测实验站在简化了设备的同时，大大提高了实验的安全运行。为实现上述目的，本实用新型通过以下技术方案实现一种用于可控硅阀组检测实验站，包括有用于连接被检测可控硅阀组的接地母线和等电位母线；直流电压源；连接在直流电压源输出端的电容器；连接在等电位母线上的电压振荡回路；连接在接地母线和等电位母线之间的电流回路，在电流回路上串联有交流电压源，限流电抗器和主要可控硅阀组，在对被检测可控硅阀组进行实验时电流回路上并联有由交流电压源和限流电抗器串联而成的回路。在电流回路中还包括一个辅助可控硅阀组，该辅助可控硅阀组的可控硅是以正反并联形式出现的，带有门槛电路，门槛电路的输入端与可控硅动力极连接，输出端与可控硅的控制极连接，所述门槛电路由传感器提供能量。在我们申请的专利中电流回路里的主要可控硅阀组和辅助可控硅阀组在进行实验时启动电压 振荡回路并与被检测阀组同时工作，此时交流电压源是断切不投入的。当在被检测可控硅阀组上驱动板得到了允许工作的交流电压时主要可控硅阀组和辅助可控硅阀组退出运行，被检测阀组进行工作状态。即启动实验台进行实验。之后投入交流电压源并且电压振荡回路与带有主要可控硅阀组的电流回路同时工作。辅助可控硅阀组的电压不大于lkv，除上述功能之外，还要做到当主要可控硅阀组控制失控或者辅助可控硅阀组丢失控制信号的情况下对过电压进行保护。之后门槛电路工作，并使电流回路中低压侧的元器件安全运行，在此时传感器发出信号闭锁所有可控硅阀组并切断交流电压源。如果对单方向不对称可控硅阀组进行实验，电压振荡回路在过充电时可控硅反方向功能由电流回路中的主可控硅阀组和辅助可控硅阀组自身完成。本实用新型的有益效果是该检测实验站在简化了实验台设备的同时也大大提高它的安全运行。该全能实验站是以对可控硅阀组进行实验为目的而实用新型的。以动力半导体技术为基础，可以当成正反并联可控硅阀组的等效电流源和电压源使用，并对阀组进行实验。辅助可控硅阀组是并联有带有串联变压器二次绕组和限流电抗器的回路，这个回路是保证给由驱动板给可控硅提供电压的阀组进行实验时电压振荡回路的启动和主要可控硅阀组的安全保护。实验站可对单方向不对称可控硅阀组和双方向对称可控硅阀组进行实验。
图I为本实用新型实验站的主电气原理图；图2为电流回路中的辅助可控硅阀组电气原理图；图3为申请专利实验站的时序图。
具体实施方式
实验站主电气原理图中包括接地母线I和等电位母线2，被检测可控硅阀组3，直流电压源4，第一组电容器5，电压振荡回路6，整流环节7，电流回路8，冲击回路9，分布电容回路10，第一个保护电抗器11和第二个保护电抗器12，控制系统13，电压互感器14，第一个电流互感器15和第二个电流互感器16。被检测可控硅阀组3是由正反并联可控硅组成的阀组，可控硅正方向为17，反方向为18，即控制输入正方向为17，反方向为18，与被检测可控硅阀组3的控制输入正方向为3+，反方向为3-相对应。直流电压源4在输出端有正极PV，负极NV和零极MV，它是由带有第一个二极管单元19和第二个二极管单元20以及一次绕组为vN(t)的自耦变压器21组成的。S卩，自耦变压器21的二次绕组第一个输出端连接在第一个阳——阴二极管单元19的正极端，它的二次绕组的第二个输出端连接在阴极——阳极二极管单元20的负极端，自耦变压器21的一次绕组电压为系统电压vN(t)，二次侧绕组的第一个输出端通过第一个二极管单元19结构为阳——阴形式与正极PV相连，通过第二个二极管单元20结构为阴——阳形式与负极NV相连，二次绕组的第二个输出端与零极MV相连。第一组电容器5有正极PV，负极NV和零极MV，它是由22和23两个单元组成，第一个单元22的第一个输出端和第二个单元23的第二个输出端的连接保证与正极PV和负极NV相对应，第一个单元22的第二个输出端和第二个单元23的第一个输出端与零极MV相连接。电压振荡回路6串联有第二组电容器24，电抗器25和第一个可控硅阀组26，第一个可控娃阀组26由正方向可控娃27和反方向可控娃28组成，电压振荡回路6输入处的26可控硅阀组正方向标识为6+反 方向标识为6_。整流环节7有输出OUT，正极PV和负极NV，包含有第二个可控硅阀组29和第三个可控硅阀组30，第二个可控硅阀组29和第三个可控硅阀组30由正反并联的可控硅31和二极管32组成。可控硅31的阳极和二极管32的阴极做为一个回路是整流环节7中的可控硅阀组29 (30)第一个输出端，可控硅31的阴极和二极管32的阳极做为一个回路为整流环节7中的可控硅阀组29 (30)的第二个输出端；整流环节7的输出端OUT与第二个可控硅阀组29的第二个输出和第三个可控压阀组30的第一个输出端连接，正极PV和负极NV与可控硅阀组29的第一个输出和可控硅阀组30的第二个输出端连接。整流环节7中29单元中的31可控硅正方向标识为7+，30单元中的负方向标识为7_。电流回路8中包括有串联的交流电压源，即变压器33，限流电抗器34和主要可控硅阀组35，这个阀组35是由正反并联可控硅组成的，正方向标识为36，反方向为标识为37 ;辅助可控硅阀组38，这个阀组是由正反并联可控硅组成的，正方向标识为39，反方向标识为40 ;这里变压器33的一次侧绕组与带有电压为vN (t)的开并41相连接；辅助可控硅阀组38是并联有带有串联变压器33 二次绕组和限流电抗器34关系的回路；主要可控硅阀组35的控制输入端正方向为36，反方向为37，电流回路8中的控制输入正方向为8+，反方向为8-;辅助可控硅阀组38的控制输入端正方向为39，反方向为40，电流回路中辅助可控硅阀组38的控制输入端正方向为8d，反方向为Sb。冲击回路9有电流脉冲形成器(电压脉冲形成器)。控制系统13由模似——数字带有程序芯片的元器件构成。直流电压源4和第一组电容器5极性彼此相对应的连接(PV，MV，和NV)。第一组电容器5的零极MV和直流电压源4通过第二个电流互感器16和接地母线I连接，并且通过第一个保护电抗器11和第二个保护电抗器12根据相对应的极性(PV和NV)与整流环节7相连接。整流环节7的输出端OUT由电压振荡回路6和等电位母线2相连接。电流回路8的第一个输出端与等电位母线2相接，第二个输出端经过第一个电流互感器15与接地母线I相连。被检测可控硅阀组3，冲击回路9和分布电容回路10连接在等电位母线2和接地母线I之间。电压互感器14输出端与控制系统13的输入端相连接，电压互感器14的输入端电压为vN(t),第一个电流互感器15的输出端和第二个电流互感器16的输出端与控制系统13的输入端相连接，被检测可控硅阀组3的控制输入端，电压振荡回路6，整流环节7和电流回路8它们的信号分别以3+，3_，6+，6_，7+，7_，8+，8_，8d和8b来表示并进入控制系统。除此之外被检测可控硅阀组3上的驱动板READY的输出状态，辅助可控硅阀组38的保护输出FAULT以及在电流回路8中的开关41的0N/0FF的状态也进入控制系统13的输入端，控制输出端的OFF与电流回路8中的开关41的输入端相连。在图2中具体的描述了在电流回路8上的辅助可控硅阀组38。辅助可控硅阀组38包括有正反并联可控硅构成的回路，正方向可控硅39，反方向可控硅40，并联在可控硅39和40上的RC保护回路42 ；门槛电路43 ;第一个驱动板44和第二个驱动板45，它们的输出端与正方向39的可控娃和反方向40的可控娃相连接并对其进行p-n的控制转换。辅助可控硅阀组38上的第一个驱动板44和第二个驱动板45的输入端分别为控制正方向39可控娃和反方向40可控娃的输入信号8d和8b对应；门滥电路43中Cl和C2分别为正反可控娃阴极的输入端，第一个输出端Gl和第二个输出端G2与控制输出相连,并保持与正方向可控硅39和反方向可控硅40相一致。在门槛电路43中还包括两个保护回路分别是46和47，二极管整流回路48，传感器49，两个二极管分别为50和51，BOD——二极管52和第一个电阻53，并且门槛回路43中Cl的第一个输入端与第一个二极管50的正方向相连接，第一个电阻53，二极管整流回路48的交流输出端Γ)和第二个二极管51在反方向上与门槛回路43中C2上的第二个输入端相连接。保护回路46和47都包括有电容54，第三个二极管55,第一个稳压管56和第二个电阻57,在第一个保护回路46和第二个保护回路47中电容54和第二个电阻57并联着第一个二极管50和第二个二极管51，阴极与第一个稳压管56反方向上相连接，保护回路46和47上的第三个二极管55正方向上与门槛电路43的第一个输出端Gl和第二个输出端G2相连。二极管整流回路48的正输出(+ )和它的负输出(-)经过BOD——二极管52与在传感器49在正方向的输入相连。传感器49包括第三个电阻58，第四个电阻59和第五个电阻60，第二个稳压管61和光纤传感器62，光纤传感器是传输辅助可控娃阀组38上保护输出信号FAULT的；在传感器49的输入端有第三个电阻58,在这个并联回路上第四个电阻59的正方向和第二个稳压管61反方向串联，正反并联的稳 压管61上串联有第五个电阻60和光纤传感器62。在图3的时序图中e(t)——电压振荡回路的电动势，与第一组电容器5上的第一个单元22或者第二个单元23上电压相等，并且第二组电容器24上的电压在保护电抗器电感值为零时图I上E点的电压与vE(t)与e(t)相同，这里Vs——第一组电容器5上正方向或者负方向上的幅值电压，Ev——电压振荡回路在稳定工作状态下整流的电动势；iv(t)——电压振荡回路6中的电流回路，这里tv——电流的脉冲步长;v24(t)——第二组电容器24上的电压，这里Vtl, V1, V4和V5——第二组电容器24上在时间^ t1； t4和t5上的电压值；v21(t)——自耦变压器21 二次绕组上的电压；v22(t)和V23(t)——第一组电容器5的第一个单元22和第二个单元23上的电压，这里AVs——第一个单元22或者第二个单元23的放电电压值；ic(t)和iT(t)——电流回路8的电流值与被检测阀组3相对应的电流值；vc(t)和”⑴——电流回路8上电压和被检测阀组3相对应的电压，这里Vm~在电压振荡回路稳定工作状态下关断被检测阀组3此时的过电压幅值；3+和3_，6+和6_，7+和7_，8+和8_，Sd和Sb——为控制脉冲，这些脉冲信号分别与被检测阀组3，电压振荡回路6，整流环节7和电流回路8在正方向上的(+，d)和反方向上的(_，b)相对应；t——实际时
间Atl, t1； t2,----时间读数点。为了方便观看在时序图中没有显示出在切断可控硅阀组
时;[。(1:)，;^(1:)和i T(t)的反方向电流尖峰。在时序图3中V21 (t), V22 (t)和V23⑴为等比例放大尺寸。我们的实验台按以下顺序进行检测工作电压互感器14的输出端电压信号为vN(t)，第一个电流互感器15的输出端带有电流回路8的电流信号ic(t)，以及第二个电流互感器16的输出端带有电压振荡回路6中的电流为iv(t)的信号共同进入控制系统13做为同步进行工作。控制系统13中的控制脉冲信号分别为3+，3_，6+，6_，7+，7_，8+，8_，8b和8d(见时序图3)，这些脉冲分别对应着被检测阀组3，电压振荡回路6，整流环节7和电流回路8并通过它们对实验台在不同条件下进行工作。这些不同的状态是通过程序给定的。除此之外，在控制系统的输入端有来自电流回路8的保护信号FAULT，被检测可控硅阀组驱动板的READY信号和电流回路8中开关41的状态0N/0FF信号。在实验台进行工作时必需考虑到以下条件第一组电容器5中的第一个单元22和第二个单元23的电容值C22和C23要远远大于第二组电容器4上的电容值C24 S卩，C22 = C23 = Cs >> C24。保护电抗器11和12用于保护限制整流环节7上出现的故事电流，电感量值分别为L11和L12，这两个值要远远小于电抗器25的L25电感量即L11 = L12 << L25O第一组电容器5上的第一个单兀22和第二个单元23的充电由直流电压源4双方向完成的，电压等于零，电压为+Vs和-Vs，可控硅阀组的整流要在时间间隔之前完成。如果被检测可控硅阀组有驱动板，电源是通过特殊回路与等电位母线连接，除了实验台控制系统失控的事故状态之外，实验台开始和继续工作与如下描述相一致。被检测可控硅阀组3上的可控硅由驱动板驱动，电压由可控硅得到。开始时实验台没电源，控制系统13给出信号OFF (继电器触点)到开关41，S卩，开关41是关断状态。因为在实验台给电源之前和之后驱动板的REDAY信号在控制系统13的输入端由于被检测可控硅阀组3上没有交流电压而无法控制。所以最开始用开关41切断变压器33并且通过电流回路8中的主要可控硅阀组35和辅助可控硅阀组38启动电压振荡回路6。电压振荡回路6在稳定状态时见时序图3。第一个可控娃阀组26通过脉冲信号6_打开反方向回路28的时间点为 to-(这里V — t0和V < t0,在以下文章中所表达的意思是相同的)。此时在第二组电容器24上的电压为V24UtlJ =~%。电流回路8上的主要可控硅阀组35和辅助可控硅阀组38通过第一个可控硅阀组26上的反方向回路28和第二个可控硅阀组29上的二极管回路32叠加了第二组电容器24的电压-、和第一组电容器5上的22单元电压+Vs，S卩v c(t0J=e (t0J = Vs-V0 < O。在时间点h上给与电流回路8和整流环节7相对应的控制脉冲信号8+，8b和7_。电流回路8上有主要可控硅阀组35上的正方向回路36和辅助可控硅阀组38的反方向回路40，电流回路8上的电压和被检测可控硅阀组3上的电压给到零(时序图中vc(t)和vT(t)，时间点h)。整流环节7上有第三个可控硅阀组30上的可控硅回路31，在这个阀组上通过二极管回路32关断第二个可控硅阀组29。第二组电容器24按以下顺序进行过充电第三个可控硅阀组30上的可控硅回路31——第二个保护电抗器12——第一组电容器5上的第二个单元23——第二个电流互感器16——接地母线I——第一个电流互感器15——辅助可控硅阀组38上的反方向回路40——主要可控硅阀组35上正方向回路36——等电位母线2——第一个可控硅阀组26上的反方向回路28——电抗器25(时序图
中电流 iv (t)在从 t。到 & = t0+tv 时间间隔,这里 ν = π · JL · C ,L = lu+l25 = l12+l25
和c = cs · c24/(cs+c24))。如果电压振荡回路在没有损耗的理想状态下工作那么第一组电容器5上的23单元的电压值和第二组电容器24在过充电之前和之后的电压值为(具体工作顺序祥见本文内容)V23 = (t0) -Vs,(I)
2 · nV23(^1) = -Fs + "r :畀'(Ks +κ)= ~vs +AVs,(2)
+。24V24 (t0) =-V0(3)[0021]
权利要求1.用于可控硅阀组检测的实验站，实验站包括有用于连接被测可控硅阀组的接地母线和等电位母线；直流电压源；连接在直流电压源输出端的电容器；连接在等电位母线的电压振荡回路，连接在接地母线和等电位母线上的电流回路，本发明的特征在于，在电流回路上串联有交流电压源、限流电抗器和主要可控硅阀组，在对被检测可控硅阀组进行实验时电流回路上并联有由交流电压源和限流电抗器串联而成的回路。
2.根据权利要求I所述的用于可控硅阀组检测的实验站，其特征在于，在电流回路中还包括ー个辅助可控硅阀组，该辅助可控硅阀组的可控硅是以正反并联形式出现的，带有门槛电路，门槛电路的输入端与可控硅动カ极连接，输出端与可控硅的控制极连接。
3.根据权利要求2所述的用于可控硅阀组检测的实验站，其特征在于，所述门槛电路由传感器提供能量。
专利摘要用于可控硅阀组检测的实验站，全能实验站是以对可控硅阀组进行实验为目的而发明的。以动力半导体技术为基础，可以当成正反并联可控硅阀组的等效电流源和电压源使用，并对阀组进行实验。实验站的主要连接为被检测可控硅阀组与等电位母线和接地母线连接，电压振荡回路连接在等电位母线上，电流回路连接在等电位母线和接地母线之间，由交流电压源，限流电抗器和主要可控硅阀组以及辅助可控硅阀组构成。辅助可控硅阀组是并联有带有串联变压器二次绕组和限流电抗器的回路，这个回路是保证给由驱动板给可控硅提供电压的阀组进行实验时电压振荡回路的启动和主要可控硅阀组的安全保护。实验站可对单方向不对称可控硅阀组和双方向对称可控硅阀组进行实验。
文档编号G01R31/00GK202583338SQ20122002735
公开日2012年12月5日 申请日期2012年1月20日 优先权日2012年1月20日
发明者施多夫·亚利山大, 许蓓蓓, 张晓辉, 司明起 申请人:荣信电力电子股份有限公司