一种MMC功率模块晶闸管过压旁路试验回路和试验方法与流程

本发明涉及电力技术领域，具体涉及一种试验回路及柔性直流输电小电流启动阶段mmc功率模块晶闸管过压旁路试验方法。

背景技术：

随着大功率igbt器件技术的突破，产品良率提高以及生产成本的降低，超(特)高压柔性直流输电被应用到了输电工程上，模块化多电平换流器(mmc)采用功率模块作为换流作为换流最小单元，一个高压柔性直流输电换流阀由成百上千的功率模块组成，通常每个换流阀会设置一定的功率模块冗余数量，当功率模块出现故障时可以将模块旁路，只要旁路的功率模块数在冗余数量内，柔性直流输电系统可以继续正常运行。

功率模块设置旁路晶闸管可以在过压时硬击穿形成可靠通路，进而使故障功率模块旁路。然而在柔性直流输电系统启动阶段这一实际工况中，电流较小，旁路晶闸管是否能够击穿从而实现功率模块可靠旁路的试验方法尚未公开。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种试验回路及柔性直流输电小电流启动阶段mmc功率模块晶闸管过压旁路试验方法，以在柔性直流输电系统启动阶段判断路晶闸管是否能够击穿。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

本发明实施例提供了一种试验回路，用于柔性直流输电小电流启动阶段mmc半桥功率模块晶闸管过压旁路试验，所述试验回路包括调压器、开关、串联电阻以及陪测模块；

所述调压器用于和电源相连接，输出端串接有串联电阻并用于和陪测模块以及被测半桥功率模块相连接；

所述开关设置在调压器输出端和串联电阻之间的线路上；

所述陪测模块用于使得被测半桥功率模块的正反向电流大小一致。

进一步地，所述陪测模块包括两个晶闸管、一电容和一放电电阻，两个晶闸管和一放电电阻形成一回路，电容并接在放电电阻的两端。

进一步地，所述开关为真空开关qs。

相应地，还提供了一种柔性直流输电小电流启动阶段mmc功率模块晶闸管过压旁路试验方法，所述试验方法包括：

连接试验回路和冷却水回路，所述试验回路为上述所述的试验回路，冷却水回路用于对被测半桥功率模块的igbt进行散热；

将被测半桥功率模块的开关s断开，屏蔽旁路开关合闸功能；

启动冷却水回路运行，冷却水流量、电导率满足工程工况要求；

闭合真空开关qs；

调压器慢慢升压，使流入被测半桥功率模块的电流为柔直工程启动阶段电流实际值，对被测半桥功率模块进行充电，直至被测半桥功率模块交流端口旁路晶闸管转折导通，监测过程中被测半桥功率模块交流端口电流、交流端口电压、电容电压以及旁路晶闸管电流；

在被测半桥功率模块旁路晶闸管转折导通后，调节调压器输出电压，使被测半桥功率模块交流端口电流幅值为柔直工程启动阶段电流实际值；

保持设定的时间后，降低电压停机；

测量被测半桥功率模块的旁路晶闸管和igbt的状态。

进一步地，所述设定的时间为10分钟。

进一步地，所述试验方法通过的条件是：

(1)试验过程中被测半桥功率模块的电容器不发生直通放电，不发生爆炸，冷却水回路完好，igbt完好；

(2)旁路晶闸管能够在达到指定的电压范围后导通，此后形成可靠电流通路，使被测半桥功率模块旁路。

第二方面，本发明实施例提供了一种试验回路，用于柔性直流输电小电流启动阶段mmc全桥功率模块晶闸管过压旁路试验，所述试验回路包括调压器、真空开关qs以及串联电阻；

所述调压器用于和电源相连接，输出端串接有串联电阻并用于和被测全桥功率模块相连接；

所述开关设置在调压器输出端和串联电阻之间的线路上。

相应地，还提供了一种柔性直流输电小电流启动阶段mmc功率模块晶闸管过压旁路试验方法，所述试验方法包括：

连接试验回路和冷却水回路，所述试验回路为上述的试验回路，冷却水回路用于对被测全桥功率模块的igbt进行散热；

将被测全桥功率模块的开关s断开，屏蔽旁路开关合闸功能；

启动冷却水回路运行，冷却水流量、电导率满足工程工况要求；

闭合真空开关qs；

调压器慢慢升压，使流入被测全桥功率模块的电流为柔直工程启动阶段电流实际值，对被测全桥功率模块进行充电，直至被测全桥功率模块交流端口旁路晶闸管转折导通，监测过程中被测全桥功率模块交流端口电流、交流端口电压、电容电压以及旁路晶闸管电流；

在被测全桥功率模块旁路晶闸管转折导通后，调节调压器输出电压，使被测全桥功率模块交流端口电流幅值为柔直工程启动阶段电流实际值；

保持设定的时间后，降低电压停机；

测量被测全桥功率模块的旁路晶闸管和igbt的状态。

进一步地，所述设定的时间为10分钟。

进一步地，所述试验方法通过的条件是：

(1)试验过程中被测全桥功率模块的电容器不发生直通放电，不发生爆炸，冷却水回路完好，igbt完好；

(2)旁路晶闸管能够在达到指定的电压范围后导通，此后形成可靠电流通路，使被测半桥功率模块旁路

本发明与现有技术相比，其有益效果在于：

本发明制定了半桥功率模块和全桥功率模块在超(特)高压柔性直流输电启动阶段小电流工况下的功率模块过压晶闸管旁路试验方法。该试验方法可模拟柔性直流输电系统实际工程中小电流启动充电阶段旁路开关拒动这一工况，可判断所设计的功率模块旁路晶闸管是否能在该工况下使功率模块可靠旁路。通过该方法验证的旁路晶闸管设计方案可应用于超(特)高压柔性直流输电工程中，具备在启动阶段遇到黑模块可靠旁路功率模块的功能，提升柔性直流输电系统的长期运行可靠性。

附图说明

图1为本发明实施例1提供的半桥功率模块小电流过压晶闸管旁路试验原理图；

图2为本发明实施例2提供的全桥功率模块小电流过压晶闸管旁路试验原理图；

图中：1、调压器1；2、串联电阻；100、被测半桥功率模块；200、陪测模块；300、被测全桥功率模块；400、冷却水回路。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接、信号连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接连接，可以说两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

实施例1：

参阅图1所示，本实施例提供的试验回路包括调压器1、真空开关qs、串联电阻2以及陪测模块200。

其中，该调压器1用于和电源相连接，输出端串接有串联电阻2并用于和陪测模块200以及被测半桥功率模块100相连接，通过设置有串联电阻，使电流能够足够小，约为3a，模拟实际工程中柔直换流阀启动充电这一工况；该真空开关qs则设置在调压器1输出端和串联电阻2之间的线路上；该陪测模块用于使得被测半桥功率模块的正反向电流大小一致，若无陪测模块，则反向电流大于正向电流(正向给电容充电，反向流经二极管)，会引起变压器偏磁。具体地，该陪测模块包括两个晶闸管、一电容和一放电电阻，两个晶闸管和一放电电阻形成一回路，电容并接在放电电阻的两端，以保证被测半桥功率模块的正反向电流大小一致。

对于半桥功率模块小电流过压晶闸管旁路试验，试验原理图如图1所示，试验前准备：

(1)按照图1所示试验拓扑连接试验回路，包括电路和冷却水回路400，冷却水回路400是现有常规的技术，水路是给igbt散热用的，igbt压接水冷板，冷却水流经水冷板，给igbt散热。

(2)将被测半桥功率模块旁路开关s断开，屏蔽旁路开关合闸功能。

(3)启动冷却水回路运行，冷却水流量、电导率满足工程工况要求。

试验步骤：

(1)闭合真空开关qs；

(2)调压器慢慢升压，使流入被测半桥功率模块电流为柔直工程启动阶段电流实际值，对被测半桥功率模块进行充电，直至被测半桥功率模块交流端口旁路晶闸管转折导通，监测过程中被测半桥功率模块交流端口电流、交流端口电压、电容电压以及旁路晶闸管电流；

(3)在被测半桥功率模块旁路晶闸管转折导通后，调节调压器输出电压，使被测半桥功率模块交流端口电流幅值为柔直工程启动阶段电流实际值；

(4)保持10min后，降低电压停机；

(5)测量被测半桥功率模块的旁路晶闸管和igbt的状态。

该试验方法通过的条件是：

(1)试验过程中被测半桥功率模块的电容器不发生直通放电，不发生爆炸，冷却水回路完好，igbt完好；

(2)旁路晶闸管能够在达到指定的电压范围后导通，此后形成可靠电流通路，使被测半桥功率模块旁路。

实施例2：

参阅图2所示，本实施例提供的试验回路包括括调压器1、真空开关qs以及串联电阻2。

其中，该调压器1用于和电源相连接，输出端串接有串联电阻2并用于和被测全桥功率模块300相连接；该真空开关qs设置在调压器1输出端和串联电阻2之间的线路上。

对于全桥功率模块小电流过压晶闸管旁路试验，试验原理图如图2所示，试验前准备：

(1)按照图2所示试验拓扑连接试验回路，包括电路和冷却水回路400，冷却水回路400是现有常规的技术，水路是给igbt散热用的，igbt压接水冷板，冷却水流经水冷板，给igbt散热。

(2)将被测全桥功率模块旁路开关s断开，屏蔽旁路开关合闸功能。

(3)启动冷却水回路运行，冷却水流量、电导率满足工程工况要求。

试验步骤：

(1)闭合真空开关qs；

(2)调压器慢慢升压，使流入被测全桥功率模块电流为柔直工程启动阶段电流实际值，对被测全桥功率模块进行充电，直至被测全桥功率模块交流端口旁路晶闸管转折导通，监测过程中被测全桥功率模块交流端口电流、交流端口电压、电容电压以及旁路晶闸管电流；

(3)在被测全桥功率模块旁路晶闸管转折导通后，调节调压器输出电压，使被测全桥功率模块交流端口电流幅值为柔直工程启动阶段电流实际值；

(4)保持10min后，降低电压停机；

(5)测量被测全桥功率模块的旁路晶闸管和igbt的状态。

该试验方法通过的条件是：

(1)试验过程中被测全桥功率模块的电容器不发生直通放电，不发生爆炸，冷却水回路完好，igbt完好；

(2)旁路晶闸管能够在达到指定的电压范围后导通，此后形成可靠电流通路，使被测半桥功率模块旁路。

综上，本发明制定了半桥功率模块和全桥功率模块在超(特)高压柔性直流输电启动阶段小电流工况下的功率模块过压晶闸管旁路试验方法。该试验方法可模拟柔性直流输电系统实际工程中小电流启动充电阶段旁路开关拒动这一工况，可判断所设计的功率模块旁路晶闸管是否能在该工况下使功率模块可靠旁路。通过该方法验证的旁路晶闸管设计方案可应用于超(特)高压柔性直流输电工程中，具备在启动阶段遇到黑模块可靠旁路功率模块的功能，提升柔性直流输电系统的长期运行可靠性。

上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。