电力电子直流变压器的检测装置、方法、设备及存储介质与流程

1.本技术涉及变压器技术领域，尤其涉及一种电力电子直流变压器的检测装置、方法、设备及存储介质。


背景技术：

2.随着大功率电力电子元器件及其控制技术的发展，利用电力电子变换实现电压变换和能量传递的电力电子直流变压器得到了越来越多的关注。电力电子直流变压器不仅可以实现电压的变换，还可以实现潮流的控制，是大功率半导体组件、高频隔离变压器和控制系统的结合体。直流变压器可满足广泛的应用需求，比如机车牵引，智能电网和电力工业等等。
3.在电路的拓扑结构上，直流变压器由大量的功率模块通过串、并联的方式构成。因此对全部功率模块的准确监测和可靠性控制是电力电子直流变压器安全稳定运行的关键。除了对功率模块单体进行充分的测试外，对直流变压器的整机进行功能测试是上电运行前的必须步骤。对电力电子直流变压器进行上电运行前的测试，主要是测试变压器在额定的电压、电流进行长时间运行的稳定性，以验证功率器件的热稳定性、电气特性等。大功率的能量流动是测试过程中必不可少的过程。
4.目前，大功率的直流电力电子变压器，受制于电力电子器件电压等级，通常会采用功率模块级联的方式增加端口额定电压；同时为了增加额定电流，也会采用多组变压器并联的方式增加容量；使得对大功率电力电子直流变压器测试时难度大、测试过程复杂且损耗严重。


技术实现要素：

5.本技术提供了一种电力电子直流变压器的检测装置、方法、设备及存储介质，用于解决现有技术对大功率电力电子直流变压器测试时难度大、测试过程复杂且损耗严重的技术问题。
6.有鉴于此，本技术第一方面提供了一种电力电子直流变压器的检测装置，所述装置包括：
7.辅助变压器、第一被测变压器、第二被测变压器、控制系统、直流电源；
8.所述辅助变压器的低压侧连接于所述直流电源；所述辅助变压器的高压直流侧、所述第一被测变压器的高压直流侧与所述第二被测变压器的高压直流侧并联连接；所述第一被测变压器的低压直流侧与所述第二被测变压器的低压直流侧通过辅助电感并联连接；
9.所述控制系统分别与所述辅助变压器、所述第一被测变压器、所述第二被测变压器电连接；
10.所述辅助变压器，用于响应所述控制系统的测试命令，将所述直流电源输出的低压升压至所述辅助变压器高压侧的额定工作电压，并调节电能的流动方向和大小，使得所述第一被测变压器和所述第二被测变压器处于测试状态；
11.所述控制系统，用于当所述第一被测变压器和所述第二被测变压器处于测试状态时，获取所述第一被测变压器和所述第二被测变压器的运行状态信息，并根据调整指令对所述测试命令进行调整。
12.可选地，还包括：上位机；所述上位机与所述控制系统通信连接；
13.所述上位机用于：
14.接收工作测试人员输入的所述测试命令，并将所述测试命令发送至所述控制系统；
15.接收所述运行状态信息进行显示，使得测试人员根据所述运行状态信息输入所述调整指令，并将所述调整指令发送至所述控制系统。
16.可选地，所述上位机还用于：发送状态检测指令至所述控制系统，使得所述控制系统分别对所述第一被测变压器和所述第二被测变压器进行测试前的状态检测，并接收状态检测结果进行显示。
17.可选地，所述测试指令包括：电力电子直流变压器的运行模式、电压值及电流值、保护信号。
18.可选地，所述运行状态信息包括：电压、电流、温度。
19.可选地，所述上位机与所述控制系统通信连接，具体为：所述上位机与所述控制系统通过光纤进行相连。
20.本技术第二方面提供一种电力电子直流变压器的检测方法，应用于第一方面所述的电力电子直流变压器的检测装置，所述方法包括：
21.辅助变压器响应控制系统的测试命令，将直流电源输出的低压升压至所述辅助变压器高压侧的额定工作电压，并调节电能的流动方向和大小，使得第一被测变压器和第二被测变压器处于测试状态；
22.当所述第一被测变压器和所述第二被测变压器处于测试状态时，所述控制系统获取所述第一被测变压器和所述第二被测变压器的运行状态信息，并根据调整指令对所述测试命令进行调整。
23.可选地，还包括：
24.上位机接收工作测试人员输入的所述测试命令，并将所述测试命令发送至所述控制系统；接收所述运行状态信息进行显示，使得测试人员根据所述运行状态信息输入所述调整指令，并将所述调整指令发送至所述控制系统。
25.本技术第三方面提供一种电力电子直流变压器的检测设备，所述设备包括处理器以及存储器：
26.所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；
27.所述处理器用于根据所述程序代码中的指令，执行如上述第二方面所述的电力电子直流变压器的检测方法的步骤。
28.本技术第四方面提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质用于存储程序代码，所述程序代码用于执行上述第二方面所述的电力电子直流变压器的检测方法。
29.从以上技术方案可以看出，本技术具有以下优点：
30.本技术提供了一种电力电子直流变压器的检测装置，包括：辅助变压器、第一被测
变压器、第二被测变压器、控制系统、直流电源；辅助变压器的低压侧连接于直流电源；辅助变压器的高压直流侧、第一被测变压器的高压直流侧与第二被测变压器的高压直流侧并联连接；第一被测变压器的低压直流侧与第二被测变压器的低压直流侧通过辅助电感并联连接；控制系统分别与辅助变压器、第一被测变压器、第二被测变压器电连接；辅助变压器，用于响应控制系统的测试命令，将直流电源输出的低压升压至辅助变压器高压侧的额定工作电压，并调节电能的流动方向和大小，使得第一被测变压器和第二被测变压器处于测试状态；控制系统，用于当第一被测变压器和第二被测变压器处于测试状态时，获取第一被测变压器和第二被测变压器的运行状态信息，并根据调整指令对测试命令进行调整。
31.本技术的电力电子直流变压器的检测装置，选其中一个电力电子直流变压器作为辅助变压器，辅助变压器低压侧接直流电源；选其它两个电力电子直流变压器作为被测试变压器，被测试变压器低压侧通过辅助电感并联；辅助变压器将直流电源输出的低压升压至高压侧的额定电压，用于建立高压测试环境，第一被测变压器和第二被测变压器构成对拖环路，进行满功率运行的测试。本技术设计了电力电子变压器分组连接、能量循环的对拖测试装置；基于测试装置提供了一种新型的电力电子直流变压器大功率稳定性测试方法。该技术方案简单可行，只需要对电力电子直流变压器进行简单的分组即可构成测试电路。采用能量循环方式，实现对电力电子直流变压器额定运行工况下的长时间测试；测试平台搭建简单、测试过程中能量损耗小、步骤简单。从而解决了现有技术对大功率电力电子直流变压器测试时难度大、测试过程复杂且损耗严重的技术问题。
附图说明
32.图1为本技术实施例中提供的一种电力电子直流变压器的检测装置的结构示意图；
33.图2为本技术实施例中提供的一种电力电子直流变压器的检测方法的流程示意图；
34.图3为现有的9模块高压侧串联低压侧并联构成的电力电子直流变压器的电路示意图；
35.图4为现有电力电子直流变压器的并联电路示意图。
具体实施方式
36.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
37.需要说明的是，现有的大功率的直流电力电子变压器，受制于电力电子器件电压等级，通常会采用功率模块级联的方式增加端口额定电压；同时为了增加额定电流，也会采用多组变压器并联的方式增加容量。
38.以图3中的一个现有电力电子直流变压器为例，该直流变压器高压侧(b1，b2)可以连接10kv直流母线，低压侧(a1，a2)可以连接750v直流母线。为了增加变流额定电流，可以通过并联图3所示变压器的方式实现，如图4所示。
39.图4所示的电力电子直流变压器，是由多组能够独立运行的变压器单元并联构成的，变压器单元的低压侧直接并联，构成低压侧的l1和l2端子；高压侧直接并联构成h1和h2端子。
40.本技术的目的在于提出一种能够对电力电子直流变压器进行额定工况(额定电压、额定电流)下运行稳定性测试的方法，解决电力电子直流变压器大功率测试时难度大、测试过程复杂和损耗严重的问题。
41.本技术根据电力电子直流变压器的连接特点和运行特点，提出能量循环的电力电子变压器检测装置，以及基于该检测装置提出的检测方法。测试的电路方案如图1所述。
42.请参阅图1，本技术实施例提供的一种电力电子直流变压器的检测装置，包括：辅助变压器、第一被测变压器、第二被测变压器、控制系统、直流电源。
43.辅助变压器的低压侧连接于直流电源；辅助变压器的高压直流侧、第一被测变压器的高压直流侧与第二被测变压器的高压直流侧并联连接；第一被测变压器的低压直流侧与第二被测变压器的低压直流侧通过辅助电感并联连接。控制系统分别与辅助变压器、第一被测变压器、第二被测变压器电连接。
44.辅助变压器，用于响应控制系统的测试命令，将直流电源输出的低压升压至辅助变压器高压侧的额定工作电压，并调节电能的流动方向和大小，使得第一被测变压器和第二被测变压器处于测试状态；
45.控制系统，用于当第一被测变压器和第二被测变压器处于测试状态时，获取第一被测变压器和第二被测变压器的运行状态信息，并根据调整指令对测试命令进行调整。
46.需要说明的是，本技术实施例通过选其中一个电力电子直流变压器作为辅助变压器，辅助变压器低压侧接直流电源。选其它两个电力电子直流变压器作为被测试变压器，被测试变压器低压侧通过辅助电感l并联。辅助变压器将直流电源输出的低压升压至高压侧的额定电压，用于建立高压测试环境，第一被测变压器和第二被测变压器构成对拖环路，进行满功率运行的测试。
47.进一步地，在一个可选的实施方式中，本技术的检测装置还包括：上位机；上位机与控制系统通信连接；
48.上位机用于：接收工作测试人员输入的测试命令，并将测试命令发送至控制系统；接收运行状态信息进行显示，使得测试人员根据运行状态信息输入调整指令，并将调整指令发送至控制系统。
49.进一步地，在一个具体的实施方式中，上位机还用于：发送状态检测指令至控制系统，使得控制系统分别对第一被测变压器和第二被测变压器进行测试前的状态检测，并接收状态检测结果进行显示。
50.需要说明的是，本技术提供的一个具体的检测实施例分为三步：首先搭建电力电子直流变压器能量循环测试回路，其次搭建基于上位机的上、下行通信系统，最后被测试直流变压器的能量流动，实现对直流变压器的稳定性测试。
51.其中，搭建电力电子直流变压器能量循环测试回路，具体包括：
52.(1)准备一台测试用直流电压源，提供测试电压；
53.(2)按照图1所示，连接辅助变压器a1和测试电源的dc+；连接辅助变压器a2和测试电源的dc
‑
；
54.(3)按照图1所示，并联连接辅助变压器、被测变压器1和被测变压器2的高压直流侧；
55.(4)按照图1所示，利用辅助电感l并联连接被测变压器1和被测变压器2的低压直流侧；
56.测试过程中，能量在被测变压器1和被测变压器2循环流动，测试用直流电源只提供检测模块运行时损耗的能量，因此对测试用直流电源的功率要求不高。
57.(5)将电力电子直流变压器控制系统与上位机连接；
58.电力电子直流变压器控制系统需要接受上位机的运行指令，并将电力电子直流变压器的运行状态信息如电压、电流、温度等上传给上位机，以便上位机结合这些信息进行运行指令的调整。
59.其中，搭建基于上位机的上、下行通信系统，具体包括：
60.(1)电力电子直流变压器控制系统与上位机通信采用光纤方式；
61.(2)上位机根据测试目标，向电力电子直流变压器控制系统发送响应的指令，同时对电力电子直流变压器控制系统回传的运行数据进行监测；电力电子直流变压器控制系统根据接收的指令控制检测模块的运行，实现能量的控制，并且将运行的实施状态信息上传给上位机。
62.电力电子直流变压器控制系统上传给上位机的信息主要包括：电力电子直流变压器的电压、电流、功率、功率模块温度以及功率模块的运行状态等。
63.上位机下发给电力电子直流变压器控制系统的信息主要包括：电力电子直流变压器运行模式、系统启动/停止命令、电力电子直流变压器电压/电流指令、电力电子直流变压器控制保护信号等。
64.最后，通过上位机控制检测的运行，实现完整的测试项目，具体包括:
65.在电力电子直流变压器测试系统中，上位机是整个系统的控制核心，负责电力电子直流变压器的运行模式设置、启/停控制、电压/电流指令下发等。测试步骤和测试内容如下：
66.(1)按照图1的电路连接电力电子直流变压器和测试电源，确认主回路接线可靠连接；
67.(2)检查电力电子直流变压器控制系统与上位机之间的通信光纤连接正确；
68.(3)启动测试电源，调节电源输出电压到达电力电子直流变压器的低压侧额定电压；
69.(4)测试电源输出电压，辅助变压器自取电后控制系统开始工作，同时建立和上位机之间的通信。通过上位机检查辅助变压器的状态是否正常；
70.(5)上位机控制辅助变压器高压侧电压，至额定工作电压；
71.(6)被测变压器1和被测变压器2自取电后控制系统开始工作，同时建立和上位机之间的通信。通过上位机检查被测变压器1和被测变压器2的状态是否正常；
72.(7)在上位机中输出需要测试的功率大小和流动方向，上位机将具体的控制指令下发到被测变压器1和被测变压器2的控制系统中，启动测试后被测变压器1和被测变压器2将按测试要求开始运行；
73.(8)按测试要求的时间保持系统的运行，同时记录测试过程中的各项关键数据；
74.(9)测试结束后，在上位机中将功率指令设置为0，下发停机指令，整个测试系统停止运行，然后关闭测试电源，完成整个测试。
75.以上为本技术实施例中提供的一种电力电子直流变压器的检测装置的实施例，以下为本技术实施例中提供的一种电力电子直流变压器的检测方法的实施例。
76.请参阅图2，本技术实施例提供的一种电力电子直流变压器的检测方法，包括：
77.步骤101、上位机接收工作测试人员输入的测试命令，并将测试命令发送至控制系统。
78.步骤102、辅助变压器响应控制系统的测试命令，将直流电源输出的低压升压至辅助变压器高压侧的额定工作电压，并调节电能的流动方向和大小，使得第一被测变压器和第二被测变压器处于测试状态。
79.步骤103、当第一被测变压器和第二被测变压器处于测试状态时，控制系统获取第一被测变压器和第二被测变压器的运行状态信息。
80.步骤104、上位机接收运行状态信息进行显示，使得测试人员根据运行状态信息输入调整指令，并将调整指令发送至控制系统。
81.步骤105、控制系统根据调整指令对测试命令进行调整。
82.进一步地，本技术实施例还提供了一种电力电子直流变压器的检测设备，其特征在于，设备包括处理器以及存储器：
83.所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；
84.所述处理器用于根据所述程序代码中的指令执行上述方法实施例所述的电力电子直流变压器的检测方法。
85.进一步地，本技术实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质用于存储程序代码，所述程序代码用于执行上述方法实施例所述的电力电子直流变压器的检测方法。
86.所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的方法的具体工作过程，可以参考前述装置实施例中的对应过程，在此不再赘述。
87.本技术的说明书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
88.应当理解，在本技术中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“a和/或b”可以表示：只存在a，只存在b以及同时存在a和b三种情况，其中a，b可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。
89.在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
90.所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
91.另外，在本技术各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
92.所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本技术的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本技术各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(英文全称：read
‑
only memory，英文缩写：rom)、随机存取存储器(英文全称：random access memory，英文缩写：ram)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
93.以上所述，以上实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围。