用于测试晶闸管阀的装置的制作方法

本公开涉及一种用于测试晶闸管阀的装置，更特别地，涉及能够测试晶闸管阀的额定电流和额定电压的用于测试晶闸管阀的装置。

背景技术：
根据高电压直流（HVDC）的电力传输，当将在电厂中产生的交流（AC）电力转换成直流（DC）电力并且对其进行传输时，电力接收设备将所述DC再转换成AC并且供应转换后的AC电力。与AC传输相比，HVDC传输较为有效率而且经济。在HVDC系统中，晶闸管阀被设置在用于将AC转换成DC的转换器以及用于将DC转换成AC的逆变器中。因为高电压和大电流施加到晶闸管阀，所以可能发生过度的电流应力和电压应力。因此，需要将具有与施加到实际HVDC系统的相同等级的电压和电流人工施加到独立的晶闸管阀上以预先测试其性能。

技术实现要素：
因此，本详细的说明书的方案是提供一种用于测试晶闸管阀的装置，其在晶闸管阀导通的情况下通过使用斩波电路来供应电流，以及在晶闸管阀关断的情况下通过使用谐振电路来供应反向电压和正向电压，而能够容易地测试晶闸管阀的电流应力和电压应力两者。为了实现这些和其他优势并且根据本公开的目的，如在此实施并且宽泛描述的，用于测试晶闸管阀的装置，所述装置包括：电流源电路，其在作为测试目标的晶闸管阀导通时提供电流；电压源电路，其在所述晶闸管阀关断时提供反向电压或者正向电压；以及第一辅助阀，其设置在所述晶闸管阀与所述电压源电路之间的连接点与所述电流源电路之间，并且其使所述电流源电路与所述电压源电路绝缘以保护所述电流源电路免受所述电压源电路的高电压破坏。根据本公开的一个方案，电流源电路包括：第一直流（DC）源电路部分，其改变DC电压并且供应DC电压，同时控制被提供至所述晶闸管阀的电流的上升率；以及斩波电路，其逐渐降低来自所述第一DC源电路部分的输出电压。根据本公开的另一个方案，所述第一DC源电路部分由6脉冲相位控制整流器、12脉冲相位控制整流器以及18脉冲相位控制整流器中的任一种配置。根据本公开的又一个方案，所述斩波电路包括：第一开关，其具有连接至所述第一DC源电路部分的阳极输出端的一端；第一二极管，其设置在所述第一开关与所述第一DC源电路部分的阴极输出端之间；第一电感器，其连接至所述第一开关与所述第一二极管之间的连接点；以及第二开关，其设置在所述第一电感器与所述第一辅助阀之间。根据本公开的又一个方案，所述斩波电路由单相斩波电路或者多相斩波电路配置。根据本公开的又一个方案，所述第一开关和所述第二开关分别由IGBT（绝缘栅双极型晶体管）和IGCT（集成栅极换流晶闸管）中的任一种配置。根据本公开的又一个方案，所述用于测试晶闸管阀的装置进一步包括：辅助电路，其在所述晶闸管阀关断时强制地关断所述第一辅助阀。根据本公开的又一个方案，所述辅助电路包括：第二DC源电路部分，其产生用于关断所述第一辅助阀的DC电压；辅助开关，其具有连接至所述第二DC源电路部分的阳极输出端的一端和连接至所述电流源电路的另一端；以及电容器，其具有连接至所述辅助开关的一端以及连接至所述电流源电路与所述第一辅助阀之间的连接点的另一端。根据本公开的又一个方案，所述第二DC源电路部分由将AC电压转换成DC电压的6脉冲二极管整流器、12脉冲二极管整流器以及18脉冲二极管整流器中的任一种配置。根据本公开的又一个方案，所述辅助开关是IGBT（绝缘栅双极型晶体管）或IGCT（集成栅极换流晶闸管）。本申请的可适用性的进一步范围将通过此后给出的详细说明将变得更明显。然而，应当理解的是，尽管指明本发明的优选实施方案，但是所给出的详细的说明和具体的示例仅仅以说明的方式给出，因为通过详细的说明，在本公开的精神和范围内的各种改变和修改对本领域的技术人员将变得显而易见。附图说明所包括的附图提供了对本公开的进一步理解，其包含在本公开中并构成本公开的一部分，附图图示出示例性实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。在附图中：图1是示意性地示出根据本公开的实施例用于测试晶闸管阀的装置的配置的电路图；以及图2A至图2I是图示出根据本公开的优选实施例根据用于测试晶闸管阀的装置中的每个运行模式的等效电路图的电路图，其中图2A至图2D是图示出当晶闸管阀处于导通状态时，在将测试电流施加到作为测试目标的晶闸管阀的情况下，根据每个运行模式的等效电路的等效电路图；图2E至图2G是图示出当晶闸管阀处于关断状态时，在将反向电压施加到作为测试目标的晶闸管阀的情况下，根据每个运行模式的等效电路的等效电路图；以及图2H至图2I是图示出当晶闸管阀处于关断状态时，在将正向电压施加到作为测试目标的晶闸管阀的情况下，根据每个运行模式的等效电路的等效电路图。具体实施方式现在将参照附图，给出这些示例性实施例的详细说明。为了参照附图简要说明，将对相同或等效的部件设置相同的附图标记，并且不将重复其说明。应理解的是，在提到一元件与另一元件“连接”时，其可以直接地与另一元件连接或者也可以存在中间元件。相反，在提到一元件与另一元件“直接地连接”时，则不存在中间元件。本文中使用的术语仅仅用于描述具体实施例的目的并且不旨在限制本发明。同样，如本文所使用的，除非上下文清楚地表示，否则单数形式的“一”、“一个”和“所述”旨在还包括复数形式。应进一步理解的是，术语如“包括”或“具有”等等旨在指明本公开中所披露的特征、数量、操作、动作、部件、零件或其组合的存在，并且不旨在排除一个或多个其他特征、数量、操作、动作、部件、零件或其组合可能存在或可以被添加的可能性。此外，本公开中描述的术语如“…装置”、“…器”和“模块”指的是用于处理至少一个功能和操作并且能够由硬件部件或软件部件及其组合实施的单元。将参照附图对本公开的实施例进行详细地描述，相同的附图标记表示相同的元件。图1是示意性地示出根据本公开的实施例用于测试晶闸管阀的装置的配置的电路图。根据晶闸管阀的导通和关断操作，将额定电流和额定电压施加至在高电压直流（HVDC）电力传输系统中实际采用的晶闸管阀。因此，应该通过在晶闸管阀导通时检查电流应力以及在晶闸管阀关断时检查电压应力来验证晶闸管阀的性能。因此，根据本公开的优选实施例的用于测试晶闸管阀的装置将电流和电压施加至晶闸管阀，且电流施加和电压施加之间存在时间差，从而既在晶闸管阀导通时测试电流应力又在晶闸管阀关断时测试电压应力。在下面的说明中，作为测试目标的晶闸管阀将称为测试阀并且用附图标记VT表示。在附图中，多个开关被实现为IGBT（绝缘栅双极型晶体管），但是本公开不限于此并且多个开关还可以被实现为导通/关断受控元件如IGCT（集成栅极换流晶闸管）等等。参照图1，根据本公开的实施例的用于测试晶闸管阀的装置包括电流源电路10、电压源电路20、第一辅助阀Va1以及辅助电路30。在图1中，附图标记1表示商用AC电源并且附图标记Tr表示变压器。电流源电路10和电压源电路20设置在基于测试阀VT的两侧中。在测试阀VT导通时，电流源电路10供应电流。电流源电路10可以包括：第一DC源电路部分11，其通过改变作为输出电压的DC电压来控制施加到测试阀VT的电流的上升率（换言之，上升斜率）；以及斩波电路，其逐渐降低来自第一DC源电路部分11的输出电压。第一DC源电路部分11可以由对AC进行整流并且输出变化的DC电压的相位控制整流器进行配置，并且在这种情况下，可以使用6脉冲相位控制整流器、12脉冲相位控制整流器以及18脉冲相位控制整流器等等。由开关、二极管、电感器等进行配置的斩波电路可以逐渐降低输入电压并且输出所述输入电压。在图1中，图示了两相斩波电路。两相斩波电路包括第一开关IGBT1、第一二极管D1、第一电感器L1、第二开关IGBT2、第二二极管D2、第二电感器L2以及第三开关IGBT3。两相斩波电路由在第一DC源电路部分11和第三开关IGBT3之间并联连接的第一电流路径和第二电流路径进行配置。第一电流路径由第一开关IGBT1、第一二极管D1以及第一电感器L1组成，并且第二电流路径由第二开关IGBT2、第二二极管D2以及第二电感器L2组成。在第一电流路径中，第一开关IGBT1的集电极连接至第一DC源电路部分11的阳极输出端。第一二极管D1的两端分别连接至第一开关IGBT1的发射极和第一DC源电路部分11的阴极输出端。第一电感器L1设置在第一开关IGBT1与第一二极管D1之间的连接点（换言之节点）与第三开关IGBT3之间。在第二电流路径中，第二开关IGBT2的集电极连接至第一DC源电路部分11的阳极输出端。第二二极管D2的两端连接至第二开关IGBT2的发射极和第一DC源电路部分11的阴极输出端。第二电感器L2设置在第二开关IGBT2与第二二极管D2之间的连接点与第三开关IGBT3之间。同时，尽管在图1中图示出两相斩波电路，但是将对本领域的技术人员显而易见的是，本公开适合应用单相斩波电路或多相斩波电路，即，三相以上的斩波电路。在所述测试阀VT关断时，电压源电路20提供反向电压或正向电压。电压源电路20包括：谐振电路，其通过导通或关断辅助阀来反转施加到测试阀VT上的电压的极性；以及第二辅助阀Va2，其用于将低电流高电压源21连接至谐振电路。谐振电路包括：两个电感器L3和L4、三个辅助阀Va3、Va4和Va5以及谐振电容器Cs。在电压源电路20中，第三电感器L3的一端连接至测试阀VT的阳极，并且其另一端连接至并联连接的第三辅助阀Va3的阴极与第四辅助阀Va4的阳极之间的连接点。谐振电容器Cs并联连接至并联连接的第三辅助阀Va3的阳极与第四辅助阀Va4的阴极之间的连接点，并且第四电感器L4的一端连接至第三辅助阀Va3的阳极与第四辅助阀Va4的阴极之间的连接点。第五辅助阀Va5连接至第四电感器L4的另一端与第二辅助阀Va2的阴极之间的连接点，并且第二辅助阀Va2的阳极连接至低电流高电压源21。第一辅助阀设置在电压源电路20与测试阀VT之间的连接点与电流源电路10之间。详细地说，第一辅助阀Va1的阳极连接至第三开关IGBT3的发射极，并且第一辅助阀Va1的阴极连接至第三电感器L3与测试阀VT之间的连接点。第一辅助阀Va1是用于将电流源电路10与电压源电路20电绝缘的部件，并且是用于抑制高电压以保护电流源电路10免受电压源电路20的高电压破坏的元件。在测试阀VT导通的情况下，第一辅助阀Va1导通以允许来自电流源电路10的电流流至测试阀VT。同样，在测试阀VT关断的情况下，因为电压应从电压源电路20施加到测试阀VT，所以第一辅助阀Va1关断，因此保护电流源电路10免受电压源电路20的高电压破坏。辅助电路30用于强制地关断第一辅助阀Va1。在测试阀VT关断时，辅助电路30强制地关断第一辅助阀Va1。辅助电路30包括第二DC源电路部分31、辅助开关IGBT4以及第一电容器C1。第二DC源电路部分31用于提供恒定DC电压以关断第一辅助阀Va1。第二DC源电路部分31可以由6脉冲二极管整流器、12脉冲二极管整流器、18脉冲二极管整流器等等进行配置。在辅助电路30中，辅助开关IGBT4的发射极连接至第三开关IGBT3的集电极，辅助开关IGBT4的集电极连接至第一电容器C1的一端，并且第一电容器C1的另一端连接至第三开关IGBT3的发射极。换句话说，串联连接的辅助开关IGBT4和第一电容器C1并联连接至第三开关IGBT3。同样，辅助开关IGBT4和第一电容C1之间的连接点连接至第二DC源电路部分31的阳极输出端，并且第三开关IGBT3和第一电容器C1之间的连接点连接至第二DC源电路部分31的阴极输出端。下文中，将参照图2A至图2I对通过使用根据本公开的实施例的由上述配置的用于测试晶闸管阀的装置来测试晶闸管阀的操作过程进行详细描述。图2A至图2I是图示出根据本公开的实施例的根据用于测试晶闸管阀的装置中的每个运行模式的等效电路的电路图。根据本公开实施例的用于测试晶闸管阀的装置的运行模式可根据多个开关的开关状态的组合而确定。图2A至图2D是图示出当测试阀VT处于导通状态时，在将电流施加到测试阀VT的情况下根据每个运行模式的等效电路的图。图2E至图2G是图示出当测试阀VT处于关断状态时，在将反向电压施加到测试阀VT的情况下根据每个运行模式的等效电路的图。图2H至图2I是图示出当测试阀VT处于关断状态时，在将正向电压施加到测试阀VT的情况下根据每个运行模式的等效电路的图。在附图中，第一DC源电路部分11和第二DC源电路部分31被示出为等效于第一DC电压源Vin1和第二DC电压源Vin2。在根据每个运行模式的等效电路图中，与处于导通状态的元件相对应的附图标记表示为框有实线轮廓线，以便容易识别。在图2A中，在由于通过控制器（未示出）供应栅极控制信号而使测试阀VT、第一开关IGBT1、第二开关IGBT2、第三开关IGBT3、以及第一辅助阀Va1导通时，流经测试阀VT的电流以预定的斜率上升。在这种情况下，谐振电容器Cs和第一电容器C1分别处于以具有所图示的极性的初始电压对其充电的状态。在这种情况下，参照图2A，形成从第一开关IGBT1（或第二开关IGBT2）经由第一电感器L1（或第二电感器L2）、第三开关IGBT3、以及第一辅助开关阀Va1至测试阀的电流路径。在流经测试阀VT的电流上升至预定的参考值时，为了保持流过测试阀VT的等效于参考值的电流值，在预定的时间段内将PWM（脉冲宽度调制）信号提供至第一开关IGBT1和第二开关IGBT2以便对第一开关IGBT1和第二开关IGBT2进行PWM开关。在PWM开关终止时，关断第一开关IGBT1和第二开关IGBT2。然后，流经第一二极管D1和第二二极管D2的电流的量逐渐地减少，并且图2B示出了在这样的操作状态下的等效电路。在图2B中所示的运行模式中，形成从第一二极管D1（或第二二极管D2）经由第一电感器L1（或第二电感器L2）、第三开关IGBT3、以及第一辅助开关阀Va1至测试阀VT的电流路径。在图2B中，从储存在第一电感器L1和第二电感器L2中的能量（下文中，称为供应电流）供应在测试阀VT中流动的电流，并且电流的量逐渐减少至达到零，从而关断测试阀VT。为了使具有预定的斜率的流经测试阀VT的电流减少直到测试阀VT关断，在来自第一电感器L1和第二电感器L2的供应电流变成0之前，由来自控制器（未示出）的栅极控制信号导通第三辅助阀Va3，以允许将谐振电流与供应电流一起供应至测试阀VT。图2C示出了在这种运行模式（换言之运行状态）下的等效电路。参照图2C，形成从第一二极管D1（或者第二二极管D2）开始经由第一电感器L1（或者第二电感器L2）、第三开关IGBT3、以及第一辅助阀Va1至测试阀VT的供应电流的路径，并且形成从谐振电容器Cs开始经由第三辅助阀Va3和第三电感器L3至测试阀VT的谐振电流的路径。因此，供应电流和谐振电流被加和以流经测试阀VT。在供应电流变成0时，为了在测试关于测试阀VT的电压应力之前关断第一辅助阀Va1，从控制器（未示出）施加栅极控制信号以导通辅助开关IGBT4并且将来自第二DC源电路部分31的DC电压施加至第一电容器C1。然后，将与第二电流电压源Vin2的电压和第一DC电压源Vin1的电压之间的差相等的反向电压施加至第一辅助阀Va1，从而关断第一辅助阀Va1。图2D示出了在这种运行模式下的等效电路。在图2D的等效电路中，谐振电流从谐振电容器Cs通过第三辅助阀Va3和第三电感器L3流至测试阀VT。此后，如图2E所示，在谐振电流也变成0时，测试阀VT和第三辅助阀Va3被来自控制器（未示出）的栅极控制信号关断，并且在此时，谐振电容器Cs的电压的极性反转。此后，如图2F所示，在第四辅助阀Va4被来自控制器（未示出）的栅极控制信号导通时，将反向电压施加到测试阀VT。此后，如图2G所示，在通过从控制器供应栅极控制信号而导通第五辅助阀Va5时，谐振电容器Cs、第五辅助阀Va5以及第四电感器L4形成谐振电路。在已经过预定的时间段时，如图2H所示，再次反转谐振电容器Cs的电压的极性，并且在此时，供应来自控制器（未示出）的栅极控制信号以关断第四辅助阀Va4和第五辅助阀Va5并且导通第三辅助阀Va3。然后，将来自谐振电容器Cs的正向电压施加至测试阀VT。同时，可以连接用于增补跨谐振电容器Cs的正向电压的电路。图2I示出了用于增补谐振电容器Cs的两端处的正向电压的运行模式。如图2I所示，在通过供应来自控制器（未示出）的栅极控制信号而导通第二辅助阀Va2时，谐振电容器Cs能够由来自低电流高电压源21的电流充电，从而能够增补施加至测试阀VT的正向电压。在谐振电容器Cs被完全充电时，停止来自控制器（未示出）的栅极控制信号的供应，从而关断第二辅助阀Va2。以此方式，根据本公开实施例的用于测试晶闸管阀的装置借助于构成测试装置的整体的单个电路，通过有选择地将电流、反向电压和正向电压施加到晶闸管阀上，能够在晶闸管阀导通和关断时测试电流应力和电压应力两者。就用于测试晶闸管阀的装置而言，因为在通过单个电路导通或关断晶闸管阀时，通过有选择地施加电流、反向电压和正向电压，能够在晶闸管阀导通和关断时测试电流应力和电压应力两者，所以所述测试装置的配置和运行是简单又经济高效的，并且能够增强操作的容易度。前述的实施例和优势仅仅是示例性的，并且不被视作限制本公开。能够容易地将本教导应用到其他类型的装置上。本说明旨在是说明性的，并且不旨在限制权利要求的范围。许多替代、修改、和变型对于本领域的技术人员将是显而易见的。在此描述的示例性实施例的特征、结构、方法和其他特性可以以各种方式组合以得到另外的和/或替代的示例性实施例。因为这些特征可以以多种形式实施而不背离其特性，所以应当理解的是，除非另外指明，上述的实施例不被前述说明的任何细节限制，而是应该在所附的权利要求所限定的范围之内宽泛地考虑，并且因此旨在用所附的权利要求囊括落在权利要求的界限和范围内的所有改变和修改，或者此类界限和范围的等效方案。