用于HVDC的阀门性能测试的合成测试电路的制作方法

本公开内容涉及用于HVDC(高压直流)的阀门性能测试的合成测试电路。更特别地，本公开内容涉及一种能够执行各种测试的合成测试电路，其人工地将与当基于MMC(模块化多电平转换器)的电压源HVDC正常地和异常地操作时在IGBT阀门处出现的电流和电压相似的电流和电压施加到与转换器独立的IGBT阀门模块。

背景技术：

图1是示出了本领域中的用于阀门性能测试的合成测试电路的示例的视图。

用于图1中示出的电压源HVDC的合成测试电路被配置有：两(2)组测试阀门(测试阀门1和测试阀门2)，其每一个具有串联连接的若干子模块；DC电源E，其用于对测试阀门的电容器进行充电；两(2)个辅助阀门(辅助阀门1和辅助阀门2)，其用于补充当操作合成测试电路时出现的损耗，两(2)个辅助DC电源(E1和E2)，其用于对每一个辅助阀门的电容器进行充电；以及电抗器L，其串联连接在各测试阀门之间以模拟当MMC(模块化多电平转换器)实际上操作时在各阀门之间流动的伪正弦电流。

子模块被配置有电容器和两(2)个串联连接的IGBT，电容器和两个IGBT并联连接。第一测试阀门和第二测试阀门中的每一个被配置有m个串联连接的子模块和n个串联连接的子模块。辅助阀门中的每一个被配置有一个子模块，并且为了对辅助阀门的电容器进行充电，每一个电容器并联连接到辅助DC电源。用于电压源HVDC的合成测试电路应当能够当实际上操作针对流过测试阀门的电流的MMC时以相同的方式模拟流过子模块的电流的波形。图1的系统使用测试阀门的电容器与被定位在相应测试阀门之间的电感器的谐振来生成伪正弦电流波形，并且使用伪正弦电流波形来测试该测试阀门。

图2到图4是示出了本领域中的用于阀门性能测试的合成测试电路的操作的视图。

参考图2到图4，首先如图2所示，在设置可以生成要在合成测试电路中模拟的电流的幅值和频率的测试阀门的输出电压u1和u2之后，使用E1和E2来对辅助阀门的电容器进行充电。接下来，如图3所示，在使用E对测试阀门的电容器进行充电之后，所有电源与各阀门分离。接着，如图4所示，使用测试阀门的适当生成的输出电压，生成要被模拟的电流。

图5是示出了测试阀门的配置的视图，图6是示出了测试阀门的输出电压的视图，图7示出了合成测试电路的等效电路的视图，并且图8是示出了电感器的电压的视图。

用于生成流过实际测试阀门的电流的原理可以使用图5和图6中示出的测试阀门的配置和输出电压、图7中示出的合成测试电路的等效电路以及图8中示出的电感器电压U_L来解释。

当适当地接通或断开图5中示出的被配置具有m个子模块的测试阀门的每一个开关状态时，可以生成如图6所示的0到V_SM11*m[V]电压。当测试阀门的串联连接的子模块在数量上为五(5)个时，合成测试电路的等效电路可以被指示为如图7所示。另外，当通过调节u2的相位将图8中示出的伪正弦电压施加到在各测试阀门之间定位的电感器L时，流过电抗器的电流也可以变成伪正弦波。通过这样做，能够使得如下电流能够流过测试阀门，该电流的类型与当实际上操作MMC时流过子模块的电流的AC分量相似。然而，存在如下缺陷：不能够使得在实际MMC操作上包含的DC分量流动。

用于电压源HVDC阀门测试的合成测试电路被配置有两(2)个测试阀门和两(2)个辅助阀门。辅助阀门用于补充当操作合成测试电路时在测试阀门中出现的损耗。虽然该测试阀门的子模块电容器和辅助阀门电容器应当在测试该测试阀门之前被充电，但是存在如下问题：需要用于对测试阀门进行充电的DC电源和用于对辅助阀门进行充电的两个DC电源，即，总共需要三(3)个DC电源。另外，由于使用测试阀门的电容器和电感器的谐振来生成测试电流，所以存在如下问题：不能够生成包括当实际上操作MMC时流过个体子模块的DC偏置电流的伪正弦电流的波形。额外地，虽然流过每一个IGBT和二极管的电流具有当实际上操作MMC时的PWM形式，但是存在如下问题：不能够实现这样的电流形状。

技术实现要素：

本公开内容的目的在于提供用于HVDC的阀门性能测试的合成测试电路的新颖配置。

本公开内容的另一目的在于提供用于HVDC的阀门性能测试的合成测试电路，其能够提供包括DC偏置的电流。

本公开内容的又一目的在于提供用于HVDC的阀门性能测试的合成测试电路的配置，其能够在一定时间段内开关若干次。

本公开内容的再一目的在于提供用于HVDC的阀门性能测试的合成测试电路的配置，其消耗很少功率并且能够同时测试要被逆变器单元和整流器单元测试的标本。

根据本发明的方面，提供了一种用于HVDC的阀门性能测试的合成测试电路，其包括：谐振电路，其被配置为包括用于测试逆变器模式的操作的第一测试阀门和用于测试整流器模式的操作的第二测试阀门；电源(P/S)，其被配置为给谐振电路供应有工作电压；以及DC/DC转换器，其被配置为对谐振电路的DC偏置电流进行分流，其中，第一测试阀门是具有正DC电流偏置的逆变器单元，其中，第二测试阀门是具有负DC电流偏置的整流器单元。

附图说明

本公开内容的上述和其他目的和特征将从结合附图给出的下面的实施例的描述中变得显而易见，在附图中：

图1是示出了本领域中的用于阀门性能测试的合成测试电路的示例的视图。

图2到图4是示出了本领域中的用于阀门性能测试的合成测试电路的操作的视图。

图5是示出了测试阀门的配置的视图。

图6是示出了测试阀门的输出电压的视图。

图7示出了合成测试电路的等效电路的视图。

图8是示出了电感器的电压的视图。

图9是示出了根据本公开内容的实施例的用于HVDC的阀门性能测试的合成测试电路的视图。

图10是示出了根据本公开内容的实施例的关于用于HVDC的阀门性能测试的合成测试电路要被测试的标本的电路图的视图。

图11是示出了根据本公开内容的实施例的用于HVDC的阀门性能测试的合成测试电路的整流器单元子模块的开关信号和电流波形的视图。

图12是示出了根据本公开内容的实施例的关于用于HVDC的阀门性能测试的合成测试电路的逆变器单元子模块的开关信号和电流波形的视图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图详细描述用于HVDC的阀门性能测试的合成测试电路的优选实施例。

图9是示出了根据本公开内容的实施例的用于HVDC的阀门性能测试的合成测试电路的视图，图10是示出了根据本公开内容的实施例的关于用于HVDC的阀门性能测试的合成测试电路要被测试的标本的电路图的视图。图11是示出了根据本公开内容的实施例的用于HVDC的阀门性能测试的合成测试电路的整流器单元子模块的开关信号和电流波形的视图，并且图12是示出了根据本公开内容的实施例的关于用于HVDC的阀门性能测试的合成测试电路的逆变器单元子模块的开关信号和电流波形的视图。

基于MMC的电源HVDC的功率转换器单元被配置有串联连接的几十或几百个IGBT阀门(子模块)，其需要在制造其之前测试性能。

不能够同时测试在性能测试中串联连接的几十或几百个IGBT阀门，并且在国际条例中描述了对串联连接的五(5)个或更多个IGBT进行测试。用于这样的测试的基本设备是合成测试电路。

参考图9，在根据本公开内容的实施例的用于HVDC的阀门性能测试的合成测试电路中，在右侧的整流器REC单元的测试阀门被指示为两个IGBT(Q_RU-D_RU和Q_RD-D_RD)和电容器C_R。然而，在实际配置中，测试阀门可以由与图10中示出的相同的六(6)个串联连接的IGBT阀门(子阀门)组成并且其可以与要被测试的标本对应。另外，在左侧被指示为逆变器INV的单元也与整流器REC单元相同并且也与要被测试的标本对应。

由于配置电源HVDC的IGBT阀门当其以整流器RECM模式操作时的特征与当其以逆变器INV模式操作时的特征不同，所以在每一个操作模式中需要该测试。然而，本公开内容可以提供能够用其同时测试两种操作模式的结构。

参考图9，在逆变器INV单元与整流器REC单元之间存在的两个串联连接的电感器L₁和L₂具有相同值并且卷入到电流流动中。设置在其间的电容器C₃连接到在电感器L₁与L₂之间的触点，其用于处置电感器L₁与L₂的电流纹波。在较低级处的四个IGBT(Q_I1、D_I2、Q_R1和D_R2)和两个电容器(C₁和C₂)用于对流过L₁和L₂的电流的DC分量进行分流，并且该过程通过DC/DC转换器来执行。被施加以执行图9中的操作的外部功率可以由P/S(电源)供应。

即，根据本公开内容，包括了谐振电路，该谐振电路包括用于测试逆变器模式的操作的第一测试阀门和用于测试整流器模式的操作的第二测试阀门。另外，P/S给谐振电路供应有工作功率。详细地，P/S可以给配置谐振电路的第一测试阀门和第二测试阀门供应有工作功率。第一测试阀门和第二测试阀门可以包括多个串联连接的子模块，并且每一个子模块可以包括多个IGBT和电容器。第一测试阀门可以是逆变器INV单元，并且第二测试阀门可以是整流器REC单元。

在第一测试阀门和第二测试阀门中包含的子模块中的每一个可以包括两(2)个串联连接的IGBT以及并联连接到IGBT的电容器。

第一测试阀门具有连接到第一电感器L₁的一端和连接到第一辅助阀门的另一端。第二测试阀门具有连接到第二电感器L₂的一端和连接到第二辅助阀门的另一端。

第一电感器L₁连接在第一测试阀门的各IGBT之间，并且第一辅助阀门连接在第一测试阀门的IGBT与电容器之间。第二电感器L₂连接在第二测试阀门的各IGBT之间，并且第二辅助阀门连接在第二测试阀门的IGBT与电容器之间。

第一辅助阀门可以包括两(2)个IGBT(Q_I1和Q_I2)和电容器C₁，IGBT(Q_I2)和电容器C₁串联连接，并且IGBT(Q_I1)并联连接到另一IGBT(Q_I2)和电容器C₁。IGBT(Q_I1)反并联连接到另一IGBT(Q_I2)。

另外，第二辅助阀门可以包括两(2)个IGBT(Q_R1和Q_R2)和电容器C₂，IGBT(Q_R2)和电容器C₂串联连接，并且IGBT(Q_R1)并联连接到另一IGBT(Q_R2)和电容器C₂。IGBT(Q_R1)反并联连接到另一IGBT(Q_R2)。

第一电感器L₁串联连接到第二电感器L₂，并且第一辅助阀门串联连接到第二辅助阀门。

第一电容器C₃的一端连接到在第一电感器L₁与第二电感器L₂之间的触点，并且第一电容器C₃的另一端连接到在第一辅助阀门与第二辅助阀门之间的触点。

DC/DC转换器连接到在第一辅助阀门和第二辅助阀门中包含的电容器C₁和C₂的两端，使得其用于对DC偏置电流进行分流。

另外，P/S(电源)连接到在第二辅助阀门中包含的电容器C₂的两端，使得其用于在初始启动操作时对测试阀门和辅助阀门进行充电并补偿在正常操作时的功率损耗。P/S(电源)可以通过开关控制来对在第一辅助阀门和第二辅助阀门中包含的电容器C₁和C₂、第一电容器C₃和电容器C_I和C_R进行充电。

这种合成测试电路可以由控制系统(未示出)控制，其根据设置操作方法来控制打开/切断以测试其在整流器模式和逆变器模式上的操作。

参考图11，整流器REC单元的测试阀门和辅助阀门的开关信号和电流波形如下。需要如下面的表达式的这样的条件以便类似地模拟当实际上工作电压源HVDC系统时流过子模块的电流的波形。

V_C2＝V_C1＝V_CR＝V_C1

$V_{C3}=\frac{3}{4}\×V_{C2}$

a.模式1(t₀≤t<t₁)

当接通Q_RD和Q_R1时，整流器输入电流i_R如下地升高。

$i_R=\frac{V_{C3}}{L_2}\&times;t$

这里，IGBT阀门的ON状态中的电压降被忽略，并且在下文中假设所有部件是理想的。在t＝t₁处，Q_RD被断开。

b.模式2(t₁≤t<t₂)

当断开Q_RD时，流过Q_RD的电流开始流过D_RU并且电流的幅值如下。这里，i(t₁)是在时间t₁处流动的电流的瞬时值。

$i_R=i_{DRU}=i\left(t_1\right)+\frac{(V_{C3}-V_{CR})}{L_2}\&times;t=i\left(t_1\right)-\frac{V_{CR}}{4L_2}\&times;t$

c.模式3(t₂≤t<t₃)

在t＝t₂处，Q_R1被断开并且Q_RD被接通。

接着，电流开始沿如C₃->L₂–>Q_RD->C₂->D(Q_R2)->C₃的这种路线流动，并且其幅值如下。

$i_R=i_{QRD}=i\left(t_2\right)+\frac{(V_{C3}-V_{C2})}{L_2}\&times;t=i\left(t_2\right)-\frac{V_{C2}}{4L_2}\&times;t$

当这种电流减小到0时，Q_RD被断开。

d.模式4(t₃≤t<t₄)

在t＝t₃处，当Q_RU被接通时，电流开始沿如C_R->Q_RU->L₂->C₃->D(Q_R1)->C_R的路线增大。

$i_R=i_{QRU}=i\left(t_3\right)+\frac{(V_{C3}-V_{CR})}{L_2}\&times;t=-\frac{V_{CR}}{4L_2}\&times;t$

e.模式5(t₄≤t<t₅)

在t＝t₄处，Q_RU被断开并且Q_R2被接通。

接着，流过Q_RU的电流被转移到D_RD以进行流动。

$i_R=i_{DRD}=i\left(t_4\right)+\frac{(V_{C3}-V_{C2})}{L_2}\&times;t=i\left(t_4\right)-\frac{V_{C2}}{4L_2}\&times;t$

f.模式6(t₅≤t<t₆)

在t＝t₅处，当断开Q_R2并接通Q_RU时，电流再次移动到Q_RU。

$i_R=i_{QRU}=i\left(t_5\right)+\frac{(V_{C3}-V_{CR})}{L_2}\&times;t=i\left(t_5\right)-\frac{V_{CR}}{4L_2}\&times;t$

g.模式7(t₆≤t<t₇)

在t＝t₆处，当断开Q_RU并接通Q_R2时，电流从Q_RU移动到Q_RD。

$i_R=i_{DRD}=i\left(t_6\right)+\frac{(V_{C3}-V_{C2})}{L_2}\&times;t=i\left(t_6\right)-\frac{V_{C2}}{4L_2}\&times;t$

h.模式8(t₇≤t<t₈)

在t＝t₇处，当断开Q_R2并接通Q_RU时，电流再次从D_RD移动到Q_RU。

$i_R=i_{DRU}=i\left(t_7\right)+\frac{(V_{C3}-V_{CR})}{L_2}\&times;t=i\left(t_7\right)-\frac{V_{CR}}{4L_2}\&times;t$

i.模式9(t₈≤t<t₉)

在t＝t₈处，当断开Q_RU并接通Q_R1时，电流变成如下。

$i_R=i_{DRD}=i\left(t_8\right)+\frac{V_{C3}}{L_2}\&times;t$

当电流的幅值变成0时，Q_R1被断开。

参考图12，逆变器INV单元的测试阀门和辅助阀门的开关信号和电流波形如下。需要如下面的表达式的这样的条件以便类似地模拟当实际上工作电压源HVDC系统时流过子模块的电流的波形。

a.模式1(t₀≤t<t₁)

当接通Q_ID和Q_I1时，逆变器输入电流i_I如下地升高。

$i_I=\frac{V_{C3}}{L_1}\&times;t$

b.模式2(t₁≤t<t₂)

在t＝t₁处，当断开Q_ID时，电流从D_ID移动到Q_IU。

$i_I=i_{DIU}=i\left(t_1\right)+\frac{(V_{C3}-V_{CI})}{L_1}\&times;t=i\left(t_1\right)-\frac{V_{CI}}{4L_1}\&times;t$

c.模式3(t₂≤t<t₃)

在t＝t₂处，当接通Q_ID时，电流从D_IU移动到Q_ID。

$i_I=i_{QID}=i\left(t_2\right)+\frac{V_{C3}}{L_1}\&times;t$

d.模式4(t₃≤t<t₄)

在t＝t₃处，当断开Q_ID时，电流再次移动到D_IU。

$i_I=i_{DIU}=i\left(t_3\right)+\frac{(V_{C3}-V_{CI})}{L_1}\&times;t=i\left(t_3\right)-\frac{V_{CI}}{4L_1}\&times;t$

e.模式5(t₄≤t<t₅)

在t＝t₄处，当断开Q_I1并接通Q_I2和Q_ID时，反向电流被施加到L₁，使得电流的幅值开始减小。

$i_I=i_{QIU}=i\left(t_4\right)+\frac{(V_{C3}-V_{C1})}{L_1}\&times;t=i\left(t_4\right)-\frac{V_{C1}}{4L_1}\&times;t$

f.模式6(t₅≤t<t₆)

在t＝t₅处，当断开Q_ID和Q_I2并接通Q_I1时，电流从D_ID移动到Q_IU。

$i_I=i_{DIU}=i\left(t_5\right)+\frac{(V_{C3}-V_{CI})}{L_1}\&times;t=i\left(t_3\right)-\frac{V_{CI}}{4L_1}\&times;t$

g.模式7(t₆≤t<t₇)

在t＝t₆处，当断开Q_I1并接通Q_ID和Q_I2时，电流从D_IU移动到Q_ID。

$i_I=i_{QID}=i\left(t_6\right)+\frac{(V_{C3}-V_{C1})}{L_1}\&times;t=i\left(t_6\right)-\frac{V_{C1}}{4L_1}\&times;t$

当电流减小到0时，Q_ID和Q_I2被断开。

h.模式8(t₇≤t<t₈)

在t＝t₇处，当接通Q_I2时，i_I开始在负号(-)方向上增大。

$i_I=i_{QIU}=i\left(t_7\right)+\frac{(V_{C3}-V_{CI})}{L_1}\&times;t=i\left(t_7\right)-\frac{V_{CI}}{4L_1}\&times;t$

i.模式9(t₈≤t<t₉)

在t＝t₈处，当断开Q_IU并接通Q_I2时，电流从D_IU移动到Q_ID。

$i_I=i_{DID}=i\left(t_8\right)+\frac{(V_{C3}-V_{C1})}{L_1}\&times;t=i\left(t_8\right)-\frac{V_{C1}}{4L_1}\&times;t$

j.模式10(t₉≤t<t₁₀)

在t＝t₉处，当断开Q_I2并接通Q_IU时，电流从D_ID移动到Q_IU。

$i_I=i_{QIU}=i\left(t_9\right)+\frac{(V_{C3}-V_{CI})}{L_1}\&times;t=i\left(t_9\right)-\frac{V_{CI}}{4L_1}\&times;t$

k.模式11(t₁₀≤t<t₁₁)

在t＝t₁₀处，当断开Q_IU时，电流从Q_IU移动到D_ID。

$i_I=i_{DID}=i\left(t_{10}\right)+\frac{V_{C3}}{L_1}\&times;t$

当电流变成0时，模式11被终止。

如可以从以上描述的整流器REC单元和逆变器INV单元的操作理解的，根据本公开内容的用于HVDC的阀门性能测试的合成测试电路可以实现可以通过使得能够添加DC偏置来尽可能多地模拟实际情形的合成测试电路。

即，如可以从图11中的电流i_R和图12中的电流i_I看到的，第一测试阀门可以具有正DC电流偏置，并且第二测试阀门可以具有负DC电流偏置。

由于实际电压源HVDC可以在操作中取决于整流器模式或逆变器模式而具有偏置电流，所以本公开内容可以实现与在这样的实际情形中相似的能够确保可靠性的合成测试电路。

另外，根据本公开内容的用于HVDC的阀门性能测试的合成测试电路可以在一(1)个时间段内能够在PWM方案中切换阀门的电流而同时控制脉冲宽度(其与实际情形非常相似)，由此使测试电路的有效性最大化。

在根据本公开内容的用于HVDC的阀门性能测试的合成测试电路中，由于被供给到合成测试电路的功率仅仅需要提供关于该电路的损耗，例如IGBT阀门的开关损耗和线路损耗，所以能够使用小于实际功率的1％的最小功率来执行实际容量的高功率测试。因此，存在如下优点：功率消耗在测试设施中很少。

根据本公开内容的用于HVDC的阀门性能测试的合成测试电路可以同时测试要在逆变器单元和整流器单元中测试的标本，由此有助于增强生产力。

本公开内容可以提供用于HVDC的阀门性能测试的合成测试电路的新颖配置。

另外，本公开内容可以提供用于HVDC的阀门性能测试的合成测试电路，其能够提供包括DC偏置的电流。

另外，本公开内容可以提供用于HVDC的阀门性能测试的合成测试电路的配置，其能够在一定时间段内开关若干次。

另外，本公开内容可以提供用于HVDC的阀门性能测试的合成测试电路的配置，其消耗很少功率并且能够同时测试要被逆变器单元和整流器单元测试的标本。

在前文中，尽管参考各实施例描述了本公开内容，但是它们仅仅是示例性示出而非要限制本公开内容。本领域技术人员将清楚地理解，能够在不脱离各实施例的基本精神的情况下进行上文未说明的各种修改和应用。例如，在各实施例中详细示出的每一个组成部件都可以以修改的形式来实现。另外，与这种修改和应用相关的差别应当被解释为被包含在由随附权利要求书限定的本公开内容的范围中。