晶闸管冲击电压发生器冲击晶闸管的测量方法与流程

本发明涉及一种晶闸管技术领域，特别是一种晶闸管冲击电压发生器冲击晶闸管的测量方法。

背景技术

晶闸管级单元是高压直流换流阀中的最小单元，在直流输电工程投运前以及设备检修期间，需要对每一个阀组件晶闸管级单元进行例行试验。当对晶闸管级开展tcu的保护触发功能试验、反向阻断电压试验时，需要使用冲击电压发生器在晶闸管两端施加一个冲击电压，其幅值较高。现有的晶闸管冲击电压发生器实现了发出冲击电压的功能，然而在试验过程中，存在晶闸管级tcu保护有可能失效的情况。晶闸管级tcu保护失效，施加在晶闸管两级的冲击电压不断升高，最终使得晶闸管级受到电压损害、残留在晶闸管级上的电压反击到冲击电压发生器上损坏试验设备。

专利文献cn105182222a公开的一种基于合成回路的大功率晶闸管正向恢复特性测试装置包括恒流电压源、试品晶闸管t、二极管d、可调电容器c、可调饱和电抗器l、加热回路、冲击发生器以及阻尼回路；所述可调电容器c的一端与恒流电压源的正极连接，电抗器l1的一端与恒流电压源的正极连接，电抗器l1的另一端与二极管d的阳极连接，所述二极管d的阴极分别与可调饱和电抗器l的一端和冲击发生器的一端连接；所述可调饱和电抗器l的另一端与阻尼回路-试品晶闸管t并联支路连接后与所述冲击发生器并联；所述阻尼回路-试品晶闸管t并联支路由并联的阻尼回路和试品晶闸管t组成，所述试品晶闸管t与加热回路并联；所述加热回路将试品晶闸管t加热到试验结温；所述恒流电压源的负极、可调电容器c的另一端、试品晶闸管t的阴极、阻尼回路的阻尼电阻以及冲击发生器的另一端均接地。该专利可以测量在不同温度下的正向恢复特性，能反映换流阀的实际工况，但该专利在对晶闸管级保护触发功能测量、反向阻断电压测量时对测量设备、晶闸管被试品、测量人员没有安全保护，可靠性低、保护/短路接地功能未集成化。

专利文献cn103872653a公开的一种用于开关电源的保护电路包括运算放大器a1、运算放大器a2、运算放大器a3、运算放大器a4、电容c、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r5、电阻r6、电阻r7、电阻r8、电阻r9、可变电阻r10、可变电阻r11和可变电阻r12，所述的运算放大器a1同向输入端、运算放大器a2的反向输入端、运算放大器a3的反向输入端和运算放大器a4的同向输入端同时连接，运算放大器a1的反向输入端与运算放大器a2的同向输入端之间连接可变电阻r11，运算放大器a2的同向输入端与运算放大器a4的负向电源端之间连接电阻r3，运算放大器a1的同向输入端与运算放大器a3的输出端之间依次串联电阻r2和电阻r9，运算放大器a3和运算放大器a4的输出端之间相连；所述的运算放大器a1的输出端和运算放大器a2的输出端之间连接电阻r7，运算放大器a1的输出端与运算放大器a4的负电源端之间连接电容c，运算放大器a4的负电源端与运算放大器a3的同向输入端之间还连接可变电阻r12，运算放大器a3的同向输入端与电源vcc之间还连接电阻r6，电阻r6还连接电阻r2和电阻r9的公共端；所述的电阻r5连接在电源vcc和运算放大器a4的反向输入端之间；所述的电压输入端von、可变电阻r10、电阻r1和运算放大器a1的反向输入端依次串联连接；所述的运算放大器a3的输出端还连接信号输出端vout、运算放大器a4的反向输入端连接信号输入端vin。该专利通过检测放大电路对晶闸管提供信号，使得晶闸管导通而使断路器跳闸，达到保护的目的，但该专利在对晶闸管级保护触发功能测量、反向阻断电压测量时对测量设备、晶闸管被试品、测量人员没有安全保护，可靠性低、保护/短路接地功能未集成化。

专利文献cn102012481a公开的一种新型换流阀模块晶闸管级试验方法包括试验电路包括交流电源、交流滤波器、隔离开关、调压器、隔离变压器、限流电阻、反向串联的绝缘栅双极型功率管igbt、冲击电压发生器和试验平台构成，在电路中，交流电源和交流滤波器af相连，目的是为了得到较好的交流电压波形，交流电源和隔离开关相连，给电路提供开关电路；电源通过隔离开关和调压器相连，调压器的输出端和隔离变压器的输入端相连，通过调整调压器的电压，调整变压器的输出电压，隔离变压器的输出端和限流电阻相连，作用是限制回路的电流不要过大，从而避免损坏回路中其他的元器件，限流电阻的输出端和绝缘栅双极型功率管igbt相连，绝缘栅双极型功率管igbt的输出端和晶闸管级试品相连，目的是为了通过控制绝缘栅双极型功率管igbt的开通和关断，来控制施加在晶闸管两端的电压波形，冲击电压发生器的输出端和晶闸管级试品连接，高压端接在晶闸管阳极，低压端和晶闸管阴极连接，并且接地，作用是为了对晶闸管施加冲击电压；所述的反向串联的绝缘栅双极型功率管igbt的连接方式为第一绝缘栅双极型功率管igbt1的发射极和第二绝缘栅双极型功率管igbt2的发射极连接，每个绝缘栅双极型功率管igbt并联有续流二极管，当电路电压为正时，回路中的电流通过第一绝缘栅双极型功率管igbt1和第二绝缘栅双极型功率管igbt2的并联二极管形成通路，为晶闸管提供正向电压；当电路电压为负时，回路中的电流通过第二绝缘栅双极型功率管igbt2和第一绝缘栅双极型功率管igbt1的并联二极管形成通路，为晶闸管提供反向电压；通过试验平台向绝缘栅双极型功率管igbt发送触发脉冲，当触发脉冲为高电平时，绝缘栅双极型功率管igbt导通，当触发脉冲为低电平时，绝缘栅双极型功率管igbt关断；当绝缘栅双极型功率管igbt导通时，回路开通，电压施加至晶闸管阳极，当回路关断时，电压不能加至晶闸管阳极。该专利闸管级及te的功能性试验需要电压发生装置和te回报检测装置共同完成，但该专利在对晶闸管级保护触发功能测量、反向阻断电压测量时对测量设备、晶闸管被试品、测量人员没有安全保护，可靠性低、保护/短路接地功能未集成化。

专利文献cn1834670a公开的一种大功率电力电子装置晶闸管阀过电流试验装置，试验回路由大电流源、谐振回路和高电压回路、充电回路和保护支路五部分组合而成，大电流源通过加热阀(v1)与试品阀连接并与谐振回路隔离，谐振回路通过谐振阀(vs)与试品阀相连并与大电流源隔离；大电流源提供加热电流，谐振回路提供过电流及相应的闭锁电压，高电压回路辅助实现hvdc阀的特殊试验要求；通过调节谐振回路的不同电容、电抗组合产生不同的试验电流频率；所述充电回路采用晶闸管恒流调压全桥整流为谐振电容充电，并通过开关(cs2)与谐振回路隔离；所述保护支路用来保护高电压和低电压回路的互通故障；过电流试验装置二次监控及调节系统包括监控单元和调节单元，通过分层式分布式的结构组成方式，将多个不同的子系统联结起来，实现对故障信号、控制信号、分合闸信号、状态信号以及高速采样启动信号的采集与监控；所述过电流试验装置二次监控及调节系统内部通过can现场总线实现现场级的数据共享通道，以满足所有过电流试验的控制、监测和保护功能；其中晶闸管阀的触发与光电监测部分包括vbe即阀基电子和te板即晶闸管电子电路板，所述阀基电子一端分别与监控单元和调节单元连接，另一端通过光纤与晶闸管电子电路板连接；对于灵活交流输电装置阀的试验，过电流前后的试验电压由电容器上的充电电压提供；对于高压直流输电阀的试验，需要更高的试验电压时或对电流电压的配合有特殊要求时，就由高电压回路提供试验电压；所述试验回路当中还设有：加热辅助阀，用于控制试品阀的加热电流；谐振回路辅助阀，用于控制试品阀上的电压和通过的过电流；高电压回路辅助阀，用于控制加在试品阀上的辅助试验电压；所述保护支路采用电力电子高压阀实现。该专利过电流试验回路较好地模拟了facts和hvdc中的高压串联阀的过电流及其相应的电压，但该专利在对晶闸管级保护触发功能测量、反向阻断电压测量时对测量设备、晶闸管被试品、测量人员没有安全保护，可靠性低、保护/短路接地功能未集成化。

本发明在这样的背景下提出一种晶闸管冲击电压发生器冲击晶闸管的测量方法来实现在对晶闸管级开展tcu的保护触发功能试验、反向阻断电压试验时，达到对试验设备、被试品、试验人员的保护目的。

在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

技术实现要素：

鉴于上述问题，本发明实施提供了一种晶闸管冲击电压发生器冲击晶闸管的测量方法，对晶闸管级开展tcu的保护触发功能试验、反向阻断电压试验时，达到对试验设备、被试品、试验人员的保护目的，其解决现有晶闸管冲击电压测量中的存在的当晶闸管级tcu保护失效后，对测量设备、晶闸管被试品、测量人员缺乏保护问题，本发明的测量方法可靠性高，测量精度高。

本发明的目的是通过以下技术方案予以实现。

一种晶闸管冲击电压发生器冲击晶闸管的测量方法步骤包括：

在第一步骤中：测量准备，连接晶闸管冲击电压发生器、正向可控电力电子开关、反向可控电力电子开关和晶闸管构成晶闸管冲击电压发生回路，阈值判定回路设定阈值，控制信号输出回路对正向可控电力电子开关和反向可控电力电子开关施加控制信号使得正向可控电力电子开关和反向可控电力电子开关导通，晶闸管冲击电压发生回路内无电压；

在第二步骤中：测量启动，控制信号输出回路停止对正向可控电力电子开关和反向可控电力电子开关施加控制信号，当电压极性判断回路检测所述晶闸管冲击电压发生回路为正向电压且所述幅值检测回路检测幅值数据达到阈值时，所述控制信号输出回路对所述正向可控电力电子开关施加控制信号使得所述正向可控电力电子开关导通对晶闸管冲击电压发生回路进行放电；当所述电压极性判断回路检测所述晶闸管冲击电压发生回路为反向电压且所述幅值检测回路检测幅值数据达到阈值时，所述控制信号输出回路对反向可控电力电子开关施加控制信号使得所述反向可控电力电子开关导通，对晶闸管冲击电压发生回路进行放电；

在第三步骤中：测量结束后，阈值判定回路设定阈值，控制信号输出回路对正向可控电力电子开关和反向可控电力电子开关施加控制信号使得正向可控电力电子开关和反向可控电力电子开关导通，冲击电压发生器回到测量之前的初始状态或工作后的待命状态，确保晶闸管冲击电压发生回路内无电压。

在所述的晶闸管冲击电压发生器冲击晶闸管的测量方法中，当电压极性判断回路检测所述晶闸管冲击电压发生回路为正向电压且所述幅值检测回路检测幅值数据未达到阈值时，所述控制信号输出回路对所述正向可控电力电子开关和反向可控电力电子开关施加控制信号使得所述正向可控电力电子开关和反向可控电力电子开关不导通，禁止对晶闸管冲击电压发生回路进行放电。

在所述的晶闸管冲击电压发生器冲击晶闸管的测量方法中，当电压极性判断回路检测所述晶闸管冲击电压发生回路为负向电压且所述幅值检测回路检测幅值数据未达到阈值时，所述控制信号输出回路对所述正向可控电力电子开关和反向可控电力电子开关施加控制信号使得所述正向可控电力电子开关和反向可控电力电子开关不导通，禁止对晶闸管冲击电压发生回路进行放电。

在所述的晶闸管冲击电压发生器冲击晶闸管的测量方法中，晶闸管冲击电压发生回路经由晶闸管冲击电压发生器向晶闸管放电，其中，晶闸管冲击电压发生器的冲击电压的波头时间为2us～60us。

在所述的晶闸管冲击电压发生器冲击晶闸管的测量方法中，在第二步骤中，第一时刻，控制信号输出回路对所述正向可控电力电子开关施加控制信号使得所述正向可控电力电子开关导通对晶闸管冲击电压发生回路进行放电，第二时刻，控制信号输出回路对反向可控电力电子开关施加控制信号使得所述反向可控电力电子开关导通，对晶闸管冲击电压发生回路进行放电，第三时刻晶闸管反向电流过零，第四时刻，所述正向可控电力电子开关导通对晶闸管冲击电压发生回路进行放电，第五时刻，控制信号输出回路对反向可控电力电子开关施加控制信号使得所述反向可控电力电子开关导通，对晶闸管冲击电压发生回路进行放电，第六时刻晶闸管反向电流过零。

在所述的晶闸管冲击电压发生器冲击晶闸管的测量方法中，晶闸管冲击电压发生器为可调节晶闸管冲击电压发生器，其在不同电压、不同频率、不同触发信号或不同电流峰值下对晶闸管冲击放电。

在所述的晶闸管冲击电压发生器冲击晶闸管的测量方法中，电压极性判断回路和幅值检测回路发送测量数据至判定所述测量数据是否达到设定阈值的所述阈值判定回路，当测量数据达到阈值，所述阈值判定回路发出信号至控制信号输出回路使得所述控制信号输出回路发出控制信号以控制正向可控电力电子开关和/或反向可控电力电子开关导通。

在所述的晶闸管冲击电压发生器冲击晶闸管的测量方法中，当所述幅值检测回路检测幅值数据达到阈值时，所述控制信号输出回路对所述正向可控电力电子开关和反向可控电力电子开关施加控制信号使得所述正向可控电力电子开关和反向可控电力电子开关导通。

在所述的晶闸管冲击电压发生器冲击晶闸管的测量方法中，所述正向可控电力电子开关和/或反向可控电力电子开关由6个串联的gtr构成，控制信号输出回路连接电阻分压器。

在所述的晶闸管冲击电压发生器冲击晶闸管的测量方法中，晶闸管冲击电压发生器经由正向可控电力电子开关和反向可控电力电子开关对晶闸管正向和反向放电至少3次。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够使得本发明的技术手段更加清楚明白，达到本领域技术人员可依照说明书的内容予以实施的程度，并且为了能够让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，下面以本发明的具体实施方式进行举例说明。

附图说明

通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本发明各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。

在附图中：

图1是根据本发明一个实施例的晶闸管冲击电压发生器冲击晶闸管的测量方法的步骤示意图；

图2是根据本发明一个实施例的晶闸管冲击电压发生器冲击晶闸管的测量方法的逻辑图；

图3是根据本发明一个实施例的晶闸管冲击电压发生器冲击晶闸管的测量方法的测量控制示意图。

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的解释。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的具体实施例。虽然附图中显示了本发明的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本发明实施例的限定。

为了更好地理解，图1为根据本发明一个实施例的晶闸管冲击电压发生器的保护装置的结构示意图，如图1所示，一种晶闸管冲击电压发生器冲击晶闸管的测量方法步骤包括：

在第一步骤s1中：测量准备，连接晶闸管冲击电压发生器、正向可控电力电子开关、反向可控电力电子开关和晶闸管构成晶闸管冲击电压发生回路，阈值判定回路设定阈值，控制信号输出回路对正向可控电力电子开关和反向可控电力电子开关施加控制信号使得正向可控电力电子开关和反向可控电力电子开关导通，晶闸管冲击电压发生回路内无电压；

在第二步骤s2中：测量启动，控制信号输出回路停止对正向可控电力电子开关和反向可控电力电子开关施加控制信号，当电压极性判断回路检测所述晶闸管冲击电压发生回路为正向电压且所述幅值检测回路检测幅值数据达到阈值时，所述控制信号输出回路对所述正向可控电力电子开关施加控制信号使得所述正向可控电力电子开关导通对晶闸管冲击电压发生回路进行放电；当所述电压极性判断回路检测所述晶闸管冲击电压发生回路为反向电压且所述幅值检测回路检测幅值数据达到阈值时，所述控制信号输出回路对反向可控电力电子开关施加控制信号使得所述反向可控电力电子开关导通，对晶闸管冲击电压发生回路进行放电；

在第三步骤s3中：测量结束后，阈值判定回路设定阈值，控制信号输出回路对正向可控电力电子开关和反向可控电力电子开关施加控制信号使得正向可控电力电子开关和反向可控电力电子开关导通，冲击电压发生器回到测量之前的初始状态或工作后的待命状态，确保晶闸管冲击电压发生回路内无电压。

本发明的晶闸管冲击电压发生器冲击晶闸管的测量方法实现了在对晶闸管级开展tcu的保护触发功能试验、反向阻断电压试验时，达到对试验设备、被试品、试验人员的保护目的，显著提高了可靠性高和测量精度。

为了进一步理解本发明，图2是根据本发明一个实施例的晶闸管冲击电压发生器冲击晶闸管的测量方法的逻辑图，如图2所示，测量准备时，进行阈值设定。同时控制回路对正向、反向可控电力电子开关施加如驱动信号的控制信号，正向、反向可控电力电子开导通，此状态为冲击电压发生器工作前的初始状态或工作后的待命状态，确保整个回路内无电压。测量启动时，控制回路停止对正向、反向可控电力电子开关施加驱动信号。当电压极性判断回路检测回路为正向电压且幅值检测回路检测幅值数值达到阈值时，控制回路对正向可控电力电子开关施加驱动信号，正向保护可控电力电子开关导通对回路进行放电。当电压极性判断回路检测回路为反向电压且幅值检测回路检测幅值数值达到阈值时，控制回路对反向可控电力电子开关施加驱动信号，反向可控电力电子开关导通对回路进行放电。测量停止后，控制回路对正向、反向可控电力电子开关施加驱动信号，正向、反向可控电力电子开关导通，此状态为冲击电压发生器工作前的初始状态或工作后的待命状态，确保整个回路内无电压。

本发明所述的晶闸管冲击电压发生器冲击晶闸管的测量方法的优选实施方式中，当电压极性判断回路检测所述晶闸管冲击电压发生回路为正向电压且所述幅值检测回路检测幅值数据未达到阈值时，所述控制信号输出回路对所述正向可控电力电子开关和反向可控电力电子开关施加控制信号使得所述正向可控电力电子开关和反向可控电力电子开关不导通，禁止对晶闸管冲击电压发生回路进行放电。

本发明所述的晶闸管冲击电压发生器冲击晶闸管的测量方法的优选实施方式中，当电压极性判断回路检测所述晶闸管冲击电压发生回路为负向电压且所述幅值检测回路检测幅值数据未达到阈值时，所述控制信号输出回路对所述正向可控电力电子开关和反向可控电力电子开关施加控制信号使得所述正向可控电力电子开关和反向可控电力电子开关不导通，禁止对晶闸管冲击电压发生回路进行放电。

本发明所述的晶闸管冲击电压发生器冲击晶闸管的测量方法的优选实施方式中，晶闸管冲击电压发生回路经由晶闸管冲击电压发生器向晶闸管放电，其中，晶闸管冲击电压发生器的冲击电压的波头时间为2us～60us。

本发明所述的晶闸管冲击电压发生器冲击晶闸管的测量方法的优选实施方式中，在第二步骤s2中，第一时刻，控制信号输出回路对所述正向可控电力电子开关施加控制信号使得所述正向可控电力电子开关导通对晶闸管冲击电压发生回路进行放电，第二时刻，控制信号输出回路对反向可控电力电子开关施加控制信号使得所述反向可控电力电子开关导通，对晶闸管冲击电压发生回路进行放电，第三时刻晶闸管反向电流过零，第四时刻，所述正向可控电力电子开关导通对晶闸管冲击电压发生回路进行放电，第五时刻，控制信号输出回路对反向可控电力电子开关施加控制信号使得所述反向可控电力电子开关导通，对晶闸管冲击电压发生回路进行放电，第六时刻晶闸管反向电流过零。

本发明所述的晶闸管冲击电压发生器冲击晶闸管的测量方法的优选实施方式中，晶闸管冲击电压发生器为可调节晶闸管冲击电压发生器，其在不同电压、不同频率、不同触发信号或不同电流峰值下对晶闸管冲击放电。

本发明所述的晶闸管冲击电压发生器冲击晶闸管的测量方法的优选实施方式中，电压极性判断回路和幅值检测回路发送测量数据至判定所述测量数据是否达到设定阈值的所述阈值判定回路，当测量数据达到阈值，所述阈值判定回路发出信号至控制信号输出回路使得所述控制信号输出回路发出控制信号以控制正向可控电力电子开关和/或反向可控电力电子开关导通。

本发明所述的晶闸管冲击电压发生器冲击晶闸管的测量方法的优选实施方式中，当所述幅值检测回路检测幅值数据达到阈值时，所述控制信号输出回路对所述正向可控电力电子开关和反向可控电力电子开关施加控制信号使得所述正向可控电力电子开关和反向可控电力电子开关导通。

本发明所述的晶闸管冲击电压发生器冲击晶闸管的测量方法的优选实施方式中，所述正向可控电力电子开关和/或反向可控电力电子开关由6个串联的gtr构成，控制信号输出回路连接电阻分压器。

本发明所述的晶闸管冲击电压发生器冲击晶闸管的测量方法的优选实施方式中，晶闸管冲击电压发生器经由正向可控电力电子开关和反向可控电力电子开关对晶闸管正向和反向放电至少3次。

图3是根据本发明一个实施例的晶闸管冲击电压发生器冲击晶闸管的测量方法的控制关系示意图，参见图3，电压极性判断回路与幅值检测回路相连，电压极性判断回路、幅值检测回路数据均反馈至控制信号输出回路，由控制信号输出回路，并将数值上传显示。同时，电压极性判断回路与幅值检测回路测量数值传递至阈值判定回路。由阈值判定回路判定是否达到所设定阈值。如果达到阈值，则阈值判定回路发出信号至控制信号输出回路。由控制信号输出回路发出控制信号，控制正向可控电力电子开关或反向可控电力电子开关导通。如果未达到阈值，则阈值判定回路保持初始状态，无任何动作。

通过本方法解决了现有晶闸管冲击电压测量中的存在的当晶闸管级tcu保护失效后，对试验设备、被试品、试验人员缺乏保护问题。

尽管以上结合附图对本发明的实施方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下和在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。