一种适用于全桥子模块与半桥子模块的测试系统和方法与流程

本发明涉及柔性直流输电技术领域，具体涉及一种适用于全桥子模块与半桥子模块的测试系统和方法。

背景技术：

柔性直流输电(vsc-hvdc)是继常规直流输电之后的新一代直流输电技术，可以解决目前交直流输电的诸多技术瓶颈，可以大大提高电网的系统稳定性，改善可再生能源接入，是实现远距离输电的重要手段之一。子模块是柔性直流输电工程中的基本单元结构，其组成包括中控板、驱动器、开关管、取能电源、旁路开关、保护晶闸管、均压电阻和直流电容器。

用于柔性直流输电工程中的模块化多电平换流器(mmc)多基于半桥子模块(hbsm)拓扑结构，但是基于半桥子模块的mmc不能通过mmc自身的动作解决架空线路的故障，即模块化多电平换流器不具备故障穿越能力；因此有研究提出使用基于全桥子模块(fbsm)拓扑结构，从而使mmc具备直流故障穿越能力；但是全桥子模块的开关管数目是半桥子模块开关管数目的2倍，全桥子模块的运行损耗也相应增加，增加了成本。针对以上全桥子模块和半桥子模块的不足之处，使用基于全桥子模块和半桥子模块的混合mmc，混合mmc具备全桥子模块的直流故障穿越能力，又可相应的减少成本和损耗。

全桥子模块中需要控制的开关管数目相比半桥子模块增加了一倍，全桥子模块运行过程中生成的状态信息也有相应的增加。现有的测试装置在对子模块进行测试过程中，每次只能对单个子模块中的两个开关管进行测试，只适用于半桥子模块，无法对全桥子模块进行测试，而且现有的测试装置依赖人工操作，测试效率和准确率均较低。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术中无法对全桥子模块进行测试以及测试效率和准确率均较低的不足，本发明提供一种适用于全桥子模块与半桥子模块的测试系统，包括采集模块、电源模块、识别模块和控制模块；

所述采集模块与被测子模块和控制模块均连接，用于实时采集被测子模块的输出电压和被测子模块中保护晶闸管的触发电流，并将采集的信息传输给控制模块；

所述电源模块与控制模块和被测子模块均连接，用于接收控制模块下发的输出指令和保护阈值，并将自身的状态信息反馈给控制模块，还用于为被测子模块提供直流电压和直流电流；

所述识别模块与控制模块和被测子模块均连接，用于基于控制模块下发的控制指令产生通讯信号，并将通讯信号下发给被测子模块，还用于基于被测子模块上传的状态信息识别被测子模块的拓扑结构，并将拓扑识别结果上传给控制模块；

所述控制模块用于下发输出指令和保护阈值给电源模块，并基于电源模块的状态信息对电源模块进行控制，还用于基于所述被测子模块的输出电压和被测子模块中保护晶闸管的触发电流确定被测子模块中开关管和旁路开关各自的状态以及保护晶闸管是否被触发。

所述控制模块包括控制器和控制系统；

所述控制系统与控制器连接，所述控制器与电源模块、识别模块和采集模块连接。

所述控制器包括第一接收单元、处理单元和第一发送单元；

所述第一接收单元用于接收被测子模块的输出电压、被测子模块中保护晶闸管的触发电流、电源模块的状态信息、来自于控制系统的被测子模块的测试内容以及来自于识别模块的解码后的状态信息和拓扑识别结果；

所述处理单元用于基于来自于接收单元的测试内容生成输出指令和保护阈值；

所述第一发送单元用于将来自于处理单元的输出指令和保护阈值下发给电源模块，并将所述被测子模块的输出电压、被测子模块中保护晶闸管的触发电流、解码后的状态信息和拓扑识别结果上传给控制系统。

所述控制系统包括切换单元、确定单元和显示记录单元；

所述切换单元用于基于拓扑识别结果切换被测子模块的测试内容；

所述确定单元用于对被测子模块的输出电压和被测子模块中保护晶闸管的触发电流进行解析，并基于解析结果确定开关管和旁路开关各自的状态以及保护晶闸管是否被触发。

所述显示记录单元用于实时显示并记录解码后的状态信息、直流电源的状态信息、开关管的状态信息和旁路开关的状态信息。

所述识别模块包括第二接收单元、第二发送单元、dsp单元和fpga单元；

所述第二接收单元用于接收控制器下发的输出指令和被测子模块基于通讯信号动作产生的状态信息；

所述fpga单元用于将输出指令编码为被测子模块可识别的通讯信号，还用于对被测子模块的状态信息进行解码，得到解码后的状态信息；

所述dsp单元用于基于解码后的状态信息对被测子模块的拓扑结构进行识别，得到拓扑识别结果；

第二发送单元用于将通讯信号下发给被测子模块，并将解码后的状态信息和拓扑识别结果上传给控制器。

所述控制器设有gpib接口、串行接口和以太网接口。

所述采集模块包括电压传感器和电流传感器；

所述电压传感器采用差分电压传感器，其通过gpib接口与控制器连接，用于实时采集被测子模块的输出电压，并将所述输出电压上传给控制器；

所述电流传感器采用霍尔电流传感器，其通过gpib接口与控制器连接，用于实时采集被测子模块中保护晶闸管的触发电流，并将所述触发电流上传给控制器。

还包括输入模块，所述输入模块通过串行接口与控制模块连接，用于输入被测子模块的编号和测试人员信息。

所述识别模块通过以太网接口与控制器连接；

所述采集模块通过gpib接口与控制器连接；

所述电源模块和输入模块均通过串行接口与控制器连接。

所述电源模块输出的直流电压范围为0v～5000v，其最大输出功率1kw，输出的直流电压精度为1v。

另一方面，本发明还提供一种适用于全桥子模块与半桥子模块的测试方法，包括：

控制模块下发输出指令和保护阈值给电源模块，并基于电源模块的状态信息对电源模块进行控制，同时通过电源模块为被测子模块提供直流电压和直流电流；

所述控制模块下发控制指令给识别模块，所述识别模块产生通讯信号并将通讯信号下发给被测子模块；

所述采集模块实时采集被测子模块的输出电压和被测子模块中保护晶闸管的触发电流；

所述识别模块基于被测子模块上传的状态信息识别被测子模块的拓扑结构，同时所述控制模块基于被测子模块的输出电压和被测子模块中保护晶闸管的触发电流确定子模块中开关管和旁路开关各自的状态以及保护晶闸管是否被触发。

所述识别模块产生通讯信号并将通讯信号下发给被测子模块，包括：

所述识别模块将控制模块下发的控制指令编码为被测子模块可识别的通讯信号；

所述识别模块将通讯信号下发给被测子模块。

所述识别模块基于被测子模块上传的状态信息识别被测子模块的拓扑结构，包括：

所述识别模块接收被测子模块上传的状态信息，并对所述状态信息进行解码，得到解码后的状态信息；

所述识别模块基于解码后的状态信息对被测子模块的拓扑结构进行识别，得到拓扑识别结果。

所述控制模块基于被测子模块的输出电压和被测子模块中保护晶闸管的触发电流确定子模块中开关管和旁路开关各自的状态以及保护晶闸管是否被触发，包括：

所述控制模块对被测子模块的输出电压的幅值、频率和占空比进行解析，将解析后的电压幅值、频率和占空比分别与预设的电压幅值、频率和占空比分别进行对比，若解析后的电压幅值、频率和占空比分别与预设的电压幅值、频率和占空比相等，所述控制模块确定被测子模块为正常状态，否则所述控制模块确定被测子模块为故障状态；

所述控制模块对判断解析后的电压幅值是否为0v，若解析后的电压幅值为0v，所述控制模块确定旁路开关闭合，否则所述控制模块确定旁路开关断开；

所述控制模块对对被测子模块中保护晶闸管的触发电流的幅值、频率和占空比进行解析，将解析后的电流幅值、频率和占空比分别与预设的电流幅值、频率和占空比进行对比，若解析后的电流幅值、频率和占空比分别与预设的电流幅值、频率和占空比相等，所述控制模块确定保护晶闸管被触发，否则所述控制模块确定保护晶闸管未被触发。

本发明提供的技术方案具有以下有益效果：

本发明提供的适用于全桥子模块与半桥子模块的测试系统包括采集模块、电源模块、识别模块和控制模块；采集模块被测子模块和控制模块均连接，用于实时采集被测子模块的输出电压和被测子模块中保护晶闸管的触发电流，并将采集的信息传输给控制模块；电源模块与控制模块和被测子模块均连接，用于接收控制模块下发的输出指令和保护阈值，并将自身的状态信息反馈给控制模块，还用于为被测子模块提供直流电压和直流电流；识别模块与控制模块和被测子模块均连接，用于基于控制模块下发的控制指令产生通讯信号，并将通讯信号下发给被测子模块，还用于基于被测子模块上传的状态信息识别被测子模块的拓扑结构，并将拓扑识别结果上传给控制模块；控制模块用于下发输出指令和保护阈值给电源模块，并基于电源模块的状态信息对电源模块进行控制，还用于基于被测子模块的输出电压和被测子模块中保护晶闸管的触发电流确定被测子模块中开关管和旁路开关各自的状态以及保护晶闸管是否被触发，通过控制模块减少人工操作风险，大大提高了全桥子模块与半桥子模块的测试效率和测试准确率；

本发明通过控制模块对电源模块进行控制，当电源模块出现故障时，及时关闭电源模块，对测试装置本身进行保护；

本发明通过识别模块对被测子模块的拓扑结构进行识别，确定被测子模块的具体结构，实现拓扑结构的识别，不仅适用于半桥子模块的测试，同样适用于全桥子模块的测试；

本发明通过控制模块能够切换子模块的测试内容，缩短了测试时间，提高了测试效率和测试安全系数，从而进一步提高产品全桥子模块/半桥子模块测试效率和准确率；

本发明记录的状态信息比较完善，通过控制系统实现解码后的状态信息、直流电源的状态信息、开关管的状态信息和旁路开关的状态信息的显示和记录，若被测子模块出现故障，可根据记录的信息对被测子模块的故障进行进一步分析。

附图说明

图1是本发明实施例中适用于全桥子模块与半桥子模块的测试系统框图；

图2是本发明实施例中适用于全桥子模块与半桥子模块的测试系统结构图；

图3是本发明实施例中半桥子模块的输出电压波形图；

图4是本发明实施例中全桥子模块的输出电压波形图；

图5是本发明实施例中被测子模块中保护晶闸管的触发电流波形图；

图6是本发明实施例中适用于全桥子模块与半桥子模块的测试方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例1

本发明实施例1提供一种适用于全桥子模块与半桥子模块的测试系统，如图1和图2所示，包括采集模块、电源模块、识别模块和控制模块；

采集模块与被测子模块和控制模块均连接，用于实时采集被测子模块的输出电压和被测子模块中保护晶闸管的触发电流，并将采集的信息传输给控制模块；

电源模块与控制模块和被测子模块均连接，用于接收控制模块下发的输出指令和保护阈值，并将自身的状态信息反馈给控制模块，还用于为被测子模块提供直流电压和直流电流；

识别模块与控制模块和被测子模块均连接，用于基于控制模块下发的控制指令产生通讯信号，并将通讯信号下发给被测子模块，还用于基于被测子模块上传的状态信息识别被测子模块的拓扑结构，并将拓扑识别结果上传给控制模块；

控制模块用于下发输出指令和保护阈值给电源模块，并基于电源模块的状态信息对电源模块进行控制，还用于基于来自于采集模块的被测子模块的输出电压和被测子模块中保护晶闸管的触发电流确定被测子模块中开关管和旁路开关各自的状态以及保护晶闸管是否被触发。

本发明实施例1中，被测子模块与识别模块之间采用100us的通讯周期，通讯码率10mhz，以保证被测子模块输出的电压、电流质量和故障状态的及时响应。

控制模块包括控制器和控制系统；

控制系统与控制器连接，所述控制器与电源模块、识别模块和采集模块连接。

控制器包括第一接收单元、处理单元和第一发送单元；

第一接收单元用于接收被测子模块的输出电压、被测子模块中保护晶闸管的触发电流、电源模块的状态信息、来自于控制系统的被测子模块的测试内容以及来自于识别模块的解码后的状态信息和拓扑识别结果；

所述处理单元用于基于来自于接收单元的测试内容生成输出指令和保护阈值；

所述第一发送单元用于将来自于处理单元的输出指令和保护阈值下发给电源模块，并将所述被测子模块的输出电压、被测子模块中保护晶闸管的触发电流、解码后的状态信息和拓扑识别结果上传给控制系统。

所述控制系统包括切换单元、确定单元和显示记录单元；

所述切换单元用于基于拓扑识别结果切换被测子模块的测试内容；

所述确定单元用于对被测子模块的输出电压和被测子模块中保护晶闸管的触发电流进行解析，并基于解析结果确定开关管和旁路开关各自的状态以及保护晶闸管是否被触发。

所述显示记录单元用于实时显示并记录解码后的状态信息、直流电源的状态信息、开关管的状态信息和旁路开关的状态信息。

所述识别模块包括第二接收单元、第二发送单元、dsp单元和fpga单元；

所述第二接收单元用于接收控制器下发的输出指令和被测子模块基于通讯信号动作产生的状态信息；

所述fpga单元用于将输出指令编码为被测子模块可识别的通讯信号，还用于对被测子模块的状态信息进行解码，得到解码后的状态信息；

所述dsp单元用于基于解码后的状态信息对被测子模块的拓扑结构进行识别，得到拓扑识别结果；

第二发送单元用于将通讯信号下发给被测子模块，并将解码后的状态信息和拓扑识别结果上传给控制器。

所述控制器设有gpib接口、串行接口和以太网接口。

采集模块包括电压传感器和电流传感器；

所述电压传感器采用差分电压传感器，其通过gpib接口与控制器连接，用于实时采集被测子模块的输出电压，并将所述输出电压上传给控制器；本发明实施例1中电压传感器可采集半桥子模块的输出电压，如图3所示，又可采集全桥子模块的输出电压，如图4所示，图3和图4中，纵坐标表示输出电压uc，横坐标表示时间t。

电流传感器采用霍尔电流传感器，其通过gpib接口与控制器连接，用于实时采集被测子模块中保护晶闸管的触发电流，并将所述触发电流上传给控制器，本发明实施例1中，电流传感器采集的触发电流范围为0～200ma，电流传感器采集的被测子模块中保护晶闸管的触发电流如图5所示，图5的纵坐标表示被测子模块中保护晶闸管的触发电流ig，横坐标表示时间t。

本发明实施例1提供的测试系统还包括输入模块，所述输入模块通过串行接口与控制模块连接，用于输入被测子模块的编号和测试人员信息。

所述识别模块通过以太网接口与控制器连接；

所述采集模块通过gpib接口与控制器连接；

所述电源模块和输入模块均通过串行接口与控制器连接。

所述电源模块输出的直流电压范围为0v～5000v，其最大输出功率1kw，输出的直流电压精度为1v。

实施例2

本发明实施例2提供了一种适用于全桥子模块与半桥子模块的测试方法，具体流程图如图6所示，具体过程如下：

s101：控制模块下发输出指令和保护阈值给电源模块，并基于电源模块的状态信息对电源模块进行控制，同时通过电源模块为被测子模块提供直流电压和直流电流；

s102：控制模块下发控制指令给识别模块，识别模块产生通讯信号并将通讯信号下发给被测子模块；

s103：采集模块实时采集被测子模块的输出电压和被测子模块中保护晶闸管的触发电流；

s104：识别模块基于被测子模块上传的状态信息识别被测子模块的拓扑结构，同时控制模块基于被测子模块的输出电压和被测子模块中保护晶闸管的触发电流确定子模块中开关管和旁路开关各自的状态以及保护晶闸管是否被触发。

识别模块产生通讯信号并将通讯信号下发给被测子模块，包括：

识别模块将控制模块下发的控制指令编码为被测子模块可识别的通讯信号；

识别模块将通讯信号下发给被测子模块。

识别模块基于被测子模块上传的状态信息识别被测子模块的拓扑结构，包括：

识别模块接收被测子模块上传的状态信息，并对所述状态信息进行解码，得到解码后的状态信息；

识别模块基于解码后的状态信息对被测子模块的拓扑结构进行识别，得到拓扑识别结果。

控制模块基于被测子模块的输出电压和被测子模块中保护晶闸管的触发电流确定子模块中开关管和旁路开关各自的状态以及保护晶闸管是否被触发，包括：

控制模块对被测子模块的输出电压的幅值、频率和占空比进行解析，将解析后的电压幅值、频率和占空比分别与预设的电压幅值、频率和占空比分别进行对比，若解析后的电压幅值、频率和占空比分别与预设的电压幅值、频率和占空比相等，所述控制模块确定被测子模块为正常状态，否则所述控制模块确定被测子模块为故障状态；

控制模块对判断解析后的电压幅值是否为0v，若解析后的电压幅值为0v，所述控制模块确定旁路开关闭合，否则所述控制模块确定旁路开关断开；

控制模块对对被测子模块中保护晶闸管的触发电流的幅值、频率和占空比进行解析，将解析后的电流幅值、频率和占空比分别与预设的电流幅值、频率和占空比进行对比，若解析后的电流幅值、频率和占空比分别与预设的电流幅值、频率和占空比相等，所述控制模块确定保护晶闸管被触发，否则所述控制模块确定保护晶闸管未被触发。

为了描述的方便，以上所述装置的各部分以功能分为各种模块或单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各模块或单元的功能在同一个或多个软件或硬件中实现。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的保护范围之内。