一种电力电子变压器功率模块在线测试装置及其方法与流程

1.本发明涉及电力电子变压器功率模块技术领域，更具体地，涉及一种电力电子变压器功率模块在线测试装置及其方法。


背景技术：

2.随着电力电子技术、半导体技术的发展，电力系统中出现了大量交直流混合的配电系统，如交直流混合的微电网、电动汽车充电站、数据中心供电系统等，其中，负责电力变换的主要设备是电力电子变压器(pet)。pet由大量功率模块通过串并联的级联方式构成，功率模块的可靠性是pet安全稳定运行的关键，因此，对功率模块进行严格、全面、精确测试是pet安全运行的前提。
3.现有的pet功率模块测试，按测试性质可分为一次回路测试、二次回路测试；按测试目的可分为基本功能测试、稳定性测试等。一次回路测试和二次回路测试为基本功能测试，主要包括绝缘耐压测试、主回路通断测试、驱动及通信测试，这是功率模块带电运行的必测项目。稳定性测试主要是指功率模块按额定电压、额定电流长时间运行，以验证功率器件的热稳定性、电气特性等。只有功率模块的稳定性测试通过，才能将功率模块安装到整机投入实际运行。但是，目前的功率模块测试方法，一般针对单个功率模块搭建基于“电源
→
功率模块
→
电阻负载”的测试平台，进行测试时，通过功率模块的有功功率只能单向流动，无法准确模拟功率模块的实际运行工况；另外，即使搭建“电源
→
功率模块
→
电源”的测试平台，也较为复杂，需要两个直流电压源同步操作。只有搭建完善的功率模块试验平台，充分测试功率模块，才能全面、精确验证功率模块性能，保证电力电子变压器的可靠运行。中国专利公开号cn106019174a，公开时间2016年10月12月，该专利公开的技术方案并不能对功率模块进行全面的测试。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有测试电路较为复杂，需要多个直流电压源同步操作，测试损耗大，且稳定性测试不充分不全面的缺点，提供一种电力电子变压器功率模块在线测试装置。本发明测试供电损耗小，测试操作简单，解决以往测试平台和测试方法对功率模块测试不充分不全面的问题。
5.本发明还提供一种电力电子变压器功率模块在线测试方法。
6.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种电力电子变压器功率模块在线测试装置，其中，包括上位机系统、第一功率模块、第二功率模块和直流电压源，所述第一功率模块的低压侧和第二功率模块的低压侧并联在所述直流电压源两端，所述第一功率模块高压侧的正极与所述第二功率模块高压侧的正极之间串联一电感l，所述第一功率模块高压侧的负极与所述第二功率模块高压侧的负极之间通过导线连接，所述第一功率模块和第二功率模块均与所述上位机系统通讯连接。
7.本技术方案中，第一功率模块和第二功率模块形成环路，只需要一个直流电压源
作为测试装置中的电源，上位机系统能够对第一功率模块和第二功率模块下发信号指令，使得第一功率模块和第二功率模块能够根据上位机系统的信号指令进行运行，第一功率模块和第二功率模块将其运行状态的数据上传至上位机系统，测试人员可以直接在上位机系统中获得测试数据，判断第一功率模块和第二功率模块的运行状态和测试结果。
8.进一步的，所述第一功率模块和第二功率模块内部设有控制板，所述上位机系统与所述第一功率模块和第二功率模块的控制板通讯连接。本技术方案中，上位机系统发出的指令输入第一功率模块和第二功率模块的控制板中，第一功率模块和第二功率模块的控制板根据上位机系统下发的指令，控制其内部器件的运行。
9.进一步的，所述上位机系统通过光纤与所述第一功率模块和第二功率模块连接。上位机系统通过光纤与第一功率模块和第二功率模块进行通讯连接，利用光纤进行双向通讯。
10.进一步的，所述上位系统接收第一功率模块和第二功率模块的上传信息，并给所述第一功率模块和第二功率模块下发信号指令。
11.进一步的，所述上传信息包括第一功率模块和第二功率模块低压侧和高压侧的电压、功率，第一功率模块和第二功率模块内部元器件的温度、电流，以及第一功率模块和第二功率模块的运行状态。
12.进一步的，所述信号指令包括第一功率模块和第二功率模块的运行模式、启停命令、运行的电压和电流指令、驱动信号以及保护信号。
13.一种电力电子变压器功率模块在线测试方法，包括以下步骤：
14.s1.将在线测试装置组装连接，上位机系统根据第一功率模块和第二功率模块的固有参数调整其所发送信号指令的阈值；固有参数是指功率模块的额定电流、电压和功率；
15.s2.根据测试需求将第一功率模块和第二功率模块分别设定为被测模块和陪测模块；
16.s3.上位机系统根据不同的测试任务对被测模块和陪测模块下发对应的信号指令并记录其上传信息；
17.s4.达到测试时间后，上位机系统下发信号指令，关闭直流电压源，完成测试。
18.进一步的，所述步骤s3中，具体包括以下步骤：
19.s31.打开直流电压源，逐渐将其调节到第一功率模块和第二功率模块低压侧的正常工作电压；
20.s32.将被测模块运行模式设置为恒功率运行，将陪测模块设置为恒电压运行，并上传被测模块和陪测模块的运行信息和数据到上位机系统，通过上位机系统检查被测模块和陪测模块的运行状态；
21.s33.上位机系统对陪测模块下发启动命令，陪测模块启动运行后通过上位机系统观察其高压侧电压实时数据；
22.s34.上位机系统对被测模块下发启动命令，被测模块启动运行后通过上位机系统观察被测功率模块的状态信息。
23.优选的，所述步骤s3中，具体包括以下步骤：
24.s31.打开直流电压源，逐渐将其调节到第一功率模块和第二功率模块低压侧的正常工作电压；
25.s32.上位机系统对被测模块下发功率指令，从零逐渐增加到正额定功率，通过上位机系统观察被测模块的高压侧、低压侧的电压和电流均能否跟随设置的指令变化；在上位机系统中把被测模块的功率指令改为负额定功率，观察被测模块的高压侧、低压侧的电压和电流能否均跟随设置的指令变化为额定值；
26.s33.上位机系统将被测模块的功率指令保持为额定值，按测试要求的时间持续运行，同时记录被测模块的电压、电流和温度值。
27.进一步的，所述步骤s4中达到测试要求的运行时间后，上位机系统将被测模块的功率指令设置为0，下发被测模块的停机命令，再下发陪测模块的停机命令，最后关闭直流电压源，完成测试。
28.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
29.本发明将两个功率模块的高压侧和低压侧并联，设计成对拖运行架构，并在低压侧并联一个直流电压源，能够使得测试供电损耗小，其测试操作简单，功能测试充分；本发明还设有上位机系统，上位机系统能够对电力电子变压器功率模块提供在线测试平台，还能够提供为电力电子变压器的功能验证提供测试平台，解决以往测试平台和测试方法对功率模块测试不充分的问题。
附图说明
30.图1为本发明一种电力电子变压器功率模块在线测试装置的整体结构示意图。
具体实施方式
31.下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
32.本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
33.实施例1
34.如图1所示为本发明一种电力电子变压器功率模块在线测试装置的实施例。一种电力电子变压器功率模块在线测试装置，其中包括上位机系统、第一功率模块、第二功率模块和直流电压源，第一功率模块的低压侧和第二功率模块的低压侧并联在直流电压源两端，第一功率模块高压侧的正极与第二功率模块高压侧的正极之间串联一电感l，第一功率模块高压侧的负极与第二功率模块高压侧的负极之间通过导线连接，第一功率模块和第二功率模块均与上位机系统通讯连接。
35.本实施例中，第一功率模块和第二功率模块内均设有控制板，上位机系统与通过光纤线路实现与第一功率模块和第二功率模块内控制板的双向通讯，上位系统接收第一功
率模块和第二功率模块的控制板上传信息，并给第一功率模块和第二功率模块的控制板下发信号指令。
36.本实施例中，上传信息包括第一功率模块和第二功率模块低压侧和高压侧电压、功率，第一功率模块和第二功率模块内部元器件的温度、电流，以及第一功率模块和第二功率模块的运行状态；信号指令包括第一功率模块和第二功率模块运行模式、启停命令、运行的电压、电流指令、驱动信号以及保护信号
37.本实施例的工作原理如下文所示：第一功率模块和第二功率模块形成环路，只需要一个直流电压源作为装置中的电源，形成对拖运行架构，上位机系统能够对第一功率模块和第二功率模块下发信号指令，使得第一功率模块和第二功率模块能够根据上位机系统的信号指令进行运行，第一功率模块和第二功率模块将其运行状态的数据上传至上位机系统，测试人员可以直接在上位机系统中获得测试数据，判断第一功率模块和第二功率模块的运行状态和测试结果。
38.实施例2
39.本发明一种电力电子变压器功率模块在线测试方法的实施例。一种电力电子变压器功率模块在线测试方法，具体包括以下具体步骤：
40.s1.将在线测试装置组装连接，上位机系统根据第一功率模块和第二功率模块的固有参数调整其所发送信号指令的阈值；
41.s2.根据测试需求将第一功率模块和第二功率模块分别设定为被测模块和陪测模块；
42.s3.上位机系统根据不同的测试任务对被测模块和陪测模块下发对应的信号指令并记录其上传信息；
43.s4.达到测试时间后，上位机系统下发信号指令，关闭直流电压源，完成测试。
44.步骤s3中，具体包括以下步骤：
45.s31.打开直流电压源，逐渐将其调节到第一功率模块和第二功率模块低压侧的正常工作电压；
46.s32.将被测模块运行模式设置为恒功率运行，将陪测模块设置为恒电压运行，并上传被测模块和陪测模块的运行信息和数据到上位机系统，通过上位机系统检查被测模块和陪测模块的运行状态；
47.s33.上位机系统对陪测模块下发启动命令，陪测模块启动运行后通过上位机系统观察其高压侧电压实时数据；
48.s34.上位机系统对被测模块下发启动命令，被测模块启动运行后通过上位机系统观察被测功率模块的状态信息。
49.本实施例中，步骤s4中达到测试要求的运行时间后，上位机系统将被测模块的功率指令设置为0，下发被测模块的停机命令，之后再下发陪测模块的停机命令，最后关闭直流电压源，完成测试。
50.实施例3
51.本实施例与实施例2相似，不同之处在于：步骤3包括以下具体步骤：
52.s31.打开直流电压源，逐渐将其调节到第一功率模块和第二功率模块低压侧的正常工作电压；
53.s32.上位机系统对被测模块下发功率指令，从零逐渐增加到正额定功率，通过上位机系统观察被测模块的高压侧、低压侧的电压和电流均能否跟随设置的指令变化；在上位机系统中把被测模块的功率指令改为负额定功率，观察被测模块的高压侧、低压侧的电压和电流能否均跟随设置的指令变化为额定值；
54.s33.上位机系统将被测模块的功率指令保持为额定值，按测试要求的时间持续运行，同时记录被测模块的电压、电流和温度值。
55.显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。