一种功率转换器阀组对冲试验平台及测试方法与流程

本技术属于功率阀组对冲测试研究领域，特别涉及一种静止功率转换器阀组级功率对冲试验平台及测试方法。

背景技术：

1、近年来，我国轨道交通事业取得了长足的发展，这离不开电力电子技术的广泛应用，电力电子技术的高比例渗透亦极大地促进了牵引供电系统的发展。例如，传统的牵引供电系统所使用的供电制式一直存在着过分相以及电能质量问题，随着电力电子技术的应用，出现的组合式同相供电方式在一定程度上改善了电能质量问题，由于该方式中同时使用了同相补偿装置和牵引变压器，因此无法彻底消除过分相。随后，如文献1(田旭, 姜齐荣与魏应冬, 电气化铁路无断电过分相方案研究. 电力系统保护与控制, 2012. 40(21):第14-18页.)，介绍了贯通同相供电方式，该方式使用电力电子变压器代替了牵引变压器，可以实现电能质量的主动治理，提高系统的安全性和供电能力。背靠背变流器是实现贯通同相供电技术的关键设备，阀组或子模块是背靠背变流器的基本单元，阀组的单独试验是变流器安全稳定运行的保证。

2、交直交变流器在实际运行时，其直流侧电压不是恒定的，因此，对阀组的单独测试需要提供可变的输入直流电压，在不同电压等级下，电压波动范围不能太大。专利1(姚为正,刘刚,孙健,等. 柔性直流输电换流阀稳态大功率运行试验装置及试验方法[p]. 河南省：cn103033701b,2017-11-07.)提供了一种针对柔性直流输电功率单元的试验装置，该装置通过buck-boost电路可改变直流输入电压，该试验装置的不足是当待试验单元增加时，试验容量要受到变压器容量限制并且直流电压波动较大。专利2(汪伟,梁树甜,朱磊. 一种功率模块试验平台[p]. 湖北省：cn214409146u,2021-10-15.)提供了一种h桥对冲的试验平台，该实验平台基于可控整流提供灵活可变的直流输出电压，该方案的不足之处是电压变化范围较小，使用可控整流一方面会导致试验平台所提供的容量不足，另一方面，相比于不可控整流方案，会增加平台建造成本。

3、在实际运行时，在阀组间循环的可以是有功功率亦可以是无功功率。对阀组的单独测试需要试验平台提供不同功率循环方式。上文述及的有关文献所提出的试验平台，其共同的局限性在于，未述及多种功率循环试验。专利3(邓燕博,齐红柱. 一种静止型无功补偿装置的功率模块低压试验平台[p]. 河南：cn108828355a,2018-11-16.)建立了一种功率模块的试验平台，该平台利用控制器使得测试装置产生无功功率，该试验平台测试场景较为单一。文献2(田安民,牟晓春,梁帅奇,陈兴旺.h桥级联型svg链节及其对冲试验的研究[j].电子产品世界,2016,23(12):65-67.)建立了一种针对svg的h桥的对冲实验结构，文献利用可调直流电源改变输入直流电压，该试验结构仅可进行h桥无功对冲试验。专利4(孙锐,李雅,牟晓春,高昱峰,孙孝敬,张峰,刘玉良,孙守鑫,张超,廖志民,白波,刘玉,王毕元,勾建军. 用于背靠背功率阀组对冲测试的控制方法[p]. 浙江省：cn110707718b,2021-06-29.)提出了一种阀组对冲功率的测试方法，该方法仅能实现无功功率对冲。

4、对不同电压等级的阀组进行测试时，试验平台应具有兼容性和通用性。专利5(胡治龙,徐子萌,张腾,王奔,同聪维,黄熹东,张长春,余晓玲,秦炜塨. 一种通用变流器电气试验装置[p]. 陕西省：cn114076861a,2022-02-22.)建立了一种通用的试验平台，该平台可通过开关的配合实现不同的试验电源接入形式，但该试验平台在某一试验外电源接入时，试验容量会受到电源容量限制，试验容量无法灵活调节，试验平台的通用性还需进一步改善。

5、现有技术的缺点

6、1、现有技术所提出的阀组试验方案能够提供的直流电压变化范围较小，不能模拟实际运行时的工况，此外，较小的电压范围不能为不同电压等级的阀组提供测试条件，试验方案的兼容性较差。

7、2、现有技术在进行阀组的功率对冲试验时，阀组间循环的是单一类型的功率，例如无功功率对冲试验或有功功率对冲试验，现有技术尚未涉及同时具备进行有功和无功功率对冲试验，现有技术的试验条件通用性不强。

8、3、当待试验阀组较多时，在确定电压等级下，现有技术试验方案所能提供的试验容量受限于方案的接线方式，这导致现有技术试验平台的兼容性和通用性较差。

9、4、现有技术中利用igbt搭建整流电路以获得所需的直流电，增加了系统的建造成本，难以满足不同电压等级测试场景需求并且现有技术中所述的直流侧输出电压波动较大。

10、针对上述问题，本技术提供一种静止功率转换器阀组级功率对冲试验平台及测试方法。

技术实现思路

1、为了解决所述现有技术的不足，本技术提供了一种静止功率转换器阀组级功率对冲试验平台及测试方法，以解决上述技术问题。

2、本发明第一方面公开了一种功率转换器阀组对冲试验平台，所述平台包括：

3、试验电源、可控开关、直流母线、测量电路、保护电路、阀组单元和控制电路；

4、所述试验电源通过所述可控开关和直流母线与所述测量电路和保护电路连接，所述保护电路通过直流母线与所述阀组单元连接，所述阀组单元与所述控制电路连接。

5、根据本发明第一方面的试验平台，所述试验电源包括：试验电源p1、试验电源p2、试验电源p3和试验电源p4；所述可控开关包括：开关s11、开关s12、开关s21、开关s22、开关s23、开关s31、开关s32、开关s33、开关s41和开关s22；

6、所述开关s11的一端与所述试验电源p1连接，所述开关s11的另一端接公共端，所述试验电源p1与所述测量电路连接，所述试验电源p1与试验电源p2通过所述开关s12连接，所述试验电源p2与所述测量电路通过所述开关s21连接，所述开关s22的一端与所述试验电源p2连接，所述开关s22的另一端接公共端，所述试验电源p2与试验电源p3通过所述开关s23连接，所述试验电源p3与所述测量电路通过所述开关s31连接，所述开关s32的一端与所述试验电源p3连接，所述开关s32的另一端接公共端，所述试验电源p3与试验电源p4通过所述开关s33连接，所述试验电源p4与所述测量电路通过所述开关s41连接，所述开关s42的一端与所述试验电源p4连接，所述开关s42的另一端接公共端。

7、根据本发明第一方面的试验平台，所述试验电源p1、试验电源p2、试验电源p3和试验电源p4分别由移相变压器和整流电路组成；

8、所述移相变压器和整流电路组成串联连接；

9、所述控制电路由阀组pn_1控制单元以及阀组pn_2控制单元组成，所述阀组pn_1控制单元和阀组pn_2控制单元的内部是由三角波作为载波，正弦波作为调制波调制出控制信号gn_1和gn_2，采用的调制方式为双极性调制。

10、根据本发明第一方面的试验平台，所述整流电路为12脉波整流电路或24脉波整流电路，即所述整流电路包括2个或4个整流单元，每个整流单元是一个六脉波整流电路。

11、根据本发明第一方面的试验平台，所述整流单元中的单个二极管的最大通流按照1.3倍负载电流imax选取，最大耐压按照所述移相变压器的绕组二次侧电压的3倍选取。

12、根据本发明第一方面的试验平台，当采用24脉波整流电路时，应用大写字母a、a1、b、b1和c、c1表示连接绕组一次侧的接线方式，则连接绕组一次侧的拓扑连接关系为：

13、ab，bc，ca，aa1，bb1和cc1之间均连接有绕组，其上电压关系为 uab= ubc= uca, uaa1= ubb1= ucc1；

14、连接绕组二次侧的接线方式是y接法或者△接法。

15、根据本发明第一方面的试验平台，根据连接绕组一次侧以a-b-c的相序供电或者b-c-a的相序供电，连接绕组二次侧是y接法或者△接法，每个试验电源内共有4种移相变压器接线方式分别为4个整流单元供电。

16、本发明第二方面公开了一种静止功率转换器阀组级功率对冲试验测试方法，所述方法包括：

17、步骤s1、根据阀组测试需求，设计静止功率转换器阀组级功率对冲试验平台的试验电源的接入方式；

18、步骤s2、应用静止功率转换器阀组级功率对冲试验平台的控制电路，设计阀组控制方式，进行功率对冲实验；

19、所述静止功率转换器阀组级功率对冲试验平台包括：试验电源、可控开关、直流母线、测量电路、保护电路、阀组单元和控制电路；

20、所述试验电源通过所述可控开关和直流母线与所述测量电路和保护电路连接，所述保护电路通过直流母线与所述阀组单元连接，所述阀组单元与所述控制电路连接；

21、所述试验电源包括：试验电源p1、试验电源p2、试验电源p3和试验电源p4；所述可控开关包括：开关s11、开关s12、开关s21、开关s22、开关s23、开关s31、开关s32、开关s33、开关s41和开关s22；

22、所述开关s11的一端与所述试验电源p1连接，所述开关s11的另一端接公共端，所述试验电源p1与所述测量电路连接，所述试验电源p1与试验电源p2通过所述开关s12连接，所述试验电源p2与所述测量电路通过所述开关s21连接，所述开关s22的一端与所述试验电源p2连接，所述开关s22的另一端接公共端，所述试验电源p2与试验电源p3通过所述开关s23连接，所述试验电源p3与所述测量电路通过所述开关s31连接，所述开关s32的一端与所述试验电源p3连接，所述开关s32的另一端接公共端，所述试验电源p3与试验电源p4通过所述开关s33连接，所述试验电源p4与所述测量电路通过所述开关s41连接，所述开关s42的一端与所述试验电源p4连接，所述开关s42的另一端接公共端。

23、根据本发明第二方面的方法，所述根据阀组测试需求，设计静止功率转换器阀组级功率对冲试验平台的试验电源的接入方式的方法包括：

24、所述试验电源p1、试验电源p2、试验电源p3和试验电源p4的输出电压均为 vdc；

25、当试验阀组电压等级为 vdc1时，所述试验电源p1、试验电源p2、试验电源p3和试验电源p4并联供电，所述可控开关的工作状态为，所述开关s12、开关s23和开关s33断开，所述开关s11、开关s21、开关s31、开关s41、开关s22、开关s32和开关s42闭合，直流母线电压等级为 vdc；

26、当试验阀组电压等级为 vdc1时，所述试验电源p1、试验电源p2、试验电源p3和试验电源p4中预选试验电源参与供电，预选试验电源为试验电源p1和p2并联供电，所述可控开关的工作状态为，所述开关s23、开关s31、开关s32、开关s33、开关s41和s42断开，所述开关s11、开关s12、开关s21和开关s22闭合，直流母线电压等级为 vdc；

27、当试验阀组电压等级为 vdc2时，所述试验电源p1与试验电源p2串联运行，所述试验电源p3与试验电源p4串联运行后，再整体与所述试验电源p1与试验电源p2并联运行，所述可控开关的工作状态为，所述开关s11、开关s21和开关s23断开，所述开关s12和开关s22闭合，此时，所述试验电源p1与试验电源p2串联运行；所述开关s32和开关s41断开，所述开关s31和开关s33闭合，此时，所述试验电源p3与试验电源p4串联运行，直流母线电压为所述试验电源p1与试验电源p2电压之和；

28、当试验阀组电压等级为 vdc3时，所述试验电源p1、试验电源p2和试验电源p3串联运行，所述试验电源p4处于备用状态，所述可控开关的工作状态为，所述开关s11、开关s21、开关s31、开关s22和开关s33断开，开关s12、开关s23和开关s32闭合；开关s41和开关s42断开；直流母线电压等级为所述试验电源p1、试验电源p2和试验电源p3电压之和；

29、当试验阀组电压等级为 vdc4时，所述试验电源p1、试验电源p2、试验电源p3和试验电源p4串联运行，所述可控开关的工作状态为，所述开关s11、开关s22、开关s32、开关s21、开关s31和开关s41断开，所述开关s12、开关s23、开关s33和开关s42闭合，直流母线电压为所述试验电源p1、试验电源p2、试验电源p3和试验电源p4电压之和。

30、根据本发明第二方面的方法，所述应用静止功率转换器阀组级功率对冲试验平台的控制电路，设计阀组控制方式，进行功率对冲实验的方法包括：

31、所述控制电路由阀组pn_1控制单元以及阀组pn_2控制单元组成，所述阀组pn_1控制单元和阀组pn_2控制单元的内部是由三角波作为载波，正弦波作为调制波调制出控制信号gn_1和gn_2，采用的调制方式为双极性调制；

32、当试验中仅要求无功功率对冲时，保持阀组pn_1控制单元和阀组pn_2控制单元中的调制波的相角一致，通过改变两个调制波的幅值产生幅值差以进行无功功率对冲实验；

33、当试验中仅要求有功功率对冲时，保持阀组pn_1控制单元和阀组pn_2控制单元中的调制波的幅值一致，通过改变调制波的相角产生相角差以进行有功功率对冲实验；

34、当试验中要求有功和无功功率对冲时，调整阀组pn_1控制单元和阀组pn_2控制单元中的调制波的幅值和相角，产生幅值差和相角差，以进行有功和无功功率对冲实验。

35、本技术能够达到的如下的技术效果：

36、1、可以实现更大范围的直流电压变化，因此可以兼容不同电压等级的阀组试验，试验平台兼容性和通用性更好；

37、2、可以实现全功率类型对冲试验，试验平台和测试方法的兼容性和通用性比现有技术有更大提高；

38、3、可以根据待试验阀组容量灵活调整试验电源投入容量，避免了不必要的功率损耗，试验平台运行更加节能高效；

39、4、在开关控制上更加灵活，并且，直流母线输出电压波形更加稳定；二极管整流方案经济上更具竞争力。