一种柔性直流输电换流阀半桥结构功率模块测试装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种柔性直流输电换流阀的测试装置。
【背景技术】
[0002] 柔性直流输电换流阀是柔性直流输电的核心设备，而半桥结构功率模块是换流阀 的最小单元，必须通过各种测试试验来保证其可靠运行。因此需要设计合理的半桥结构功 率模块测试装置，尽可能的模拟实际运行时能出现的各种运行状态，以检测半桥结构功率 模块的设计是否满足工程要求。
[0003] 目前，关于柔性直流输电换流阀半桥结构功率模块的测试装置国内已经有一些相 关的专利，如 CN201310652351、CN201310407363、CN201210533984 等，这些专利提出的半桥 结构功率模块测试装置的主要不足在于：一次测试试验只能测试一个或者少数半桥结构功 率模块，对于半桥结构功率模块数目庞大的实际工程而言测试环节耗时巨大，需要频繁的 半桥结构功率模块拆、装操作，无法批量化测试；上述专利提及的测试装置电路结构简单、 半桥结构功率模块数量少，因此只能进行少数种类的测试试验，无法利用同一电路对半桥 结构功率模块进行多种不同工作状态的测试试验。上述专利提及的测试装置在充电环节主 要是利用直流电源配以充电限流电阻对半桥结构功率模块依次逐个充电，充电时间较长并 且充电电阻上消耗的有功功率较多。综上所述，现有的换流阀半桥结构功率模块的测试装 置在测试效率、测试电路功能以及测试能耗等方面还有待提高。
【发明内容】
[0004] 本发明旨在克服上述现有测试装置的缺点，提出一种柔性直流输电换流阀半桥结 构功率模块测试装置。本发明一次性投入多个被试阀段，配合以相应的控制策略，可大大提 高测试效率。本发明利用同一个测试电路，可以进行半桥结构功率模块的充电测试、稳态运 行测试及短路测试，丰富了测试功能。
[0005] 本发明采用以下技术方案：
[0006] 本发明包括一次回路和二次回路两部分。一次回路为测试提供必要的物理连接， 为换流阀半桥结构功率模块测试提供必要的电气连接，是测试试验的载体。二次回路作用 有二：一显示测试参数，二控制和保护一次回路。
[0007] 本发明利用每个模块内部的控制监测板卡采集的测试参数直接通过二次回路上 传到终端PC显示，如：电压、温度、模块状态、模块故障等。内部控制监测板卡通过通讯板卡 采用光纤传送测试参数到终端PC。因此本发明测试装备可以简化测量器件，只需要一只电 流传感器测量一次回路中电流的大小即可。
[0008] 所述的二次回路与一次回路通过所述的控制监测板卡连接。
[0009] 本发明测试装置的一次回路主要包括陪试侧、被试侧和负载电感。陪试侧与被试 侧通过负载电感串联形成闭合回路。一次回路为换流阀半桥结构功率模块测试提供必要的 电气连接，是测试试验的载体。
[0010] 所述的陪试侧由一个与充电系统连接的陪试阀段组成，用于补充测试试验中的能 量消耗，并且辅助被试侧完成测试试验。
[0011] 所述的被试侧由多个被试阀段串联而成，通过负载电感L和陪试阀段相连接，断 路器K和短路电感Ls串联后与被试侧并联，用于短路测试。
[0012] 所述的陪试阀段由多个半桥结构功率模块串联组成。
[0013] 所述的半桥结构功率模块由一个电容、上、下桥臂、旁路开关以及晶闸管构成，所 述的上、下桥臂由IGBT与反并联二极管组成。所述的电容与上、下桥臂串联形成闭合回路。 上、下桥臂的中点与电容负极引出的端点作为半桥结构功率模块输出电压的端口。旁路开 关与晶闸管分别与下桥臂并联，用于短路故障时半桥结构功率模块的切除与保护。
[0014] 所述的被试侧的每个被试阀段由多个需要测试的半桥结构功率模块串联组成。所 述的陪试侧由一个与充电系统连接的陪试阀段组成，所述的陪试阀段由多个半桥结构功率 模块串联组成。每个被试阀段包含的半桥结构功率模块的个数与陪试阀段包含的半桥结构 功率模块个数相等。
[0015] 本发明测试装置的二次回路主要包括半桥结构功率模块内部控制监测板卡、通讯 板卡及终端PC。通讯板卡是二次回路的中间环节，其通过光纤分别与半桥结构功率模块内 部监测板卡和终端PC连接，是多个半桥结构功率模块和终端PC通讯的载体。从终端PC到 半桥结构功率模块内部控制监测板卡为下行通讯链路，终端PC下发对每个半桥结构功率 模块的控制指令；从半桥结构功率模块内部控制监测板卡到终端PC为上行通讯链路，每个 半桥结构功率模块内部控制监测板卡上传该模块IGBT状态、电容电压、故障信息及温度等 信号给终端PC，为控制及过流保护的实施提供必要的电气量信息。同时通过终端PC屏显重 要的状态量以方便实时的观测。二次回路为换流阀半桥结构功率模块的测试提供必要的控 制、保护及显示功能。
[0016] 所述的终端PC包括能屏显每个半桥结构功率模块上传的信息的显示设备以及根 据半桥结构功率模块上传的信息能自动生成控制指令的CPU。
[0017] 所述的通讯板卡，是半桥结构功率模块内部控制监测板卡与终端PC通讯的中间 环节，提供稳定、快速、准确的通讯链路。
[0018] 所述的半桥结构内部控制监测板卡，是二次回路控制监测一次回路的载体。半桥 结构内部控制监测板卡位于每个半桥结构功率模块内部，是二次回路与一次回路连接的中 间环节。半桥结构内部控制监测板卡具备采集半桥结构功率模块IGBT状态、电容电压、故 障状态和温度等信息并上传给终端PC的功能，及接收终端PC下发的控制指令并驱动IGBT 做出正确动作的功能。
[0019] 除上述的测试装置外，在进行测试试验时还需要使用电流传感器，用于测量一次 回路中流过的电流大小。
[0020] 本发明测试装置可对半桥结构功率模块进行内部电容充电测试、稳态运行测试和 短路测试。
[0021] 各项测试项目的原理及步骤如下：
[0022] 1、半桥结构功率模块充电测试
[0023] 所述的半桥结构功率模块充电测试包括不控充电测试和可控充电测试。
[0024] 当半桥结构功率模块内部电容电压较低时，无法使半桥结构功率模块内部的自取 能电源正常工作，自取能电源无法给IGBT驱动板正常供电，因此半桥结构功率模块上下桥 臂的IGBT无法动作。这种情况下只能通过半桥结构功率模块上桥臂的反并联二极管来给 半桥结构功率模块内部电容充电，这一环节称为不控充电。当半桥结构功率模块内部电容 通过不控充电使其电压达到自取能电源正常工作所需的最低电压后，所述的自取能电源能 够给IGBT驱动板正常供电，此时可以通过控制半桥结构功率模块上下桥臂的IGBT继续给 内部的电容充电，这一环节称为可控充电。
[0025] 与现有的换流阀半桥结构功率模块测试装置相比，本发明测试装置由于被试侧和 陪试侧包含的阀段数量不相等，因而两侧所包含的半桥结构功率模块数量不等，故无法像 现有测试装置那样，只采用不控充电即可将被试侧半桥结构功率模块电容电压冲到额定电 压。本发明装置在充电测试环节，需要在不控充电的基础上采用被试侧被试阀段轮流投入 的可控充电策略来将所有被试侧半桥结构功率模块电容充电至额定电压。此外，本发明装 置与现有装置相比，在上述充电环节的充电回路中不引入限流电阻，而是采用PWM充电策 略来起到抑制充电时冲击电流的作用，即通过PWM调制方法控制陪试阀段的模块投入，控 制信号的占空比初始值为〇,然后从充电开始时刻缓慢增加，如此以限制充电时冲击电流的 大小。
[0026] 在被试半桥结构功率模块充电期间，使用所述的PWM调制方法通过半桥结构功率 模块的反并联二极管对被试侧半桥结构功率模块不控充电，当模块的自取能电源正常工作 后使用顺序投入的控制策略对一个被试阀段进行PWM充电，其他被试阀段的半桥结构功率 模块控制切除，之后重复上述步骤直到所有的被试半桥结构功率模块充电完毕。在被试半 桥结构功率模块稳态运行期间，首先投入一个被试阀段，控制切除其他被试阀段，然后根据 要求调制出测试所需要的交直流电流分量，之后重复上述步骤直到所有被试半桥结构功率 模块稳态测试完毕。
[0027] 本发明进行不控充电测试的步骤如下：
[0028] 在不控充电环节，假设陪试侧所含半桥结构功率模块个数为N，N 被试侧所含被 试阀段个数为k，k>0 ;每个被试阀段所含半桥结构功率模块个数为N，N疲试侧所含半桥结 构功率模块个数为kX N。半桥结构功率模块内部电容额定电压为U。陪试侧的N个半桥结 构功率模块利用PWM充电策略，通过被试侧半桥结构功率模块内部反并联二极管对被试侧 的kXN个半桥结构功率模块进行不控充电。假设每隔一个充电周期T，T>0,陪试侧陪试阀 段半桥结构功率模块的IGBT动作一次，定义IGBT -次关断和一次导通为动作一次。假设 IGBT导通或关断持续的最小时间为单位时间A，〇〈 A〈T。在第一个充电周期T内将陪试侧 N个半桥结构功率模块投入一个单位时间△后切除