模块的切除与保护。
[0056] 所述的陪试阀段与充电系统连接，用于补充测试中电容消耗的能量，并辅助被试 半桥结构功率模块进行测试。
[0057] 所述的被试侧由多个被试阀段串联组成，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。每个被试阀段包含的半桥结构功率模块个数与陪试阀段的半桥结构 功率模块个数相等。
[0058] 所述的充电系统由交流电网、三相变压器、二极管整流桥依次串联构成。二极管整 流桥的输出端与半桥结构功率模块的电容联接。
[0059] 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。
[0060] 应用本发明测试装置的具体测试步骤如下：
[0061 ] 步骤一，通过所述的充电系统将陪试阀段半桥结构功率模块的电容充电至额定电 压。
[0062] 步骤二，对被试侧所有的半桥结构功率模块进行充电测试。采用PWM充电策略：首 先通过被试侧所有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的电容 进行不控充电，在第一个充电周期T内，最初的△时间内控制陪试侧N个半桥结构功率模 块上桥臂IGBT导通、下桥臂IGBT关断；之后的T- A时间内，控制陪试侧N个半桥结构功率 模块上桥臂IGBT关断、下桥臂IGBT导通，即让陪试侧N个半桥结构功率模块投入一个单位 投入时间A后切除。在第二个充电周期T内，最初的2 A时间内控制陪试侧N个半桥结构 功率模块上桥臂IGBT导通、下桥臂IGBT关断；之后的T-2 A时间内，控制陪试侧N个半桥 结构功率模块上桥臂IGBT关断、下桥臂IGBT导通，即让陪试侧N个半桥结构功率模块投入 两个单位投入时间2A后切除。在第三个充电周期T内，最初的3 A时间内控制陪试侧N 个半桥结构功率模块上桥臂IGBT导通、下桥臂IGBT关断；之后的T-3 A时间内，控制陪试 侧N个半桥结构功率模块上桥臂IGBT关断、下桥臂IGBT导通，即让陪试侧N个半桥结构功 率模块投入三个单位投入时间3A后切除，以此类推。当被试侧半桥结构功率模块内部自 取能电源正常工作后，控制一个被试阀段的所有半桥结构功率模块的上桥臂IGBT导通、下 桥臂IGBT关断，即投入该被试阀段的全部半桥结构功率模块；同时控制其他被试阀段的所 有半桥结构功率模块的下桥臂IGBT导通、上桥臂IGBT关断，即切除其他被试阀段的全部半 桥结构功率模块，陪试阀段再通过上述PWM充电策略完成对这一个被试阀段的半桥结构功 率模块电容充电。之后重复步骤二，直到被试侧所有半桥结构功率模块内部电容充电至额 定电压，至此充电测试完毕。
[0063] 步骤三，当被试侧全部半桥结构功率模块充电至额定电容电压后，进行稳态运行 测试。采用顺序投入的控制策略，轮流对被试侧半桥结构功率模块进行稳态运行测试。首 先控制陪试侧及被试侧所有半桥结构功率模块的上桥臂IGBT关断、下桥臂IGBT导通，切除 所有半桥结构功率模块；然后选择一个被试阀段准备进行稳态运行测试，其他被试阀段则 一直保持上述的切除状态，如此稳态运行测试试验准备工作完毕。使用最近电平逼近方法 调制陪试阀段、以及该被试阀段输出的电压，使陪试阀段和该被试阀段均产生带有直流电 压偏置的交流电压波形，使陪试阀段和该被试阀段的直流电压偏置相同，交流电压的幅值 和相角不同，从而在负载电感L上产生所需要的柔性直流输电换流阀工作时的桥臂直流及 交流电流成分。之后，对其他被试阀段重复步骤三，直到所有被试半桥结构功率模块稳态运 行测试试验完毕。
[0064] 步骤四，进行短路测试，控制陪试侧及被试侧所有半桥结构功率模块的上桥臂 IGBT关断、下桥臂IGBT导通，即切除所有半桥结构功率模块，然后闭合与短路电感Ls串联 的断路器K，如此短路测试准备工作完毕。根据测试需要的短路电流大小，确定短路试验进 行所时需要投入的被试半桥结构功率模块个数，通过控制系统给予这些半桥结构功率模块 上桥臂IGBT导通、下桥臂IGBT关断的触发信号，使这些模块处于投入状态，进行短路测试 试验，以检验半桥结构功率模块承受过流的能力和过流保护系统能否动作。之后，对其他被 试半桥结构功率模块重复步骤四，直到所有被试半桥结构功率模块短路测试完毕。
[0065] 使用PSCAD仿真软件，对本发明所述的柔性直流输电换流阀测试装置进行仿真验 证，具体参数如下：
[0066]
[0067] 在给被试侧半桥结构功率模块充电的环节，应用所述的PWM充电策略。单位投入 时间A为10 y s、充电周期T为lms。
[0068] 图3为PWM充电控制策略仿真的充电电流波形，可见其充电开始时冲击电流峰值 约为14A，远小于换流阀稳态运行时桥臂交流电流有效值800A。
[0069] 图4为PWM充电控制策略仿真的充电时的被试半桥结构功率模块电容的电压波 形，可见电容电压平稳上升至额定值1. 7kV，充电时间约为7s。
[0070] 图5为稳态运行测试试验时流过负载电感L的电流波形，可以满足直流电流分量 500A，交流电流分量800A的测试要求。
[0071] 图6为短路测试试验的短路电流波形，在短路电流达到4kA时过流保护系统启动， 闭锁所有半桥结构功率模块，短路电流很快减小到〇。
【主权项】
1. 一种柔性直流输电换流阀半桥结构功率模块测试装置，其特征在于：所述的柔性直 流输电换流阀半桥结构功率模块测试装置包括一次回路和二次回路两部分；一次回路为换 流阀半桥结构功率模块测试提供电气连接，是测试试验的载体；二次回路用于控制和保护 一次回路，并显示测试参数；所述的二次回路与一次回路通过柔性直流输电换流阀半桥结 构功率模块内的控制监测板卡连接。2. 如权利要求1所述的柔性直流输电换流阀半桥结构功率模块测试装置，其特征在 于：所述的一次回路包括陪试侧、被试侧、负载电感以及短路测试所需的短路电感Ls和断 路器K ;陪试侧与被试侧通过负载电感串联形成闭合回路；所述的被试侧通过负载电感L和 一个陪试阀段相连接，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。3. 如权利要求1所述的柔性直流输电换流阀半桥结构功率模块测试装置，其特征在 于：所述的被试侧由多个被试阀段串联而成，所述的陪试阀段由多个半桥结构功率模块串 联组成；每个被试阀段包括与陪试阀段数量相同的半桥结构功率模块。4. 如权利要求1所述的柔性直流输电换流阀半桥结构功率模块测试装置，其特征在 于：所述的柔性直流输电换流阀半桥结构功率模块测试装置通过PWM调制方法控制陪试阀 段的半桥结构功率模块的投入，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；在被试阀段的半桥结构功率模块充电期间，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，当被试阀段的半桥结构功率模块的自取能电源正常工 作后，使用顺序投入的控制方法对一个被试阀段进行PWM充电，切除其余被试阀段的半桥 结构功率模块，之后重复上述步骤，直到所有的被试阀段的半桥结构功率模块充电完毕；在 被试阀段的半桥结构功率模块稳态运行期间，首先投入一个被试阀段，切除其余被试阀段， 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阀段 的半桥结构功率模块稳态测试完毕。
【专利摘要】一种柔性直流输电换流阀半桥结构功率模块测试装置，包括一次回路和二次回路。一次回路为换流阀半桥结构功率模块测试提供电气连接；二次回路用于控制一次回路；所述的二次回路与一次回路通过柔性直流输电换流阀内的半桥结构功率模块内部的控制监测板卡连接。一次回路包括陪试侧、被试侧、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。陪试侧包含一个陪试阀段，被试侧包含多个被试阀段。陪试阀段与被试阀段结构相同，均由相同数量的半桥结构功率模块串联组成。测试装置通过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0，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。
【IPC分类】G01R31/00
【公开号】CN104991131
【申请号】CN201510323891
【发明人】李子欣, 许彬, 王平, 李耀华, 徐飞, 高范强
【申请人】中国科学院电工研究所
【公开日】2015年10月21日
【申请日】2015年6月12日