一种负载电流可调的柔直半桥模块短路试验回路的制作方法

1.本实用新型属于柔直半桥模块短路试验技术领域，具体涉及一种负载电流可调的柔直半桥模块短路试验回路。


背景技术：

2.模块化多电平电压源换流器高压直流输电(modular multilevel converter based hvdc，mmc-hvdc)技术是一种新型的电压源换流器直流输电技术，具有模块化程度高、易于扩展、损耗低、开关频率低、输出电压谐波畸变小和结构简单等独特优势，在新能源并网、孤岛供电、非同步联网、多端直流输电和城市配电网增容等领域被广泛采纳和应用。
3.功率模块是mmc换流阀的基本单元，其可靠性也成为影响mmc安全可靠运行的关键因素之一，因此有必要对功率模块的各项功能和性能进行检测，尤其针对功率模块严酷的短路耐受能力和驱动保护能力进行有效评估是重中之重。
4.传统的短路试验方法采用外部短接低感值电感，开通被测开关，形成电容器放电的直通短路来验证短路能力，此方法在被测开关无初始电流、无运行温度的情况下进行，仅可验证系统实际的空载工况。对于柔直输电工程，实际中多处于带负荷运行，此过程中功率模块是具有运行电流、运行温度的工况，传统的试验方法已无法满足实际工程需求。
5.所以需要结合柔直换流阀实际运行工况，设计一种功率模块短路试验方法以解决上述问题。


技术实现要素：

6.本实用新型提供了一种负载电流可调的柔直半桥模块短路试验回路，使功率模块达到运行电流值，完成半桥功率模块的短路试验。
7.为达到上述目的，本实用新型所述一种负载电流可调的柔直半桥模块短路试验回路，包括高压直流电源、脉冲分配板和负载回路；所述高压直流电源与功率模块连接，为功率模块进行直流充电；所述脉冲分配板与功率模块的开关管t1的驱动器、开关管t2的驱动器和负载回路的开关管ts驱动器连接，为开关管t1、开关管t2和开关管ts提供开通/关断指令。
8.进一步的，还包括加热系统，加热系统与功率模块的开关管t1和开关管t2散热器接口连接。
9.进一步的，加热系统为液冷加热系统。
10.进一步的，液冷加热系统液加热的最高温度为130℃。
11.进一步的，负载回路包括串联的负载电感ls和开关管ts。
12.进一步的，开关管ts上反并联二极管ds。
13.进一步的，高压直流电源输出最高电压6000v。
14.进一步的，还包括主控系统，所述主控制系统与高压直流电源和脉冲分配板连接，为高压直流电源和脉冲分配板提供逻辑控制指令。
15.与现有技术相比，本实用新型至少具有以下有益的技术效果：
16.本实用新型在不改变半桥功率模块结构的前提下，不仅可以保障功率模块达到运行温度，还为被测开关添加有负载回路，试验前开通开关管ts和被测开关管t1，通过负载电感ls在负载回路上形成试验所需的电流，通过控制开关管ts和被测开关管t1的导通时间，保障功率模块达到运行电流值。在运行温度和运行电流满足需求情况下，完成功率模块的上下管开通形成直通短路试验。试验回路简单易操作，灵活调整运行温度值、运行电流值和试验电压值，全面性检验设备的短路耐受能力和驱动保护能力，为柔直功率模块的运行提供基础保障，提高柔直产品可靠性。
17.进一步的，脉冲分配板与驱动器之间采用光信号通讯，通过光纤相连，提高控制指令的抗电磁干扰能力。
附图说明
18.图1是短路试验回路原理图；
19.图2是短路试验方法流程图。
具体实施方式
20.为了使本实用新型的目的和技术方案更加清晰和便于理解。以下结合附图和实施例，对本实用新型进行进一步的详细说明，此处所描述的具体实施例仅用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型。
21.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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实用新型和简化描述，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，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
22.参见图1，一种负载电流可调的柔直半桥模块短路试验回路，包括主控制系统、加热系统、高压直流电源、脉冲分配板和负载回路。
23.如图1所示，柔直半桥功率模块为柔性直流输电换流阀用的功率子模块，包括开关管t1、开关管t2，反并联在开关管t1上的二极管d1、反并联在开关管t2上的二极管d2、电容器c、放电电阻r、旁路开关s，其中开关管t1与开关管t2串联，串联连接点为柔直半桥功率模块的正输出端，电容器c负极为负输出端。
24.主控制系统采用主频1.25ghz的高性能dsp以及大容量fpga实现控制与逻辑保护功能，与加热系统、高压直流电源、脉冲分配板连接，为加热系统、高压直流电源、脉冲分配
板提供逻辑控制指令，按照功率模块加热
→
高压充电
→
形成运行电流
→
短路试验的过程开展。通过采集功率模块的温度值和电容器电压值，对加热系统和高压直流电源进行控制；通过采集开关管的开通/关断反馈信号和运行电流值，实时判断是否满足试验条件，对脉冲分配板进行闭环控制。对于试验各逻辑过程中的异常情况，进行故障上报并停机保护。
25.加热系统与功率模块的开关管t1和开关管t2散热器接口连接，为功率模块进行加热，使其达到运行温度，最高温度可达到130℃；加热系统采用内部循环，液冷加热方式，提供连续稳定的温度、压力、流量符合要求的循环液，加热系统供电380v，功率10kw，液冷介质电导率≤0.3μs/cm，可加热最高温度130℃。高压直流电源与功率模块的电容器c并联，为功率模块进行直流充电，高压直流电源的供电电压为380v，功率6kw，输出最高电压6000v。脉冲分配板与功率模块的开关管t1和开关管t2的驱动器、负载回路的开关管ts驱动器连接，为开关管t1、开关管t2和开关管ts提供开通/关断指令；脉冲分配板与驱动器之间采用光信号通讯，通过光纤相连；负载回路包括负载电感ls、开关管ts及与开关管ts反并联的二极管ds，并联在功率模块的正负极输出端，为功率模块的运行电流提供回路。
26.参见图2，基于本实用新型所述的柔直半桥模块短路试验方法，包括以下步骤：
27.步骤1、试验人员办理上电操作票，为半桥模块短路试验回路供电，确保主控制系统、高压直流电源、加热系统正常带电。
28.步骤2、在主控制系统设置试验参数：测试温度tam、试验电压us和负载电流is，保存设置参数。
29.步骤3、启动试验，主控制系统根据测试需求计算开关管导通时间tx＝l*is/us和开关管t1的导通时间ta和开关管ts的导通时间tb，ta＝tb＝tx 100us。
30.步骤4、主控制系统启动加热系统，检测加热温度达到测试温度tam，且温度稳定一直持续至试验结束。
31.步骤5、主控制系统启动高压直流电源，检测功率模块的电容电压达到试验电压us，电压稳定后关闭高压直流电源。
32.步骤6、主控制系统通过脉冲分配版，下发被测开关管t1、负载回路开关管ts的控制指令，开关管t1导通时间ta后关断，开关管ts导通时间tb后关断。
33.步骤7、主控制系统检测实际负载电流i是否达到设定的负载电流is，
34.若i≥is，则通过脉冲分配版下发被测开关管t2的控制指令，开始进行短路试验，使被测开关管t2导通时间tc后关断，tc＝tsc 20us导通时间tc大于igbt驱动器短路保护时间值tsc，确保驱动器检测短路后保护关断，而非主控制系统关断。
35.若在ta 10％时间内，i＜is，则判定试验异常，结束试验，检查本测试的柔直半桥模块。
36.短路试验过程中，检测功率模块电容电压、运行电流、短路电流、短路时间数据。
37.步骤8、主控制系统根据步骤2设定的参数，同步会接收功率模块的状态信息用于显示记录，状态信息包含功率模块运行状态、电容电压值、开关管t1驱动板状态、开关管t2驱动板状态。
38.步骤9、短路测试结束，主控制系统关闭加热系统，自动保存步骤7得到的试验数据。
39.以上内容仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范
围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型权利要求书的保护范围之内。