大功率無功補償裝置igct逆變橋在線測試裝置的製作方法

2023-08-22 07:23:31 1

專利名稱：大功率無功補償裝置igct逆變橋在線測試裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於測量領域，尤其涉及一種用於對IGCT逆變橋的電性能進行在線 快速測試的測試裝置。
背景技術：
隨著柔性交流輸電技術(Flexible AC Transmission System,簡稱FACTS)的提出 和發展，靜止無功補償器(Static Synchronous Compensator,簡稱STATCOM)已成為近年來 國內外研究的熱點，STATCOM是柔性交流輸電技術的主要裝置之一，它代表著現階段電力系 統無功補償技術新的發展方向。 STATCOM的基本原理是利用可關斷大功率電力電子器件(諸如絕緣柵雙極型晶體 管IGBT-I固lated Gate Bipolar Transistor、集成門極換流晶閘管IGCT-ntegratedGate Commutated Thyristo或電子注入增強門極電晶體IEGT-Injection Enhanced GateTransistor等)組成自換相橋式電路，經過電抗器並聯在電網上，適當地調節橋式電 路交流側輸出電壓的幅值和相位，或者直接控制其交流側電流，就可以使該電路吸收或者 發出滿足要求的無功電流，實現動態無功補償的目的。 申請人:所在城市某市級變電站運行著一套士50MVar STATC0M系統，該系統採用鏈 式結構，每相閥由10個鏈節串聯構成。每個鏈節中的功率逆變單元是由一個單相H橋構成， 其單相H橋採用了大功率IGCT器件。 關於單個大功率IGCT器件的性能測試，已經有多篇文獻及報導，但是針對上述這 套裝置，由於其單相H橋和大功率IGCT器件的數量太多(至少為3 X 10 X 4個IGCT器件)， 所以不能採用通常的方法，將各個大功率電子器件拆回到試驗室中進行測試和檢查，需要 在現場進行故障檢測、測試，故特別特別需要一套能在停電檢修時快速的對單相H橋和大 功率IGCT器件進行在線檢測的測試裝置。

實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題是提供一種大功率無功補償裝置IGCT逆變橋在 線測試裝置，其能在停電檢修時快速的對單相H橋和大功率IGCT器件進行現場在線檢測， 與被測對象之間無繁瑣的電氣信號連接線，方便了現場在線檢修工作的快速開展和完成。 本實用新型的技術方案是提供一種大功率無功補償裝置IGCT逆變橋在線測試 裝置，包括測試裝置，所述的測試裝置與單相H橋連接，所述的單相H橋由四個大功率IGCT 器件構成，其特徵是所述的測試裝置至少包括顯示單元、控制器單元、光纖出口板、直流高 壓電源單元和電阻性負載單元；所述控制器單元的1/0埠與顯示單元的1/0埠對應連 接；控制器單元的P麗電平脈衝輸出端與光纖出口板的輸入端分別對應連接；控制器單元 的給定輸出埠與直流高壓電源單元控制埠連接；所述直流高壓電源單元的電壓輸出端 口與單相H橋的直流輸入端連接；所述電阻性負載單元與單相H橋的交流輸出端連接；所 述光纖出口板的觸發脈衝輸出端，經觸發光纜與構成單相H橋的大功率IGCT器件的光纖控
3制接口連接。 進一步的，其所述的直流高壓電源單元的"+ "極輸出端經限流電感與單相H橋的 直流輸入"+ "端連接。 具體的，其所述的顯示單元包括觸摸式顯示屏。 其所述的控制器單元包括DSP2812控制電路。 其所述控制器單元的1/0埠經過RS232通信電路與顯示單元的1/0埠對應連 接。 其所述的光纖出口板包括電/光轉換電路或光耦電路。 其所述的直流高壓電源單元為高頻受控型開關電源。 更進一步的，在所述單相H橋的交流輸出端，設置外接電流/電壓信號測試設備。 與現有技術比較，本實用新型的優點是 1.採用最基本的P麗電平脈衝生成電路、可調高壓直流電源、電/光轉換電路和電 阻負載，實現了在停電檢修時快速的對單相H橋和大功率IGCT器件進行現場在線檢測； 2.通過測試大功率IGCT器件的通/斷測試和對單相H橋輸出波形和觀察，能快 速、及時地判斷一個單獨的整個H橋的功能是否完好； 3.與大功率IGCT器件之間的觸發信號傳遞採用光信號的形式，避免了電磁幹擾 和誤導通的發生，且整個設備輕便靈活，移動方便。

圖1是本實用新型裝置的電路方框圖； 圖2是本實用新型的光纖觸發連接示意圖； 圖3是測試主迴路實施例的接線示意圖； 圖4為本裝置的產品組合外形示意圖。 圖中1為顯示單元，2為控制器單元，3為光纖出口板，4為直流高壓電源單元，5為 電阻性負載單元，6為觸發光纜，7為單相H橋，8為電流/電壓信號測試設備。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型做進一步說明。 圖1中，本測試裝置至少包括顯示單元1、控制器單元2、光纖出口板3、直流高壓電 源單元4和電阻性負載單元5。 其中，控制器單元的1/0埠與顯示單元的1/0埠對應連接。 控制器單元的P麗電平脈衝輸出端與光纖出口板的輸入端分別對應連接。 控制器單元的給定輸出埠與直流高壓電源單元的控制埠 (圖中以"CONTROL"
表示)連接。 直流高壓電源單元的電壓輸出埠 (圖中以"V+"、"V-"表示)與單相H橋的直流 輸入端連(圖中以"+ "、"-"表示)接。 單相H橋7的交流輸出端(圖中以"U"、"V"表示)與連接電阻性負載單元。 其光纖出口板的觸發脈衝輸出端，經觸發光纜6與構成單相H橋的大功率IGCT器 件的光纖控制接口連接。
4[0032] 其顯示單元包括觸摸式顯示屏，諸如TD220或與之功能類似的產品均可。 其控制器單元包括DSP2812控制電路。 其光纖出口板包括電/光轉換電路或光耦電路。 其直流高壓電源單元採用輸出為1000V的高頻受控型開關電源，諸如STD/A或
STD/B系列電力高頻開關電源模塊或與之類似的受控型高頻開關電源均可。 上述的電/光轉換電路或光耦電路採用市售產品即可，無特殊要求。 上述的DSP2812控制電路可參考本申請人此前申請的，公告號為CN 201130231Y
的中國專利"一種大功率可控矽及電力電子器件試驗裝置"中的相關內容，在此不再敘述。 控制器單元一方面用於實現直流1000V單元的開關機控制和電壓調節，另一方面
實現P麗脈衝的控制及開關量的控制。 直流高壓電源單元的額定輸出電壓為1000V，額定輸出電流為IOA。在無控制器的 參與下，可獨立工作。當開關機信號為15V電平時，電源關機；當開關機信號為0V時，電源 開機。 當控制器單元和直流高壓電源單元之間的連接線接好後，直流高壓電源單元受控 於控制器單元。試驗中，首先將控制器單元上電，控制器單元輸出15V關機信號將1000V直 流高壓電源單元關機，直流無輸出。操作人員在設定好直流電壓等參數後，通過顯示單元啟 動直流高壓電源單元，其直流輸出將按照控制器單元的電壓調節信號(信號範圍0-10V，其 中OV對應的直流輸出為IOOOV， 10V對應的直流輸出為OV)改變其輸出電壓。 電阻性負載單元作為H橋的負載，由於試驗目的為測試IGCT的開通和關斷特性， 僅為短時操作，故其功率不大。試驗中控制器單元在發出P麗輸出信號60mS後自動停止， 保證負載不會過熱損壞。 圖2中，控制器單元2的1/0埠經過RS232通信電路與顯示單元1的1/0埠 對應連接。 控制器單元的P麗電平脈衝輸出端與光纖出口板3的輸入端分別對應連接。 光纖出口板的四個P麗光脈衝輸出端TL、 TR、 BL、 BR，經過光纜分別與構成單相H 橋的四個大功率IGCT器件SLA、 SRA、 SLB、 SRB的光纖控制接口對應連接；其意味著控制器 單元的P麗電平脈衝輸出經光/電隔離輸出至各IGCT器件的觸發脈衝接收端(0 5V)。 所述的直流高壓電源單元4的"+ "極輸出端經限流電感Ll與單相H橋的直流輸 入"+ "端連接。 由於IGCT逆變橋正常工作時，輸入電流為方波，對試驗電源衝擊較大，為了降低 對試驗電源的要求，需要增加一個適當值的電感。 在單相H橋的直流輸入"+ "、"-"端之間，並接有一個高壓電容C。 高頻型開關電源用於對單相H橋的直流側電容充電。 由於高頻受控型開關電源具有遠程控制接口 ，可以遠方設定直流輸出電壓，輸出 電壓也可以通過本地輸出電壓調節旋鈕進行本地調節。 高壓直流電源具有軟啟動功能，由於直流側有一個8000 ii F的高壓電容，為了減 小啟動衝擊電流值，需要此功能。 在成套裝置檢修之後，應用本裝置可以一次測試四隻IGCT器件的通斷功能及所 對應的單個H橋的逆變功能。[0052] H橋的觸發P麗脈衝首先由DSP2812控制板上的TMS320F2812晶片內的P麗單元 產生，共有4個P麗觸發脈衝信號，此觸發脈衝(為電平信號)傳送至光纖出口板，光纖出 口板上的光纖收發模塊將P麗電平信號轉換為光信號，經4根光纖送至某單個H橋的4隻 IGCT器件的光纖控制接口。 當用戶通過顯示單元(人機接口 TD220)進行觸發試驗時，DSP2812控制板發出4 個P麗觸發信號，經光纖出口板後轉換為光信號送至單個H橋的4隻IGCT， IGCT根據接收 到的觸發信號後進行開關控制，從而實現單個H橋的快速檢測功能。 由於圖1、圖2所涉及的各單元、部件或元器件均為現有市售產品，無特殊要求，故 其之間的詳細電連接關係、工作原理或具體操作步驟在此不再敘述，本領域的技術人員完 全可以在上述各單元或部件的生產廠商處獲得相關的技術資料，無需經過創造性的勞動， 即可再現本技術方案。 圖3中為測試主迴路實施例的接線示意圖，其高壓直流電源4的"+ "輸出端經限 流電感Ll、L2與H橋的"+ "直流輸入端連接，其"-"輸出端與H橋的"-"直流輸入端連接； 在H橋的"+ "、"-"直流輸入端之間，並接有高壓電容Cl、C2 ;單相H橋7的交流輸出端連接 電阻性負載單元5 ;在單相H橋7的交流輸出端，連接有外接電流/電壓信號測試設備。 其中的電流/電壓信號測試設備可採用外掛高壓探頭直接測試，然後通過示波器 觀察H橋的試驗波形。 高壓探頭可採用市售的高壓測試棒/高壓探頭(例如YH7100/YH150等)。 實際測試時，按照本圖所示進行主迴路的電路接線，然後接通直流電源，將直流電 容充電，通過人機互動單元啟動試驗，測試設備通過光纖發出P麗波形觸發IGCT導通，IGCT 導通後，其前部的"OFF" LED滅燈，"ON" LED亮燈，如"OFF" LED保持亮燈，表明該元件未導 通或器件存在故障。 若四隻IGCT全部導通，則在H橋交流側觀察逆變輸出電壓波形，若波形為正常的 50Hz或150Hz方波波形(頻率根據控制定值設定)，表徵整個H橋功能完好，可以投入正常 運行；若逆變波形不正確，則表徵該H橋存在問題，需要對設備進一步詳細檢查。 此外，測試時需要特別注意下列事項 1)測試時，所測單個H橋閥體與系統斷開(通過開關櫃主迴路開關的操作)，其餘 H橋鏈節保持脈衝封鎖狀態； 2)測試時，必須保證所有IGCT驅動電路的48V供電電源正常； 3)測試時，保證IGCT逆變橋直流側電容的前級能量交換電路停止工作； 4)單獨測試每個單相IGCT逆變橋。 在圖4中，將控制器單元、顯示單元與光纖出口板組裝在一個產品框架內，高頻型
開關電源組裝在一個產品框架內，電阻性負載單元組裝在一個產品框架內，使得本測試裝
置整體為一可移動式結構，可使本裝置具有整體靈活輕便，移動方便的優點。 綜上可見，本裝置發明思路在於採用最基本的P麗脈衝發生電路，一次對構成一
個H橋的四隻IGCT器件同時進行在線測試，這種測試是在在成套裝置檢修之後，在設備安
裝/就位的現場進行的，這樣，就實現了在現場對單相H橋和大功率IGCT器件進行快速的
在線檢測，方便了現場在線檢修工作的快速開展和完成。 根據上述的實施例已對本技術方案進行了說明性而非限制性的描述，但應理解，在不脫離由權利要求所限定的相關保護範圍的情況下，本領域的技術人員可以做出變更和 /或修改。 本領域的普通技術人員，在領會和掌握了本實用新型的創新意圖和設計思路後， 無需經過創造性勞動，完全可以在本實用新型上述技術方案的基礎上，派生出各種等同的 或具有相同功能的變形方案，而這些變形方案亦應屬於本實用新型請求保護的範圍。 本實用新型可廣泛用於各種大功率電力電子器件的測試領域。
權利要求一種大功率無功補償裝置IGCT逆變橋在線測試裝置，包括測試裝置，所述的測試裝置與單相H橋連接，所述的單相H橋由四個大功率IGCT器件構成，其特徵是所述的測試裝置至少包括顯示單元、控制器單元、光纖出口板、直流高壓電源單元和電阻性負載單元；所述控制器單元的I/O埠與顯示單元的I/O埠對應連接；控制器單元的PWM電平脈衝輸出端與光纖出口板的輸入端分別對應連接；控制器單元的給定輸出埠與直流高壓電源單元控制埠連接；所述直流高壓電源單元的電壓輸出埠與單相H橋的直流輸入端連接；所述電阻性負載單元與單相H橋的交流輸出端連接；所述光纖出口板的觸發脈衝輸出端，經觸發光纜與構成單相H橋的大功率IGCT器件的光纖控制接口連接。
2. 按照權利要求1所述的大功率無功補償裝置IGCT逆變橋在線測試裝置，其特徵是所 述的直流高壓電源單元的"+ "極輸出端經限流電感與單相H橋的直流輸入"+ "端連接。
3. 按照權利要求1所述的大功率無功補償裝置IGCT逆變橋在線測試裝置，其特徵是所 述的顯示單元包括觸摸式顯示屏。
4. 按照權利要求1所述的大功率無功補償裝置IGCT逆變橋在線測試裝置，其特徵是所 述的控制器單元包括DSP2812控制電路。
5. 按照權利要求1或4所述的大功率無功補償裝置IGCT逆變橋在線測試裝置，其特徵 是所述控制器單元的I/O埠經過RS232通信電路與顯示單元的I/O埠對應連接。
6. 按照權利要求1所述的大功率無功補償裝置IGCT逆變橋在線測試裝置，其特徵是所 述的光纖出口板包括電/光轉換電路或光耦電路。
7. 按照權利要求1所述的大功率無功補償裝置IGCT逆變橋在線測試裝置，其特徵是所 述的直流高壓電源單元為高頻受控型開關電源。
8. 按照權利要求1所述的大功率無功補償裝置IGCT逆變橋在線測試裝置，其特徵是在 所述單相H橋的交流輸出端，設置外接電流/電壓信號測試設備。
專利摘要一種大功率無功補償裝置IGCT逆變橋在線測試裝置，屬測量領域。其測試裝置包括顯示單元、控制器單元、光纖出口板、直流高壓電源單元和電阻性負載單元；控制器單元I/O埠與顯示單元I/O埠連接；控制器單元PWM電平脈衝輸出端與光纖出口板輸入端連接；控制器單元給定輸出埠與直流高壓電源單元控制埠連接；直流高壓電源單元電壓輸出埠與單相H橋直流輸入端連接；電阻性負載單元與單相H橋交流輸出端連接；光纖出口板觸發脈衝輸出端經觸發光纜與構成單相H橋的大功率IGCT器件的光纖控制接口連接。其能迅速判斷一單相H橋的功能是否完好，實現了在停電檢修時在現場對單相H橋及其大功率IGCT器件進行快速的在線檢測。
文檔編號G01R31/27GK201514449SQ20092020978
公開日2010年6月23日 申請日期2009年9月17日 優先權日2009年9月17日
發明者倪裕康, 鄭斌毅 申請人:上海市電力公司超高壓輸變電公司