用於可控矽閥組檢測的實驗站的製作方法

2023-05-17 17:51:31

專利名稱：用於可控矽閥組檢測的實驗站的製作方法
技術領域：
此發明是在電力專業內以動力半導體技術為基礎，可以當成可控矽閥組TCR、TSC、 異步電機軟啟動及其它設備的等效電流源和電壓源使用，並對其進行實驗。
背景技術：
眾所周知用於可控娃閥組TCR和TSC的實驗檢測(Baoliang Sheng, Senior Member, IEEE ；Marcio Oliveira, Member, IEEE;Hans_01a Bjarme,「Synthetic Test Circuits for the Operational Tests of TCR and TSC Thyristor Valves，，·-IEEE-PES T&D Conference, Chicago, Illinois, USA, April 21-22，2008)，(見圖 Fig. I 和 Fig. 3)，它包括了用於連接被檢測閥組(Vtl+/Vtl_)的接地母線和等電位母線；電壓振蕩迴路(Cs，LI 和 Va3/Va4);電流迴路(G/Lg, Ls, Val+/Val_, Arrester h Shunt banks);衝擊迴路(Imp. Gen);直流電壓源(DC Source);第一組電容器C2和其它。此實驗臺在以下情況有很大的不足及缺點。當被檢測可控矽閥組Vtl+/Vtl_為TCR 或TSC型由驅動板驅動可控矽，並且驅動板由可控矽上得到電壓，那麼它就無法去閥組進行實驗。直流電壓源(DC Source)必需是高電壓(達到80kV)。在對TCR型閥組進行實驗時，第一組電容器C2也是在高壓狀態，充電的可控矽閥組Va2上有雙倍電壓。在對TSC型閥組進行實驗時，電壓振蕩迴路上的第二組電容器Cs上面要有TSC四倍以上的容量，而此時電抗器LI上就必需是衝擊時的容量。實驗臺也無法在過載情況下對TCR進行實驗，比如補償電抗器一半短路。同樣的也無法對單方向形式構成的可控矽閥組進行實驗。除此之外，它還缺少最普通的一個功能，即在正弦曲線特性下進行高電壓的實驗。

發明內容
本發明提供一種用於可控矽閥組檢測的實驗站，擴大了實驗臺的功能，簡化了所需要的設備，同時大大提高了可控矽閥組檢測實驗的安全運行。為實現上述目的，本發明通過以下技術方案實現用於可控矽閥組檢測的實驗站，包括用於連接被檢測閥組的接地母線和等電位母線；整流環節；通過第一個和第二個輸出端分別與等電位母線和整流環節輸出端連接的電壓振蕩迴路；雙極性直流電壓源；零極與接地母線相連，正負極分別與整流環節相對應連接的雙極性電容器；連接在等電位母線和接地母線之間的電流迴路。這裡電壓振蕩迴路包括第一個可控矽閥組，第一個電抗器和第二組電容器，第二組電容器的第一個輸出端與串聯的第一個電抗器和第一個可控娃閥組相連，這個閥組與電壓振蕩迴路的第一個輸出端相連接，並且第二組電容器的第二個輸出端與電壓振蕩迴路的第二個輸出端相連接。 導通由可控矽閥組和電抗器組成的迴路，這個迴路由第二個電抗器，可控矽閥組和可操作開關串聯而成。此迴路或者是連接在電壓振蕩迴路中第二組電容器的第一個輸出端與接地母線之間，或者是與電壓振蕩迴路中的第一個可控矽閥組並聯。在專利中所提到的可控矽閥組與電抗器組成的迴路，是通過可操作開關並聯在電壓振蕩迴路裡的，保證在正常工作和事故過載情況下對TCR型閥組進行實驗。把可控矽閥組與電抗器組成的迴路連接在電壓振蕩迴路第二組電容器的第一個輸出端和接地母線之間是為了做下面的實驗對TSC型閥組在工作和事故狀態條件下進行驅動板滿功率寬範圍的實驗；在工作和過載狀態下閥組的不對稱控制實驗；任何一個閥組在正弦曲線特性下的高電壓實驗以及其它。並且在此時衝擊迴路中的原器件電源和電容器都是在低壓側。


圖I為用於可控矽閥組檢測的實驗站的電氣原理圖，本文中的敘述以此原理圖為基礎。圖2，圖3和圖4為申請專利實驗站的時序圖，即實際工作原理。
具體實施例方式用於可控矽閥組檢測的實驗站，(見圖I)包括接地母線I ;等電位母線2 ;被檢測可控矽閥組3 ;直流電壓源4 ;第一組電容器5 ;電壓振蕩迴路6 ;整流環節7 ;電流迴路8 ;衝擊迴路9 ;分布電容迴路10 ;第一個保護電抗器11 ;第二個保護電抗器12,控制系統13 ;變壓器14 ;第一個電流互感器15 ;第二個電流互感器16。被檢測可控矽閥組3是由正反並聯可控矽構成的，正方向可控矽閥組為17，反方向可控矽閥組為18，並且正方向可控矽閥組 17的控制輸入和反方向可控矽閥組18的控制輸入與控制被檢測可控矽閥組3的輸入信號正方向3+和反方向3-是相對應的。直流電壓源4在輸出端有正極PV，負極NV和零極MV， 它包括了第一個二極體閥組19，第二個二極體閥組20和第一個自耦變壓器21。這個自耦變壓器21的一次側繞組電壓為vN(t)，二次繞組的第一個輸出端與陽一陰形式構成的第一個二極體閥組19和正極PV相連，並且通過陰一陽形式構成的第二個二極體閥組20和負極NV相連，第一個自耦變壓器21 二次側繞組的第二個輸出端與零極MV相連。第一組電容器5有正極PV，負極NV和零極MV，包括了兩個單元分別為22和23。第一個單元22的第一個輸出端和第二個單元23的第二個輸出端的連接保證與正極PV和負極NV相對應，第一個單元22的第二個輸出端和第二個單元23的第一個輸出端與零極MV相連接。電壓振蕩迴路6中串聯有第二組電容器24，第一個電抗器25和第一個可控矽閥組 26，第一個可控矽閥組26為正反並聯形式，正方向可控矽為27，反方向可控矽為28，正方向的控制信號為6+，反方向的控制信號為6_，通過這些信號去電壓振蕩迴路6進行控制。整流環節7有輸出0UT，正極PV和負極NV，它包括了第二個可控矽閥組29和第三個可控矽閥組30，並且每個可控矽閥組都是由正方向可控矽31和反方向二極體32並聯形式構成的，可控矽31的陽極和二極體32的陰極為29 (或30)第一個輸出端，可控矽31的陰極和二極體 32的陽極為整流環節7中閥組29 (或30)的第二個輸出端；整流環節7的輸出OUT與第二個可控矽閥組29的第二個輸出端和第三個可控矽閥組30的第一個輸出端相連接，整流環節7的正極PV和負極NV與第二個可控矽閥組29的第一個輸出端和第三個可控矽閥組30 的第二個輸出端相連接，第二個可控矽閥組29上可控矽31的控制輸入和第三個可控矽閥組30上可控矽的控制輸入構成了整流環節7的正方向7+和反方向7-的控制信號。電流迴路8串聯有交流電壓源，這個交流電壓源為變壓器33 ;限流電抗器34 ;第四個可控矽閥組35，這個可控矽閥組是正反並聯形式可控矽構成的，正方向可控矽為36，反方向可控矽為37 ;輔助可控矽閥組38，它同樣是正反並聯形式可控矽構成的，正方向可控矽為39，反方向可控矽為40 ;變壓器33的一次繞組連接著開關41，電壓為vN(t);輔助可控矽閥組38與在變壓器33的二次繞組側串聯的限流電抗器34連接；第四個可控矽閥組35 上正方向36的控制輸入和反方向37的控制輸入與電流迴路中的控制輸入正方向8+和反方向8-相一致；輔助可控娃閥組38正方向39上的控制輸入和反方向40的控制輸入與電流迴路8中的正方向8d和反方向8b相對應。衝擊迴路9串聯有衝擊電容器42，衝擊電抗器43和第五個可控矽閥組44。衝擊迴路9中包括第二個自耦變壓器45，這個自耦變壓器一次側繞組電壓為vN(t);充電電阻46;二極體整流47;二極體整流47的輸入端與第二個自耦變壓器45的輸出端相連，二極體整流47的輸出端通過充電電阻46連接到衝擊電容器 42上；並且第五個可控矽閥組44是正反並聯形式可控矽構成的閥組，正方向可控矽為48， 反方向可控娃為49,控制輸入端的信號與衝擊迴路9的輸入端相對應,正方向為9+,反方向為9_。控制系統13是模擬——數字系統，通過帶有程序的晶片完成。除此之外，實驗站還包括可控矽閥組53和電抗器52組成的可控矽電抗器迴路50 和可操作開關51。這個可控矽電抗器迴路50串聯有第二個電抗器52和可控矽閥組53，可控娃閥組53正方向上可控娃為54,反方向上可控娃為55,控制輸入信號與此迴路輸入信號相一致，正方向為50+，反方向為50-。可操作開關51可以是特製短連線也可以是56，57，58 和59的四個斷路器。需要說明的是，直流電壓源4和第一組電容器5彼此極性相對應地連接(PV，MV和NV)。第一組電容器5的零極MV和直流電壓源通過第二個電流互感器16和接地母線I相連接，正極PV和負極NV通過第一個保護電抗器11和第二個保護電抗器12與整流環節7極性(PV和NV)相對應地連接。整流環節7的輸出端OUT經過電壓振蕩迴路6 與等電位母線2相連。衝擊迴路9上的第一個輸出端和電流迴路8上的第一個輸出端與等電位母線2相連，它們的第二個輸出端經過第一個電流互感器15與接地母線I相連。被檢測可控矽閥組3和分布電容迴路10連接在接地母線I和等電位母線2之間。可控矽電抗器迴路50通過可操作開關51上的第一個斷路器56和第二個斷路器57和第一個可控矽閥組26的第一個輸出端與接地母線I相連，同時可控矽電抗器迴路50的第二個輸出端通過可操作開關51上的第三個斷路器58和第四個斷路器59與第一個可控矽閥組26上的第二個輸出端和第二組電容器24的第一個輸出端相連，並且與電壓振蕩迴路6保持對應。變壓器14的輸入端電壓為vN(t)，其輸出端和第一個電流互感器15、第二個電流互感器16的輸出端與控制系統13的相連接，進入到控制系統13的信號分別為3+，3_，6+，
6-，7+，7_，8+，8_，8d，8b，9+，9_，50+和50_，這些信號分別對應的是被檢測可控矽閥組3，電壓振蕩迴路6，整流環節7，電流迴路8，衝擊迴路9和可控矽電抗器迴路50。除此之外，被檢測可控矽閥組3上還有驅動板狀態輸出信號READY，電流迴路8上開關41的狀態輸出信號0N/0FF，均進入到控制系統13的輸入端，控制輸出OFF與電流迴路8上開關41的輸入相連。在時序圖2，3和4上面e(t)——電壓振蕩迴路的實際電動勢，電壓等於第一組電容器5上的第一個單元22或者第二個單元23上與第二組電容器24的電壓和，當保護電抗器的電感量為零時e(t)與在第一張電氣原理圖I上E點的vE(t)相等，Vs——第一組電容器5上正極性方向的幅值電壓或者是負極性方向的幅值電壓，Ev—電壓振蕩迴路的整流電動勢山⑴——電壓振蕩迴路6中的第一個可控矽閥組26上的電流；tv——這個電流的步長；iKV(t)-可控娃電抗器迴路50上的電流,這裡tKV-這個電流的步長；v33(t)-
電流迴路8上變壓器33的二次繞組電壓；vT(t)和iT(t)—被檢測可控矽閥組3上的電壓值和電流值，這裡Vm—在切斷狀態下被檢測可控矽閥組3上的幅值過電壓；v26(t)第一個可控矽閥組26上的電壓(時序圖4) ；v53(t)—在可控矽電抗器迴路50上可控矽閥組53 的電壓(時序圖2) ；vSH(t)——衝擊電容器42上的電壓(時序圖3)，這裡Vsh——衝擊幅值電壓；ic(t)——電流迴路8上的電流(時序圖2和時序圖4) ；iSH(t)——衝擊迴路9上的電流(時序圖2和時序圖3)，這裡Ish和tSH——衝擊電流的幅值和它的長度；i38(t)——電流迴路8上輔助可控矽閥組38的電流(時序圖4) ；3+和3_，6+和6_，7+和7_，8+和8_，8d和8b， 9+和9_，50+和50_——控制脈衝，分別與之對應被檢測可控矽閥組3，電壓振蕩迴路6，整流環節7，電流迴路8，衝擊迴路9和可控矽電抗器迴路50在正方向的(+，d)和反方向的(_，
b)；t—時間的事實值，t0, t1； t2，...—時間計時點；為了便於觀看時序圖，當可控矽閥組在切斷狀態下，時序圖中沒有對電流ijt), i38(t), iEV(t), iv(t) iSH(t)和iT(t)的反方向電流做出描述。實驗站對可控矽閥組按下列方式進行檢測。實驗站的動力接線是投入可操作開關51,並按要求對第二組電容器24,第一個電抗器25,第二個電抗器52,限流電抗器34,衝擊電容器42和衝擊電抗器43的參數進行選擇性匹配連接。實驗站的所有動力迴路的控制均由控制系統13通過程序發出指令。在控制系統13的輸入端有從系統電壓vN(t)來的同步信號；電流迴路的電流合值ie(t)，衝擊迴路9的電流iSH(t)，電壓振蕩迴路6中的第一個可控矽閥組26上的電流合值iv(t)和可控矽電抗器迴路50上的電流值分別由電壓互感器 14，第一個電流互感15和第二個電流互感器16的輸出端得到。控制系統13形成控制脈衝 3+，3_，6+，6_，7+，7_，8+，8_，8b，8d，9+，9_，50+和 50_ (時序圖 2,3,4),這些控制脈衝分別進入被檢測可控矽閥組3，電壓振蕩迴路6，整流環節7，電流迴路8，衝擊迴路9和可控矽電抗器迴路 50的輸入端用於實驗站的工作。當被檢測可控矽閥組由驅動板進行驅動，並且驅動板上的電源不是從可控矽保護迴路RC上得到能量，就是從連接在可控矽迴路上的電流互感器得到能量，或者兩個能量共使用時，實驗站對TCR，TSC和不對稱可控矽閥組檢測時都以最嚴重的事故狀態進行檢測。被檢測可控矽可控矽閥組3在最開始工作時，實驗站必需要給驅動板提供交流電壓。此時驅動板上形成信號READY進入到控制系統13的輸入端，這是被檢測可控矽閥組3準備好工作的信號。在控制系統13的輸入端同樣也有電流迴路8中開關 41的0N/0FF狀態信號。當實驗站對工作進行分析時必需考慮到以下條件。實驗站所有的工作狀態都是預先與電壓振蕩迴路參數相匹配的。第一組電容器5上的第一單元22和第二單元23上的電容值C22和C23遠遠大於第二組電容器24上的電容值C22 = C23 = Cs >> C240保護電抗器11和保護電抗器12預先與整流環節7上的限事故電流相對應，它的電感量等於L11 = L12 = Lp,這個電感量遠遠小於第一個電抗器25和第二個電抗器52上的L25和 L52 LP << L25和Lp << L52 0在閥組進行整流時，在時間間隔中，第一組電容器5上的第一單元22和第二單元23由直流電壓源4雙方向進行充電，充到閥組電壓+Vs和-Vs。在以下文章中提到的時間標識，比如，V表示V — t0並且V 當對TCR型可控矽閥組在過載和事故狀態下進行實驗時，把可控矽電抗器迴路 50(見電氣原理圖I)的第一個和第二個輸出端通過並聯在第一個可控矽閥組26和電壓振蕩迴路上的可操作開關的第一個斷路器56和第三個斷路器58相連接。第一個電抗器的電感量L25和第二個電抗器的電感量L52根據L25+L52 = Ltce的條件進行選擇，而L25為過載條件下的數值。當L25 = 0.5 .Lrai時為補償電抗器一半短路。在此情況下啟動衝擊迴路9，用於形成所必需的一個周波事故電流。衝擊電容42在第二個自耦變壓器45的幫助下經過二極體整流47和衝擊電阻46進行充電，充電值達到Vsh(通常這個電壓不大於3kV)。衝擊電流幅值Ish和衝擊電流時間見以下公式
權利要求
1.用於可控矽閥組檢測的實驗站，包括用於連接被檢測閥組的接地母線和等電位母線；整流環節；通過第一個和第二個輸出端分別與等電位母線和整流環節輸出端連接的電壓振蕩迴路；雙極性直流電壓源；零極與接地母線相連，正負極分別與整流環節相對應連接的雙極性電容器；連接在等電位母線和接地母線之間的電流迴路；所述的電壓振蕩迴路包括第一個可控矽閥組，第一個電抗器和第二組電容器，第二組電容器的第一個輸出端與串聯的第一個電抗器和第一個可控娃閥組相連，第一個可控娃閥組與電壓振蕩迴路的第一個輸出端相連接，並且第二組電容器的第二個輸出端與電壓振蕩迴路的第二個輸出端相連接；本發明的特徵在於當對可控矽閥組進行實驗時要導通由可控矽電抗器組成的可控矽電抗器迴路，此可控矽電抗器迴路通過可操作開關或者是直接連接在電壓振蕩迴路中第二組電容器的第一個輸出端與接地母線之間，或者是與電壓振蕩迴路中的第一個可控矽閥組並聯。
2.根據權利要求I所述的用於可控矽閥組檢測的實驗站，其特徵在於，所述的可控矽電抗器迴路是由可控矽閥組和第二個電抗器串聯構成的。
3.根據權利要求2所述的用於可控矽閥組檢測的實驗站，其特徵在於，所述的可控矽閥組是由正反並聯可控娃構成串聯在迴路中的。
4.權利要求I至3中任一項所述用於可控矽閥組檢測的實驗站的應用，其特徵在於，該實驗站可用於在正常工作和事故過載情況下對TCR型閥組進行實驗；用於對TSC型閥組在工作和事故狀態條件下進行驅動板滿功率寬範圍的實驗；在工作和過載狀態下閥組的不對稱控制實驗；任何一個閥組在正弦曲線特性下的高電壓實驗以及其它。
全文摘要
一種用於可控矽閥組檢測的實驗站，該全能實驗站以動力半導體技術為基礎，可以當成可控矽閥組的等效電流源和電壓源使用，並對可控矽閥組進行檢測。實驗站包括整流環節；雙極性直流電壓源；雙極性電容器；電壓振蕩迴路包括串聯的第二組電容器、第一個電抗器，連接在等電位母線與整流環節輸出端的第一個可控矽閥組；連接在等電位母線和接地母線之間的電流迴路，它可以導入可控矽電抗器迴路，並且在迴路中有可操作可關，通過可操作開關可以把可控矽電抗迴路連接在電壓振蕩迴路裡的第二組電容器的第一個輸出端和接地母線之間，或者與電壓振蕩迴路中的第一個可控矽閥組並聯，它的目的是保證實驗臺對不對稱可控矽閥組和對稱可控矽閥組進行檢測。
文檔編號G01R31/00GK102608447SQ20121002185
公開日2012年7月25日 申請日期2012年1月31日 優先權日2012年1月31日
發明者司明起, 張曉輝, 施多夫·亞利山大, 許蓓蓓 申請人:榮信電力電子股份有限公司