[發明專利]一種模塊化多電平變換器單相逆變試驗電路及其試驗方法

有效

• 申請號: 201410003017.2
• 申請日: 2014-01-03
• 公開（公告）號: CN104764943B
• 公開（公告）日: 2018-01-19
• 發明（設計）人: 于鵬;賀之淵;楊兵建;謝敏華;楊建偉;黃濤;夏方;陰曉光
• 申請（專利權）人: 國家電網公司;國網遼寧省電力有限公司大連供電公司;中電普瑞電力工程有限公司
• 主分類號: G01R31/00
• 分類號: G01R31/00
• 代理公司: 北京安博達知識產權代理有限公司11271
• 代理人: 徐國文

技術領域

本發明涉及模塊化多電平變換器的試驗電路，具體涉及一種模塊化多電平變換器單相逆變試驗電路及其試驗方法。

背景技術

模塊化多電平變換器利用子模塊串聯，可以使用較低電壓的可關斷器件實現高電壓輸出，并且可以運用較低的開關頻率得到較優的輸出電壓波形，低開關頻率帶來器件開關損耗及系統總損耗的極大降低，提高了換流系統的效率、可靠性及經濟性。模塊化多電平變換器被應用于柔性直流輸電，高壓變頻器等領域。

在模塊化多電平變換器研制過程中，需要先針對功率器件，子模塊，閥段等各個層次進行測試，再對整個變換器進行測試。這樣可以先排除小的功能單元內的故障，便于分析解決測試中發現的問題。針對單相（兩個橋臂）變換器進行的測試可實現對子模塊電氣特性，橋臂內和相內電容電壓平衡策略進行驗證。相對于完整的三相變換器測試，針對單相變換器的測試可以減少測試所使用的子模塊數量，簡化試驗電路，降低可能由于故障而導致的損失。

為完成測試試驗，需要搭建試驗電路。試驗電路應在能夠等效實際運行狀況的前提下，盡量簡單，以便于實現。

模塊化多電平變換器不同于兩電平變換器。模塊化多電平變換器沒有像兩電平變換器的集中的直流母線，其直流支撐電容分散于各個子模塊中。由于橋臂電流會對子模塊電容產生充電或放電作用，模塊化多電平變換器每個橋臂中既要有正向電流，也要有負向電流，以使子模塊既能充電，也能放電，電壓才能維持在一定范圍內，而不至于一直充電或一直放電導致電路最終無法工作。而常規的直流電壓源只能輸出正向電流，因此，模塊化多電平變換器單相逆變電路不能直接與直流電壓源并聯。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的是提供一種模塊化多電平變換器單相逆變試驗電路及其試驗方法，該試驗電路由單相模塊化多電平橋臂構成，并配有必要的直流支撐電源和輔助器件，可實現對模塊化多電平子模塊電氣特性和橋臂均壓算法的驗證。

本發明的目的是采用下述技術方案實現的：

本發明提供一種模塊化多電平變換器單相逆變試驗電路，其改進之處在于，所述試驗電路包括并聯的模塊化多電平單相橋臂、電容器串聯支路和直流電壓源串聯支路，負載的一端連接在模塊化多電平單相橋臂的兩個電抗器中間，另一端通過電容器串聯支路連接在直流電壓源串聯支路的兩個直流電壓源中間。

進一步地，所述模塊化多電平單相橋臂由串聯的結構相同的上下兩橋臂構成；上下兩橋臂的中點處連接模塊化多電平變換器的交流輸出端；

所述上下兩橋臂中每個橋臂包括1個電抗器和n個結構相同的子模塊；每個橋臂的子模塊級聯后一端通過電抗器與模塊化多電平變換器的交流輸出端連接；每個橋臂的子模塊級聯后另一端分別與電容器串聯支路的一端和直流電壓源串聯支路的一端連接，形成模塊化多電平變換器直流端的正負極母線；

所述模塊化多電平單相橋臂的電流等于直流端的正負極母線之間的電流。

進一步地，所述子模塊的個數n≥2，所述子模塊由并聯半橋結構和直流電容器支路構成；在半橋結構和直流電容器支路之間并聯有均壓電阻，用于子模塊在閉鎖狀態下的均壓，以及停機閉鎖后子模塊電容器電壓的泄放；

所述半橋由上半橋臂和下半橋臂構成，所述上半橋臂和下半橋臂均由絕緣柵雙極型晶體管IGBT以及與其并聯的二極管組成。

進一步地，所述電容器串聯支路由串聯的兩個電容器組成；所述直流電壓源串聯支路由串聯的兩個直流電壓源組成；所述兩個直流電壓源的輸出電壓相等，均為模塊化多電平變換器額定直流電壓的一半。

進一步地，所述負載為阻感性負載。

本發明基于另一目的提供的一種模塊化多電平變換器單相逆變試驗電路的試驗方法，其改進之處在于，在試驗電路連接完成后，所述模塊化多電平變換器中的子模塊均處于閉鎖狀態，所述試驗方法包括下述步驟：

（1）將兩個直流電壓源開啟，并將兩個直流電壓源的輸出電壓調整到測試電壓，設計測試電壓為±250V；

（2）觀測子模塊電容器電壓，并檢測子模塊電容器電壓是否均衡，判斷是否有子模塊電容電壓過高或過低，子模塊設計電壓范圍為1V至6V；有子模塊電容器電壓出現異常，關閉兩個直流電壓源，待子模塊電容器電壓泄放完畢后，對故障子模塊進行處理；若子模塊電容器電壓正常，則進行步驟（3）；