專利名稱：合成全工況試驗裝置的振蕩升壓方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)及電力電子系統(tǒng)中對晶閘管閥進(jìn)行運(yùn)行試驗的方法，特別是一種合成全工況試驗裝置(STE，Synthetic Test Equipment)的振蕩升壓方法(Oscillation voltageboost method)。
背景技術(shù)：
合成全工況試驗裝置是新型的用于高壓閥運(yùn)行試驗的裝置，圖1是其原理圖。它針對的被試品是現(xiàn)代大功率電力電子裝置的核心器件——單、雙向的高壓晶閘管閥，它能提供與當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的大功率電力電子元件高壓晶閘管閥實際運(yùn)行工況強(qiáng)度等效的試驗強(qiáng)度。
試驗裝置由高電壓電路和大電流電路共同組成，將試驗高電壓強(qiáng)度和試驗大電流強(qiáng)度分別由兩個電源系統(tǒng)提供，再通過一定的合成手段將其交替施加于試品晶閘管閥上，采用復(fù)雜的邏輯控制、觸發(fā)控制、隔離保護(hù)等技術(shù)來模擬閥試品實際工況中要耐受的電壓、電流強(qiáng)度及dv/dt、di/dt的強(qiáng)度。合成全工況試驗裝置可大大減小試驗所需的電源總?cè)萘浚沟貌捎幂^小容量滿足較高電壓電流等級閥試品的運(yùn)行試驗成為可能，同時具備對裝置處于異常態(tài)時極端運(yùn)行工況的考核能力，解決了限制高壓閥試驗技術(shù)發(fā)展的瓶頸，對于高壓閥技術(shù)的發(fā)展具有十分重要的意義。
合成全工況試驗裝置試驗高電壓的產(chǎn)生可以通過振蕩升壓方法獲得，但是傳統(tǒng)的振蕩升壓電路如boost等和調(diào)速領(lǐng)域用的振蕩器容量小，損耗大，且輸出電壓低。
合成全工況試驗裝置(STE，Synthetic Test Equipment)振蕩升壓方法(Oscillationvoltage boost method)在國內(nèi)、外尚未見到相同或類似的技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)當(dāng)中的上述缺陷，本發(fā)明的目的是采用振蕩升壓方法，利用不同電路間的振蕩配合得到高電壓的原理，提供一種振蕩升壓電路容量大，電壓等級高，損耗小，升壓倍數(shù)高的振蕩生壓電路。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是采用大容量的晶閘管閥作為控制器件，通過電源、電感、電容等器件的配合得到一種合成全工況試驗裝置振蕩升壓方法，其振蕩升壓方法的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)電路中包括低壓直流電源UDC，低壓大電容C0，高壓小電容C，限流電抗器Ls，保護(hù)電抗器L3，諧振電抗器L1、L2，晶閘管閥V1、V3、Vs。低壓直流電源UDC，限流電抗器Ls，晶閘管閥Vs、V1，保護(hù)電抗器L3，諧振電抗器L2、L1，和高壓小電容C依次連接；低壓大電容C0，并聯(lián)在晶閘管閥Vs和低壓直流電源UDC兩端；而晶閘管閥V3，并聯(lián)在諧振電抗器L2和高壓小電容C兩端。
振蕩升壓由第一工作模式和第二工作模式的配合實現(xiàn)第一步，實施第一工作模式，即晶閘管閥V3導(dǎo)通，晶閘管閥V1關(guān)斷；此時高壓小電容C將沿諧振電抗器L1-諧振電抗器L2-晶閘管閥V3閉合回路振蕩半個周波，該第一工作模式起到高壓小電容C反向上電壓的作用；第二步，實施第二工作模式，即晶閘管閥V1閉合，閘管閥V3斷開，此時高壓小電容C將沿低壓大電容C0-晶閘管閥V1-保護(hù)電抗器L3-諧振電抗器L2-諧振電抗器L1閉合回路振蕩，該第二工作模式起到高壓小電容C反向上電壓的作用，同時對高壓小電容C進(jìn)行升壓。
理想工況下兩個工作模式各運(yùn)行一次為一個工作周期，電容C上電壓升高2E，這樣經(jīng)過第一工作模式和第二工作模式的多次配合振蕩即可得到試驗高電壓；又考慮到實際工況中損耗的存在，高電壓不可能無限制的升高，又從能量平衡的角度出發(fā)，當(dāng)每周期從電源E抽取的能量與每周期試驗損耗的能量相等時，電路就進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，得到穩(wěn)定的試驗高電壓。通過調(diào)節(jié)E的大小可以間接控制高電壓的大小。
損耗是振蕩升壓所得高電壓穩(wěn)定的關(guān)鍵，正是由于損耗的存在才使得振蕩升壓電路能夠穩(wěn)定工作，將這所有的相關(guān)損耗結(jié)合起來才能對振蕩升壓方法進(jìn)行分析。
試驗損耗的分類采用以下方法和損耗計算式閥閉鎖恢復(fù)過程中阻尼電阻的損耗 閥閉鎖后阻尼電容的儲能 閥閉鎖恢復(fù)期間的回路電感儲能 回路電阻損耗IRMS2□R□T，
閥通態(tài)損耗1.15□PT-on□ns□T，閥靜態(tài)均壓電阻損耗ΔVvalve2□T′/(ns□Rd)，某閥導(dǎo)通后引起其它未導(dǎo)通閥的阻尼電阻損耗∫Ti2(t)□Rs□dt。
由于采用了上述的技術(shù)方案，本發(fā)明具有的有益效果是而本發(fā)明采用的振蕩升壓方法，其升壓原理是利用不同電路間的振蕩配合得到高電壓，其振蕩升壓電路具有容量大，電壓等級高，損耗小，升壓倍數(shù)高的優(yōu)點(當(dāng)輸入電壓為1.1kVRMS時，最高振蕩輸出電壓可達(dá)110kV DC)。而且，本發(fā)明是通過電路間的振蕩配合實現(xiàn)高電壓的生成，損耗分類清晰合理，所需供能電源容量小，提供的試驗容量大，升壓倍數(shù)高，電路實現(xiàn)簡單，控制策略容易實現(xiàn)，成本低、器件易于選取。


圖1是合成全工況試驗裝置的原理圖。
圖2是本發(fā)明的合成全工況試驗裝置振蕩升壓方法的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。
圖3是本發(fā)明的合成全工況試驗裝置振蕩升壓方法的兩種工作模式的示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
參見附圖，本發(fā)明的振蕩升壓方法的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。它包括低壓直流電源UDC，低壓大電容C0，高壓小電容C，限流電抗器Ls，保護(hù)電抗器L3，諧振電抗器L1、L2，閥v1、v3、Vs。
振蕩升壓原理為了簡化振蕩原理的分析，特做如下假設(shè)1)將圖2虛線以左電路等效為理想的低壓直流電源E；2)電感、電容為理想元件；3)將各閥可等效為理想開關(guān)元件S串聯(lián)理想二極管元件；4)忽略回路電阻。
振蕩升壓需要2種工作模式的配合，如圖3示(圖中粗線表示電流流動路徑)。
第一工作模式如圖3(a)所示，開關(guān)S3閉合，其余開關(guān)均斷開，此時C將沿L1-L2-S3粗線閉合回路振蕩半個周波，該第一工作模式起到反向C上電壓的作用。
第二工作模式如圖3(b)所示，開關(guān)S1閉合，其余開關(guān)均斷開，此時C將沿E-S1-L3-L2-L1粗線閉合回路振蕩，該工作模式起到反向C上電壓的作用，同時利用電源E對C進(jìn)行補(bǔ)能升壓，滿足試驗的能量損耗。
試驗高電壓要利用第一和第二工作模式的振蕩配合產(chǎn)生參考圖3(a)，設(shè)第一工作模式中S3閉合前電容C具有初始正向電壓U+，則S3閉合振蕩后電容C具有電壓-U+，此電壓為第二工作模式的初始電壓。
參考圖3(b)，設(shè)第二工作模式中S1閉合前電容器C具有初始電壓-U+，則在S1閉合后，E將沿粗線閉合回路給C充電，依據(jù)回路KVL方程可解得電容C的最終電壓為U′+＝2E+U+。
根據(jù)上述配合振蕩原理，若電容C的初始電壓為0，則C上電壓將按2E，4E，6E……2nE(n＝1、2、3……)的方式遞增，也即理想工況下每工作一個周期，C上的試驗電壓將增加2E，這樣通過多次振蕩可由低壓E得到試驗所需的高壓U+。
基于損耗的高電壓穩(wěn)定原理按以上分析的振蕩升壓原理，理想工況下試驗電壓將會按照每工作周期2E的速度上升；而在實際工況中，由于有損耗(回路電阻損耗、閥的通態(tài)損耗、閥阻尼吸收回路電阻的損耗等)的存在，每工作周期的能量損耗也將伴隨著試驗電壓的增高而增大，設(shè)每工作周期的損耗為W，試驗電壓為U+，則W∝U+，并且直流支撐電容器C0的電壓為一帶紋波的直流電壓，設(shè)每工作周期C0給后續(xù)電路的補(bǔ)能為WE=12C0(E+2-E-2)]]>(E+、E-為C0給后續(xù)電路補(bǔ)能前后的電壓)，則當(dāng)試驗電壓升高到某一值后，有W＝WE成立，試驗即進(jìn)入穩(wěn)態(tài)工況，通過調(diào)節(jié)直流電源E的大小可以控制穩(wěn)態(tài)試驗電壓的高低。
試驗損耗的分類與計算方法如前文所述，各試驗運(yùn)行方式的穩(wěn)定都建立在電源補(bǔ)能與試驗損耗平衡的基礎(chǔ)上，因此試驗損耗的分析是一項重要內(nèi)容，伴隨著各工作模式都有能量的損耗，主要來源于閥阻尼吸收電阻，回路電阻，閥阻尼吸收電容的儲能，閥閉鎖恢復(fù)期間的回路電感儲能等。試驗損耗的分類與計算式如表1示表1試驗損耗的分類方法
表中Cs為每層晶閘管的阻尼電容，ns為閥串聯(lián)層數(shù)，L為回路電感，R為回路電阻，Rd為每層閥的靜態(tài)均壓電阻，IRMS為等效試驗頻率的電流有效值，T為試驗周期，ΔVvalve為考慮閥反向恢復(fù)特性后的過沖電壓，Irr為晶閘管反向恢復(fù)電流的峰值，PT-on為晶閘管通態(tài)損耗，T’為每試驗周期內(nèi)的直流電壓作用時間，i(t)是某閥導(dǎo)通后引起的未導(dǎo)通閥阻尼電阻電流。
權(quán)利要求
1.一種合成全工況試驗裝置振蕩升壓方法，采用大容量的晶閘管閥作為控制器件，通過電源、電感、電容等器件的配合得到合成全工況試驗裝置高壓的方法，其特征是其振蕩升壓方法的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)電路中包括低壓直流電源UDC，低壓大電容C0，高壓小電容C，限流電抗器LS，保護(hù)電抗器L3，諧振電抗器L1、L2，晶閘管閥V1、V3、VS；其中低壓直流電源UDC，限流電抗器LS，晶閘管閥VS、V1，保護(hù)電抗器L3，諧振電抗器L2、L1，和高壓小電容C依次連接；低壓大電容C0，并聯(lián)在晶閘管閥Vs和低壓直流電源UDC兩端；而晶閘管閥V3，并聯(lián)在諧振電抗器L2和高壓小電容C兩端；振蕩升壓由第一工作模式和第二工作模式的配合實現(xiàn)第一步，實施第一工作模式，即晶閘管閥V3導(dǎo)通，晶閘管閥V1關(guān)斷；此時高壓小電容C將沿諧振電抗器L1-諧振電抗器L2-晶閘管閥V3閉合回路振蕩半個周波，該第一工作模式起到高壓小電容C反向上電壓的作用；第二步，實施第二工作模式，即晶閘管閥V1閉合，閘管閥V3斷開，此時高壓小電容C將沿低壓大電容C0-晶閘管閥V1-保護(hù)電抗器L3-諧振電抗器L2-諧振電抗器L1閉合回路振蕩，該第二工作模式起到高壓小電容C反向上電壓的作用，同時對高壓小電容C進(jìn)行升壓；理想工況下兩個工作模式各運(yùn)行一次為一個工作周期，電容C上電壓升高2E，這樣經(jīng)過第一工作模式和第二工作模式的多次配合振蕩即可得到試驗高電壓；當(dāng)每周期從電源E抽取的能量與每周期試驗損耗的能量相等時，電路就進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，得到穩(wěn)定的試驗高電壓；通過調(diào)節(jié)E的大小可以間接控制高電壓的大小。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種合成全工況試驗裝置振蕩升壓方法，其特征是試驗損耗的分類采用以下方法和損耗計算式閥閉鎖恢復(fù)過程中阻尼電阻的損耗 閥閉鎖后阻尼電容的儲能 閥閉鎖恢復(fù)期間的回路電感儲能 回路電阻損耗IRMS2□R□T，閥通態(tài)損耗1.15□PT-on□ns□T，閥靜態(tài)均壓電阻損耗 某閥導(dǎo)通后引起其它未導(dǎo)通閥的阻尼電阻損耗
全文摘要
一種合成全工況試驗裝置振蕩升壓方法，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)電路包括低壓直流電源U
文檔編號G01R31/26GK1819421SQ20061006493
公開日2006年8月16日 申請日期2006年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月17日
發(fā)明者查鯤鵬, 湯廣福, 趙賀, 溫家良 申請人:中國電力科學(xué)研究院