CN104267222A - 一种基于igct的直流网压突变试验装置及其应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于IGCT的直流网压突变试验装置及其应用方法，包括辅助电源、控制器、IGCT开关单元和网压突变电阻，所述辅助电源与IGCT开关单元的驱动电源端相连，所述控制器与IGCT开关单元的驱动控制端相连，所述IGCT开关单元和被试验的负载变流器及其供电电源三者串联形成回路，所述IGCT开关单元和网压突变电阻并联连接，所述IGCT开关单元由至少一个IGCT器件构成；应用方法包括根据试验要求通断控制IGCT开关单元，从而实现对负载变流器的网压突增以及网压突减。本发明具有通断不受线路中电流的影响、突变时间准确、模拟各种网压突变情况精确、安全可靠性好的优点。

Description

一种基于IGCT的直流网压突变试验装置及其应用方法

技术领域

本发明涉及城轨变流器突变试验设备，具体涉及一种基于IGCT的直流网压突变试验装置及其应用方法。

背景技术

在城轨变流器试验中，需要模拟供电直流电网（供电电源）的电压突然变化的工况，例如使得城轨变流器供电直流电网电压突然减少（或增大），经过1ms～1000ms后直流电网电压恢复正常。现有技术是利用直流接触器来实现网压突变线路的切换，但是直流接触器的开通和关断时间较长（10ms级），且直流接触器的开通关断时间也会受线路中的电流的影响，较难控制网压中断试验的网压中断时间。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种通断不受线路中电流的影响、突变时间准确、模拟各种网压突变情况精确、安全可靠性好的基于IGCT的直流网压突变试验装置及其应用方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

本发明提供一种基于IGCT的直流网压突变试验装置，包括辅助电源、控制器、IGCT开关单元和网压突变电阻，所述辅助电源与IGCT开关单元的驱动电源端相连，所述控制器与IGCT开关单元的驱动控制端相连，所述IGCT开关单元和被试验的负载变流器及其供电电源三者串联形成回路，所述IGCT开关单元和网压突变电阻并联连接，所述IGCT开关单元由至少一个IGCT器件构成。

优选地，所述IGCT开关单元由一条IGCT支路或者两条以上的IGCT支路并联连接构成，且任意一个所述IGCT支路由一个IGCT器件或者两个以上的IGCT器件串联连接构成。

优选地，所述控制器上连接有用于与上位机相连的通信接口模块。

优选地，所述控制器还连接有用于采集负载变流器的电压及电流信号的信号采集模块。

优选地，所述IGCT开关单元的IGCT器件上的冷却模块，所述冷却模块为风冷式冷却器或水冷式冷却器，所述冷却模块通过接触器与辅助电源的输出端相连。

优选地，所述接触器的合/分闸线圈连接有中间继电器，所述接触器的合/分闸线圈、中间继电器的触点两者串联连接形成回路，所述接触器的主触点串联连接有第一断路器，所述冷却模块依次通过所述接触器的主触点、第一断路器与辅助电源的输出端相连，所述中间继电器的合/分闸线圈与控制器相连。

优选地，所述辅助电源包括AC380V输出端和AC220V输出端，所述冷却模块依次通过所述接触器的主触点、第一断路器与辅助电源的AC380V输出端相连；所述辅助电源的AC220V输出端分别设有第二断路器、滤波器、控制电源模块和与构成IGCT开关单元的IGCT器件一一对应的驱动电源模块，所述滤波器的输入端通过第二断路器与辅助电源的AC220V输出端相连，所述滤波器的输出端分别与所述接触器的合/分闸线圈的控制回路、控制电源模块以及驱动电源模块相连，所述控制电源模块的输出端分别与控制器、通信接口模块相连，所述驱动电源模块的输出端分别与构成IGCT开关单元中对应的IGCT器件的驱动电源端相连。

本发明还提供一种前述基于IGCT的直流网压突变试验装置的应用方法，实施步骤如下：

1）判断直流网压突变试验的类型，如果直流网压突变试验类型为网压突增，则跳转执行步骤2）；如果直流网压突变试验类型为网压突减，则跳转执行步骤5）；

2）关断IGCT开关单元，使得供电电源、网压突变电阻、负载变流器形成回路，供电电源在网压突变电阻上产生压降后再加在负载变流器的两端，使得负载变流器两端的电压减少；

3）导通IGCT开关单元并开始计时，供电电源、IGCT开关单元、负载变流器形成回路，使得供电电源在网压突变电阻上产生的压降被切除、负载变流器两端的电压增加；

4）经过预设的网压突变时间后，关断IGCT开关单元，使得供电电源、网压突变电阻、负载变流器形成回路，使得供电电源在网压突变电阻上产生压降，加在负载变流器两端的电压恢复，网压突增试验完毕并退出；

5）导通IGCT开关单元，使得供电电源、IGCT开关单元、负载变流器形成回路，使得供电电源的电压直接加在负载变流器的两端；

6）关断IGCT开关单元并开始计时，使得供电电源、网压突变电阻、负载变流器形成回路，供电电源在网压突变电阻上产生压降后再加在负载变流器的两端，使得负载变流器两端的电压减少；

7）经过预设的网压突变时间后，导通IGCT开关单元，使得供电电源、IGCT开关单元、负载变流器形成回路，使得供电电源的电压直接加在负载变流器的两端，加在负载变流器两端的电压恢复，网压突减试验完毕并退出。

本发明基于IGCT的直流网压突变试验装置具有下述优点：

1、本发明包括控制器、辅助电源、IGCT开关单元和网压突变电阻，IGCT开关单元和被试验的负载变流器及其供电电源串联形成回路，IGCT开关单元和网压突变电阻并联连接，IGCT开关单元由一条IGCT支路或者两条以上的IGCT支路并联连接构成，且任意一个IGCT支路由一个IGCT器件或者两个以上的IGCT器件串联连接构成，IGCT器件的控制端分别与控制器相连，辅助电源的输出端分别与控制器以及IGCT开关单元中各个IGCT器件的驱动端相连，由于通过IGCT开关单元替代现有技术的直流接触器来实现线路的通断控制，能够通过改变IGCT开关单元和网压突变电阻两者的电阻来控制负载变流器及其供电电源之间的突变电压幅值，相对直流接触器而言能够实现短时间的导通和关断（10us级导通、关断时间）且能够精确的控制网压突变的时间，而且IGCT开关单元中各个IGCT器件的通断不受线路中电流的影响，具有突变时间准确、模拟各种网压突变情况精确、安全可靠性好的优点。

2、本发明的IGCT开关单元由一条IGCT支路或者两条以上的IGCT支路并联连接构成，且任意一个IGCT支路由一个IGCT器件或者两个以上的IGCT器件串联连接构成， IGCT开关单元的结构灵活多变，而且通过IGCT支路和IGCT器件的数量增加，能够有效提高IGCT开关单元的耐冲击能力和使用寿命。

本发明基于IGCT的直流网压突变试验装置的应用方法为本发明基于IGCT的直流网压突变试验装置的应用，其基于本发明基于IGCT的直流网压突变试验装置的控制，能够简单快捷完成直流网压突变试验的网压突增和网压突减，同样也具有通断不受线路中电流的影响、突变时间准确、模拟各种网压突变情况精确、安全可靠性好的优点。

附图说明

图1为本发明实施例的框架结构示意图。

图2为本发明实施例的IGCT开关单元所在的高压电路部分的电路原理示意图。

图3为本发明实施例的辅助电源及通信接口模块的电路原理示意图。

图4为本发明实施例的控制器及部分的电路原理示意图。

图5为本发明实施例应用于直流网压突变试验的核心模块的框架结构示意图。

图例说明：1、辅助电源；2、控制器；3、IGCT开关单元；4、网压突变电阻；5、通信接口模块；6、信号采集模块；7、冷却模块；8、负载变流器；9、供电电源。

具体实施方式

下文中结合被试验的负载变流器8及其供电电源9， 对本实施例基于IGCT的直流网压突变试验装置的详细结构进行进一步说明。其中，供电电源9为最大电压至2000V、最大电流2000A的直流电源。

如图1所示，本实施例基于IGCT的直流网压突变试验装置包括辅助电源1、控制器2、IGCT开关单元3和网压突变电阻4，辅助电源1与IGCT开关单元3的驱动电源端相连，控制器2与IGCT开关单元3的驱动控制端相连，IGCT开关单元3和被试验的负载变流器8及其供电电源9三者串联形成回路，IGCT开关单元3和网压突变电阻4并联连接，IGCT开关单元3由至少一个IGCT器件（集成门极换流晶体管）构成。本实施例通过IGCT开关单元3替代直流接触器来实现线路的通断控制，能够通过改变IGCT开关单元3和网压突变电阻4两者的电阻来控制负载变流器8及其供电电源9之间的突变电压幅值，相对直流接触器而言能够实现短时间的导通和关断（10us级导通、关断时间）且能够精确的控制网压突变的时间，而且IGCT器件的通断不受线路中电流的影响，具有突变时间准确、模拟各种网压突变情况精确、安全可靠性好的优点。

本实施例中，控制器2、通信接口模块5采用PLC实现。毫无疑问，控制器2也可以根据需要采用其他微处理器实现，通信接口模块5也可以根据需要采用其他通信模块实现。

如图1所示，控制器2上连接有用于与上位机相连的通信接口模块5。在通信接口模块5的硬件基础上，通过上位机向控制器2发送指令，通过控制器2即可实现对IGCT开关单元3中各IGCT器件的远程控制，从而使得直流网压突变试验更加方便快捷。

如图1所示，控制器2还连接有用于采集负载变流器8的电压及电流信号的信号采集模块6。通过信号采集模块6采集负载变流器8的电压和电流信号，然后控制器2通过通信接口模块5将采集的电压和电流信号输出给上位机，通过上位机能够远程方便地查看负载变流器8的电压和电流信号，从而能够实现对负载变流器8的过压和过流保护，安全可靠性更好，而且使得直流网压突变试验更加方便快捷。

如图1所示，IGCT开关单元3的IGCT器件上的冷却模块7，冷却模块7为风冷式冷却器或水冷式冷却器，冷却模块7通过接触器KM1与辅助电源1的输出端相连。通过冷却模块7能够为IGCT开关单元3的IGCT器件进行散热降温，从而确保IGCT开关单元3的IGCT器件的稳定可靠，能够进一步提高本实施例的突变时间准确、模拟各种网压突变情况精确。

如图2所示，本实施例的IGCT开关单元3由两条IGCT支路并联连接构成，且任意一个IGCT支路由两个IGCT器件串联连接构成，例如左侧的IGCT支路由IGCT#1和IGCT#2串联连接构成，右侧的IGCT支路由IGCT#3和IGCT#4串联连接构成。需要说明的是，IGCT开关单元3可以根据需要由一条IGCT支路或者更多的IGCT支路并联连接构成，且任意一个IGCT支路可以根据需要由一个IGCT器件或者更多的IGCT器件串联连接构成，从而能够使得IGCT开关单元3的具体实现结构灵活多变，而且通过IGCT支路和IGCT器件的数量增加，能够有效提高IGCT开关单元3的耐冲击能力和使用寿命。

如图2和图3所示，本实施例接触器KM1的合/分闸线圈连接有中间继电器KA1，接触器KM1的合/分闸线圈、中间继电器KA1的触点两者串联连接形成回路，接触器KM1的主触点串联连接有第一断路器QF2，冷却模块7依次通过接触器KM1的主触点、第一断路器QF2与辅助电源1的输出端（A100～C100，AC380V）相连，中间继电器KA1的合/分闸线圈与控制器2相连，通过控制器2能够实现对中间继电器KA1的远程控制，使得冷却模块7的控制更加灵活方便。本实施例中，负载变流器8还并联连接有电涌保护装置R2，电涌保护装置R2用于保护负载变流器8。

如图3所示，辅助电源1包括AC380V输出端和AC220V输出端，冷却模块7依次通过接触器的主触点、第一断路器与辅助电源1的AC380V输出端（A100～C100）相连；辅助电源1的AC220V输出端（L、N）分别设有第二断路器QF11、滤波器Z1、控制电源模块G1和与构成IGCT开关单元3的IGCT器件一一对应的驱动电源模块G2～G5，滤波器Z1的输入端通过第二断路器QF11与辅助电源1的AC220V输出端（L、N）相连，滤波器Z1的输出端分别与接触器KM1的合/分闸线圈的控制回路（图3中，中间继电器KA1的触点用于控制接触器KM1的合/分闸线圈，中间继电器KA1的合/分闸线圈由控制器2来控制）、控制电源模块G1以及驱动电源模块G2～G5相连，驱动电源模块G2～G5的输出端分别与IGCT开关单元3的驱动电源端V1G1～V4G4相连。

本实施例考虑到供电电源9为最大电压至2000V、最大电流2000A的直流电源，因此将本实施例通过柜体进行封装，而且柜体上设有两个柜门，在每一个柜门上设有电磁门锁DCS1及DCS2、限位开关S1及S1，控制器2（PLC2）的输出端还连接有用于控制电磁门锁DCS1及DCS2的电磁锁合/分闸开关KA2。

参见图3，控制电源模块G1为DC24V电源模块，驱动电源模块G2～G5为DC36V电源模块。AC220V电源通过断路器QF11输入后，经滤波器Z1滤波后送各路控制电源，分别包括：（1）控制电源模块G1，用于为通信接口模块5（PLC1的L+引脚）、控制器2（PLC2的L+引脚）、电磁门锁DCS1J及DCS2，电磁门锁DCS1J以及DCS2并联后与电磁锁合/分闸开关KA2的开关支路相连，电磁锁合/分闸开关KA2的线圈支路则与控制器2（PLC2）相连。（2）驱动电源模块G2～G5，用于为IGCT开关单元3的驱动电源端V1G1～V4G4提供四路控制电源。（3）接触器KM1的合/分闸线圈的控制回路电源。

如图4所示，限位开关S1和S2分别与控制器2（PLC2）的IN1和IN2引脚相连，控制器2（PLC2）通过限位开关S1和S2检测柜门的开关状态，同时控制器2（PLC2）的IN3～IN8引脚与信号采集模块6相连以采集负载变流器8的电压和电流信号；控制器2（PLC2）最终将柜门的开关状态检测信号、负载变流器8的电压和电流信号一起通过通信接口模块5输出给上位机，上位机则根据负载变流器8的电压和电流信号、限位开关S1和S2检测的柜门开关状态来控制电磁锁合/分闸开关KA2的状态，从而实现门联锁保护。

参见图4，控制器2（PLC2）的L+和控制电源模块G1相连，控制器2（PLC2）的OUT3引脚连接有中间继电器KA1的合/分闸线圈，控制器2（PLC2）的OUT4引脚连接有电磁锁合/分闸开关KA2的线圈支路。IGCT开关单元3的驱动电源端V1G1～V4G4分别与驱动电源模块G2～G5的输出端相连，控制器2（PLC2）的OUT1引脚和13引脚作为3的控制引脚，用于输出PWM信号，通过PWM信号控制IGCT开关单元3中各个IGCT器件的通断状态。

如图5所示，本实施例基于IGCT的直流网压突变试验装置的IGCT开关单元3和网压突变电阻4为并联连接关系，IGCT开关单元3断开时，供电电源9、网压突变电阻4、负载变流器8形成回路，IGCT开关单元3导通时，供电电源9、IGCT开关单元3、负载变流器8形成回路，网压突变电阻4被短路，本实施例基于IGCT的直流网压突变试验装置的关键点为控制IGCT开关单元3的关断和导通状态，从而控制加在负载变流器8的两端电压突变。

本实施例基于IGCT的直流网压突变试验装置的应用方法步骤如下：

1）判断直流网压突变试验的类型，如果直流网压突变试验类型为网压突增，则跳转执行步骤2；如果直流网压突变试验类型为网压突减，则跳转执行步骤5；

2）关断IGCT开关单元3，使得供电电源9、网压突变电阻4、负载变流器8形成回路，供电电源9在网压突变电阻4上产生压降后再加在负载变流器8的两端，使得负载变流器8两端的电压减少；

3）导通IGCT开关单元3并开始计时，供电电源9、IGCT开关单元3、负载变流器8形成回路，使得供电电源9在网压突变电阻4上产生的压降被切除、负载变流器8两端的电压增加（电压增加值取决于网压突变电阻4的两端压降）；

4）经过预设的网压突变时间（约为1ms～1000ms）后，关断IGCT开关单元3，使得供电电源9、网压突变电阻4、负载变流器8形成回路，使得供电电源9在网压突变电阻4上产生压降，加在负载变流器8两端的电压恢复，网压突增试验完毕并退出；

5）导通IGCT开关单元3，使得供电电源9、IGCT开关单元3、负载变流器8形成回路，使得供电电源9的电压直接加在负载变流器8的两端；

6）关断IGCT开关单元3并开始计时，使得供电电源9、网压突变电阻4、负载变流器8形成回路，供电电源9在网压突变电阻4上产生压降后再加在负载变流器8的两端，使得负载变流器8两端的电压减少（电压减少值取决于网压突变电阻4的两端压降）；

7）经过预设的网压突变时间（约为1ms～1000ms）后，导通IGCT开关单元3，使得供电电源9、IGCT开关单元3、负载变流器8形成回路，使得供电电源9的电压直接加在负载变流器8的两端，加在负载变流器8两端的电压恢复，网压突减试验完毕并退出。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于IGCT的直流网压突变试验装置，其特征在于：包括辅助电源（1）、控制器（2）、IGCT开关单元（3）和网压突变电阻（4），所述辅助电源（1）与IGCT开关单元（3）的驱动电源端相连，所述控制器（2）与IGCT开关单元（3）的驱动控制端相连，所述IGCT开关单元（3）和被试验的负载变流器（8）及其供电电源（9）三者串联形成回路，所述IGCT开关单元（3）和网压突变电阻（4）并联连接，所述IGCT开关单元（3）由至少一个IGCT器件构成。

2.根据权利要求1所述的基于IGCT的直流网压突变试验装置，其特征在于：所述IGCT开关单元（3）由一条IGCT支路或者两条以上的IGCT支路并联连接构成，且任意一个所述IGCT支路由一个IGCT器件或者两个以上的IGCT器件串联连接构成。

3.根据权利要求2所述的基于IGCT的直流网压突变试验装置，其特征在于：所述控制器（2）上连接有用于与上位机相连的通信接口模块（5）。

4.根据权利要求3所述的基于IGCT的直流网压突变试验装置，其特征在于：所述控制器（2）还连接有用于采集负载变流器（8）的电压及电流信号的信号采集模块（6）。

5.根据权利要求4所述的基于IGCT的直流网压突变试验装置，其特征在于：所述IGCT开关单元（3）的IGCT器件上的冷却模块（7），所述冷却模块（7）为风冷式冷却器或水冷式冷却器，所述冷却模块（7）通过接触器与辅助电源（1）的输出端相连。

6.根据权利要求5所述的基于IGCT的直流网压突变试验装置，其特征在于：所述接触器的合/分闸线圈连接有中间继电器，所述接触器的合/分闸线圈、中间继电器的触点两者串联连接形成回路，所述接触器的主触点串联连接有第一断路器，所述冷却模块（7）依次通过所述接触器的主触点、第一断路器与辅助电源（1）的输出端相连，所述中间继电器的合/分闸线圈与控制器（2）相连。

7.根据权利要求6所述的基于IGCT的直流网压突变试验装置，其特征在于：所述辅助电源（1）包括AC380V输出端和AC220V输出端，所述冷却模块（7）依次通过所述接触器的主触点、第一断路器与辅助电源（1）的AC380V输出端相连；所述辅助电源（1）的AC220V输出端分别设有第二断路器、滤波器、控制电源模块和与构成IGCT开关单元（3）的IGCT器件一一对应的驱动电源模块，所述滤波器的输入端通过第二断路器与辅助电源的AC220V输出端相连，所述滤波器的输出端分别与所述接触器的合/分闸线圈的控制回路、控制电源模块以及驱动电源模块相连，所述控制电源模块的输出端分别与控制器（2）、通信接口模块（5）相连，所述驱动电源模块的输出端分别与构成IGCT开关单元（3）中对应的IGCT器件的驱动电源端相连。

8.根据权利要求1～7中任意一项所述基于IGCT的直流网压突变试验装置的应用方法，其特征在于实施步骤如下：

1）判断直流网压突变试验的类型，如果直流网压突变试验类型为网压突增，则跳转执行步骤2）；如果直流网压突变试验类型为网压突减，则跳转执行步骤5）；

2）关断IGCT开关单元（3），使得供电电源（9）、网压突变电阻（4）、负载变流器（8）形成回路，供电电源（9）在网压突变电阻（4）上产生压降后再加在负载变流器（8）的两端，使得负载变流器（8）两端的电压减少；

3）导通IGCT开关单元（3）并开始计时，供电电源（9）、IGCT开关单元（3）、负载变流器（8）形成回路，使得供电电源（9）在网压突变电阻（4）上产生的压降被切除、负载变流器（8）两端的电压增加；

4）经过预设的网压突变时间后，关断IGCT开关单元（3），使得供电电源（9）、网压突变电阻（4）、负载变流器（8）形成回路，使得供电电源（9）在网压突变电阻（4）上产生压降，加在负载变流器（8）两端的电压恢复，网压突增试验完毕并退出；

5）导通IGCT开关单元（3），使得供电电源（9）、IGCT开关单元（3）、负载变流器（8）形成回路，使得供电电源（9）的电压直接加在负载变流器（8）的两端；

6）关断IGCT开关单元（3）并开始计时，使得供电电源（9）、网压突变电阻（4）、负载变流器（8）形成回路，供电电源（9）在网压突变电阻（4）上产生压降后再加在负载变流器（8）的两端，使得负载变流器（8）两端的电压减少；

7）经过预设的网压突变时间后，导通IGCT开关单元（3），使得供电电源（9）、IGCT开关单元（3）、负载变流器（8）形成回路，使得供电电源（9）的电压直接加在负载变流器（8）的两端，加在负载变流器（8）两端的电压恢复，网压突减试验完毕并退出。