CN105425066A - 一种柔性直流输电专用电容器纹波电流检测主电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种柔性直流输电专用电容器纹波电流检测主电路，包括电源模块、保护模块、第一整流桥、第二整流桥、交流发生器和放电模块，电源模块经保护模块后分为两路，一路经调压器和升压器后与第一整流桥连接，第一整流桥的一个输出端a1作为待检测电容器的一个接入端c1；另一路经降压器后与第二整流桥连接，第二整流桥与交流发生器连接，交流发生器与第二整流桥相连的一端与第一整流桥的另一输出端a2连接；交流发生器的另一端作为待检测电容器的另一个接入端c2，放电模块连接在接入端c1和接入端c2之间。第一整流桥输出的直流电流施加到待测电容器C3上，交流发生器的电阻抗L1产生的纹波电流附加到待测电容器C3上对待测电容器C3进行纹波电流检测。
Description
技术领域
本发明属于电容器性能测试技术领域，具体涉及一种柔性直流输电专用电容器纹波电流检测主电路。
背景技术
柔性直流输电是构建智能电网的重要装备，与传统方式相比，柔性直流输电在孤岛供电、城市配电网的增容改造、交流***互联、大规模风电场并网等方面具有较强的技术优势，是改变大电网发展格局的战略选择(见《柔性直流输电技术基础理论研究》)。而此项目中所需求的电容器也有其独特的特点：高电压、大容量、大电流。为了对电容器的过电流能力进行衡量，需要通过相应的测试设备对其进行测试试验，这项技术就是为了评价电容器的过流能力的一项技术(见GB/T17702)。
现有的测试技术主要有如下几种：
其一，利用50Hz正弦波交流替代纹波电流。这种测试方法有如下几个缺点：第一，电容器在真正的运行过程中，通过的电流并非50Hz的交流正弦波，而是频率500Hz～6kHz，甚至个别的达到20kHz的中频或高频纹波，而这两种不同频率的纹波电流作用在电容器上面造成的效果是不同的，频率越高在相同的有效电流下，电容器所产生的温升越高。所以，这种方法虽然在有效电流的显示相同，但与实际存在差距，实验数据可参照性不强。第二，如果施加交流电压，在实验过程中，实际施加在电容器两端的有效电流不高，往往低于此类电容器的直流母线电压。以1200Vdc-800μF产品为例，要求纹波电流为70A，那么如果施加交流的话，交流电压的有效值只有278.7Vac，这个电压远远低于了电容器的额定电压值1200Vdc，那么在实验过程中就无法同时考核电压对其的影响。
其二，利用变频电源提供提供电流。这种方法克服了上述方法频率不同的问题，变频电源可以提供任意频率的纹波电流，但上述的第二个缺点依然存在，无法同时兼顾电流和电压的双重考核。另外，变频电源在输入端是220V或380V的交流输入，而输出却是高频纹波，那么在实验过程中，由于输出端的电流值较大，造成输入端的输入电流过大，变频电源的输入功率受到限制。大功率变频电源的造价成本又过于高。所以，此种方法对于容量较小、电压较低的电容器来说尚可，但稍微增加些容量则不能满足。
其三，直接装配在输电设备上进行试验。这种方法克服了上述两种方法的所有缺点，并且真实地反应了电容器的实际工作状态。但是它的缺点更多：首先，造价更高，确切地说它并不是一个实验设备，而是实际设备，拿实际设备来进行试验，这些实际设备都是电力设施，动辄几十万上百万，即使把单个配电柜拿出来进行试验，造价也得几十万；其次，实验范围窄，只能实验一种电容器，因为不同的电容器有不同的外形尺寸，不同的安装方式，在设备上必须给定不同固定支架，但是设备既然已经做好，所有的框架已经不可能更改，那么其它规格的电容器就无法放到此台设备上进行试验，即使体积相同，那么因为容量和电压的不同也无法给出不同的电流值；再次，试验成本高，实际的设备功率和容量均按实际设计，那么所需的往往是多组，数量较多，每做一次试验均需配备多组的电容器来进行；再次，此种试验方法无法试验得出电容器的工作余量，设备所做的实验只能测试到实际运行过程中的最高值，而非电容器技术要求的最高值，而技术要求的最高值往往大于实际运行过程中的最高值，这是设备的设计人员预留的安全系数；再次，因为是试验设备，那么在实验的过程中，难免会有失效的现象，而一旦出现失效的现象，会对此设备的其它部件造成损害，造成损失。
发明内容
针对上述现有技术中提到的不足，本发明的目的是提供一种可用于对不同规格电容器进行纹波电流检测，检测涵盖范围宽，检测更准确，成本低的一种柔性直流输电专用电容器纹波电流检测主电路。
为实现上述技术目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种柔性直流输电专用电容器纹波电流检测主电路，包括电源模块、保护模块、第一整流桥、第二整流桥、交流发生器和放电模块，电源模块经保护模块后分为两路，一路经调压器和升压器后与第一整流桥连接，第一整流桥的一个输出端a1作为待检测电容器的一个接入端c1；另一路经降压器后与第二整流桥连接，第二整流桥与交流发生器连接，交流发生器与第二整流桥相连的一端与第一整流桥的另一输出端a2连接；交流发生器的另一端作为待检测电容器的另一个接入端c2，放电模块连接在接入端c1和接入端c2之间。第一整流桥输出的直流电流施加到待测电容器C3上，交流发生器的电阻抗L1产生的纹波电流附加到待测电容器C3上对待测电容器C3进行纹波电流检测。
所述电源模块包括两路电源，分别为380V三相交流电源和220V单相交流电源。
所述保护模块包括手动开关K1、接触器J1的常开辅助触头、预充电电阻R1和接触器J2常开辅助触头，手动开关K1的一端分别与380V三相交流电源和220V单相交流电源连接，手动开关K1的另一端与接触器J1的常开辅助触头和预充电电阻R1依次串联连接，接触器J2常开辅助触头与预充电电阻R1并联连接，预充电电阻R1的另一端分为两路，一路经调压器和升压器后与第一整流桥连接，另一路经降压器与第二整流桥连接。
所述调压器为380V/380V自耦调压器，所述升压器为380V/850V升压器，380V/380V调压器的一次侧与预充电电阻R1的另一端连接，380V/380V调压器的二次侧与380V/850V升压器的一次侧连接，380V/850V升压器的二次侧与第一整流桥连接，第一整流桥的一个输出端a1作为待检测电容器C3的一个接入端c1；第一整流桥的另一输出端a2与交流发生器的一端连接。380V/380V自耦调压器用于调整第一整流桥的输出电压，使待测电容器C3的直流电压达到需求电压。
在第一整流桥的一个输出端a1和第一整流桥的另一输出端a2之间连接有第二电容器C2，第二电容器C2一方面防止尖峰电压损坏第二整流桥，另一方面防止直流母线出现电压波动。
所述降压器为380V/75V降压器，380V/75V降压器的一次侧与与预充电电阻R1的另一端连接，380V/75V降压器的二次侧与第二整流桥连接，第二整流桥的一端b1与交流发生器连接，第二整流桥的另一端b2接地；交流发生器与第二整流桥相连的一端与第一整流桥的另一输出端a2连接，交流发生器的另一端作为待检测电容器C3的另一个接入端c2。
在第二整流桥的一个输出端b1和第一整流桥的另一输出端b2之间连接有第一电容器C1，第一电容器C1一方面防止尖峰电压损坏第一整流桥，另一方面防止由于过电压损坏第一绝缘栅双极型晶体管Q1和第二绝缘栅双极型晶体管Q2。
所述交流发生器包括第一绝缘栅双极型晶体管Q1、第二绝缘栅双极型晶体管Q2、第一二极管D1、第二二极管D2和电抗器L1，第一绝缘栅双极型晶体管Q1的集电极C与第二整流桥的输出端b1连接，第一绝缘栅双极型晶体管Q1的发射极E与第一二极管D1的负极连接，第一二极管D1的正极接地；第二二极管D2的负极与第一绝缘栅双极型晶体管Q1的集电极C连接，第二二极管D2的正极与第二绝缘栅双极型晶体管Q2的集电极C连接，第二绝缘栅双极型晶体管Q2的发射极E接地并作为待检测电容器C3的另一个接入端c2，电抗器L1连接在第一绝缘栅双极型晶体管Q1的发射极E1和第二绝缘栅双极型晶体管Q2的集电极C之间。
所述放电模块包括开关K2和电阻R2，开关K2和电阻R2串联连接后连接在接入端c1和接入端c2之间。当待测电容器C3测试完成后，通过电阻R2进行放电，当待测电容器C3的电压降低至100V时，待测电容器C3和第二电容器C2并联通过电阻R2放电。
本发明电源模块通过调压器、升压器和第一整流桥给待测电容器一个母线电压，然后在母线电压上面再叠加一个由交流发生器中的电抗器产生的不同频率的纹波电流，对待测电容器的性能进行检测，使得测试环境更接近待测电容器实际使用的环境。能更准确地提供给使用厂家实验数值，以便设备的设计人员更准确地进行设备设计。直流电容器真正在电路中时，其所承受的是母线电压加上纹波电压，纹波电流来源于纹波电压。而本发明就是模拟这种工作状态，使用第一整流桥提供不变的直流电压，通过控制第一绝缘栅双极型晶体管Q1和第二绝缘栅双极型晶体管Q2的通断，电抗器产生纹波电流和电压。本发明可以根据厂家的不同需求进行频率的设置，能够适应于各种规格的电容器，并且能够针对一种规格进行多个电气环境和多个自然环境进行试验对比。本发明涵盖范围宽，母线电压的最高值能够达到5000VDC，纹波电流的最大值能够达到900A，基本上能够涵盖80％以上的直流应用类电容器，包括直流支撑、柔直等等。能偶实现不同规格电容器的纹波电流实验，更准确评价电容器的过电流能力，提供给用户更准确的实验数据的支持。
附图说明
图1为本发明的原理框图。
图2为本发明的电路原理图。
具体实施方式
下面结合图1-2对实施例进行具体说明。
实施例1：如图1-2所示，一种柔性直流输电专用电容器纹波电流检测主电路，包括电源模块1、保护模块2、第一整流桥5、第二整流桥8、交流发生器6和放电模块7。
所述电源模块1包括两路电源，分别为380V三相交流电源和220V单相交流电源。
所述保护模块2包括手动开关K1、接触器J1的常开辅助触头、预充电电阻R1和接触器J2常开辅助触头，手动开关K1的一端分别与380V三相交流电源和220V单相交流电源连接，手动开关K1的另一端与接触器J1的常开辅助触头和预充电电阻R1依次串联连接，接触器J2常开辅助触头与预充电电阻R1并联连接，预充电电阻R1的另一端分为两路，一路经调压器3和升压器4后与第一整流桥5连接，另一路经降压器9与第二整流桥8连接。
所述调压器3为380V/380V自耦调压器，所述升压器4为380V/850V升压器。380V/380V调压器的一次侧与预充电电阻R1的另一端连接，380V/380V调压器的二次侧与380V/850V升压器的一次侧连接，380V/850V升压器的二次侧与第一整流桥5连接，第一整流桥5的一个输出端a1作为待检测电容器C3的一个接入端c1；第一整流桥5的另一输出端a2与交流发生器6的一端连接。在第一整流桥5的一个输出端a1和第一整流桥5的另一输出端a2之间连接有第二电容器C2，第二电容器C2一方面防止尖峰电压损坏第二整流桥，另一方面防止直流母线出现电压波动。380V/380V自耦调压器用于调整第一整流桥的输出电压，使待测电容器C3的直流电压达到需求电压。
所述降压器9为380V/75V降压器，380V/75V降压器的一次侧与与预充电电阻R1的另一端连接，380V/75V降压器的二次侧与第二整流桥8连接，第二整流桥8的一端b1与交流发生器连接，第二整流桥8的另一端b2接地；交流发生器6与第二整流桥8相连的一端与第一整流桥5的另一输出端a2连接，交流发生器6的另一端作为待检测电容器C3的另一个接入端c2。在第二整流桥8的一个输出端b1和第二整流桥8的另一输出端b2之间连接有第一电容器C1，第一电容器C1一方面防止尖峰电压损坏第一整流桥，另一方面防止由于过电压损坏第一绝缘栅双极型晶体管Q1和第二绝缘栅双极型晶体管Q2。
所述交流发生器6包括第一绝缘栅双极型晶体管Q1、第二绝缘栅双极型晶体管Q2、第一二极管D1、第二二极管D2和电抗器L1，第一绝缘栅双极型晶体管Q1的集电极C与第二整流桥的输出端b1连接，第一绝缘栅双极型晶体管Q1的发射极E与第一二极管D1的负极连接，第一二极管D1的正极接地；第二二极管D2的负极与第一绝缘栅双极型晶体管Q1的集电极C连接，第二二极管D2的正极与第二绝缘栅双极型晶体管Q2的集电极C连接，第二绝缘栅双极型晶体管Q2的发射极E接地并作为待检测电容器C3的另一个接入端c2，电抗器L1连接在第一绝缘栅双极型晶体管Q1的发射极E1和第二绝缘栅双极型晶体管Q2的集电极C之间。
所述放电模块7包括开关K2和电阻R2，开关K2和电阻R2串联连接后连接在接入端c1和接入端c2之间。当待测电容器C3测试完成后，通过电阻R2进行放电，当待测电容器C3的电压降低至100V时，待测电容器C3和第二电容器C2并联通过电阻R2放电。
工作过程：将待测电容器C3通过接入端c1和接入端c2接入主电路中，闭合手动开关K1，380V三相交流电源或220V单相交流电源接入，接触器J1常开触点闭合，预充电电阻R1通电后分为两路，一路经380V/380V自耦调压器和380V/850V升压器与第一整流电桥连接，第一整流桥将整流的直流电压加至待测电容器C3上，另一路经380V/75V降压器与第二整流桥连接，第二整流桥将整流的直流电压给交流发生器供电。通过控制交流发生器中的第一绝缘栅双极型晶体管Q1和第二绝缘栅双极型晶体管Q2的通断，使电抗器L1产生纹波电压电流并附加到待测电容器C3上。
当第一绝缘栅双极型晶体管Q1和第二绝缘栅双极型晶体管Q2同时导通，电抗器L1电流以速率上升，测试电容器C3放电。
当第一绝缘栅双极型晶体管Q1和第二绝缘栅双极型晶体管Q2同时关断，电抗器L1电流以速率下降，测试电容器C3充电。
当待测电容器C3测试完成后，通过电阻R2进行放电，当待测电容器C3的电压降低至100V时，待测电容器C3和第二电容器C2并联通过电阻R2放电。
在测试过程中，可以通过环宽法使电抗器L1电流围绕测试电流三角形波动，并且通过改变环宽大小控制交流电频率。
手动开关K1有短路跳闸保护功能和维修断电功能。接触器J1用于故障自动断电和待测电容器C3放电自动断电功能。
预充电电阻R1与接触器J2并联防止变压器和电容器在手动开关K1和接触器J1常开触点闭合时出现过流和过压。手动开关K1和接触器J1常开触点闭合后延时10秒再合接触器J2常开触点，由于380V/380V自耦调压器位置不定，本发明中不用直流电压检测法闭合接触器J2。
380V/380V自耦调压器用于调整直流电源电压，使测试电容器C3的直流电压达到需求电压。第一整流桥的直流输出电压是100V可以补充主回路的功率损耗。
第二整流桥的直流输出用于向交流发生器供电，并且补充主回路的功率损耗。
实施例2：如图1所示，一种柔性直流输电专用电容器纹波电流检测主电路，包括电源模块、保护模块、第一整流桥、第二整流桥、交流发生器和放电模块，电源模块经保护模块后分为两路，一路经调压器和升压器后与第一整流桥连接，第一整流桥的一个输出端a1作为待检测电容器的一个接入端c1；另一路经降压器后与第二整流桥连接，第二整流桥与交流发生器连接，交流发生器与第二整流桥相连的一端与第一整流桥的另一输出端a2连接；交流发生器的另一端作为待检测电容器的另一个接入端c2，放电模块连接在接入端c1和接入端c2之间。
Claims (9)
1.一种柔性直流输电专用电容器纹波电流检测主电路，其特征在于：包括电源模块（1）、保护模块（2）、第一整流桥（5）、第二整流桥（8）、交流发生器（6）和放电模块（7），电源模块（1）经保护模块（2）后分为两路，一路经调压器（3）和升压器（4）后与第一整流桥（5）连接，第一整流桥（5）的一个输出端a1作为待检测电容器C3的一个接入端c1；另一路经降压器（9）后与第二整流桥（8）连接，第二整流桥（8）与交流发生器（6）连接，交流发生器（6）与第二整流桥（8）相连的一端与第一整流桥（5）的另一输出端a2连接；交流发生器（6）的另一端作为待检测电容器C3的另一个接入端c2，放电模块（7）连接在接入端c1和接入端c2之间。
2.根据权利要求1所述的一种柔性直流输电专用电容器纹波电流检测主电路，其特征在于：所述电源模块（1）包括两路电源，分别为380V三相交流电源和220V单相交流电源。
3.根据权利要求2所述的一种柔性直流输电专用电容器纹波电流检测主电路，其特征在于：所述保护模块（2）包括手动开关K1、接触器J1的常开辅助触头、预充电电阻R1和接触器J2常开辅助触头，手动开关K1的一端分别与380V三相交流电源和220V单相交流电源连接，手动开关K1的另一端与接触器J1的常开辅助触头和预充电电阻R1依次串联连接，接触器J2常开辅助触头与预充电电阻R1并联连接，预充电电阻R1的另一端分为两路，一路经调压器（3）和升压器（4）后与第一整流桥（5）连接，另一路经降压器（9）与第二整流桥（8）连接。
4.根据权利要求3所述的一种柔性直流输电专用电容器纹波电流检测主电路，其特征在于：所述调压器（3）为380V/380V自耦调压器，所述升压器（4）为380V/850V升压器，380V/380V调压器的一次侧与预充电电阻R1的另一端连接，380V/380V调压器的二次侧与380V/850V升压器的一次侧连接，380V/850V升压器的二次侧与第一整流桥（5）连接，第一整流桥（5）的一个输出端a1作为待检测电容器C3的一个接入端c1；第一整流桥（5）的另一输出端a2与交流发生器（6）的一端连接。
5.根据权利要求3所述的一种柔性直流输电专用电容器纹波电流检测主电路，其特征在于：在第一整流桥（5）的一个输出端a1和第一整流桥（5）的另一输出端a2之间连接有第二电容器C2。
6.根据权利要求3或4所述的一种柔性直流输电专用电容器纹波电流检测主电路，其特征在于：所述降压器（9）为380V/75V降压器，380V/75V降压器的一次侧与与预充电电阻R1的另一端连接，380V/75V降压器的二次侧与第二整流桥（8）连接，第二整流桥（8）的一端b1与交流发生器连接，第二整流桥（8）的另一端b2接地；交流发生器（6）与第二整流桥（8）相连的一端与第一整流桥（5）的另一输出端a2连接，交流发生器（1）的另一端作为待检测电容器C3的另一个接入端c2。
7.根据权利要求6所述的一种柔性直流输电专用电容器纹波电流检测主电路，其特征在于：在第二整流桥（8）的一个输出端b1和第一整流桥（5）的另一输出端b2之间连接有第一电容器C1。
8.根据权利要求6所述的一种柔性直流输电专用电容器纹波电流检测主电路，其特征在于：所述交流发生器（6）包括第一绝缘栅双极型晶体管Q1、第二绝缘栅双极型晶体管Q2、第一二极管D1、第二二极管D2和电抗器L1，第一绝缘栅双极型晶体管Q1的集电极C与第二整流桥（1）的输出端b1连接，第一绝缘栅双极型晶体管Q1的发射极E与第一二极管D1的负极连接，第一二极管D1的正极接地；第二二极管D2的负极与第一绝缘栅双极型晶体管Q1的集电极C连接，第二二极管D2的正极与第二绝缘栅双极型晶体管Q2的集电极C连接，第二绝缘栅双极型晶体管Q2的发射极E接地并作为待检测电容器C3的另一个接入端c2，电抗器L1连接在第一绝缘栅双极型晶体管Q1的发射极E1和第二绝缘栅双极型晶体管Q2的集电极C之间。
9.根据权利要求1或5所述的一种柔性直流输电专用电容器纹波电流检测主电路，其特征在于：所述放电模块（7）包括开关K2和电阻R2，开关K2和电阻R2串联连接后连接在接入端c1和接入端c2之间。
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