CN110286273B - 晶闸管变流器额定电流下电压响应试验的测试电路及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种晶闸管变流器额定电流下电压响应试验的测试电路及方法。本发明利用变流器施加正电压其电流上升、施加负电压其电流下降的原理，先利用电流闭环控制使变流器在其80%的额定电流下稳态运行，然后再施加全电压进行电压响应的过程中控制变流器输出电流达到额定值，从而实现在额定电流下检测变流器电压响应特性的测试。

Description

晶闸管变流器额定电流下电压响应试验的测试电路及方法
技术领域
本发明涉及晶闸管变流器测试技术领域，具体是一种晶闸管变流器额定电流下电压响应试验的测试电路及方法。
背景技术
ITER(国际热核聚变实验堆)是目前全球规模最大、影响最深远的超导托卡马克装置。ITER极向场变流器单元是磁约束聚变堆工程的重要子***，由脉冲功率供电***66kV母线供电，并把可控的直流电压传输给极向场超导线圈，用于等离子体击穿以及等离子体电流位形控制。
每个极向场变流器单元由四个晶闸管六脉波变流器组成，可进行12脉波、四象限运行。每个六脉波变流器可输出额定电流27.5kA及额定带载电压1.05kV。根据ITER***要求，当整流变压器的输入电压在62kV～72kV范围内变化时，极向场变流器应具有在不超过2个电周波(40ms)的时间内实现电压全范围变化(±1.05kV)的对称电压响应，并要求在额定电流下检测变流器的对称电压响应。
为了满足ITER要求，针对ITER极向场变流器电压响应试验提出了先电流闭环再电压开环控制的检测方法，利用电流闭环控制使变流器在0.8倍额定电流下运行，再利用电压开环检测变流器在其全电压范围的响应情况，并且能够实现在电压阶跃变化的过程中使变流器的输出电流达到额定值。
一种晶闸管变流器额定电流下电压响应试验的测试方法对检验ITER变流器额定电流下的电压响应特性至关重要。
发明内容
本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种晶闸管变流器额定电流下电压响应试验的测试电路及方法。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
晶闸管变流器额定电流下电压响应试验的测试电路，包括有自耦变压器T1、断路器CB、交流隔离开关AS、接地开关ES、整流变压器T2、待测的晶闸管变流器CU、控制器C、直流电抗器L、直流隔离开关DS、负载Ld，所述的自耦变压器T1的输入端连接110kV电网，自耦变压器T1的输出端依次通过断路器CB、交流隔离开关AS连接至整流变压器T2的输入端，整流变压器T2的输出端连接晶闸管变流器CU的输入端，所述的直流电抗器L、直流隔离开关DS以及负载Ld串联接于晶闸管六脉波变流器CU的正、负输出端之间，所述的控制器C通过模拟信号端口与晶闸管六脉波变流器CU的控制端连接。
所述的控制器C依据参考波形要求控制晶闸管变流器CU的运行。
一种晶闸管变流器额定电流下电压响应试验的测试方法，包括以下步骤：
(1)先采用电流闭环控制方式，令晶闸管变流器CU在其80％额定电流下稳定运行，然后将控制方式切换成电压开环控制，在电压响应的过程中，使晶闸管变流器CU的输出电流达到其额定值；
(2)在电压开环控制中，应施加正最大电压和负最大电压各2次，以检测电压全范围变化的对称电压响应；
(3)根据所述测试电路的***参数、回路参数以及、负载参数，计算电压开环控制时施加正电压和负电压的时间，施加正电压时间t1取决于晶闸管六脉波变流器CU输出电流由80％额定电流上升到额定电流的时间，施加负电压时间t2取决于晶闸管六脉波变流器CU输出电流由额定电流下降到某一电流值的时间，再次施加正电压的时间t3取决于某一电流值再次上升到额定电流的时间，再次施加负电压的时间不受限制，晶闸管变流器CU输出电流下降到0，即停止工作；
(4)控制器采用CSS操作界面，在CSS操作界面的Set Mode窗口设置变流器运行模式及其控制模式，其中Combine Mode表示既能电流控制又能电压控制的混合控制模式；在CSS操作界面的Preset waveform窗口预设试验波形，若CB Mode为1表示电流控制，预设的波形为电流波形，若CB Mode为2表示电压控制，预设的波形为电压波形；
(5)通过实时对比预设参考波形，采用先电流闭环控制后电压开环控制的控制方式，开始测试；
(6)实时检测输出电流Id，设t0为变流器在80％额定电流下稳态运行的时间，设置t0为的是确保变流器进入稳态运行之后，再改电流闭环控制为电压开环空知，进行电压阶跃响应，在达到变流器CU额定电流的80％后，计时达到t0将电流闭环控制切换为电压开环控制方式，先按时间t1施加正最大电压，使输出电流Id达到变流器CU的额定电流；电压由正最大值向负最大值阶跃，并按时间t2维持负最大电压，使输出电流Id下降到某一电流值；电压由负最大值向正最大值阶跃，再次按时间t3维持正最大电压，使输出电流Id达到变流器CU的额定电流后；再次维持负最大电压直至变流器CU输出电流Id下降到0，停止控制程序运行，结束试验。
本发明的优点是：在电压响应之前，控制变流器在其80％额定电流下稳定运行；利用施加正电压变流器电流上升、施加负电压变流器电流下降的原理，在施加全电压进行电压响应的过程中控制变流器输出电流达到额定电流，从而实现在额定电流下检测变流器电压响应特性的测试。
附图说明
图1为晶闸管变流器电压响应试验的测试电路。
图2为晶闸管变流器的电路拓扑。
图3为控制电路示意图。
图4为本发明方法流程框图。
图5为预设参考波形的操作界面。
图6为电压响应试验的预设参考波形。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1所示，一种晶闸管变流器额定电流下电压响应试验的测试电路，包括有自耦变压器T1、断路器CB、交流隔离开关AS、接地开关ES、整流变压器T2、变流器CU及其控制器C、直流电抗器L、直流隔离开关DS和负载Ld，所述的自耦变压器T1的输入端连接110kV电网，输出端经断路器CB和交流隔离开关AS连接至整流变压器T2的输入端，整流变压器T2的输出端连接变流器CU，所述的直流电抗器L、直流隔离开关DS以及负载Ld串联接于变流器CU的正、负输出端之间。控制器C根据参考波形要求控制晶闸管变流器CU的运行。
所述自耦变压器T1的额定容量为100MVA，变比为110kV/80～12kV，试验中自耦变压器选用110kV/62kV档位。所述整流变压器T2的额定容量为41MVA，变比为66kV/1.05kV。所述直流电抗器L的电感值为250μH，电阻值为300μΩ。所述负载Ld的电感值为5mH，电阻值为2.5mΩ。
所述变流器CU是由晶闸管构成的三相桥式全控整流电路如图2所示，由6个桥臂构成，每个桥臂由12个晶闸管支路并联而成，每个晶闸管支路均串联一个快速熔断器。a、b、c为三相交流输入端子，g为控制信号输入端，“+”和“-”分别代表变流器的直流正、负输出端子。
所述控制器C采用自主研发的DSP控制器(TMS320F2812)，如图3所示，其输入是整流变压器输入电压的同步信号，其输出6路控制信号经运算放大器之后分别连接变流器CU的6个桥臂的晶闸管控制信号输入端g。
如图4所示，一种晶闸管变流器额定电流下电压响应试验的测试方法，具体步骤如下：
(1)先利用电流闭环控制，使变流器CU在22kA电流下稳定运行180ms，将控制方式由电流闭环控制切换成电压开环控制，并在全电压响应的过程中，使变流器CU的输出电流达到27.5kA；
(2)在电压开环控制中，应施加正最大电压和负最大电压各2次，以检测电压全范围变化的对称电压响应。
(3)根据所述测试电路的***参数、回路参数以及、负载参数，计算电压开环控制时施加正电压和负电压的时间，施加正电压时间t1取决于变流器CU输出电流由22kA上升到27.5kA所用的时间；施加负电压时间t2取决于变流器CU输出电流由27.5kA下降到15kA所需的时间；再次施加正电压的时间t3取决于变流器输出电流由15kA再次上升到27.5kA所用的时间；再次施加负电压直至变流器CU输出电流下降到0，停止控制程序运行，结束试验。基于等离子体物理研究所大功率电气测试中心的集成测试平台的***参数、回路参数以及负载参数计算得第一次施加正电压时间t1为25ms，第一次施加负电压时间t2为75ms，再次加正电压时间t3为80ms。
(4)控制器采用CSS(control system studio)操作界面，在CSS操作界面上可以设置变流器运行模式(单桥、并联还是四象限的运行模式)、控制模式(电流控制、电压控制和混合控制模式)、反馈控制的PID参数、预设试验波形、交直流隔离开关状态等信息。SetMode窗口和Preset waveform窗口均可在CSS的操作界面上看到。
在控制器的CSS操作界面中，Set Mode窗口的Ctrl Mode选择联合控制模式(Combine Mode)，在其Preset waveform窗口预设试验波形如图5所示，Time(s)栏表示时间(单位是s)，PresetV表示预设值，若CB Mode为1表示预设的PresetV值是电流(单位是A)，若CB Mode为2表示预设的PresetV值是电压(单位是V)。参照图6在控制界面预设试验波形如图5所示，此处t0为180ms，t1为25ms，t2为75ms，t3为80ms，80％Idn为22000A，Um为1050V，-Um为-1050V。
(5)通过实时对比预设参考波形，采用先电流闭环控制后电压开环控制的控制方式，开始测试；
(6)实时检测输出电流Id，电流达到22kA时，开始计时，计时180ms改电流闭环控制为电压开环控制，先施加正最大电压25ms，使输出电流Id达到27.5kA；电压由正最大值向负最大值阶跃，并维持负最大电压75ms，使输出电流Id下降到15kA；电压由负最大值向正最大值阶跃，再次维持正最大电压80ms，使输出电流Id达到27.5kA；再次维持负最大电压直至变流器CU输出电流Id下降到0，停止控制程序运行，结束试验。

Claims (2)

1.一种基于晶闸管变流器额定电流下电压响应试验的测试电路的测试方法，其特征在于：所述的晶闸管变流器额定电流下电压响应试验的测试电路包括有自耦变压器T1、断路器CB、交流隔离开关AS、接地开关ES、整流变压器T2、待测的晶闸管变流器CU、控制器C、直流电抗器L、直流隔离开关DS、负载Ld，所述的自耦变压器T1的输入端连接110 kV电网，自耦变压器T1的输出端依次通过断路器CB、交流隔离开关AS连接至整流变压器T2的输入端，整流变压器T2的输出端连接晶闸管变流器CU的输入端，所述的直流电抗器L、直流隔离开关DS以及负载Ld串联接于晶闸管六脉波变流器CU的正、负输出端之间，所述的控制器C通过模拟信号端口与晶闸管六脉波变流器CU的控制端连接；
所述的基于晶闸管变流器额定电流下电压响应试验的测试电路的测试方法包括以下步骤：
（1）先采用电流闭环控制方式，令晶闸管变流器CU在其80%额定电流下稳定运行，然后将控制方式切换成电压开环控制，在电压响应的过程中，使晶闸管变流器CU的输出电流达到其额定值；
（2）在电压开环控制中，应施加正最大电压和负最大电压各2次，以检测电压全范围变化的对称电压响应；
（3）根据所述晶闸管变流器额定电流下电压响应试验的测试电路的***参数、回路参数以及、负载参数，计算电压开环控制时施加正电压和负电压的时间，施加正电压时间t1取决于晶闸管六脉波变流器CU输出电流由80%额定电流上升到额定电流的时间，施加负电压时间t2取决于晶闸管六脉波变流器CU输出电流由额定电流下降到某一电流值的时间，再次施加正电压的时间t3取决于某一电流值再次上升到额定电流的时间，再次施加负电压的时间不受限制，晶闸管变流器CU输出电流下降到0，即停止工作；
（4）控制器采用CSS操作界面，在CSS操作界面的Set Mode窗口设置变流器运行模式及其控制模式，其中Combine Mode表示既能电流控制又能电压控制的混合控制模式；在CSS操作界面的Preset waveform窗口预设试验波形，若CB Mode为1表示电流控制，预设的波形为电流波形，若CB Mode为2表示电压控制，预设的波形为电压波形；
（5）通过实时对比预设参考波形，采用先电流闭环控制后电压开环控制的控制方式，开始测试；
（6）实时检测输出电流Id，设t0为变流器在80%额定电流下稳态运行的时间，设置t0为的是确保变流器进入稳态运行之后，再改电流闭环控制为电压开环控制，进行电压阶跃响应，在达到变流器CU额定电流的80% 后，计时达到t0将电流闭环控制切换为电压开环控制方式，先按时间t1施加正最大电压，使输出电流Id达到变流器CU的额定电流；电压由正最大值向负最大值阶跃，并按时间t2维持负最大电压，使输出电流Id下降到某一电流值；电压由负最大值向正最大值阶跃，再次按时间t3维持正最大电压，使输出电流Id达到变流器CU的额定电流后；再次维持负最大电压直至变流器CU输出电流Id下降到0，停止控制程序运行，结束试验。
2.根据权利要求1所述的晶闸管变流器额定电流下电压响应试验的测试电路的测试方法 ，其特征在于：所述的控制器C依据参考波形要求控制晶闸管变流器CU的运行。
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