本发明涉及一种电力电子变压器功率模块测试装置。
背景技术：
未来智能电网要求电气设备智能化和电气性能优越化，如高供电质量、便于可再生能源发电接入等，配电网是电网的重要组成部分，在配电网中，配电变压器是应用最普遍的一类设备，在我国配电变压器的年产量约占所有变压器年产量的1/3。因此，配电变压器的性能关乎到未来智能电网的性能，而传统变压器远满足不了未来智能电网的高供电质量和智能化的要求。
电力电子变压器也称固态变压器或能量路由器，与传统变压器相比，电力电子变压器不仅具有电压等级变换和电气隔离功能，而且能够实现潮流双向流动、电能质量控制、装置自动保护、不同电压等级的交直流端口能量双向流动。因此，电力电子变压器是智能电网、能源互联网及未来交直流互联电网的重要组成部分，承担着未来电网电能变换和处理的任务。
电力电子变压器作为一种应用于配电系统的电力设备，现有的拓扑主要包括基于级联h桥型和基于模块化多电平换流器型，针对三相级联h桥型电力电子变压器，其功率模块由h桥单元和双有源桥串联谐振型dc-dc变换器组成，为了测试功率模块稳态工况下运行状况，以便于合理设计电路参数，需要将实际装置进行并网同时进行闭环控制，由于配电网络高压侧电压为6～35kv，同时闭环控制需要采集网侧电压和电流，增加了功率模块测量难度。
现有测试方法的缺点是测量时功率模块需要采用复杂的控制方法，并且需要较多的电压传感器和电流传感器，导致测试系统的成本和测量的难度增加。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有三相电力电子变压器功率模块在测试时控制复杂和成本较高的缺点，提出一种功率模块测试系统。本发明无需电力电子变压器并网，只需要通过开环控制的方法，改变功率模块中与双有源桥串联谐振型dc-dc变换器相连的h桥单元参考调制波信号的相位来实现模拟真实系统中三相级联h桥型电力电子变压器功率模块的运行特性。
本发明测试系统由三相不可控整流桥和两个待测功率模块组成。三相不可控整流桥的输入端连接外部三相交流电源，三相不可控整流桥的输出端分别与并联在两个待测功率模块的双有源桥串联谐振型dc-dc变换器次级侧的直流储能电容cl相连；两个待测功率模块通过滤波电感lg2并联。外部交流电源通过三相不可控整流桥进行整流，整流后的输出为两个待测功率模块提供直流电压。
每个待测功率模块由双有源桥串联谐振型dc-dc变换器和h桥单元组成。所述h桥单元的直流输出端子为c、d，输入端子为x2、y2。两个功率模块的h桥单元的输入端子x2通过滤波电感lg2相连，输入端子y2直接相连。所述双有源桥串联谐振型dc-dc变换器由初级侧直流储能电容ch、初级侧h桥单元、初级谐振电容cr1、高频变压器tf、次级谐振电容cr2、次级侧直流储能电容cl，以及次级侧h桥单元组成。初级侧h桥单元与初级侧直流储能单元ch并联连接，次级侧h桥单元与次级侧直流储能单元cl并联连接；初级侧h桥单元的端子e与初级谐振电容cr1的正极相连，次级侧h桥单元的端子g与谐振电容cr2的负极相连，高频变压器tf的初级上端与初级谐振电容cr1的负极相连，高频变压器tf的初级下端与初级侧h桥单元的端子f相连，高频变压器tf的次级上端与次级谐振电容cr2的正极相连，高频变压器tf的次级下端与次级侧h桥单元的端子h相连。同时双有源桥串联谐振型dc-dc变换器的初级侧直流储能电容ch的两端分别连接h桥单元的直流输出c端子和d端子，次级侧直流储能电容cl的正极和负极分别连接三相不可控整流桥的输出端子a和b。
所述的三相不可控整流桥由二极管整流桥、滤波电感lg1和滤波电容c1组成。外部三相交流电源连接二极管整流桥的输入端子x1、y1和z1，二极管整流桥的输出上端连接滤波电感lg1和滤波电容c1正极后形成输出端子a，二极管整流桥的输出下端连接滤波电容c1负极后形成输出端子b。
当测试系统正常工作时，通过对两个功率模块中的h桥单元进行开环控制，测试功率模块稳态工况下运行状况。h桥单元的驱动信号通过单极性或双极性正弦脉宽调制产生，且正弦调制信号频率和幅值相同，相位上有差别，载波信号相同。本发明的工作过程如下：
(1)外部三相工频交流电源通过三相不可控整流桥，为双有源桥串联谐振型dc-dc变换器变压器次级侧直流储能电容cl提供直流电压；
(2)双有源桥串联谐振型dc-dc变换器采用开环的占空比为50％方波的电压输出控制方法，且初级侧h桥单元和次级侧h桥单元中igbt的开关频率和串联谐振频率相同；
(3)当测试某功率模块时，与该功率模块相对应的h桥单元的正弦调制信号的相位滞后于另一个待测功率模块，此时待测功率模块相当于逆变交流电源，为在测的功率模块提供有功功率。
本发明电力电子变压器功率模块测试系统具有以下特点：
1.电力电子变压器功率模块无需并网；
2.电力电子变压器功率模块在测试过程中采用开环控制，无需进行复杂的闭环控制，控制方法较为简单。
附图说明
图1为应用本发明的测试系统电路原理图；
图中：1、单相不可控整流桥电路、2双有源桥串联谐振型dc-dc变换器、3h桥单元、4电力电子变压器功率模块、5电力电子变压器功率模块、6双有源桥串联谐振型dc-dc变换器初级h桥单元、7双有源桥串联谐振型dc-dc变换器次级h桥单元。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。
如图1所示，本发明测试系统由三相不可控整流桥1和两个待测功率模块4、5组成。三相不可控整流桥1的输入端连接外部三相交流电源，三相不可控整流桥1的输出端分别与两个并联的待测功率模块4、5双有源桥串联谐振型dc-dc变换器2的次级侧直流储能电容cl相连；两个待测功率模块4、5通过滤波电感lg2并联。
其中，每个待测功率模块由双有源桥串联谐振型dc-dc变换器2和h桥单元3组成。h桥单元3直流输出端子为c、d，输入端子为x2、y2。两个功率模块4、5的输入端子x2通过滤波电感lg2相连，两个待测功率模块4、5的输入端子y2直接相连。双有源桥串联谐振型dc-dc变换器2由初级侧直流储能电容ch、初级侧h桥单元6、初级谐振电容cr1、高频变压器tf、次级谐振电容cr2、次级侧h桥单元7，以及次级侧直流储能电容cl组成。初级侧h桥单元6与初级侧直流储能单元ch并联连接，次级侧h桥单元7与次级侧直流储能单元cl并联连接，初级侧h桥单元6的端子e与初级谐振电容cr1的正极相连，次级侧h桥单元7的端子g与谐振电容cr2的负极相连，高频变压器tf的初级上端与初级谐振电容cr1的负极相连，高频变压器tf的初级下端与初级侧h桥单元6的端子f相连，高频变压器tf的次级上端与次级谐振电容cr2的正极相连，高频变压器tf的次级下端与次级侧h桥单元7的端子h相连。同时高频变压器tf的初级侧直流储能电容ch的两端分别连接h桥单元3的直流输出c端子和d端子，高频变压器tf的次级侧直流储能电容cl的正极和负极分别连接三相不可控整流桥1的输出端子a和b。
所述的三相不可控整流桥1由二极管整流桥、滤波电感lg1和滤波电容c1组成。三相交流电源连接二极管整流桥的输入端子x1、y1和z1；二极管整流桥的输出上端连接滤波电感lg1和滤波电容c1正极后形成三相不可控整流桥的输出端子a，二极管整流桥的输出下端连接滤波电容c1负极后形成三相不可控整流桥的输出端子b。
当测试系统正常工作时，通过对两个待测功率模块4、5中的h桥单元3进行开环控制，来测试功率模块稳态工况下运行状况。h桥单元3的驱动信号通过单极性或双极性正弦脉宽调制产生，且正弦调制信号频率和幅值相同，相位上有差别，载波信号相同。
本发明的工作原理和工作过程如下：
(1)外部三相工频交流电源通过三相不可控整流桥1为双有源桥串联谐振型dc-dc变换器2次级侧直流储能电容cl提供直流电压。
(2)双有源桥串联谐振型dc-dc变换器3采用开环的占空比为50％的方波电压输出控制方法，且初级侧h桥单元6和次级侧h桥单元7中igbt的开关频率和串联谐振频率相同。
(3)当测试第一功率模块4时，与第一功率模块4相对应的h桥单元3的正弦调制信号的相位滞后于第二功率模块5δ角度，δ为相位差角度，第二功率模块5相当于逆变交流电源为第一功率模块4提供有功功率；当测试第二功率模块5时，与第二功率模块5相对应的h桥单元3的正弦调制信号的相位滞后于第一功率模块4δ角度，第一功率模块4相当于逆变交流电源为第二功率模块5提供有功功率。如果两个待测功率模块4、5的h桥单元3正弦调制信号的幅值为v1，则相位差角度δ可表示为：
其中x为连接第一功率模块4和第二功率模块5的滤波电抗，且x＝2πfl2，f为电网工频频率，l2为连接第一功率模块4和第二功率模块5的滤波电感lg2的值，p为第一功率模块4、第二功率模块5分别在正常工况下的额定功率值。