本实用新型涉及直流输电技术领域，特别涉及一种直流输电中模块化多电平换流阀的损耗测试装置。
背景技术：
柔性直流输电换流阀通常采用模块化多电平拓扑结构的电压源型换流阀，其中功率模块通常为门极可关断的全控型功率器件(igbt，iegt)，柔性直流输电技术是一种新型电力传输技术，与传统的直流输电技术相比较，具有能够连接弱交流系统、向无源网络供电、提高风电等新能源接入电网的穿透功率等优点。随着近年来国内外柔性直流变流器技术的不断发展，换流阀的电压等级和输电容量也不断增大，已开始应用于我国主干网系统，其损耗特性直接影响柔性直流输电系统效率，因此柔性直流输电工程均对换流阀损耗特性做出了具体要求，同时换流阀的损耗也直接影响换流阀水冷系统容量的配置和成本，因此在设备设计和制造阶段需要设计换流阀损耗测量的装置，对损耗的理论计算结果和器件的选型等方面提供校验手段。
在柔性直流输电工程建成投运之前，由于换流阀的电压等级和容量较高通常无法直接利用电网进行全功率测试，因此换流阀通常以换流阀组件为单位进行各种试验和测试，对于模块化多电平换流阀(mmc)是以阀段为单位进行测试，即由几个功率单元串联组成试品阀段，所提出的损耗测量装置也针对阀段设计。
公开号为cn109459648a”的中国专利提出一种针对低压换流器损耗测量的方法和系统，将换流阀放入封闭柜体通过测量水冷流量和温度等参数间接测量变流器损耗。但对于模块化多电平换流器主要受体积和模块化结构等限制，无法将阀段装入封闭柜体，且试品阀段电压等级较高，实验项目较多，阀段试验平台通常专门设置场地或阀厅进行相关试验，且平台应考虑多种试验项目的兼容性，因此该发明所述系统无法适用mmc拓扑。因此需要一种适用于模块化多电平换流阀(mmc)的损耗测试装置。
技术实现要素：
为了解决背景技术中所述问题，本实用新型提供一种直流输电中模块化多电平换流阀的损耗测试装置，无需将换流阀放入封闭柜体内进行温度和水冷参数的测量，设计采用同等散热和水冷结构的基准阀段与试品阀段进行发热参数比对，即可得出试品阀的损耗值，能够适用于模块化多电平换流阀的损耗测试。
为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案实现：
一种直流输电中模块化多电平换流阀的损耗测试装置，包括试品阀段、基准阀段和水冷装置。
所述的试品阀段包括多个，以电气并联方式连接，所述的试品阀段为级联型模块化多电平结构的直流输电换流阀，由多个的半桥或全桥功率单元依次串联组成；每个所述的功率单元内的多个igbt功率器件由弹簧压装成上下层叠结构，并且，层叠结构的底端和顶端以及每两个igbt功率器件之间均设有水冷散热片。
所述的基准阀段包括多个基准阀段组件，测试时使用的数量与试品阀段中的功率单元数量相同，每个基准阀段组件均包括多个电阻加热器，电阻加热器的数量与试品阀段中的功率单元的igbt功率器件数量保持一致，多个电阻加热器由弹簧压装成上下层叠结构，并且，层叠结构的底端和顶端以及每两个电阻加热器之间均设有水冷散热片。
水冷装置通过水冷管路与试品阀段和基准阀段的水冷散热片的进水口和出水口相连，并且，水冷装置与试品阀段和基准阀段的水冷管路的连接结构保持相同。
所述的水冷管路上还设有进水流量传感器、进水温度传感器、出水流量传感器和出水温度传感器，进水流量传感器、进水温度传感器、出水流量传感器和出水温度传感器均与工控机的io端口相连。
还包括补能电源，补能电源为输出可调的直流电源装置，输入端连接交流电网，输出端为试品阀段的igbt功率器件和基准阀段组件的电阻加热器提供直流电源。所述的输出可调的直流电源装置可以为可控整流的ac/dc电源装置。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
1、无需将换流阀放入封闭柜体内进行温度和水冷参数的测量，设计采用同等散热和水冷结构的基准阀段与试品阀段进行发热参数比对，即可得出试品阀的损耗值，能够适用于模块化多电平换流阀的损耗测试；
2、基准阀段中的电阻加热器与试品阀段的igbt的散热结构及水冷方式相同，在保持冷却水流量恒定前提下，通过改变加热器的发热功率得到多个损耗功率下装置中水冷进口水温和出口水温差值，以此温差值数据能够很容易的得出进出口水温差和损耗功率的关系，再依据此关系能够轻松从试品阀段的测试运行时的进出口水温差得出试品阀段的发热损耗功率；实现试品阀段损耗的精确测量；
3、基准阀段采用了与试品阀段同样的水冷散热管路设计，能够避免水冷回路变化对试品阀段运行模块的损耗测量结果的影响。实现试品阀段损耗的精确测量；
4、输出可调的直流补能电源能够对加热器的发热功率进行调节。
附图说明
图1为本实用新型的整体结构示意图；
图2为本实用新型的多个(2个)试品阀段的并联电气连接图；
图3为本实用新型的试品阀段由多个(6个)的功率单元依次串联的电气连接图；
图4为试品阀段的功率单元的层叠散热结构图；
图5为基准阀段组件的层叠散热结构图；
图6为本实用新型的多个试品阀段的多个功率单元的水冷管路图；
图7为由基准阀段得出的进出口水温差和损耗(发热)功率的关系图。
其中：1-试品阀段2-基准阀段3-水冷装置4-补能电源5-水冷散热片(c1-c4)6-igbt(g1-g4)7-压装弹簧(s1-s2)8-上固定夹具9-下固定夹具10-支撑螺栓11-电阻加热器(r1-r4)。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型提供的具体实施方式进行详细说明。
如图1所示，一种直流输电中模块化多电平换流阀的损耗测试装置，包括试品阀段(1)、基准阀段(2)、水冷装置(3)和补能电源(4)。
如图2所示，所述的试品阀段(1)包括多个，以电气并联方式连接，图2为2个试品阀段(1)，并联后形成功率循环结构。
如图2-3所示，所述的试品阀段(1)为级联型模块化多电平结构的直流输电换流阀，由多个的半桥或全桥功率单元依次串联组成，本实施例为6个功率单元依次串联。图3中，每个全桥结构的功率单元由igbtg1-g4构成。
如图4所示，每个所述的功率单元内的多个igbt功率器件(6)由弹簧(7)压装成上下层叠结构，本实施例中的igbt功率器件(6)为4个，并且，层叠结构的底端和顶端以及每两个igbt功率器件之间均设有水冷散热片(5)，整个结构用支撑螺栓(10)固定在上固定夹具(8)和下固定夹具(9)之间。
所述的基准阀段(2)包括多个基准阀段组件，测试时使用的数量与试品阀段中的功率单元数量相同。如图5所示，每个基准阀段组件均包括多个电阻加热器(11)，电阻加热器(11)的数量与试品阀段中的功率单元的igbt功率器件数量保持一致，本实施例中，与功率单元的igbt功率器件(6)数量相同，为4个，多个电阻加热器(11)由弹簧(7)压装成上下层叠结构，并且，层叠结构的底端和顶端以及每两个电阻加热器(11)之间均设有水冷散热片(5)。多个电阻加热器(11)的电气连接方式可以串联或并联连接均可，整体输出功率由补能电源(14)的输出电压及电流(即输出功率)控制。
水冷装置(3)为工业用水冷机组，如图1、4、5和6所示，通过水冷管路与试品阀段(1)和基准阀段(2)的水冷散热片(5)的进水口和出水口相连，并且，水冷装置(3)与试品阀段(1)和基准阀段(2)的水冷管路的连接结构保持相同，图6中，两个试品阀段共12个功率单元的进水和出水管路并联，每个功率单元中的4个igbt(6)的水冷散热片(5)水管路串联，每个基准阀段组件的电阻加热器(11)的水冷散热片(5)水管路串联。
如图1所示，所述的水冷管路上还设有进水流量传感器l1、进水温度传感器t1、出水流量传感器l2和出水温度传感器t2，进水流量传感器l1、进水温度传感器t1、出水流量传感器l2和出水温度传感器t2均与工控机的io端口相连。所述的水冷装置与基准阀段和试品阀段的水冷散热片的进水口管路上还设置有阀门v11、v21，出水管路上设有阀门v21、v22。
如图1所示，补能电源为输出可调的直流电源装置，输入端连接交流电网，输出端为试品阀段的igbt功率器件和基准阀段组件的电阻加热器提供直流电源。所述的输出可调的直流电源装置可以为可控整流的ac/dc电源装置。
本实用新型的工作原理为：在保持冷却水流量恒定前提下，通过改变补能电源的直流输出电压，改变加热器的发热功率，得到多个损耗功率下装置中水冷进口水温和出口水温差值，其中，工控机通过监控进水流量传感器l1和出水流量传感器l2来保持冷却水流量恒定，通过进水温度传感器t1和出水温度传感器t2来检测进口水温和出口水温差值。以此温差值数据能够得出进出口水温差和损耗功率的关系，如图7所示，为本实施例提供的由基准阀段得出的进出口水温差和损耗(发热)功率的关系图。再依据图7的关系图从试品阀段的测试运行时的进出口水温差得出试品阀段的发热损耗功率；实现试品阀段损耗的精确测量。图6的实施例中，最后以试品阀段接入时测量的水冷进出口温差为10℃，对应曲线上试品阀段损耗为73kw。
以上实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施,给出了详细的实施方式和具体的操作过程,但本实用新型的保护范围不限于上述的实施例。上述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。
1.一种直流输电中模块化多电平换流阀的损耗测试装置，其特征在于，包括试品阀段、基准阀段和水冷装置；
所述的试品阀段包括多个，以电气并联方式连接，所述的试品阀段为级联型模块化多电平结构的直流输电换流阀，由多个的半桥或全桥功率单元依次串联组成；每个所述的功率单元内的多个igbt功率器件由弹簧压装成上下层叠结构，并且，层叠结构的底端和顶端以及每两个igbt功率器件之间均设有水冷散热片；
所述的基准阀段包括多个基准阀段组件，测试时使用的数量与试品阀段中的功率单元数量相同，每个基准阀段组件均包括多个电阻加热器，电阻加热器的数量与试品阀段中的功率单元的igbt功率器件数量保持一致，多个电阻加热器由弹簧压装成上下层叠结构，并且，层叠结构的底端和顶端以及每两个电阻加热器之间均设有水冷散热片；
水冷装置通过水冷管路与试品阀段和基准阀段的水冷散热片的进水口和出水口相连，并且，水冷装置与试品阀段和基准阀段的水冷管路的连接结构保持相同。
2.根据权利要求1所述的一种直流输电中模块化多电平换流阀的损耗测试装置，其特征在于，所述的水冷管路上还设有进水流量传感器、进水温度传感器、出水流量传感器和出水温度传感器，进水流量传感器、进水温度传感器、出水流量传感器和出水温度传感器均与工控机的io端口相连。
3.根据权利要求1所述的一种直流输电中模块化多电平换流阀的损耗测试装置，其特征在于，还包括补能电源，补能电源为输出可调的直流电源装置，输入端连接交流电网，输出端为试品阀段的igbt功率器件和基准阀段组件的电阻加热器提供直流电源。
4.根据权利要求3所述的一种直流输电中模块化多电平换流阀的损耗测试装置，其特征在于，所述的输出可调的直流电源装置为可控整流的ac/dc电源装置。
技术总结