一种M3C矩阵式交流变换器绝缘测试方法及装置

技术领域

本申请涉及柔性低频输电技术领域，尤其涉及一种M3C矩阵式交流变换器绝缘测试方法及装置。

背景技术

柔性低频输电是一种以电力电子技术为基础的高效交流输电技术，将传统电网中约50赫兹的工频频率的输送频率降低到约20赫兹的低频频率，以此来提升输电线路的输送容量、输送距离及输送效率，此技术的核心是模块化多电平矩阵变换器(modularmultilevel matrix converter，M3C)，它是一种新型级联H桥型交-交变换器，与模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converters，MMC)同属模块化多电平门类，具有易于模块化、谐波含量低、可以任意功率因数功率双向流动、无需变压器及大容量滤波装置等显著优点，具有更好的低频特性，因此，近年来逐渐被用于交流电网频率可控转换互联、海上风电低频送出等场景。

随着M3C矩阵式交流变换器的使用量越来越多，为了保障设备运行的可靠性，需要对投入使用的M3C矩阵式交流变换器进行绝缘测试，以了解该设备的过电压特征，但是对于这类新型设备，目前采用的测试方式多为沿用传统的交流变换器测试方法进行，存在测试准确性低的技术问题。

发明内容

本申请提供了一种M3C矩阵式交流变换器绝缘测试方法及装置，用于解决现有的M3C矩阵式交流变换器进行绝缘测试准确性低的技术问题。

为解决上述技术问题，本申请第一方面提供了一种M3C矩阵式交流变换器绝缘测试方法，所述M3C矩阵式交流变换器包括：9个桥臂，每个桥臂上均由1个桥臂电感L以及若干个全桥子模块串联而成，每个桥臂一侧接工频交流电源，另一侧接低频交流电源，所述方法包括：

获取所述M3C矩阵式交流变换器的拓扑参数以及电源频率参数；

根据所述拓扑参数以及所述电源频率参数，结合预设的M3C绝缘试验项目信息，通过所述M3C绝缘试验项目信息对应的试验电压计算公式，计算所述M3C绝缘试验项目信息对应的目标电压值；

根据所述M3C绝缘试验项目信息和所述目标电压值，对所述M3C矩阵式交流变换器施加试验电压，以获得M3C绝缘试验项目的试验数据。

优选地，所述M3C绝缘试验项目信息包括：短时试验项目和长时试验项目，所述目标电压值包括：基于所述短时试验项目对应试验电压计算公式计算得到的第一目标电压值和基于所述长时试验项目对应试验电压计算公式计算得到的第二目标电压值。

优选地，所述短时试验项目对应试验电压计算公式为：

U

式中，U

优选地，所述长时试验项目对应目标电压值计算公式为：

U

式中，U

优选地，所述根据所述M3C绝缘试验项目信息和所述目标电压值，对所述M3C矩阵式交流变换器施加试验电压，以获得M3C绝缘试验项目的试验数据具体包括：

根据所述短时试验项目和所述第一目标电压值，根据所述第一目标电压值确定为初始电压值，其中所述初始电压值为所述第一目标电压值的一半；

根据所述初始电压值，向所述M3C矩阵式交流变换器的两端施加试验电压，并在所述短时试验项目限定的第一试验时长内，将所述试验电压的电压值提升至所述第一目标电压值，并持续所述第一试验时长；

根据所述长时试验项目和所述第二目标电压值，将所述试验电压的电压值调整至所述第二目标电压值，并持续所述长时试验项目限定的第二试验时长后，将所述试验电压降为0；

输出所述短时试验项目和所述长时试验项目得到的试验数据。

本申请第二方面提供了一种M3C矩阵式交流变换器绝缘测试装置，所述M3C矩阵式交流变换器包括：9个桥臂，每个桥臂上均由1个桥臂电感L以及若干个全桥子模块串联而成，每个桥臂一侧接工频交流电源，另一侧接低频交流电源，所述装置包括：

参数获取单元，用于获取所述M3C矩阵式交流变换器的拓扑参数以及电源频率参数；

试验电压计算单元，用于根据所述拓扑参数以及所述电源频率参数，结合预设的M3C绝缘试验项目信息，通过所述M3C绝缘试验项目信息对应的试验电压计算公式，计算所述M3C绝缘试验项目信息对应的目标电压值；

绝缘试验执行单元，用于根据所述M3C绝缘试验项目信息和所述目标电压值，对所述M3C矩阵式交流变换器施加试验电压，以获得M3C绝缘试验项目的试验数据。

优选地，所述M3C绝缘试验项目信息包括：短时试验项目和长时试验项目，所述目标电压值包括：基于所述短时试验项目对应试验电压计算公式计算得到的第一目标电压值和基于所述长时试验项目对应试验电压计算公式计算得到的第二目标电压值。

优选地，所述短时试验项目对应试验电压计算公式为：

U

式中，U

优选地，所述长时试验项目对应目标电压值计算公式为：

U

式中，U

优选地，所述绝缘试验执行单元具体用于：

根据所述短时试验项目和所述第一目标电压值，根据所述第一目标电压值确定为初始电压值，其中所述初始电压值为所述第一目标电压值的一半；

根据所述初始电压值，向所述M3C矩阵式交流变换器的两端施加试验电压，并在所述短时试验项目限定的第一试验时长内，将所述试验电压的电压值提升至所述第一目标电压值，并持续所述第一试验时长；

根据所述长时试验项目和所述第二目标电压值，将所述试验电压的电压值调整至所述第二目标电压值，并持续所述长时试验项目限定的第二试验时长后，将所述试验电压降为0；

输出所述短时试验项目和所述长时试验项目得到的试验数据。

从以上技术方案可以看出，本申请具有以下优点：

本申请提供的方案通过M3C矩阵式交流变换器的拓扑参数以及电源频率参数，然后结合预设的M3C绝缘试验项目信息，通过M3C绝缘试验项目信息对应的试验电压计算公式，从而计算出更符合M3C矩阵式交流变换器的试验电压的电压值，根据M3C绝缘试验项目信息和目标电压值，对M3C矩阵式交流变换器施加试验电压，从而让获得更准确的M3C绝缘试验数据，解决了现有的M3C矩阵式交流变换器进行绝缘测试准确性低的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本申请提供的一种M3C矩阵式交流变换器绝缘测试方法的实施例的流程示意图。

图2为M3C矩阵式交流变换器的交-交端间绝缘试验原理简图。

图3为M3C矩阵式交流变换器的主电路拓扑图。

图4为本申请提供的一种M3C矩阵式交流变换器绝缘测试方法的施加试验电压的绝缘试验的流程示意图。

图5为本申请提供的一种M3C矩阵式交流变换器绝缘测试装置的实施例的结构示意图。

具体实施方式

随着M3C矩阵式交流变换器的使用量越来越多，为了保障设备运行的可靠性，需要对投入使用的M3C矩阵式交流变换器进行绝缘测试，以了解该设备的过电压特征，但是对于这类新型设备，目前采用的测试方式多为沿用传统的MMC交流变换器测试方法进行，即MMC的交-直流端间绝缘试验方法，即一端加交流、一端加直流，但申请人通过研究发现，由于结构差异，MMC试验方法计算的试验电压并不符合M3C矩阵式交流变换器的工况，使得试验无法准确反映M3C矩阵式交流变换器的过电压特性，从而造成了测试准确性低的技术问题。

基于上述的研究发现，本申请实施例提供了一种M3C矩阵式交流变换器绝缘测试方法及装置，用于解决现有的M3C矩阵式交流变换器进行绝缘测试准确性低的技术问题。

为使得本申请的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而非全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

首先为本申请提供的一种的一个实施例的详细说明，具体如下：

请参阅图1，本申请第一方面提供了一种M3C矩阵式交流变换器绝缘测试方法，M3C矩阵式交流变换器包括：9个桥臂，每个桥臂上均由1个桥臂电感L以及若干个全桥子模块串联而成，每个桥臂一侧接工频交流电源，另一侧接低频交流电源，该方法包括：

步骤101、获取M3C矩阵式交流变换器的拓扑参数以及电源频率参数；

步骤102、根据拓扑参数以及电源频率参数，结合预设的M3C绝缘试验项目信息，通过M3C绝缘试验项目信息对应的试验电压计算公式，计算M3C绝缘试验项目信息对应的目标电压值；

步骤103、根据M3C绝缘试验项目信息和目标电压值，对M3C矩阵式交流变换器施加试验电压，以获得M3C绝缘试验项目的试验数据。

需要说明的是，本申请提供的M3C矩阵式交流变换器绝缘测试方法，用于针对M3C矩阵式交流变换器进行相应绝缘测试，如图2和图3所示，目前的M3C矩阵式交流变换器的拓扑结构共有9个桥臂，每个桥臂上均由1个桥臂电感L以及若干个全桥子模块串联而成。开展交-交端间试验时，至少应以M3C变换器的1个完整桥臂作为试验对象。每个桥臂一侧接50Hz工频交流电源，另一侧接20Hz低频交流电源。

根据本申请提供的方法，首先根据需要测试的M3C矩阵式交流变换器，获取其拓扑参数以及电源频率参数，然后结合预设的M3C绝缘试验项目信息，通过M3C绝缘试验项目信息对应的，计算M3C绝缘试验项目信息对应的目标电压值。

更具体地，步骤102中提及的M3C绝缘试验项目信息包括：短时试验项目和长时试验项目，其中，短时试验项目为秒级的短期试验，试验时长一般在10s左右，而长时试验项目为小时级的长期试验，试验时长一般在3h左右。

针对这两项试验项目，本实施例对两个试验项目各自配置了一个试验电压计算公式，而目标电压值对应包括了：基于短时试验项目对应试验电压计算公式计算得到的第一目标电压值和基于长时试验项目对应试验电压计算公式计算得到的第二目标电压值。

其中，本实施例中的短时试验项目对应试验电压计算公式为：

U

式中，U

U

U

k

k

f

k

需要说明的是，本实施例提及的50Hz工频频率和20Hz低频频率，该频率取值是根据当前国内实行的电网频率标准设定的示例性数值，在实际实施本方案时，这些频率数值可以根据不同的地域和/或不同时期的标准设定，在此不对频率取值做具体限定。

本实施例提及的长时试验项目对应目标电压值计算公式为：

U

式中，U

U

U

U

U

k

k

f

需要说明的是，本实施例提及的k

进一步地，如图4所示，本实施例步骤103的根据M3C绝缘试验项目信息和目标电压值，对M3C矩阵式交流变换器施加试验电压，以获得M3C绝缘试验项目的试验数据，其步骤过程具体可包括：

步骤1031、根据短时试验项目和第一目标电压值，根据第一目标电压值确定为初始电压值。

其中，初始电压值可默认为第一目标电压值的一半。

步骤1032、根据初始电压值，向M3C矩阵式交流变换器的两端施加试验电压，并在短时试验项目限定的第一试验时长内，将试验电压的电压值提升至第一目标电压值，并持续第一试验时长；

步骤1033、根据长时试验项目和第二目标电压值，将试验电压的电压值调整至第二目标电压值，并持续长时试验项目限定的第二试验时长后，将试验电压降为0；

步骤1034、输出短时试验项目和长时试验项目得到的试验数据。

需要说明的是，试验流程包括：先设定初始电压，初始电压应不高于最高试验电压，即第一目标电压值的50％，电压在10s左右升至设定的10s试验电压，持续10s，然后降至3h试验电压，持续3h后电压降为零。

在试品换流器的两端施加试验电压，一端加50Hz，一端加20Hz，电压值按照计算得到的目标电压值进行取值，初始电压应不高于最高试验电压(电压由式1计算得出)的50％，然后升至10s试验电压U

对于交流局放测量，3h试验的最后1min的局放量不超过200pC。

通过上述的测试方法，验证M3C变换器的过电压特性(50Hz交流、20Hz交流过电压)，使产品性能在制造商厂内得到充分论证，保障工程设备运行安全。

以上为本申请提供的一种M3C矩阵式交流变换器绝缘测试方法的具体实施例的详细说明，下面为本申请提供的一种M3C矩阵式交流变换器绝缘测试装置实施例的详细说明，具体如下：

请参阅图5，本实施例提供了一种M3C矩阵式交流变换器绝缘测试装置，此装置与上述的方法是一一对应的，装置包括：

参数获取单元201，用于获取M3C矩阵式交流变换器的拓扑参数以及电源频率参数；

试验电压计算单元202，用于根据拓扑参数以及电源频率参数，结合预设的M3C绝缘试验项目信息，通过M3C绝缘试验项目信息对应的试验电压计算公式，计算M3C绝缘试验项目信息对应的目标电压值；

绝缘试验执行单元203，用于根据M3C绝缘试验项目信息和目标电压值，对M3C矩阵式交流变换器施加试验电压，以获得M3C绝缘试验项目的试验数据。

优选地，M3C绝缘试验项目信息包括：短时试验项目和长时试验项目，目标电压值包括：基于短时试验项目对应试验电压计算公式计算得到的第一目标电压值和基于长时试验项目对应试验电压计算公式计算得到的第二目标电压值。

进一步地，短时试验项目对应试验电压计算公式为：

U

式中，U

进一步地，长时试验项目对应目标电压值计算公式为：

U

式中，U

进一步地，绝缘试验执行单元203具体用于：

根据短时试验项目和第一目标电压值，根据第一目标电压值确定为初始电压值，其中初始电压值为第一目标电压值的一半；

根据初始电压值，向M3C矩阵式交流变换器的两端施加试验电压，并在短时试验项目限定的第一试验时长内，将试验电压的电压值提升至第一目标电压值，并持续第一试验时长；

根据长时试验项目和第二目标电压值，将试验电压的电压值调整至第二目标电压值，并持续长时试验项目限定的第二试验时长后，将试验电压降为0；

输出短时试验项目和长时试验项目得到的试验数据。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

本申请的说明书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例，例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

应当理解，在本申请中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：只存在A，只存在B以及同时存在A和B三种情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。