技术条件书-标的8：《多端柔性直流配电网核心装备、智能调度与培训系统关键技术研究-课题2：支持IGCTIGBT全半桥及交叉电路拓扑的功率模块智能化便携式测试仪的应用研究》科技项目（设备试制）.doc

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1、标的8: 多端柔性直流配电网核心装备、智能调度与培训系统关键技术研究-课题2：支持IGCT/IGBT全半桥及交叉电路拓扑的功率模块智能化便携式测试仪的应用研究科技项目（设备试制）采购技术条件书批准： 审核： 编制： 珠海供电局2022年1月20日目录1. 总则22. 项目概况22.1 项目背景22.2 研究必要性32.3 研究内容42.4 采购内容43. 技术服务目标44. 设计方案44.1 功率模块测试仪设计方案45. 装置（工具）技术指标85.1 环境条件85.2 模块测试仪功能85.3 性能指标95.4 通讯要求96. 交付物与验收106.1 成果形式及数量要求106.2 验收标准106

2、.3 其他要求10附表1 ：技术差异表111. 总则1.1. 本卷为标的8:多端柔性直流配电网核心装备、智能调度与培训系统关键技术研究-课题2：支持IGCT/IGBT全半桥及交叉电路拓扑的功率模块智能化便携式测试仪的应用研究科技项目（设备试制）非招标采购技术条件书。1.2. 本卷所描述的各种功能、性能需求仅供投标方编制投标文件之用。投标方可以提出不同的建议方案，但是建议方案必须满足但不限于本标书所阐述的全部技术功能要求。1.3. 投标方在投标文件中，对本标书应逐项予以说明和答复，同时根据具体情况提出相关的建议，并附详细资料和说明。1.4. 本标书仅描述基本的技术需求，并未对一切技术细节做出规定

3、，也未充分引述有关标准和技术条文，投标方应根据需求目标提供进一步具体的可满足要求的功能和性能指标。1.5. 投标技术文件要求文字精练、数据准确、表述及图示清晰明确，具有针对性。1.6. 招标方将提供必要的配合工作，协助中标方完成该项目的设备试制工作。1.7. 本项目中标方应参与多端柔性直流配电网核心装备、智能调度与培训系统关键技术研究-课题2：支持IGCT/IGBT全半桥及交叉电路拓扑的功率模块智能化便携式测试仪的应用研究科技项目设备试制的全过程，包括配合项目的最终验收。1.8. 投标人必须仔细阅读招标文件的全部条款，并作出明确响应。投标文件中带“”号的条款及要求，投标方必须满足，若有一项不满

4、足将可能导致废标。2. 项目概况本项目为多端柔性直流配电网核心装备、智能调度与培训系统关键技术研究-课题2：支持IGCT/IGBT全半桥及交叉电路拓扑的功率模块智能化便携式测试仪的应用研究科技项目（项目编码：030400KK52190123(GDKJXM20198268)设备试制采购项目。2.1 项目背景目前，国内外已经有数个直流配电网示范工程在运行，如亚琛大学的5kV 直流系统工程、贵州中压五端柔性直流配电示范工程、杭州江东新城智能柔性直流配电网工程、唐家湾柔性直流配电网工程等，但针对这些工程中的关键设备，如换流器、直流变压器、直流断路器和控制保护系统装置，都缺乏相应的检测设备和整体的面向这

5、些关键设备的现场检测运维体系。特别是保障整个直流配电网工程安全运行的控制保护系统，同样缺少必要的检测设备与运维技术。在直流配电系统中，可通过DC/AC换流站与交流配网连接，实现有功与无功交互功率在四象限的瞬时控制，随着电力电子技术的快速发展，MMC-HVDC具有可扩展的模块化结构、普适的工程应用等特点，是当前中高压系统应用的主流，也是工程界研究的热点。MMC换流器目前虽然技术成熟，但功率模块数量达到几百个，模块内一次二次高度集成，故障类型多，故障点较难定位，如何提高自动化测试水平和快速进行运维检测却未有统一的规范或者方法，仍是我们亟需突破的地方。2.2 研究必要性本项目研究领域目前存在以下几个

6、问题：（1）我国拥有自主知识产权的IGCT器件开始逐步的工程应用，但是IGCT器件的现场运维检测仍是行业空白，无法做到预防性检测；（2）配网柔性直流输电换流阀中功率模块主要有IGBT半桥拓扑、IGBT全桥拓扑和IGCT交叉箝位电路，目前无IGCT交叉箝位电路的测试方法，需要研究不同电路的电子开关测试和故障识别；（3）配网柔性直流输电换流阀随着接入电网电压等级的提高，功率模块数量可能高达数百个，功率子模块拓扑类型多，测试设备多，运维人员使用不熟练等问题，缺乏集成化、一体式的智能测试设备；（4）配网柔性直流输电换流阀功率模块常规运行直流电压范围在750V900V之间，通常的测试方式是将市电220V

7、引入而变换为直流330V左右对功率模块进行测试，这种方式无法真正有效验证光功率模块内元器件的电压应力情况，有运行隐患。因此，需要研制一款支持IGBT全半桥和IGCT交叉箝位电路等典型电路拓扑的功率模块测试仪，具有便携式、一体化和智能型的特点，可以根据测试对象完成自动化测试，减少人工干预，提高检测效率和准确性。2.3 研究内容（1） 研究功率模块的典型电路拓扑特征及控制方法，提出适用多应用场景的关键控制策略，开发通用型的自动测试执行程序模块；（2） 研究适用于IGCT/IGBT全半桥及交叉电路拓扑的一次测试电路及二次供电系统，并搭建功率模块测试仪控制模拟系统，完成实时仿真验证。开展IGCT器件及

8、交叉箝位电路的一次测试电路、二次触发电路及其供电回路的设计，重点考虑现场实施的通用性和便捷性的电路拓扑设计方法；（3） 完成功率模块测试仪电气、结构和软件控制设计，并研制功能样机，重点关注一体化和兼容性设计。试验验证多应用场景的典型电路拓扑测试功能，在珠海唐家湾交直流混合柔直配网工程验证及示范，完成测试仪的优化，并提高工程适用性。2.4 采购内容依据招标方提供的技术条件书，试制：1套支持IGCT/IGBT全半桥及交叉电路拓扑的功率模块智能化便携式测试仪（工程样机）。3. 技术服务目标完成智能化功率模块测试仪电气、结构和软件控制设计，并研制功能样机。4. 设计方案4.1 功率模块测试仪设计方案本

9、项目要求的便携式自动模块测试仪，可以实现对柔性直流输电子模块主要元器件的检测，要求具有测试效率高、携带方便、测量精度高等优点。全桥、半桥、箝位式子模块拓扑类型都可以使用该测试仪测试。依据图4-1所示的柔直子模块原理图及图4-2交叉箝位功率模块拓扑结构图，子模块主要元器件包含上下管IGBT（VF1、VF2）、直流支撑电容（C1）、均压电阻（R）、旁路晶闸管（T）、旁路开关（K），IGCT。图4-1 半桥子模块拓扑结构图4-2 交叉箝位功率模块拓扑结构图为保证对子模块硬件故障的全面检测，便携式功率模块测试仪需具备以下功能测试：1）可配置模块类型；2）直流支撑电容容值测量；3）均压电阻阻值测量；4)

10、 旁路开关闭合时间测量；5) 旁路晶闸管导通/关闭功能测试；6）半桥/全桥 IGBT导通/关闭功能测试；7) IGCT开通、关断控制。根据便携式模块测试仪的功能，模块测试仪需包含电源模块、控制模块、数据采集模块、数据处理模块、数据通讯模块以及人机交互模块。电源模块：该模块设计两路输出端口，具备交流220V输入，DC35 V及DC900 V输出，由数据处理单元控制不同电压等级的能量输出，主要用于对子模块电容电压进行充电。人机交互模块：测试仪的人机交互接口模块可实现与触摸屏和监控后台的两种通信连接，通过与控制模块数据处理单元之间的数据通信，实现功能测试指令的下发、测试结果的显示及测试报告的输出，其

11、中触摸屏位于测试仪前端，采用RS485串行，异步，半双工通信方式，使用标准MODBUSRTU规约;与监控后台的通信采用以太网接口连接，通信速率达到10 Mbit/s，对子模块的功能测试结果将同步显示在触摸屏和监控后台。数据通信单元负责完成测试仪与子模块之间的数据交互，包含控制指令(IGBT导通关断、旁路开关闭合、晶闸管触发)和运行状态(解锁、闭锁)的下发以及子模块运行状态的上传;数据采集单元负责完成电压采集，采集接口设计两路，分别实现对子模块电容电压和子模块端口电压的采集，作为判据配合完成对子模块的各项测试。数据处理单元是控制模块的核心单元，负责完成对从其他模块获取的各类数据的处理和对电源模块

12、及柔直子模块的控制，进而完成对子模块各项功能测试。4.1.1软件设计方案1）IGBT通断测试以半桥子模块为例，半桥子模块包含2个IGBT，在电容两端施加DC900 V电压，通过测试IGBT导通前的下管电压U,，及IGBT导通后的电容电压U=和下管电压U,，分别对半桥子模块上、下管IGBT通断情况进行判断。由触摸屏/监控后台下发自动测试指令（或者单独测试IGBT上下管指令），由控制模块将IGBT导通指令下发至子模块控制板，根据数据采集（采集模块输出电压波形）模块反馈的数据判断IGBT状态是否与指令一致，综合子模块状态，判断IGBT通断测试是否合格。2）旁路开关闭合时间测试子模块旁路开关闭合延迟时

13、间测试由控制模块依据触摸屏/监控后台下发的旁路开关闭合时间测量指令，人为造成子模块故障(如欠压)，引发旁路开关动作，由测试仪控制模块依据采样点电压及子模块上传的状态字完成时间测试。通过DC900和电阻YR对半桥子模块进行充电;待充电完成后，通过触摸屏下发旁路测试指令;控制模块将解锁模式下发至被测模块控制板，打开泄放回路，制造子模块欠压故障触发旁路动作;控制模块接收到子模块上传状态中故障位有效且下管电压大于一定值时，延时计数器开始计数;控制模块接收到子模块总故障和下管端电压低于一定数值值，则停止计数，此时计数器计数为旁路开关主触点闭合时间。3）电容测试针对柔直半桥子模块阻值、容值的测量，通过采用

14、并联的阻容回路进行实现，具体原理如图4-3所示。测试仪控制模块闭合KM2,，断开KM3, DC900通过电阻YR对子模块电容进行充电;通过选取电容充电过程中N个点(时间、电压)，分别计算出5个点电容值，取其平均值作为最终电容值;待充电完成后，测试仪中控模块通过断开KM2,闭合KM3，电容C通过XR进行放电;选取电容放电过程中6个点(时间、电压)，依据充电过程中计算出的平均电容值计算出3个点的电阻值，取其平均值作为最终电阻值;当放电过程计算采样点选取完毕，将电容储存能量进行泄放。图4-3 电容测试原理图4.1.2硬件设计方案依据子模块测试仪应用要求，测试仪硬件方案要求如下。1) 便携式子模块测试

15、仪采用AC220 V电源供电，当测试仪上电后电源指示灯点亮。2) 可利用内部电源模块输出DC900 V与DC35V电压，通过测试仪内的限流电阻，直接给子模块电容进行充电，用以测试子模块高压电源是否能够正常启动。3) 便携式子模块测试仪通过输入的AC220 V电源模块输出DC900 V电压，通过高压继电器以及充电电阻和放电电阻，对子模块电容值和电阻值进行测试。4) IGBT通断功能测试时，自动测试模块通过给被测子模块DC900V电源供电，进而实现对被测子模块的板控制电供电，然后进行IGBT通断控制测试。5) 在子模块供能测试期间，运行指示灯点亮。功能测试结束后，运行指示灯熄灭。柔直子模块便携式测

16、试仪的核心模块一控制模块硬件架构。采用交流220V供电，由于测试仪要求数据处理具有快速、准确、可靠等优点，控制架构采用FPGA + ARM的方式来实现，利用FPGA并行处理的优势完成模拟量采集、DA输出、依据ARM控制指令完成开出控制以及与被测子模块控制板上下行通信。采用高性能ARM完成与触摸屏/监控后台间的数据通信，依据人机交互接口下发的功能测试指令，完成子模块各项功能测试并将测试结果同步返回至触摸屏及监控后台。5. 装置（工具）技术指标5.1 环境条件5.1.1正常使用的环境条件（1）环境温度：1045； （2）相对湿度：10%90%，无凝露； （3）海拔高度：海拔高度不超过2000 m。

17、5.1.2正常使用的电气条件（1）谐波电压应不超过GB/T 14549中规定的限值；（2）单相220V交流电压输入；（3）频率偏差应不超过GB/T 14549规定的限值；5.2 模块测试仪功能（1）功率模块测试仪可配置子模块拓扑类型，包括半桥、全桥和IGCT的交叉钳位电路；（2）功率模块测试仪可配置通讯协议，可获取子模块的通讯报文和状态数据；（3）功率模块测试仪可进行IGBT导通测试，提供IGBT导通脉冲，判断IGBT及其驱动电路是否正常；（4）功率模块测试仪可进行整流升压测试，测试仪送一次电，功率模块实现直流侧预充，测试仪和功率模块实现电气连接，测试模块直流电压；（5）功率模块测试仪可进行空

18、载试验，按照固定的频率导通IGBT，并结合电压值判断IGBT及其驱动电路是否正常； （7）功率模块测试仪可进行旁路开关闭合测试；（8） 功率模块测试仪可进行均压电阻测试，记录测试步骤前后的模块直流电压值及电压值变化范围；（9）功率模块测试仪可进行温度测试，整个测试过程中显示IGBT器件温度；（10）功率模块测试仪可计算各电气节点之间的电压数据；（11）功率模块测试仪可保存测试数据。5.3 性能指标（1）功率模块测试仪检测范围包括全桥拓扑功率子模块、半桥拓扑功率子模块、交叉箝位拓扑功率子模块；（2）输入交流电压220V AC，输出直流电压最高达到900V DC； （3）支持测试的功率模块直流支撑

19、电容器最大容值为10000uF； （4）支持测试旁路机械开关，检测准确率96%（允许误差范围10%） ；（5）脉冲触发瞬态响应时间在100 us以内；（6）检测时间周期在2 min以内；（6）输出光脉冲衰减度不大于0.3 dB/m；（7）驱动电源输出电压误差范围1%； （8）输出直流电压误差范围1%；（9）电压采样精度范围1%；（10）温度检测精度范围5%。5.4 通讯要求（1）功率模块测试仪具备8b10b编解码的串行光纤通信接口，通过数据加扰防止EMI噪声的产生，保证直流平衡。（2）功率模块测试仪具备uart串口光纤通信接口，用以适应与不同功率模块中控板的通讯。（3）功率模块测试仪与功率模块

20、中控板的通信具备可配置通信协议，支持固定数据长度的自定义通信协议，向功率模块下发控制数据以及获取功率模块的通讯报文和状态数据。（4）功率模块测试仪与功率模块中控板的通信可配置通讯速率，支持以3M或者48M的数据传输速率与不同功率模块通讯。6. 交付物与验收6.1 成果形式及数量要求1套智能化便携式功率模块测试仪（工程样机）。智能化便携式功率模块测试仪可应用于IGCT功率子模块、IGBT全桥功率子模块和IGBT半桥功率子模块现场测试，提高检测效率。6.2 验收标准所有功能和技术指标满足本技术条件书的要求。6.3 其他要求项目形成的论文、专利等知识产权划分方法如下：本合同项下所形成的相关成果（例如：专利、软件著作权等知识产权的申请权利）归甲方独有。供应商应按“货物”品类，对本项目采购标的物开具“增值税专用发票”。附表1 ：技术差异表投标者应将所提供设备的所有技术性能差异如实填写在下面空栏里。序号项目标书所要求的技术性能和技术参数投标者所提供设备的技术性能和技术参数备注其它资料11