專利名稱：一種通用變流器產(chǎn)品的試驗系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力電子變流器試驗領(lǐng)域，尤其涉及一種通用變流器產(chǎn)品的試驗系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
隨著電力電子的不斷發(fā)展，基于絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)等全控電力電子器件的變流器技術(shù)應(yīng)用范圍不斷擴大，其主要應(yīng)用在電機驅(qū)動、無功補償、有源電力濾波、新能源并 網(wǎng)及海上風(fēng)電柔性直流輸電領(lǐng)域，在上述各種應(yīng)用中，雖然控制算法幾乎完全不同， 但電路結(jié)構(gòu)相差不大，大部分應(yīng)用中都是基于三相橋式結(jié)構(gòu)，包含檢測、保護、驅(qū)動等部分。經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，Poh Chiang Loh等人在IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONIC期刊上發(fā)表的《Implementation and Control of Distributed PWM Cascaded Multilevel Inverters With Minimal Harmonic Distortion and Common-Mode Voltage》 (《具有最小諧波和共模電壓的級聯(lián)多電平脈寬調(diào)制(PWM)傳輸系統(tǒng)的實現(xiàn)和控制》)設(shè)計了一種多電平的脈寬調(diào)制(PWM)變流器，其以一種獨特的微處理器(DSP)為核心，將主電路、檢測電路、觸發(fā)電路和控制方法集成于一體，能夠完成對多電平系統(tǒng)觸發(fā)算法的驗證。 但該變流器產(chǎn)品的試驗系統(tǒng)對于實際產(chǎn)品的開發(fā)及測試存在如下不足I)該試驗系統(tǒng)的設(shè)計方案中只針對單一控制目標和系統(tǒng)設(shè)計，缺乏通用性，不能涵蓋各種變流器類產(chǎn)品的開發(fā)；2)該試驗系統(tǒng)主電路部分采用星形連接，沒有公共直流側(cè)，給有功功率傳輸帶來一定的困難；3)試驗系統(tǒng)只為其觸發(fā)算法驗證設(shè)計，容量較小，使得試驗系統(tǒng)向?qū)嶋H產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化存在一定困難；4)主電路為級聯(lián)多電平結(jié)構(gòu)，適用于高壓大功率系統(tǒng)設(shè)計，對于中小功率系統(tǒng)，該結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜,系統(tǒng)成本過高。該實驗系統(tǒng)的主電路拓撲結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，不適用于中小功率系統(tǒng)使用，缺乏通用性，不能作為多種變流器產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)和和性能測試的通用平臺。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種通用變流器產(chǎn)品的試驗系統(tǒng)及方法，海上風(fēng)電柔性直流輸電變流器、靜止無功發(fā)生器、四象限變頻調(diào)速裝置、有源電力濾波器、新能源并網(wǎng)等系統(tǒng)的算法驗證以及試驗樣機開發(fā)都可在該試驗系統(tǒng)上完成，具有通用性，不僅避免了重復(fù)設(shè)計，縮短了開發(fā)周期，節(jié)省研發(fā)成本，而且操作方便，安全可靠。為達到上述目的，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的一種通用變流器產(chǎn)品的試驗系統(tǒng)，其包括試驗主電路單元、信號傳輸單元及上位機單元，所述試驗主電路單元用于試驗變流器產(chǎn)品的相關(guān)參數(shù)，并將相關(guān)實驗數(shù)據(jù)傳入上位機單元；所述上位機單元通過信號傳輸單元與試驗主電路單元連接，用于控制試驗主電路單元，并處理從信號傳輸單元傳入的變流器產(chǎn)品的相關(guān)數(shù)據(jù)。 特別的，所述試驗主電路單元包括第一電路單元和第二電路單元，所述第一電路單元和第二電路單元用于對變流器產(chǎn)品的相關(guān)參數(shù)進行試驗，并將相關(guān)實驗數(shù)據(jù)傳入上位機單元。特別的，所述第一電路單元包括第一調(diào)壓器單元與電網(wǎng)或負載連接，用于調(diào)節(jié)試驗系統(tǒng)的輸入電壓；第一輸入/輸出控制單元，用于接通或切斷與第一調(diào)壓器單元的連接，并將接通或切斷信息反饋給上位機單元；第一電壓檢測單元，通過第一輸入/輸出控制單元與第一調(diào)壓器單元連接，用于檢測交流電壓；第一隔離變壓器單元，用于作為變流器單元并網(wǎng)連接時的隔離變壓器，所述上位機單元根據(jù)試驗系統(tǒng)運行需要控制第一隔離變壓器單元是否接入試驗系統(tǒng)；第一電抗器單元，用于作為試驗系統(tǒng)輸入電流濾波及變流器單元直流電壓泵升， 所述上位機單元根據(jù)試驗系統(tǒng)運行需要控制第一電抗器單元是否接入試驗系統(tǒng)；第一電流檢測單元，用于檢測變流器單元的電流，所述上位機單元根據(jù)試驗系統(tǒng)的需要控制第一電流檢測單元與第一電抗器單元連接或第一電壓檢測單元連接；第一變流器單元，與第一電流檢測單元連接，用于控制試驗系統(tǒng)運行及處理變流器產(chǎn)品相關(guān)試驗數(shù)據(jù)；直流連接單元，與變流器單元連接，所述上位機單元根據(jù)試驗的變流器產(chǎn)品的需要選擇是否將直流連接單元接入試驗系統(tǒng)。特別的，所述第二電路單元包括第二調(diào)壓器單元、第二輸入/輸出控制單元、第二電壓檢測單元、第二隔離變壓器單元、第二電抗器單元、第二電流檢測單元及第二變流器單元。特別的，所述第二調(diào)壓器單元、第二輸入/輸出控制單元、第二電壓檢測單元、第二隔離變壓器單元、第二電抗器單元、第二電流檢測單元及第二變流器單元的連接方式及順序與第一電路單元中的同種單元相同，所述第二變流器單元連接直流連接單元另一端。特別的，所述第一變流器單元和第二變流器單元均包括主控電路、功率電路、驅(qū)動電路、彳目號調(diào)理電路。特別的，所述主控電路以微處理器(DSP)為核心，與上位機單元、驅(qū)動電路、信號調(diào)理電路及第一變流器單元和第二變流器單元對應(yīng)的第一電流檢測單元和第二電流檢測單元連接，并與上位機單元進行控制信號交換，所述微處理器將運算后生成的觸發(fā)脈沖信號傳遞至驅(qū)動電路控制各開關(guān)器件，驅(qū)動電路將過壓、短路故障信號送回主控電路。所述第一電壓檢測單元、第二電壓檢測單元、第一電流檢測單元及第二電流檢測單元將試驗系統(tǒng)運行中的電流、電壓信息送至主控電路進行運算，控制試驗系統(tǒng)運行。特別的，所述功率電路為兩電平全控橋，其包括交流側(cè)和直流側(cè)，所述交流側(cè)連接第一電抗器單元或第二電抗器單元，所述直流側(cè)連接直流連接單元的一端；所述信號調(diào)理電路與主控電路相連接，用于將第一電壓檢測單元、第二電壓檢測單元、第一電流檢測單元及第二電流檢測單元獲得的試驗系統(tǒng)參數(shù)進行濾波及變換處理。特別的，所述上位機單元用于采集整個試驗系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和監(jiān)控試驗系統(tǒng)的狀態(tài)，其包括可編程控制器(PLC)和觸摸屏，所述可編程控制器與第一變流器單元及第二變流器單元的主控電路連接，所述觸摸屏與可編程控制器連接，用于傳輸試驗系統(tǒng)的運行信息和指令信號。特別的，所述信號傳輸單元為端子排，用于連接不同結(jié)構(gòu)的變流器產(chǎn)品、外部輸入接線以及檢測設(shè)備。本發(fā)明還公開了一種通用變流器產(chǎn)品的試驗方法，所述方法包括如下步驟SI、上位機單元向試驗主電路單元發(fā)送相關(guān)指令控制試驗主電路單元對變流器產(chǎn)品的相關(guān)參數(shù)進行試驗； S2、試驗主電路單元接收上位機單元發(fā)出的相關(guān)控制指令，并基于全控電力電子器件和能量雙向流動對變流器產(chǎn)品相關(guān)參數(shù)進行試驗，并將相關(guān)實驗數(shù)據(jù)通過信號傳輸單元傳入上位機單元；S3、上位機單元接收及處理從信號傳入單元傳入的變流器產(chǎn)品的相關(guān)試驗數(shù)據(jù)， 并顯示變流器產(chǎn)品的試驗結(jié)果。特別的，所述步驟SI具體包括觸摸屏發(fā)出控制指令，控制指令傳入上位機單元的可編程控制器，可編程控制器向第一輸入/輸出控制單元、第二輸入/輸出控制單元、第一隔離變壓器單元和第二隔離變壓器單元的旁路接觸器、第一電抗器單元和第二電抗器單元的旁路接觸器、直流連接單元的直流接觸器發(fā)送控制信號，同時，通過轉(zhuǎn)換接口將控制指令傳入第一變流器單元的主控電路及第二變流器單元的主控電路。特別的，所述步驟S2具體包括第一變流器單元的主控電路及第二變流器單元的主控電路接收上位機單元發(fā)出的控制指令，所述主控電路的微處理器將控制指令發(fā)送給第一電壓檢測單元、第二電壓檢測單元、第一電流檢測單元及第二電流檢測單元，所述第一電壓檢測單元、第二電壓檢測單元、第一電流檢測單元及第二電流檢測單元根據(jù)收到的控制指令對變流器產(chǎn)品的相關(guān)參數(shù)進行試驗。特別的，所述步驟S2還包括所述主控電路的微處理器將運算后生成的觸發(fā)脈沖信號傳遞至驅(qū)動電路控制各開關(guān)器件，所述驅(qū)動電路接收主控電路發(fā)出的觸發(fā)脈沖信號， 并將脈沖信號進行光電隔離和功率放大處理后傳入功率電路，所述驅(qū)動電路將過壓、短路故障信號送回主控電路；所述信號調(diào)理電路將第一電壓檢測單元、第二電壓檢測單元、第一電流檢測單元及第二電流檢測單元獲得的試驗系統(tǒng)參數(shù)進行濾波及變換處理，處理后的數(shù)據(jù)送至主控電路進行運算。特別的，所述步驟S3具體包括所述主控電路的微處理器對變流器產(chǎn)品試驗數(shù)據(jù)進行處理后通過轉(zhuǎn)換接口傳入上位機單元的可編程控制器，所述可編程控制器將對數(shù)據(jù)進行一定處理后傳入上位機單元的觸摸屏，所述觸摸屏完成變流器產(chǎn)品的數(shù)據(jù)采集和狀態(tài)監(jiān)控。本發(fā)明的有益效果為，所述一種通用變流器產(chǎn)品的試驗系統(tǒng)及方法，其試驗主電路單元采用背靠背結(jié)構(gòu)，具有通用性，基于全控電力電子器件和能量雙向流動可作為海上風(fēng)電柔性直流輸電變流器、靜止無功發(fā)生器、四象限變頻調(diào)速裝置、有源電力濾波器、新能源并網(wǎng)等裝置的通用試驗系統(tǒng)，加快了變流器產(chǎn)品的研發(fā)速度，有效節(jié)約成本；所述試驗系統(tǒng)的第一變流器單元及第二變流器單元以微處理器為控制核心，處理器速度快，具備浮點運算功能，能夠滿足各類變流器產(chǎn)品控制算法實現(xiàn)的要求；通過可編程控制器(PLC)和觸摸屏完成變流器產(chǎn)品的功能切換，操作方便，人機界面友好。


下面根據(jù)附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。圖I為本發(fā)明通用變流器產(chǎn)品的試驗系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明通用變流器產(chǎn)品的試驗系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；圖3為本發(fā)明中變流器單元各電路的連接結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4為本發(fā)明中變流器單元的功率電路拓撲結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明中上位機單元的內(nèi)部連接示意圖；圖6為本發(fā)明中端子排的接線點分布圖；圖7為本發(fā)明通用變流器產(chǎn)品的試驗方法的流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。請參照圖I至圖6所示。本實施例中，一種通用變流器產(chǎn)品的試驗系統(tǒng)，包括試驗主電路單兀、信號傳輸單元及上位機單元，所述試驗主電路單元為背靠背結(jié)構(gòu)，其包括第一電路單元和第二電路單元，所述第一電路單元包括第一調(diào)壓器單元Tl、第一輸入/輸出控制單元KM1、第一電壓檢測單元Q1、第一隔離變壓器單元G1、第一電抗器單元Q3、第一電流檢測單元Q5、第一變流器單元Q7及直流連接單元Q9 ;所述第二電路單元包括第二調(diào)壓器單元T2、第二輸入/輸出控制單元KM7、第二電壓檢測單元Q2、第二隔離變壓器單元G2、第二電抗器單元Q4、第二電流檢測單元Q6及第二變流器單元Q8 ;所述信號傳輸單元為端子排。所述的第一調(diào)壓器單元Tl和第二調(diào)壓器單元T2均為三相交流自耦變壓器，與電網(wǎng)或負載連接，額定電壓為0-430V，額定功率500kVA，對試驗系統(tǒng)輸入電壓進行調(diào)節(jié)，可為初期試驗系統(tǒng)控制算法測試提供任意等級電壓，保證安全，避免器件損壞。所述第一輸入/輸出控制單元KMl和第二輸入/輸出控制單元KM7均為三相交流接觸器，主觸點額定電流1000A，輔助觸點將分/合狀態(tài)反饋回上位機單元，合閘后將交流電能最終送入第一變流器單元及第二變流器單元進行電能變換；分閘后切斷試驗系統(tǒng)與電網(wǎng)或負載的連接，其分、合由上位機單元根據(jù)試驗系統(tǒng)需要進行控制。所述第一電壓檢測單元Ql和第二電壓檢測單元Q2均由三只電壓霍爾傳感器構(gòu)成，與對應(yīng)的第一輸入/輸出控制單元KMl的三相交流接觸器及第二輸入/輸出控制單元 KM7的三相交流接觸器連接，分別檢測三相交流電壓，其一次側(cè)額定電壓AC0-500V，二次側(cè)輸出4-20mA電流信號。所述第一隔離變壓器單元Gl和第二隔離變壓器單元G2均包括Y/Y連接三相變壓器和旁路接觸器，作為變流器單元并網(wǎng)連接時的隔離變壓器，一次側(cè)、二次側(cè)額定電壓均為 500V，容量500kVA，旁路接觸器的分合動作由上位機單元根據(jù)試驗系統(tǒng)運行需要進行控制， 合閘時將隔離變壓器從試驗系統(tǒng)中切除，分閘時將變壓器接入試驗系統(tǒng)。 所述第一電抗器單元Q3和第二電抗器單元Q4均包括三相交流電抗器和旁路接觸器，其中，電抗器額定電流為1000A，電感量取0. 2mH，作為系統(tǒng)輸入電流濾波及變流器直流電壓泵升使用；旁路接觸器為三相交流接觸器，額定電流1000A，其分合動作由上位機根據(jù)試驗系統(tǒng)運行需要控制，合閘時將交流電抗器從系統(tǒng)中切除，分閘時將交流電抗器接入試驗系統(tǒng)。所述第一電流檢測單元Q5和第二電流檢測單元Q6均由三只電流霍爾傳感器構(gòu)成，分別檢測變流器交流側(cè)三相電流，其額定電流0-1500A，輸出4-20mA電流信號。
所述直流連接單元Q9包括第一組直流電容、第二組直流電容及直流接觸器KM4， 容量均為3000ii F，額定耐壓1500V，其中第一組直流電容與第一變流器單元連接Q7，第二組直流電容與第二變流器單元Q8直流側(cè)連接，第一組直流電容、第二組直流電容均與直流接觸器KM4并聯(lián)，同時，第一組直流電容、第二組直流電容接線均連接至端子排；根據(jù)試驗系統(tǒng)需要可將第一組直流電容、第二組直流電容互相連接，即將第一變流器單元Q7與第二變流器單元Q8組成背靠背的連接結(jié)構(gòu)。所述第一變流器單元Q7和第二變流器單元Q8均包括主控電路、功率電路、驅(qū)動電路、信號調(diào)理電路及供電電路，其中1)主控電路以DSP28335芯片為核心，與上位機單元、 驅(qū)動電路、信號調(diào)理電路及第一變流器單元Q7和第二變流器單元Q8對應(yīng)的第一電流檢測單元Q5和第二電流檢測單元Q6連接，通過通訊接口與上位機單元進行控制信號交換，控制信號的交換包括第一變流器單元Q7和第二變流器單元Q8的運行狀態(tài)信息傳遞和指令信號的傳遞，將運算后生成的觸發(fā)脈沖信號通過光纖傳遞至驅(qū)動電路，從而控制各開關(guān)器件的動作，同時驅(qū)動電路將過壓、短路故障信號送回主控電路，第一電壓檢測單元Q1、第二電壓檢測單元Q2、第一電流檢測單元Q5及第二電流檢測單元Q6將試驗系統(tǒng)運行中的電流、電壓信息送至主控電路進行運算，控制試驗系統(tǒng)運行。2)功率電路為基于絕緣柵雙極型晶體管 (IGBT)的常規(guī)兩電平全控橋，其包括交流側(cè)和直流側(cè)，交流側(cè)連接對應(yīng)的第一電抗器單元 Q3或第二電抗器單元Q4，直流側(cè)連接至直流連接單元Q9的一端，同時，接收驅(qū)動電路的觸發(fā)脈沖信號，三相橋內(nèi)與IGBT門極相連。3)驅(qū)動電路接收主控電路發(fā)出的觸發(fā)脈沖信號， 經(jīng)光電隔離和功率放大后與IGBT門極相連。4)與主控電路相連接，用于將第一電壓檢測單元Q1、第二電壓檢測單元Q2、第一電流檢測單元Q5及第二電流檢測單元Q6獲得的試驗系統(tǒng)參數(shù)進行濾波及變換處理，主要利用集成運算放大器將檢測信號調(diào)整至0-3V范圍。5) 供電電路為開關(guān)電源結(jié)構(gòu)，輸入為AC 220V市電，輸出三組直流電源分別為±15V、5V、24V， 為主控電路、驅(qū)動電路、信號調(diào)理電路、第一電壓檢測單元Q1、第二電壓檢測單元Q2、第一電流檢測單元Q5及第二電流檢測單元Q6供電。所述上位機單元包括可編程控制器(PLC)和觸摸屏，負責(zé)采集整個試驗系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和監(jiān)控試驗系統(tǒng)的狀態(tài)，其中PLC與第一變流器單元Q7及第二變流器單元Q8的主控電路以RS-232通訊電纜相連，中間串聯(lián)接入RS-485/232的轉(zhuǎn)換接口，達到匹配電平的目的； 第一變流器單元Q7、第二變流器單元Q8與PLC組成串口的通訊網(wǎng)絡(luò)，試驗系統(tǒng)經(jīng)通訊電纜采集第一變流器單元Q7及第二變流器單元Q8的運行信息，所述運行信息包括輸入及輸出的交流電壓、電流，輸入及輸出的直流電壓、電流，運行溫度，以及傳輸指令信號信息；觸摸屏經(jīng)RS-485通訊電纜與PLC連接，傳輸試驗系統(tǒng)的運行信息和指令信號。所述信號傳輸單元為端子排，所述端子排將交流輸入/輸出接線AO-CO和U0-W0、 第一調(diào)壓器單元Tl輸出端接線Al-Cl和第二調(diào)壓器單元T2輸出端接線Ul-Wl、直流連接單元Q9接線Pl，NI和P2，N2、第一變流器單元Q7交流側(cè)接線A2-C2、第二變流器單元Q8交流側(cè)接線U2-W2均引至端子，用于連接不同結(jié)構(gòu)的變流器產(chǎn)品、外部輸入接線以及檢測設(shè)備。所述AO-CO和UO-WO可根據(jù)需要連接交流電網(wǎng)。所述Al-Cl和Ul-Wl可根據(jù)需要連接交流電網(wǎng)或負載。所述P1，N1和P2，N2可根據(jù)需要連接外部太陽能輸入或二者互連。所述 A2-C2和U2-W2可根據(jù)需要外接無源濾波器。請參照圖7所示，圖7為本發(fā)明通用變流器產(chǎn)品的試驗方法的流程圖。本實施例中，一種通用變流器產(chǎn)品的試驗方法，所述方法包括如下步驟101、上位機單元的觸摸屏發(fā)出控制指令，控制指令傳入上位機單元的可編程控制器。102、可編程控制器根據(jù)接收到控 制指令向第一輸入/輸出控制單元KM1、第二輸 A /輸出控制單元KM7、第一隔離變壓器單元Gl和第二隔離變壓器單元G2的旁路接觸器、 第一電抗器單元Q3和第二電抗器單元Q4的旁路接觸器、直流連接單元Q9的直流接觸器發(fā)送控制信號。103、可編程控制器接收到觸摸屏發(fā)出的控制指令后，通過轉(zhuǎn)換接口將控制指令傳入第一變流器單元Q7的主控電路及第二變流器單元Q8的主控電路。104、第一變流器單元Q7的供電電路及第二變流器單元Q8的供電電路為主控電路、驅(qū)動電路、信號調(diào)理電路、第一電壓檢測單元Q1、第二電壓檢測單元Q2、第一電流檢測單元Q5及第二電流檢測單元Q6供電；第一變流器單元Q7的主控電路及第二變流器單元 Q8的主控電路接收上位機單元發(fā)出的控制指令，所述主控電路的微處理器將控制指令發(fā)送給第一電壓檢測單元QI、第二電壓檢測單元Q2、第一電流檢測單元Q5及第二電流檢測單元 Q6，所述第一電壓檢測單元Ql、第二電壓檢測單元Q2、第一電流檢測單元Q5及第二電流檢測單元Q6根據(jù)收到的控制指令對變流器產(chǎn)品的相關(guān)參數(shù)進行試驗。105、所述主控電路的微處理器將運算后生成的觸發(fā)脈沖信號傳遞至驅(qū)動電路控制各開關(guān)器件，所述驅(qū)動電路接收主控電路發(fā)出的觸發(fā)脈沖信號，并將脈沖信號進行光電隔離和功率放大處理后傳入功率電路，所述驅(qū)動電路將過壓、短路故障信號送回主控電路。106、所述信號調(diào)理電路將第一電壓檢測單元Q1、第二電壓檢測單元Q2、第一電流檢測單元Q5及第二電流檢測單元Q6獲得的試驗系統(tǒng)參數(shù)進行濾波及變換處理，處理后的數(shù)據(jù)送至主控電路進行運算。107、所述主控電路的微處理器對變流器產(chǎn)品試驗數(shù)據(jù)進行處理后通過轉(zhuǎn)換接口傳入上位機單元的可編程控制器，所述可編程控制器將對數(shù)據(jù)進行一定處理后傳入上位機單元的觸摸屏，所述觸摸屏完成變流器產(chǎn)品的數(shù)據(jù)采集和狀態(tài)監(jiān)控。本發(fā)明的具體工作過程若進行電機調(diào)速系統(tǒng)開發(fā)或試驗，可將KM1-KM5閉合， KM6-KM7斷開，端子AO-CO接入三相交流電，端子U2-W2接電動機(額定功率小于500kW)。 根據(jù)需要，調(diào)節(jié)第一調(diào)壓器單元Tl可調(diào)節(jié)輸入電壓幅值，驅(qū)動電機進行實驗或測試。若進行柔性直流輸電系統(tǒng)開發(fā)或試驗，可將KM1、KM7閉合，將KM2-KM6斷開，端子Pl，P2和NI， N2之間接入適當(dāng)大小電容、電阻、電感器件，可模擬長距離直流輸電電纜等效電路，端子 AO-COjUO-WO與交流電網(wǎng)連接時構(gòu)成電網(wǎng)-電網(wǎng)的柔性直流輸電系統(tǒng)。若進行風(fēng)力發(fā)電機并網(wǎng)實驗，可將KM1、KM4、KM7閉合，將KM2、KM3、KM5、KM6斷開，端子AO-CO與電網(wǎng)連接，端子 UO-WO與風(fēng)力發(fā)電機連接，根據(jù)需要調(diào)節(jié)第一調(diào)壓器單元Tl和第二調(diào)壓器T2可調(diào)節(jié)輸入/ 輸出電壓幅值。若進行有源濾波或無功補償開發(fā)或試驗，可將KMl閉合，斷開其余接觸器， 端子AO-CO與電網(wǎng)連接，或者將KM7閉合，斷開其余接觸器，端子UO-WO與電網(wǎng)連接。根據(jù)補償容量不同，也可實現(xiàn)兩組并聯(lián)運行，閉合KM1、KM7接觸器，其余接觸器斷開，端子AO-CO 和UO-WO與電網(wǎng)連接。若進行光伏并網(wǎng)系統(tǒng)開發(fā)或試驗，可閉合KM1，其余接觸器斷開，端子 PUNl接入光伏電池輸出，即將電能經(jīng)調(diào)壓器單元Tl并入電網(wǎng)，或者將KM7閉合，其余接觸器斷開，端子P2、N2接入光伏電池輸出，即將電能經(jīng)第二調(diào)壓器單元T2并入電網(wǎng)。各種試驗系統(tǒng)控制算法均寫入變流器單元的DSP28335芯片，試驗系統(tǒng)控制算法中給定值參數(shù)由上位機單元的觸摸屏進行設(shè)定。所述本發(fā)明的技術(shù)方案，與通用變流器產(chǎn)品的試驗系統(tǒng)相比，第一變流器單元的主控電路及第二變流器單元的主控電路的DSP28335芯片集成RS-232通訊功能，可將本地檢測數(shù)據(jù)及運行狀態(tài)數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C單元，便于進行數(shù)據(jù)分析和系統(tǒng)性能檢驗，同時方便試驗系統(tǒng)調(diào)試；DSP28335具有浮點運算內(nèi)核，處理速度快，能夠完成各種復(fù)雜算法的運算，支持C及C++語言編程，通用性強、可移植性好。試驗系統(tǒng)各主要連接點均與端子排連接，連接測試設(shè)備方便，同時，也可作為多機并聯(lián)接口，為擴展功能及容量提供方便。所述試驗系統(tǒng)的試驗主電路單元采用背靠背結(jié)構(gòu)，具有通用性，基于全控電力電子器件和能量雙向流動可作為海上風(fēng)電柔性直流輸電變流器、靜止無功發(fā)生器、四象限變頻調(diào)速裝置、有源電力濾波器、新能源并網(wǎng)等裝置的通用試驗系統(tǒng)，加快了變流器產(chǎn)品的研發(fā)速度，有效節(jié)約成本；通過可編程控制器(PLC)和觸摸屏完成試驗的變流器產(chǎn)品的功能切換，操作方便，人機界面友好；所述試驗系統(tǒng)的強、弱電部分采用光電隔離，從而保證試驗系統(tǒng)運行安全可靠。
上述僅為本發(fā)明的較佳實施例及所運用技術(shù)原理，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種通用變流器產(chǎn)品的試驗系統(tǒng)，其特征在于，包括試驗主電路單元、信號傳輸單元及上位機單元，所述試驗主電路單元用于試驗變流器產(chǎn)品的相關(guān)參數(shù)，并將相關(guān)實驗數(shù)據(jù)傳入上位機單元；所述上位機單元通過信號傳輸單元與試驗主電路單元連接，用于控制試驗主電路單元，并處理從信號傳輸單元傳入的變流器產(chǎn)品的相關(guān)數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的通用變流器產(chǎn)品的試驗系統(tǒng)，其特征在于，所述試驗主電路單元包括第一電路單元和第二電路單元，所述第一電路單元和第二電路單元用于對變流器產(chǎn)品的相關(guān)參數(shù)進行試驗，并將相關(guān)實驗數(shù)據(jù)傳入上位機單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的通用變流器產(chǎn)品的試驗系統(tǒng)，其特征在于，所述第一電路單元包括 第一調(diào)壓器單元與電網(wǎng)或負載連接，用于調(diào)節(jié)試驗系統(tǒng)的輸入電壓； 第一輸入/輸出控制單元，用于接通或切斷與第一調(diào)壓器單元的連接，并將接通或切斷信息反饋給上位機單元； 第一電壓檢測單元，通過第一輸入/輸出控制單元與第一調(diào)壓器單元連接，用于檢測交流電壓； 第一隔離變壓器單元，用于作為變流器單元并網(wǎng)連接時的隔離變壓器，所述上位機單元根據(jù)試驗系統(tǒng)運行需要控制第一隔離變壓器單元是否接入試驗系統(tǒng)； 第一電抗器單元，用于作為試驗系統(tǒng)輸入電流濾波及變流器單元直流電壓泵升，所述上位機單元根據(jù)試驗系統(tǒng)運行需要控制第一電抗器單元是否接入試驗系統(tǒng)； 第一電流檢測單元，用于檢測變流器單元的電流，所述上位機單元根據(jù)試驗系統(tǒng)的需要控制第一電流檢測單元與第一電抗器單元連接或第一電壓檢測單元連接； 第一變流器單元，與第一電流檢測單元連接，用于控制試驗系統(tǒng)運行及處理變流器產(chǎn)品相關(guān)試驗數(shù)據(jù)； 直流連接單元，與變流器單元連接，所述上位機單元根據(jù)試驗的變流器產(chǎn)品的需要選擇是否將直流連接單元接入試驗系統(tǒng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的通用變流器產(chǎn)品的試驗系統(tǒng)，其特征在于，所述第二電路單元包括第二調(diào)壓器單元、第二輸入/輸出控制單元、第二電壓檢測單元、第二隔離變壓器單元、第二電抗器單元、第二電流檢測單元及第二變流器單元。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的通用變流器產(chǎn)品的試驗系統(tǒng)，其特征在于，所述第二調(diào)壓器單元、第二輸入/輸出控制單元、第二電壓檢測單元、第二隔離變壓器單元、第二電抗器單元、第二電流檢測單元及第二變流器單元的連接方式及順序與第一電路單元中的同種單元相同，所述第二變流器單元連接直流連接單元另一端。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的通用變流器產(chǎn)品的試驗系統(tǒng)，其特征在于，所述第一變流器單元和第二變流器單元均包括主控電路、功率電路、驅(qū)動電路、信號調(diào)理電路。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的通用變流器產(chǎn)品的試驗系統(tǒng)，其特征在于，所述主控電路以微處理器(DSP)為核心，與上位機單元、驅(qū)動電路、信號調(diào)理電路及第一變流器單元和第二變流器單元對應(yīng)的第一電流檢測單元和第二電流檢測單元連接，并與上位機單元進行控制信號交換，所述微處理器將運算后生成的觸發(fā)脈沖信號傳遞至驅(qū)動電路控制各開關(guān)器件，驅(qū)動電路將過壓、短路故障信號送回主控電路。所述第一電壓檢測單元、第二電壓檢測單元、第一電流檢測單元及第二電流檢測單元將試驗系統(tǒng)運行中的電流、電壓信息送至主控電路進行運算，控制試驗系統(tǒng)運行。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的通用變流器產(chǎn)品的試驗系統(tǒng)，其特征在于，所述功率電路為兩電平全控橋，包括交流側(cè)和直流側(cè)，所述交流側(cè)連接第一電抗器單元或第二電抗器單元，所述直流側(cè)連接直流連接單元的一端；所述信號調(diào)理電路與主控電路相連接，用于將第一電壓檢測單元、第二電壓檢測單元、第一電流檢測單元及第二電流檢測單元獲得的試驗系統(tǒng)參數(shù)進行濾波及變換處理。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的通用變流器產(chǎn)品的試驗系統(tǒng)，其特征在于，所述上位機單元用于采集整個試驗系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和監(jiān)控試驗系統(tǒng)的狀態(tài)，其包括可編程控制器(PLC)和觸摸屏，所述可編程控制器與第一變流器單元及第二變流器單元的主控電路連接，所述觸摸屏與可編程控制器連接，用于傳輸試驗系統(tǒng)的運行信息和指令信號。
10.根據(jù)權(quán)利要求2至9之一所述的通用變流器產(chǎn)品的試驗系統(tǒng)，其特征在于，所述信號傳輸單元為端子排，用于連接不同結(jié)構(gòu)的變流器產(chǎn)品、外部輸入接線以及檢測設(shè)備。
11.一種通用變流器產(chǎn)品的試驗方法，其特征在于，包括如下步驟 51、上位機單元向試驗主電路單元發(fā)送相關(guān)指令控制試驗主電路單元對變流器產(chǎn)品的相關(guān)參數(shù)進行試驗； 52、試驗主電路單元接收上位機單元發(fā)出的相關(guān)控制指令，并基于全控電力電子器件和能量雙向流動對變流器產(chǎn)品相關(guān)參數(shù)進行試驗，并將相關(guān)實驗數(shù)據(jù)通過信號傳輸單元傳入上位機單元； 53、上位機單元接收及處理從信號傳入單元傳入的變流器產(chǎn)品的相關(guān)試驗數(shù)據(jù)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的通用變流器產(chǎn)品的試驗方法，其特征在于，所述步驟SI具體包括觸摸屏發(fā)出控制指令，控制指令傳入上位機單元的可編程控制器，可編程控制器向第一輸入/輸出控制單元、第二輸入/輸出控制單元、第一隔離變壓器單元和第二隔離變壓器單元的旁路接觸器、第一電抗器單元和第二電抗器單元的旁路接觸器、直流連接單元的直流接觸器發(fā)送控制信號，同時，通過轉(zhuǎn)換接口將控制指令傳入第一變流器單元的主控電路及第二變流器單元的主控電路。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的通用變流器產(chǎn)品的試驗方法，其特征在于，所述步驟S2具體包括第一變流器單元的主控電路及第二變流器單元的主控電路接收上位機單元發(fā)出的控制指令，所述主控電路的微處理器將控制指令發(fā)送給第一電壓檢測單元、第二電壓檢測單元、第一電流檢測單元及第二電流檢測單元，所述第一電壓檢測單元、第二電壓檢測單元、第一電流檢測單元及第二電流檢測單元根據(jù)收到的控制指令對變流器產(chǎn)品的相關(guān)參數(shù)進行試驗。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的通用變流器產(chǎn)品的試驗方法，其特征在于，所述步驟S2還包括所述主控電路的微處理器將運算后生成的觸發(fā)脈沖信號傳遞至驅(qū)動電路控制各開關(guān)器件，所述驅(qū)動電路接收主控電路發(fā)出的觸發(fā)脈沖信號，并將脈沖信號進行光電隔離和功率放大處理后傳入功率電路，所述驅(qū)動電路將過壓、短路故障信號送回主控電路；所述信號調(diào)理電路將第一電壓檢測單元、第二電壓檢測單元、第一電流檢測單元及第二電流檢測單元獲得的試驗系統(tǒng)參數(shù)進行濾波及變換處理，處理后的數(shù)據(jù)送至主控電路進行運算。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的通用變流器產(chǎn)品的試驗方法，其特征在于，所述步驟S3具體包括所述主控電路的微處理器對變流器產(chǎn)品試驗數(shù)據(jù)進行處理后通過轉(zhuǎn)換接口傳入上位機單元的可編程控制器，所述可編程控制器將對數(shù)據(jù)進行一定處理后傳入上位機單元的觸摸屏，所述觸摸屏完成變流器產(chǎn)品的數(shù)據(jù)采集和狀態(tài)監(jiān)控
全文摘要
本發(fā)明公開一種通用變流器產(chǎn)品的試驗系統(tǒng)及方法，其包括試驗主電路單元、信號傳輸單元及上位機單元，所述上位機單元包括可編程控制器和觸摸屏，所述試驗主電路單元采用背靠背結(jié)構(gòu)，具有通用性，且基于全控電力電子器件和能量雙向流動，可作為海上風(fēng)電柔性直流輸電變流器、靜止無功發(fā)生器、四象限變頻調(diào)速裝置、有源電力濾波器、新能源并網(wǎng)等裝置的通用試驗系統(tǒng)，加快了變流器產(chǎn)品的研發(fā)速度，縮短了開發(fā)周期，有效節(jié)約成本；試驗的變流器產(chǎn)品的功能切換可由可編程控制器和觸摸屏完成，操作方便，人機界面友好。
文檔編號G01R31/00GK102621408SQ20111031971
公開日2012年8月1日 申請日期2011年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月20日
發(fā)明者李爽, 王國強, 王志新, 黃川 申請人:無錫清源電氣科技有限公司