大功率二極管整流變頻器功率測試電路及其測試方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種大功率二極管整流變頻器的功率測試電路及方法，解決了現(xiàn)有測試電路及方法存在的較高的初始資本投入和平臺搭建時間長的問題。包括大功率二極管整流變頻器（1）、電網(wǎng)（2）、控制器（21）和變壓器（8），大功率二極管整流變頻器整流端通過二極管整流器濾波器（6）與電網(wǎng)連接，大功率二極管整流變頻器的逆變端通過逆變器濾波器（7）與變壓器的輸入端連接，變壓器的輸出端與電網(wǎng)連接，在大功率二極管整流變頻器整流端上設(shè)置有第一電流檢測模塊（18）的信號采集端子，在大功率二極管整流變頻器的逆變端上設(shè)置有第二電流檢測模塊（19）的信號采集端子，在變壓器的輸入端連接有電壓檢測模塊（20），特別適合測試現(xiàn)場使用。
【專利說明】大功率二極管整流變頻器功率測試電路及其測試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種大功率二極管整流變頻器的功率測試電路及測試方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在變頻器研發(fā)生產(chǎn)過程中，需要檢驗其在額定以及過載工況下的性能，判斷能否達(dá)到符合出廠標(biāo)準(zhǔn)的額定要求。所以有效的低成本的測試方法作為變頻器測試手段是非常重要的?？紤]到大功率變頻器自身輸出功率的要求，對大功率二極管整流變頻器的功率測試方法應(yīng)具有功率回饋特點，以減少測試成本。目前，常見二極管整流變頻器功率測試方法是使用負(fù)載電機帶動發(fā)電機來實現(xiàn)能量回饋。被測試大功率二極管整流變頻器I的整流端連接電網(wǎng)2，被測試大功率二極管整流變頻器I的逆變端連接負(fù)載電機3，負(fù)載電機3同軸連發(fā)電機4。發(fā)電機4有不同的控制方式，可以通過變頻器5接入電網(wǎng)或者通過斷路器接入電網(wǎng)。無論哪種接入方式，都無法避免較高的初始資本投入和平臺搭建時間，同時負(fù)載電機
3、發(fā)電機4等需要定期維護(hù).在測試時，振動大，機械噪音高，是批量生產(chǎn)或者研發(fā)早期硬件調(diào)試時的問題，同時，二極管整流變頻器還會產(chǎn)生較高的五次和七次諧波電流，在測試的過程中產(chǎn)生對電網(wǎng)的嚴(yán)重污染。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提供了一種大功率二極管整流變頻器功率測試電路及其測試方法，解決了現(xiàn)有測試電路及方法存在的較高的初始資金投入和較長的平臺搭建時間以及在測試的過程中會對電網(wǎng)產(chǎn)生嚴(yán)重的諧波電流污染的技術(shù)問題。
[0004]一種大功率二極管整流變頻器功率測試電路，包括被測試大功率二極管整流變頻器、電網(wǎng)、控制器和變壓器，被測試大功率二極管整流變頻器整流端通過輸入電抗器與電網(wǎng)連接，被測試大功率二極管整流變頻器的逆變端通過逆變側(cè)正弦濾波器與變壓器的輸入端連接，變壓器的輸出端與電網(wǎng)連接，在被測試大功率二極管整流變頻器整流端上設(shè)置有第一電流檢測模塊的信號采集端子，在被測試大功率二極管整流變頻器的逆變端上設(shè)置有第二電流檢測模塊的信號采集端子，變壓器的輸入端與電壓檢測模塊的輸入端連接在一起，控制器分別與第一電流檢測模塊的輸出端、第二電流檢測模塊的輸出端、電壓檢測模塊的輸出端和被測試大功率二極管整流變頻器的控制端連接在一起；控制器根據(jù)第一電流檢測模塊采集到的被測試大功率二極管整流變頻器整流端三相電流、第二電流檢測模塊采集到的被測試大功率二極管整流變頻器的逆變端三相電流和電壓檢測模塊采集到變壓器的輸入端的三相電壓進(jìn)行計算控制處理，并且用于驅(qū)動被測試大功率二極管整流變頻器。
[0005]逆變側(cè)正弦濾波器可以是一階電抗器或高階低通濾波器或帶阻濾波器。
[0006]一種大功率二極管整流變頻器功率測試方法，控制器對第一電流檢測模塊采集到的被測試大功率二極管整流變頻器整流端三相電流、第二電流檢測模塊采集到的被測試大功率二極管整流變頻器的逆變端三相電流和電壓檢測模塊采集到變壓器的輸入端的三相電壓進(jìn)行計算控制處理，其特征在于: 第一電流檢測模塊采集被測試大功率二極管整流變頻器整流端的輸入電流Irec_abc，用于產(chǎn)生控制器的諧波補償參考電流Idq_ref_harm ；
第二電流檢測模塊采集被測試大功率二極管整流變頻器I的逆變端的輸出電流Iinv_abc,用于產(chǎn)生控制器的電流反饋Idq_feedback ；
電壓檢測模塊采集變壓器輸入端的電壓V_abc，通過鎖相環(huán)計算可得到電壓幅值I Vl、電壓角度Theta和旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)下Vdq分量，電壓幅值|V|用于功率前饋控制，電壓角度Theta用于坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)將和此角度保持同步，Vdq分量用于提高電流環(huán)控制性能；通過參考功率除以電壓幅值|V|來獲得有功參考電流Iq_ref_P0Wer，用來控制有功功率；
控制器將諧波補償參考電流Idq_ref_harm、功率參考電流Iq_ref_P0Wer和控制器電流反饋Idq_feedback疊加可以獲得誤差電流，誤差電流輸入比例積分諧振(PIR)控制器中，通過比例積分諧振(PIR)控制器計算得到DQ參考電壓，DQ參考電壓與電壓角度Theta通過2-3坐標(biāo)變換得到控制器的三相參考電壓V_abc_ref ；
被測試大功率二極管整流變頻器整流端與被測試大功率二極管整流變頻器的逆變端通過變壓器均接入電網(wǎng)，在測試時有功功率從被測試大功率二極管整流變頻器整流端流入，再由被測試大功率二極管整流變頻器逆變端回饋給電網(wǎng)，以減少測試時功率損耗，降低開發(fā)成本，同時本發(fā)明的測試方法所實現(xiàn)的控制器可以補償被測試試的被測試大功率二極管整流變頻器測試時二極管整流側(cè)所產(chǎn)生的諧波電流，對電網(wǎng)無污染。相比于傳統(tǒng)的二極管整流變頻器測試方法，本發(fā)明不使用負(fù)載電機以及配套發(fā)電機，最小化實驗設(shè)備資金以及場地投入。
[0007]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的突出實質(zhì)性特點和顯著優(yōu)點:省去了負(fù)載電機、發(fā)電機以及相關(guān)驅(qū)動控制設(shè)備，成本低、占地小，測試平臺搭建耗時短，測試時噪聲低安全系數(shù)高；功率控制來控制基波電流，采用諧波電流控制來補償二極管整流諧波，控制方式簡單；濾波器抑制逆變器開關(guān)頻率諧波并補償二極管整流器諧波電流，電網(wǎng)無污染。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是現(xiàn)有的大功率二極管整流變頻器的功率測試電路的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明大功率二極管整流變頻器的功率測試電路的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是本發(fā)明控制器諧波補償參考電流拓?fù)鋱D；
圖4是本發(fā)明控制器電流反饋拓?fù)鋱D；
圖5是本發(fā)明電壓幅值I Vl、電壓角度Theta和旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)下Vdq分量拓?fù)鋱D；
圖6是本發(fā)明有功參考電流拓?fù)鋱D；
圖7是本發(fā)明控制器三相參考電壓拓?fù)鋱D。
【具體實施方式】
[0009]一種大功率二極管整流變頻器功率測試電路，包括被測試大功率二極管整流變頻器1、電網(wǎng)2、控制器21和變壓器8，被測試大功率二極管整流變頻器I整流端通過輸入電抗器6與電網(wǎng)2連接，被測試大功率二極管整流變頻器I的逆變端通過逆變側(cè)正弦濾波器7與變壓器8的輸入端連接，變壓器8的輸出端與電網(wǎng)2連接，在被測試大功率二極管整流變頻器I整流端上設(shè)置有第一電流檢測模塊18的信號采集端子，在被測試大功率二極管整流變頻器I的逆變端上設(shè)置有第二電流檢測模塊19的信號采集端子，變壓器8的輸入端與電壓檢測模塊20的輸入端連接在一起,控制器21分別與第一電流檢測模塊18的輸出端、第二電流檢測模塊19的輸出端、電壓檢測模塊20的輸出端和被測試大功率二極管整流變頻器I的控制端連接在一起；控制器21根據(jù)第一電流檢測模塊18采集到的被測試大功率二極管整流變頻器I整流端三相電流、第二電流檢測模塊19采集到的被測試大功率二極管整流變頻器I的逆變端三相電流和電壓檢測模塊20采集到變壓器8的輸入端的三相電壓進(jìn)行計算控制處理，并且用于驅(qū)動被測試大功率二極管整流變頻器I。
[0010]逆變側(cè)正弦濾波器7可以是一階電抗器或高階低通濾波器或帶阻濾波器或一階電抗器、高階低通濾波器、帶阻濾波器各種混合組合實現(xiàn)的濾波器。
[0011]一種大功率二極管整流變頻器功率測試方法，控制器21對第一電流檢測模塊18采集到的被測試大功率二極管整流變頻器I整流端三相電流、第二電流檢測模塊19采集到的被測試大功率二極管整流變頻器I的逆變端三相電流和電壓檢測模塊20采集到變壓器8的輸入端的三相電壓進(jìn)行計算控制處理，其特征在于:
第一電流檢測模塊18采集被測試大功率二極管整流變頻器I整流端的輸入電流Irec_abc，通過3-2坐標(biāo)變換10、帶通濾波器11以及變壓器8的變比增益12變換為諧波補償參考電流Idq_ref_harm,用于產(chǎn)生控制器21的諧波補償參考電流Idq_ref_harm ；
第二電流檢測模塊19采集被測試大功率二極管整流變頻器I的逆變端的輸出電流Iinv_abc,輸出電流Iinv_abc作為逆變器電流反饋通過3_2坐標(biāo)變換10以及低通濾波14濾除開關(guān)頻率諧波變換為電流反饋Idq_feedback，用于產(chǎn)生控制器21的電流反饋Idq_feedback ；
電壓檢測模塊20采集變壓器輸入端的電壓V_abc，用于電網(wǎng)同步及產(chǎn)生電流環(huán)控制前饋量Vdq，通過鎖相環(huán)9計算可得到電壓幅值IV1、電壓角度Theta和旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)下Vdq分量，電壓幅值|V|用于功率控制，電壓角度Theta用于坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)將和此角度保持同步，Vdq分量用于提高電流環(huán)控制性能，這三個參數(shù)作為控制器21的控制輸入；
通過功率電壓比13來獲得有功參考電流Iq_ref_P0Wer，用來控制有功功率；
控制器21將諧波補償參考電流Idq_ref_harm、功率參考電流Iq_ref_P0Wer和控制器電流反饋Idq_feedback疊加可以獲得誤差電流15,誤差電流15比例積分諧振(PIR)控制器16中，通過比例積分諧振(PIR)控制器16計算得到DQ參考電壓，DQ參考電壓與電壓角度Theta通過2-3坐標(biāo)變換17等到控制器21的三相參考電壓V_abc_ref。
[0012]被測試大功率二極管整流變頻器I中的整流端通過輸入電抗器6接入電網(wǎng)2。為抑制被測試大功率二極管整流變頻器I中逆變器開關(guān)頻率高次諧波對電網(wǎng)的干擾，被測試大功率二極管整流變頻器I逆變端連接逆變側(cè)正弦濾波器7。考慮二極管整流特性，直流電壓不可控并且會低于電網(wǎng)電壓。在逆變器側(cè)，需要添加變壓器8以保證逆變器的可控性，確保逆變器側(cè)額定電壓能夠與電網(wǎng)側(cè)額定電壓相匹配。
[0013]考慮二極管整流特性，直流電壓不可控并且會低于電網(wǎng)電壓。以常見工業(yè)電機驅(qū)動應(yīng)用二極管整流變頻器為例，400V交流額定電壓，系統(tǒng)功率750kW，30mF直流電容，二極管濾波電感30 μ H,最小直流電壓為499V。如果逆變器最小脈寬為4 μ s,死區(qū)時間3 μ s,開關(guān)頻率2500Hz，最大線性輸出調(diào)制深度為0.95，逆變器最大線性輸出為335V，低于400V系統(tǒng)電壓。因此，在逆變器側(cè)，需要添加變壓器8以保證逆變器的可控性。
[0014]通常意義而言，對于六脈整流器而言，11次和13次諧波電流都可以通過輸入電抗器6有效抑制達(dá)到相關(guān)電網(wǎng)要求。所以11次和13次諧波電流通常不需要補償。如果無法滿足要求，負(fù)序11次和正序13次電流轉(zhuǎn)變?yōu)?2次dq分量并且可以通過帶通濾波器11獲得。
[0015]有功參考電流Iq_ref_P0Wer用來控制有功功率。這種功率控制方式的準(zhǔn)確度通常能夠滿足測試平臺要求。如果需要進(jìn)一步提高功率控制的準(zhǔn)確性，可以通過閉環(huán)控制的方式。
[0016]為有效控制誤差電流15中的交流分量，例如有諧波參考電流Idq_ref_harm引入的6次分量，這里將在傳統(tǒng)意義的比例積分PI控制器上增加諧振控制器R，進(jìn)而得到比例積分諧振(PIR)控制器16。
[0017]本發(fā)明的測試方法所實現(xiàn)的控制器21包含兩個功能:被測試大功率二極管整流變頻器I功率控制和補償被測試大功率二極管整流變頻器I測試時二極管整流側(cè)所產(chǎn)生的諧波電流。
[0018]被測試大功率二極管整流變頻器I功率控制的目的是將被測試大功率二極管整流變頻器I的功率控制到測試要求。
[0019]補償被測試大功率二極管整流變頻器I測試時二極管整流側(cè)所產(chǎn)生的諧波電流通過控制被測試大功率二極管整流變頻器I輸出的5、7等次諧波電流與二極管整流器產(chǎn)生諧波電流幅值匹配，相位相反，保證諧波電流僅在測試平臺中循環(huán)，而不會流經(jīng)公共電網(wǎng)，從而可以保證變頻器試驗所產(chǎn)生的低頻諧波電流不會污染電網(wǎng)。
【權(quán)利要求】
1.一種大功率二極管整流變頻器功率測試電路，包括被測試大功率二極管整流變頻器(1)、電網(wǎng)(2)、控制器(21)和變壓器(8)，被測試大功率二極管整流變頻器(I)的整流端通過輸入電抗器(6 )與電網(wǎng)(2 )連接在一起，被測試大功率二極管整流變頻器(I)的逆變端通過逆變側(cè)正弦濾波器(7)與變壓器(8)的輸入端連接在一起，變壓器(8)的輸出端與電網(wǎng)(2)連接在一起，在被測試大功率二極管整流變頻器(I)的整流端上設(shè)置有第一電流檢測模塊(18)的信號采集端子，在被測試大功率二極管整流變頻器(I)的逆變端上設(shè)置有第二電流檢測模塊(19)的信號采集端子，變壓器(8)的輸入端與電壓檢測模塊(20)的輸入端連接在一起，控制器(21)分別與第一電流檢測模塊(18)的輸出端、第二電流檢測模塊(19)的輸出端、電壓檢測模塊(20)的輸出端和被測試大功率二極管整流變頻器(I)的控制端連接在一起。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大功率二極管整流變頻器功率測試電路，其特征在于，逆變側(cè)正弦濾波器(7)是一階電抗器或高階低通濾波器或帶阻濾波器。
3.一種大功率二極管整流變頻器功率測試方法，控制器(21)對第一電流檢測模塊(18 )采集到的被測試大功率二極管整流變頻器(I)的整流端三相電流、第二電流檢測模塊(19)采集到的被測試大功率二極管整流變頻器(I)的逆變端三相電流和電壓檢測模塊(20)采集到變壓器(8)的輸入端的三相電壓進(jìn)行計算控制處理，其特征在于: 第一電流檢測模塊(18)采集被測試大功率二極管整流變頻器(I)整流端的輸入電流Irec_abc,用于產(chǎn)生控制器(21)的諧波補償參考電流Idq_ref_harm ； 第二電流檢測模塊(19)采集被測試大功率二極管整流變頻器(I)的逆變端的輸出電流Iinv_abc,用于產(chǎn)生控制器(21)的電流反饋Idq_feedback ； 電壓檢測模塊(20)采集變壓器輸入端的電壓V_abc，通過鎖相環(huán)(9)計算可得到電壓幅值I V|、電壓角度Theta和旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)下Vdq分量，電壓幅值|V|用于功率前饋控制，電壓角度Theta用于坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)將和此角度保持同步，Vdq分量用于提高電流環(huán)控制性能；通過參考功率除以電壓幅值|V|來獲得有功參考電流Iq_ref_P0Wer，用來控制有功功率; 控制器(21)將諧波補償參考電流Idq_ref_harm、功率參考電流Iq_ref_Power和控制器電流反饋Idq_feedbaCk疊加可以獲得誤差電流(15)，誤差電流(15)輸入比例積分諧振(PIR)控制器(16)中，通過比例積分諧振(PIR)控制器(16)計算得到DQ參考電壓，DQ參考電壓與電壓角度Theta通過2-3坐標(biāo)變換(17)得到控制器(21)的三相參考電壓V_abc_ref ο
【文檔編號】G01R31/40GK104035050SQ201410188009
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年5月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月6日
【發(fā)明者】烏云翔, 邵詩逸, 蘭建軍, 樊雙英, 靳雁艷, 師艷平 申請人:北京賽思億電氣科技有限公司, 山西汾西重工有限責(zé)任公司