專利名稱：一種試驗(yàn)用可控諧波發(fā)生裝置及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于輸配電技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種用于電能質(zhì)量控制的試驗(yàn)用可控諧波發(fā)生裝置。
背景技術(shù)：
隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，越來(lái)越多的非線性負(fù)荷、沖擊性負(fù)荷正在不斷地接入電力系統(tǒng)中。如整流器、逆變器、變頻器、UPS、電弧爐、中頻感應(yīng)爐、車站地鐵整流站、焊接設(shè)備等。這些非線性負(fù)荷和沖擊性負(fù)荷不僅會(huì)產(chǎn)生大量的高次諧波，注入電網(wǎng)，造成電網(wǎng)諧波污染；而且還會(huì)造成電壓波動(dòng)閃變、電壓凹陷凸升以及嚴(yán)重的三相不平衡等問(wèn)題，嚴(yán)重影響電能質(zhì)量，威脅電網(wǎng)安全運(yùn)行。這種不良的電能質(zhì)量會(huì)造成電力用戶重大的不必要的經(jīng)濟(jì)損失，而隨著新技術(shù)的快速發(fā)展，計(jì)算機(jī)和先進(jìn)控制技術(shù)的普及和應(yīng)用，電力用戶對(duì)供電電能質(zhì)量和供電可靠性的要求越來(lái)越高。用戶電力技術(shù)的出現(xiàn)和應(yīng)用為電力用戶對(duì)供電電能質(zhì)量和供電可靠性的需求提供了強(qiáng)有力的保障。這樣，為了能夠提供滿足用戶需求的電能，減少不合格電能帶來(lái)的損失，通常在用戶和電網(wǎng)間安裝諸如有源電力濾波器(APF)、動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)器(DVR)、動(dòng)態(tài)不間斷電源(DUPS)等電能質(zhì)量補(bǔ)償裝置。為了在這些裝置投入使用運(yùn)行之前能夠測(cè)試檢驗(yàn)該裝置解決電能質(zhì)量問(wèn)題的能力和性能，需要電能質(zhì)量干擾發(fā)生器。另一種較為經(jīng)濟(jì)有效的措施是測(cè)試負(fù)載設(shè)備在受到電能質(zhì)量干擾時(shí)的工作情況，以改進(jìn)負(fù)載設(shè)備，提高其抗擾動(dòng)能力，而無(wú)需安裝電能質(zhì)量補(bǔ)償裝置。另外，如為了實(shí)際測(cè)試配電系統(tǒng)的諧波阻抗，以設(shè)計(jì)合理的無(wú)源濾波器，避免其與系統(tǒng)產(chǎn)生諧振，需要一份數(shù)次諧波源。以上這些都要求研制一種能產(chǎn)生可控電能質(zhì)量干擾的試驗(yàn)裝置。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷和不足，本發(fā)明提供一種試驗(yàn)用可控諧波發(fā)生裝置，該裝置可模擬各種諧波源發(fā)出各次諧波，用于測(cè)試檢驗(yàn)各種電能質(zhì)量補(bǔ)償裝置的補(bǔ)償效果和性能。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案，一種試驗(yàn)用可控諧波發(fā)生裝置，包括檢測(cè)部分、計(jì)算機(jī)及諧波發(fā)生部分，所述檢測(cè)部分包括電流互感器和A/D轉(zhuǎn)換模塊，所述諧波發(fā)生部分包括通訊模塊、繼電器輸出模塊、模擬量輸出模塊及三相諧波發(fā)生電路；所述電流互感器的輸入端與供電電網(wǎng)相連接，所述電流互感器的輸出端與所述A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸入端相連接，A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸出端與所述計(jì)算機(jī)相連接；所述計(jì)算機(jī)經(jīng)所述通訊模塊后，分別與所述繼電器輸出模塊和模擬量輸出模塊的輸入端相連接，所述繼電器輸出模塊和模擬量輸出模塊的輸出端與所述三相諧波發(fā)生電路相連接，所述三相諧波發(fā)生電路與供電電網(wǎng)相連接。所述三相諧波發(fā)生電路包括A相諧波發(fā)生電路、B相諧波發(fā)生電路和C相諧波發(fā)生電路；所述A相諧波發(fā)生電路、B相諧波發(fā)生電路和C相諧波發(fā)生電路的結(jié)構(gòu)完全相同， 其具體結(jié)構(gòu)如下包括狀態(tài)監(jiān)測(cè)器、交流接觸器、繼電器、單調(diào)消諧電路、高通消諧電路及反并聯(lián)晶閘管；所述狀態(tài)監(jiān)測(cè)器的輸入端經(jīng)斷路器與供電電網(wǎng)相連接，輸出端經(jīng)各支路的交流接觸器與該支路的繼電器的觸點(diǎn)的一端相連接，所述繼電器的觸點(diǎn)的另一端與該支路的單調(diào)消諧電路或高通消諧電路的一端相連接，所述單調(diào)消諧電路或高通消諧電路的另一端與該支路的反并聯(lián)晶閘管的一端相連接，各支路的反并聯(lián)晶閘管的另一端連接在一起；所述各支路反并聯(lián)晶間管的觸發(fā)信號(hào)輸入端與所述模擬量輸出模塊相連接，所述各支路繼電器的線圈與所述繼電器輸出模塊相連接，所述狀態(tài)監(jiān)測(cè)器的通訊端口與所述通訊模塊相連接。所述單調(diào)消諧電路由電阻、電抗器和電容器串聯(lián)而成。所述高通消諧電路包括電阻、電抗器、第一電容器和第二電容器，所述第二電容器與電阻串聯(lián)后，再與電抗器并聯(lián)，該并聯(lián)支路再與第一電容器串聯(lián)。所述的一種試驗(yàn)用可控諧波發(fā)生裝置的控制方法，按照如下步驟執(zhí)行步驟一開(kāi)始，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化設(shè)置；步驟二 輸入設(shè)置要產(chǎn)生的諧波次數(shù)；步驟三判斷是否有新的輸入設(shè)置，若是，則執(zhí)行步驟四；若否，則返回執(zhí)行步驟三，繼續(xù)掃描輸入；步驟四執(zhí)行諧波產(chǎn)生子程序；步驟五結(jié)束。步驟四中所述的諧波產(chǎn)生子程序，按照如下步驟執(zhí)行步驟一判斷輸入的諧波次數(shù)是否存在，若存在，則計(jì)算各晶閘管觸發(fā)延遲角，執(zhí)行步驟二 ；若不存在，則報(bào)告輸入錯(cuò)誤，轉(zhuǎn)去執(zhí)行步驟四；步驟二通過(guò)三相諧波發(fā)生電路中的狀態(tài)監(jiān)測(cè)器的監(jiān)測(cè)結(jié)果判斷電壓是否過(guò)零， 若有過(guò)零信號(hào)，則執(zhí)行步驟三；若無(wú)過(guò)零信號(hào)，則返回執(zhí)行步驟二 ；步驟三通過(guò)通訊模塊向繼電器輸出模塊和模擬量輸出模塊發(fā)送動(dòng)作命令；步驟四結(jié)束。本發(fā)明的諧波發(fā)生裝置的諧波發(fā)生原理如下本發(fā)明利用單調(diào)消諧電路和高通消諧電路消除負(fù)荷電流中的某些諧波，從而得到所需要的諧波。設(shè)負(fù)荷電流表示成傅里葉級(jí)數(shù)形式為
I1 = λ/27 sin(i i + φ) + 工 In sin( i + φη)(1)
η=3式中，I1-負(fù)荷電流，I-基波電流有效值，ω-基波角頻率，識(shí)-基波電流相位，Ιη-η 次諧波電流有效值，Α-η次諧波相角，t-時(shí)間。單調(diào)消諧電路的電路原理圖，如圖6所示，該電路對(duì)η次諧波的阻抗為Z = R +ArrnsL——)(2)
“ “ηω C
S式中，fn-n次諧波頻率，Zii -單調(diào)消諧電路對(duì)η次諧波的阻抗，_η次諧波下的電阻，(Os-基波角頻率，L-電感，C-電容，η-諧振次數(shù)。根據(jù)串聯(lián)LC諧振原理，當(dāng)諧振次數(shù)η為
n = ~J=⑶
①S在諧振點(diǎn)處，Zii = \，因?yàn)?amp;很小，η次諧波電流主要由&分流，很少流入電網(wǎng)中，而對(duì)于其他次數(shù)的諧波，2^ ' ++ I，分流很少。因此，主要將消諧電路的諧振次數(shù)設(shè)定為與需要消除的諧波次數(shù)一樣，則該次諧波絕大部分流入消諧電路，消除了該次諧波。高通消諧電路的電路原理圖，如圖7所示，它能消除某一頻率以上的諧波，本發(fā)明設(shè)置為13次以上諧波。綜上所述，若要得到3次、5次、7次諧波，則設(shè)置諧振次數(shù)分別為9次、11次、13次及高通次數(shù)，通過(guò)單調(diào)消諧電路和高通消諧電路的組合來(lái)消除9次、11次、13次及以上的諧波，從而產(chǎn)生3次、5次、7次諧波。其他情況依此類推。為了能夠更好的消除其他次數(shù)的諧波，得到需要的諧波，在每個(gè)支路中設(shè)置了反并聯(lián)晶閘管，用于調(diào)節(jié)控制相角，每個(gè)晶閘管的觸發(fā)延遲角計(jì)算公式如下
Ω _ οο Ω _ J θη=θι +Σ [^y^3—1⑷式中，θ「基波相角；Τη-η次諧波周期；Rn_對(duì)應(yīng)支路的電阻；θ η-η次諧波觸發(fā)延遲角；j = 3,5,7,9,11,13,……。若要產(chǎn)生5次諧波，則將η設(shè)置為5即可。本發(fā)明的控制方法主要是按照輸入的諧波次數(shù)完成三相諧波發(fā)生電路中繼電器的投切，從而來(lái)控制交流接觸器的通斷，產(chǎn)生所需諧波。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明的試驗(yàn)用可控諧波發(fā)生裝置不僅能單獨(dú)產(chǎn)生3到13次的奇數(shù)次諧波，也能產(chǎn)生其中的任意幾次諧波的合成諧波及13次以上的高次諧波；控制簡(jiǎn)單，方便實(shí)用。


圖1是本發(fā)明的試驗(yàn)用可控諧波發(fā)生裝置的總體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的試驗(yàn)用可控諧波發(fā)生裝置的電路原理框圖；圖3是本發(fā)明的實(shí)施例中諧波發(fā)生部分的電路原理圖；圖4是本發(fā)明的試驗(yàn)用可控諧波發(fā)生裝置的控制方法的程序流程圖；圖5是本發(fā)明的控制方法中諧波產(chǎn)生子程序的程序流程圖；圖6是本發(fā)明的實(shí)施例中單調(diào)消諧電路的電路原理圖；圖7是本發(fā)明的實(shí)施例中高通消諧電路的電路原理圖；其中，1-電流互感器，2-模擬量輸出模塊，3-計(jì)算機(jī)，4-通訊模塊，5-繼電器輸出模塊，6-電阻，7-電抗器，8-電容器，9-單調(diào)消諧電路，10-高通消諧電路，11-繼電器， 12-交流接觸器，13-斷路器，14-反并聯(lián)晶閘管，15-狀態(tài)監(jiān)測(cè)器，16-三相諧波發(fā)生電路， 17-檢測(cè)部分，18-諧波發(fā)生部分。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明如圖1、圖2所示，一種試驗(yàn)用可控諧波發(fā)生裝置，包括檢測(cè)部分17、計(jì)算機(jī)3及諧波發(fā)生部分18，所述檢測(cè)部分17包括電流互感器1和A/D轉(zhuǎn)換模塊，所述諧波發(fā)生部分18 包括通訊模塊4、繼電器輸出模塊5、模擬量輸出模塊2及三相諧波發(fā)生電路16 ；所述電流互感器1的輸入端與供電電網(wǎng)相連接，所述電流互感器1的輸出端與所述A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸入端相連接，A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸出端與所述計(jì)算機(jī)3相連接；所述計(jì)算機(jī)3經(jīng)所述通訊模塊4后，分別與所述繼電器輸出模塊5和模擬量輸出模塊2的輸入端相連接，所述繼電器輸出模塊5和模擬量輸出模塊2的輸出端與所述三相諧波發(fā)生電路16相連接，所述三相諧波發(fā)生電路16與供電電網(wǎng)相連接。所述計(jì)算機(jī)3用于設(shè)置、顯示及控制，其中包括三相電流波形顯示界面、狀態(tài)監(jiān)測(cè)顯示界面及諧波產(chǎn)生次數(shù)設(shè)置界面。如圖3所示，所述三相諧波發(fā)生電路16包括A相諧波發(fā)生電路、B相諧波發(fā)生電路和C相諧波發(fā)生電路；所述A相諧波發(fā)生電路、B相諧波發(fā)生電路和C相諧波發(fā)生電路的結(jié)構(gòu)和參數(shù)完全相同，每相包括3到13次的六個(gè)單調(diào)消諧電路9和一個(gè)高通消諧電路10，其具體結(jié)構(gòu)如下包括狀態(tài)監(jiān)測(cè)器15、交流接觸器12、繼電器11、單調(diào)消諧電路9、高通消諧電路10及反并聯(lián)晶閘管14 ；所述狀態(tài)監(jiān)測(cè)器15的輸入端經(jīng)斷路器13與供電電網(wǎng)相連接，輸出端經(jīng)各支路的交流接觸器12與該支路的繼電器11的觸點(diǎn)的一端相連接，所述繼電器11 的觸點(diǎn)的另一端與該支路的單調(diào)消諧電路9或高通消諧電路10的一端相連接，所述單調(diào)消諧電路9或高通消諧電路10的另一端與該支路的反并聯(lián)晶閘管14的一端相連接，各支路的反并聯(lián)晶閘管14的另一端連接在一起；所述各支路反并聯(lián)晶閘管14的觸發(fā)信號(hào)輸入端與所述模擬量輸出模塊2相連接，所述各支路繼電器11的線圈與所述繼電器輸出模塊5相連接，所述狀態(tài)監(jiān)測(cè)器15的通訊端口與所述通訊模塊4相連接。本發(fā)明采用的狀態(tài)監(jiān)測(cè)器 15有7個(gè)通道，主要用于實(shí)現(xiàn)各個(gè)支路的狀態(tài)監(jiān)測(cè)、互鎖功能和過(guò)零信號(hào)的檢測(cè)，保證繼電器11和交流接觸器12的正確吸合和無(wú)涌流投切。如圖6所示，所述單調(diào)消諧電路9由電阻、電抗器和電容器串聯(lián)而成；本發(fā)明通過(guò)所述單調(diào)消諧電路9可產(chǎn)生3到13次的奇數(shù)次諧波。如圖7所示，所述高通消諧電路10包括電阻、電抗器、第一電容器和第二電容器， 所述第二電容器與電阻串聯(lián)后，再與電抗器并聯(lián)，該并聯(lián)支路再與第一電容器串聯(lián)；本發(fā)明通過(guò)所述高通消諧電路10可產(chǎn)生13次以上的高次諧波。如圖4所示，所述的一種試驗(yàn)用可控諧波發(fā)生裝置的控制方法，按照如下步驟執(zhí)行步驟一開(kāi)始，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化設(shè)置；步驟二 輸入設(shè)置要產(chǎn)生的諧波次數(shù)；步驟三判斷是否有新的輸入設(shè)置，若是，則執(zhí)行步驟四；若否，則返回執(zhí)行步驟三，繼續(xù)掃描輸入；步驟四執(zhí)行諧波產(chǎn)生子程序；步驟五結(jié)束。如圖5所示，步驟四中所述的諧波產(chǎn)生子程序，按照如下步驟執(zhí)行步驟一判斷輸入的諧波次數(shù)是否存在，若存在，則計(jì)算各晶閘管觸發(fā)延遲角，執(zhí)行步驟二 ；若不存在，則報(bào)告輸入錯(cuò)誤，轉(zhuǎn)去執(zhí)行步驟四；步驟二通過(guò)三相諧波發(fā)生電路中的狀態(tài)監(jiān)測(cè)器的監(jiān)測(cè)結(jié)果判斷電壓是否過(guò)零， 若有過(guò)零信號(hào)，則執(zhí)行步驟三；若無(wú)過(guò)零信號(hào)，則返回執(zhí)行步驟二 ；
步驟三通過(guò)通訊模塊向繼電器輸出模塊和模擬量輸出模塊發(fā)送動(dòng)作命令；步驟四結(jié)束。本發(fā)明的試驗(yàn)用可控諧波發(fā)生裝置的諧波產(chǎn)生過(guò)程如下通過(guò)計(jì)算機(jī)3手動(dòng)設(shè)置需要產(chǎn)生的諧波次數(shù)或者是幾次諧波的組合，然后判斷輸入的諧波次數(shù)是否存在，若存在則按照計(jì)算公式計(jì)算各晶閘管的觸發(fā)延遲角；然后通過(guò)通訊模塊4向繼電器輸出模塊5和模擬量輸出模塊2發(fā)送相應(yīng)的動(dòng)作命令，狀態(tài)監(jiān)測(cè)器15在電壓過(guò)零時(shí)吸合相應(yīng)的繼電器11，使得相應(yīng)的交流接觸器12閉合，濾除其他諧波即可得到需要的諧波。所述的晶閘管的觸發(fā)延遲角計(jì)算公式如下
權(quán)利要求
1.一種試驗(yàn)用可控諧波發(fā)生裝置，其特征在于，包括檢測(cè)部分、計(jì)算機(jī)及諧波發(fā)生部分，所述檢測(cè)部分包括電流互感器和A/D轉(zhuǎn)換模塊，所述諧波發(fā)生部分包括通訊模塊、繼電器輸出模塊、模擬量輸出模塊及三相諧波發(fā)生電路；所述電流互感器的輸入端與供電電網(wǎng)相連接，所述電流互感器的輸出端與所述A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸入端相連接，A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸出端與所述計(jì)算機(jī)相連接；所述計(jì)算機(jī)經(jīng)所述通訊模塊后，分別與所述繼電器輸出模塊和模擬量輸出模塊的輸入端相連接，所述繼電器輸出模塊和模擬量輸出模塊的輸出端與所述三相諧波發(fā)生電路相連接，所述三相諧波發(fā)生電路與供電電網(wǎng)相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種試驗(yàn)用可控諧波發(fā)生裝置，其特征在于所述三相諧波發(fā)生電路包括A相諧波發(fā)生電路、B相諧波發(fā)生電路和C相諧波發(fā)生電路；所述A相諧波發(fā)生電路、B相諧波發(fā)生電路和C相諧波發(fā)生電路的結(jié)構(gòu)完全相同，其具體結(jié)構(gòu)如下包括狀態(tài)監(jiān)測(cè)器、交流接觸器、繼電器、單調(diào)消諧電路、高通消諧電路及反并聯(lián)晶間管；所述狀態(tài)監(jiān)測(cè)器的輸入端經(jīng)斷路器與供電電網(wǎng)相連接，輸出端經(jīng)各支路的交流接觸器與該支路的繼電器的觸點(diǎn)的一端相連接，所述繼電器的觸點(diǎn)的另一端與該支路的單調(diào)消諧電路或高通消諧電路的一端相連接，所述單調(diào)消諧電路或高通消諧電路的另一端與該支路的反并聯(lián)晶閘管的一端相連接，各支路的反并聯(lián)晶閘管的另一端連接在一起；所述各支路反并聯(lián)晶閘管的觸發(fā)信號(hào)輸入端與所述模擬量輸出模塊相連接，所述各支路繼電器的線圈與所述繼電器輸出模塊相連接，所述狀態(tài)監(jiān)測(cè)器的通訊端口與所述通訊模塊相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種試驗(yàn)用可控諧波發(fā)生裝置，其特征在于所述單調(diào)消諧電路由電阻、電抗器和電容器串聯(lián)而成。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種試驗(yàn)用可控諧波發(fā)生裝置，其特征在于所述高通消諧電路包括電阻、電抗器、第一電容器和第二電容器，所述第二電容器與電阻串聯(lián)后，再與電抗器并聯(lián)，該并聯(lián)支路再與第一電容器串聯(lián)。
5.權(quán)利要求1所述的一種試驗(yàn)用可控諧波發(fā)生裝置的控制方法，其特征在于，按照如下步驟執(zhí)行步驟一開(kāi)始，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化設(shè)置；步驟二 輸入設(shè)置要產(chǎn)生的諧波次數(shù)；步驟三判斷是否有新的輸入設(shè)置，若是，則執(zhí)行步驟四；若否，則返回執(zhí)行步驟三，繼續(xù)掃描輸入；步驟四執(zhí)行諧波產(chǎn)生子程序；步驟五結(jié)束。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種試驗(yàn)用可控諧波發(fā)生裝置的控制方法，其特征在于步驟四中所述的諧波產(chǎn)生子程序，按照如下步驟執(zhí)行步驟一判斷輸入的諧波次數(shù)是否存在，若存在，則計(jì)算各晶間管觸發(fā)延遲角，執(zhí)行步驟二 ；若不存在，則報(bào)告輸入錯(cuò)誤，轉(zhuǎn)去執(zhí)行步驟四；步驟二 通過(guò)三相諧波發(fā)生電路中的狀態(tài)監(jiān)測(cè)器的監(jiān)測(cè)結(jié)果判斷電壓是否過(guò)零，若有過(guò)零信號(hào)，則執(zhí)行步驟三；若無(wú)過(guò)零信號(hào)，則返回執(zhí)行步驟二 ；步驟三通過(guò)通訊模塊向繼電器輸出模塊和模擬量輸出模塊發(fā)送動(dòng)作命令；步驟四結(jié)束。
全文摘要
一種試驗(yàn)用可控諧波發(fā)生裝置及其控制方法，屬于輸配電技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明可模擬各種諧波源發(fā)出各次諧波，用于測(cè)試檢驗(yàn)各種電能質(zhì)量補(bǔ)償裝置的補(bǔ)償效果和性能。本發(fā)明包括檢測(cè)部分、計(jì)算機(jī)及諧波發(fā)生部分，檢測(cè)部分包括電流互感器和A/D轉(zhuǎn)換模塊，諧波發(fā)生部分包括通訊模塊、繼電器輸出模塊、模擬量輸出模塊及三相諧波發(fā)生電路；電流互感器的輸入端與供電電網(wǎng)相連接，電流互感器的輸出端與A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸入端相連接，A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸出端與計(jì)算機(jī)相連接；計(jì)算機(jī)經(jīng)通訊模塊后，分別與繼電器輸出模塊和模擬量輸出模塊的輸入端相連接，繼電器輸出模塊和模擬量輸出模塊的輸出端與三相諧波發(fā)生電路相連接，三相諧波發(fā)生電路與供電電網(wǎng)相連接。
文檔編號(hào)H02J3/01GK102222912SQ201110163550
公開(kāi)日2011年10月19日 申請(qǐng)日期2011年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月17日
發(fā)明者劉振偉, 周建國(guó), 孫秋野, 張化光, 張晉, 李琳, 楊東升, 楊珺, 梁雪, 馬大中 申請(qǐng)人:東北大學(xué)