一種大功率電網(wǎng)電壓模擬電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種大功率電網(wǎng)電壓模擬電路，其特征在于：包括啟動單元、能量轉(zhuǎn)換單元、濾波單元和檢測及控制系統(tǒng)；所述啟動單元包括相互并聯(lián)連接的電阻和接觸器，且接觸器兩端分別連接電網(wǎng)電壓輸入和能量轉(zhuǎn)換單元；所述能量轉(zhuǎn)換單元包括三個單相系統(tǒng)，每個單相系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)均分為整流部分和逆變部分；所述檢測及控制系統(tǒng)用來模擬電網(wǎng)電壓的正常工作情況以及各種異常工作、閃變及故障情況。本實用新型的一種大功率電網(wǎng)電壓模擬電路通過PWM整流和逆變電路控制模擬量的輸出，真實反應(yīng)了電網(wǎng)電壓的實際情況；能夠滿足大功率式品的模擬測試；結(jié)構(gòu)簡單，安全可靠。
【專利說明】—種大功率電網(wǎng)電壓模擬電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本實用新型涉及一種大功率電網(wǎng)電壓模擬電路。
【背景技術(shù)】
[0002]電能質(zhì)量治理設(shè)備的試驗平臺由電網(wǎng)模擬試驗裝置、電能質(zhì)量擾動發(fā)生裝置和系統(tǒng)監(jiān)控部分構(gòu)成，作為電網(wǎng)模擬試驗裝置的大功率電壓源，其等效電阻可調(diào)，可以模擬試品在不同電網(wǎng)參數(shù)下的特性。目前，對電壓跌落模擬裝置的研究比較多，專門的電網(wǎng)模擬試驗裝置的研究較少。一些相關(guān)的研究主要是關(guān)注控制方法的研究，而關(guān)注電網(wǎng)模擬裝置的很少。
[0003]目前國內(nèi)外對于電網(wǎng)模擬裝置的研究并不系統(tǒng)，而且也沒有相應(yīng)的標準和規(guī)范，市場上的模擬電源性能不完全而且價格昂貴，這些都給電能質(zhì)量治理設(shè)備的研究和測試帶來很大的不便，所以很有必要對大功率電網(wǎng)模擬試驗裝置進行研究。
[0004]在電能質(zhì)量治理設(shè)備的試驗平臺中，需要一個大功率電壓源，對電網(wǎng)的電壓狀況進行模擬，滿足試驗平臺能夠進行相關(guān)產(chǎn)品國家標準或者行業(yè)標準所要求的所有檢測項目，包括電壓波動和閃變、頻率變化、電網(wǎng)三相不平衡、無功補償和諧波電壓測試等。
[0005]本實用新型結(jié)合大功率電網(wǎng)電壓的具體要求，提出一種模擬電路，可用于模擬盡可能真實的電網(wǎng)環(huán)境，以滿足對電能質(zhì)量治理設(shè)備的測試與試驗要求。
實用新型內(nèi)容
[0006]本實用新型的目的在于提供一種大功率電網(wǎng)電壓模擬電路，在滿足對大功率電能質(zhì)量治理設(shè)備測試需求的基礎(chǔ)上總結(jié)了電網(wǎng)模擬裝置應(yīng)實現(xiàn)的功能，建立了電網(wǎng)電壓模擬電路，本實用新型可以模擬電網(wǎng)實際情況，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，并降低整體成本。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型的技術(shù)方案是:一種大功率電網(wǎng)電壓模擬電路，其特征在于:包括啟動單元、能量轉(zhuǎn)換單元、濾波單元和檢測及控制系統(tǒng)；
[0008]所述啟動單元包括并聯(lián)連接的電阻和接觸器，且接觸器兩端分別連接電網(wǎng)電壓輸入和能量轉(zhuǎn)換單元；
[0009]所述能量轉(zhuǎn)換單元包括三個單相系統(tǒng)，每個單相系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)均分為整流部分和逆變部分；
[0010]所述檢測及控制系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)采集與處理，對能量轉(zhuǎn)換單元進行控制，并實現(xiàn)與后臺進行數(shù)據(jù)通訊；
[0011]所述能量轉(zhuǎn)換單元、濾波單元和檢測及控制系統(tǒng)兩兩之間相互連接。
[0012]進一步的，所述單相系統(tǒng)的整流部分采用三相PWM整流電路來實現(xiàn)，用于整流輸入的電網(wǎng)電壓，且輸出側(cè)采用直流電容穩(wěn)壓。
[0013]進一步的，所述單相系統(tǒng)的逆變部分采用單相PWM逆變電路實現(xiàn)，用于將整流部分產(chǎn)生的直流電壓進行逆變，將直流電壓轉(zhuǎn)化為與正弦波等效的PWM電壓波形。
[0014]進一步的，所述逆變部分的逆變電路是通過開關(guān)器件的驅(qū)動電路控制器件的導通和關(guān)斷；所述逆變部分的橋臂輸出端連接所述濾波單元，用以濾除橋臂輸出產(chǎn)生的高次諧波。
[0015]進一步的，所述檢測及控制系統(tǒng)包括依次連接的用于采集電壓及電流信號的光纖通訊接口、數(shù)據(jù)采集與處理電路、控制與檢測電路和故障與保護電路；所述檢測及控制系統(tǒng)能夠與后臺系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)通訊。
[0016]進一步的，所述數(shù)據(jù)采集與處理電路、控制與檢測電路和故障與保護電路均由單片機電路組成。
[0017]進一步的，所述檢測及控制系統(tǒng)還連接有若干電壓檢測單元和電流檢測單元。
[0018]進一步的，所述若干電壓檢測單元分別用于檢測電網(wǎng)電壓、單相系統(tǒng)的整流部分輸出的直流電壓和模擬電網(wǎng)輸出電壓；所述若干電流檢測單元分別用于檢測單相系統(tǒng)逆變部分的橋臂電流、模擬電網(wǎng)輸出電流和三相交流電電感電流。
[0019]相較于現(xiàn)有技術(shù)，本實用新型具有以下有益效果:
[0020]1、本實用新型通過PWM整流和逆變電路控制模擬量的輸出，真實反應(yīng)了電網(wǎng)電壓的實際情況；
[0021 ] 2、能夠滿足大功率試品的模擬測試；
[0022]3、本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，安全可靠。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1是本實用新型大功率電網(wǎng)電壓模擬電路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
[0024]圖2是本實用新型能量轉(zhuǎn)換單元主電路結(jié)構(gòu)。
[0025]圖3是本實用新型檢測及控制系統(tǒng)示意圖。
【具體實施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖，對本實用新型的技術(shù)方案進行具體說明。
[0027]如圖1-3所示，本實用新型的一種大功率電網(wǎng)電壓模擬電路，其特征在于:包括啟動單元、能量轉(zhuǎn)換單元、濾波單元和檢測及控制系統(tǒng)；
[0028]所述啟動單元包括并聯(lián)連接的電阻和接觸器，且接觸器兩端分別連接電網(wǎng)電壓輸入和能量轉(zhuǎn)換單元；
[0029]所述能量轉(zhuǎn)換單元包括三個單相系統(tǒng)，每個單相系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)均分為整流部分和逆變部分；
[0030]所述檢測及控制系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)采集與處理，對能量轉(zhuǎn)換單元進行控制，并實現(xiàn)與后臺進行數(shù)據(jù)通訊；
[0031]所述能量轉(zhuǎn)換單元、濾波單元和檢測及控制系統(tǒng)兩兩之間相互連接。
[0032]為了實現(xiàn)模擬電壓包含高次諧波分量故障的功能，需要三相的子系統(tǒng)整流側(cè)相互獨立，所述單相系統(tǒng)的整流部分采用三相PWM整流電路來實現(xiàn)，用于整流輸入的電網(wǎng)電壓，且輸出側(cè)米用直流電容穩(wěn)壓。
[0033]為了產(chǎn)生電網(wǎng)電壓的模擬電壓，所述單相系統(tǒng)的逆變部分采用單相PWM逆變電路實現(xiàn)，用于將整流部分產(chǎn)生的直流電壓進行逆變，將直流電壓轉(zhuǎn)化為與正弦波等效的PWM電壓波形。[0034]所述逆變部分的逆變電路是通過開關(guān)器件的驅(qū)動電路控制器件的導通和關(guān)斷；所述逆變部分的橋臂輸出端連接所述濾波單元，用以濾除橋臂輸出產(chǎn)生的高次諧波。
[0035]為了對能量轉(zhuǎn)換單元進行控制，來模擬電網(wǎng)電壓的正常工作情況以及各種異常工作、閃變及故障情況，并實現(xiàn)與后臺進行數(shù)據(jù)通訊，所述檢測及控制系統(tǒng)包括依次連接的用于采集電壓及電流信號的光纖通訊接口、數(shù)據(jù)采集與處理電路、控制與檢測電路和故障與保護電路；所述檢測及控制系統(tǒng)能夠與后臺系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)通訊。
[0036]所述數(shù)據(jù)采集與處理電路、控制與檢測電路和故障與保護電路均由單片機電路組成。
[0037]為了對整個系統(tǒng)的電流及電壓進行檢測，所述檢測及控制系統(tǒng)還連接有若干電壓檢測單元和電流檢測單元。
[0038]所述若干電壓檢測單元分別用于檢測電網(wǎng)電壓、單相系統(tǒng)的整流部分輸出的直流電壓和模擬電網(wǎng)輸出電壓；所述若干電流檢測單元分別用于檢測單相系統(tǒng)逆變部分的橋臂電流、模擬電網(wǎng)輸出電流和三相交流電電感電流。
[0039]以下為具體實施例。
[0040]如圖1所示,本實施例系統(tǒng)主要包括啟動單元、能量轉(zhuǎn)換單元、濾波單元和檢測及控制系統(tǒng)；能量轉(zhuǎn)換單元包含整流環(huán)節(jié)和逆變環(huán)節(jié)，利用多種轉(zhuǎn)換方法，將輸入的電網(wǎng)電壓轉(zhuǎn)換為幅值大小可變、頻率范圍可調(diào)、包含高次諧波、可以模擬三相不平衡及模擬電網(wǎng)電壓波動和閃變的交流電壓；其中，整流部分的功能是將輸入的電網(wǎng)交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓，為后級的逆變部分提供穩(wěn)定的直流電壓；逆變部分的功能是將整流產(chǎn)生的直流電壓轉(zhuǎn)換成交流電壓輸出，通過檢測及控制單元的控制來模擬電網(wǎng)電壓的正常工作情況以及各種異常工作、閃變及故障情況。
[0041]如圖2所示,能量轉(zhuǎn)換單元的工作原理如下:
[0042]在初始狀態(tài)時，斷路器(QFl)處于斷開狀態(tài)，當裝置需要上電時，QFl閉合，由于模擬電路要實現(xiàn)的模擬電壓包含高次諧波分量故障的功能，需要三相的子系統(tǒng)整流測相互獨立，A、B、C三相分別由三個脈沖寬度調(diào)制PWM整流電路產(chǎn)生直流電壓；這樣，能量轉(zhuǎn)換單元由三個單項系統(tǒng)組成，每個單相的輸出模擬電網(wǎng)的一相，每相系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)可分為整流部分和逆變部分；整流部分采用三相PWM整流電路來實現(xiàn)，將輸入的電網(wǎng)電壓整流，在輸出側(cè)采用直流電容穩(wěn)壓，為后面的逆變部分提供穩(wěn)定的直流電壓；整流部分的三相PWM整流可以適當被測試系統(tǒng)的有源負載產(chǎn)生的能量回饋到電網(wǎng)，實現(xiàn)能量的雙向流動。
[0043]逆變電路采用單相PWM逆變電路實現(xiàn)，逆變電路通過開關(guān)器件的驅(qū)動電路控制器件的導通和關(guān)斷，將整流電路產(chǎn)生的直流電壓進行逆變，轉(zhuǎn)化為與正弦波等效的PWM電壓波形，逆變器的橋臂輸出時占空比不斷變化的方波，因此在橋臂輸出加上低通濾波器以濾除高次諧波。
[0044]如圖3所示，檢測及控制系統(tǒng)檢測電網(wǎng)電壓、橋臂電流、能量轉(zhuǎn)換單元整流部分輸出的直流電壓、模擬電網(wǎng)輸出電壓、模擬電網(wǎng)輸出電流和電感電流，通過數(shù)據(jù)采集與處理，對能量轉(zhuǎn)換單元進行控制，來模擬各種需要的電網(wǎng)情況，并實現(xiàn)與后臺進行數(shù)據(jù)通訊。
[0045]以上是本實用新型一種大功率電網(wǎng)電壓模擬電路的較佳實施例，凡依本實用新型技術(shù)方案所作的改變，所產(chǎn)生的功能作用未超出本實用新型技術(shù)方案的范圍時，均屬于本實用新型的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種大功率電網(wǎng)電壓模擬電路，其特征在于:包括啟動單元、能量轉(zhuǎn)換單元、濾波單元和檢測及控制系統(tǒng)； 所述啟動單元包括并聯(lián)連接的電阻和接觸器，且接觸器兩端分別連接電網(wǎng)電壓輸入和能量轉(zhuǎn)換單元； 所述能量轉(zhuǎn)換單元包括三個單相系統(tǒng)，每個單相系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)均分為整流部分和逆變部分； 所述檢測及控制系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)采集與處理，對能量轉(zhuǎn)換單元進行控制，并實現(xiàn)與后臺進行數(shù)據(jù)通訊； 所述能量轉(zhuǎn)換單元、濾波單元和檢測及控制系統(tǒng)兩兩之間相互連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述大功率電網(wǎng)電壓模擬電路，其特征在于:所述單相系統(tǒng)的整流部分采用三相PWM整流電路來實現(xiàn)，用于整流輸入的電網(wǎng)電壓，且輸出側(cè)采用直流電容穩(wěn)壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述大功率電網(wǎng)電壓模擬電路，其特征在于:所述單相系統(tǒng)的逆變部分采用單相PWM逆變電路實現(xiàn)，用于將整流部分產(chǎn)生的直流電壓進行逆變，將直流電壓轉(zhuǎn)化為與正弦波等效的PWM電壓波形。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述大功率電網(wǎng)電壓模擬電路，其特征在于:所述逆變部分的逆變電路是通過開關(guān)器件的驅(qū)動電路控制器件的導通和關(guān)斷；所述逆變部分的橋臂輸出端連接所述濾波單元，用以濾除橋臂輸出產(chǎn)生的高次諧波。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述大功率電網(wǎng)電壓模擬電路，其特征在于:所述檢測及控制系統(tǒng)包括依次連接的用于采集電壓及電流信號的光纖通訊接口、數(shù)據(jù)采集與處理電路、控制與檢測電路和故障與保護電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述大功率電網(wǎng)電壓模擬電路，其特征在于:所述數(shù)據(jù)采集與處理電路、控制與檢測電路和故障與保護電路均由單片機電路組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述大功率電網(wǎng)電壓模擬電路，其特征在于:所述檢測及控制系統(tǒng)還連接有若干電壓檢測單元和電流檢測單元。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述大功率電網(wǎng)電壓模擬電路，其特征在于:所述若干電壓檢測單元分別用于檢測電網(wǎng)電壓、單相系統(tǒng)的整流部分輸出的直流電壓和模擬電網(wǎng)輸出電壓；所述若干電流檢測單元分別用于檢測單相系統(tǒng)逆變部分的橋臂電流、模擬電網(wǎng)輸出電流和三相交流電電感電流。
【文檔編號】H02M5/458GK203688610SQ201420003831
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年1月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月3日
【發(fā)明者】林焱, 吳丹岳, 李發(fā)祿, 黃道姍, 鄭建輝, 張健 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)福建省電力有限公司, 國網(wǎng)福建省電力有限公司電力科學研究院