一種大功率諧波電源特性試驗系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種大功率諧波電源特性試驗系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括諧波變頻電源、諧波變壓器、工頻電源、工頻變壓器以及電源控制系統(tǒng)；所述諧波變頻電源和工頻電源的輸入端與380V交流電相連，所述諧波變頻電源的輸出端與諧波變壓器的輸入端相連；所述諧波變頻電源的輸出端與電源控制系統(tǒng)的輸入端相連，所述諧波變頻電源受控于電源控制系統(tǒng)；運用該方法進行諧波特性試驗，能夠得到多種頻率組合的諧波信號，滿足實際諧波實驗的需要的缺陷。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、調(diào)試簡單，可以在線更新輸出的諧波參數(shù)，噪音也小。
【專利說明】 一種大功率諧波電源特性試驗系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于電氣工程領(lǐng)域，尤其涉及一種大功率諧波電源特性試驗系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]電力電抗器、電容器的諧波噪音是影響電力電容器、電抗器長期安全運行的世界性難題。隨著諧波治理和無功補償受重視程度的提高，以及直流輸電、新能源發(fā)電的廣泛應(yīng)用，電力電容器和平波電抗器用量的日趨增長，對其技術(shù)要求也越來越高。受限于現(xiàn)有技術(shù)水平，目前市場上常見的諧波實驗設(shè)備只能采用工頻等效代取或采用單頻中頻電源多個串聯(lián)，不僅操作麻煩，而且不符合實際運行情況，不能提供多種頻率組合的諧波信號，難以滿足實際諧波試驗的需要。
[0003]如進行諧波實驗中的噪聲實驗，采用現(xiàn)有技術(shù)中的橋式電路，總電壓和總電流都為單個試品為2倍，其中試品(00(-35-1251-11.021)進行11次諧波測試時，電壓和電流分別達(dá)到了 387757和1018.1八，所需無功為1018.11^38.775 = 39498”八，所以系統(tǒng)總無功為39498*4 = 157992”八，假設(shè)諧波電源容量為800隱，則157992/800 = 197.5，所以補償0值需達(dá)到197.5才能滿足要求，然而實際中的系統(tǒng)0值可能達(dá)不到197.5。
[0004]試品(0(1(-35-1251-11.021)外形尺寸3.8x3^ 8x6^ 2%尺寸龐大，造價昂貴，且橋式電路同時需要4臺，同時要求除試品外的3臺，無任何電氣問題以保證不對試品產(chǎn)生任何影響。
[0005]中頻變壓器頻率范圍:50?2500取，由于頻率過寬，實際中阻抗電壓是指在50取下的值，所以頻率越高輸出功率越小。我們以試品(11(1(-35-1251-11.021)中11次諧波為例:假設(shè)中頻變壓器阻抗電壓5%，11次諧波下的阻抗電壓為5*11 = 55%，即11次諧波下輸出功率為額定的42%，存在較大的能量損耗。
[0006]因此，開發(fā)出一種新型的大功率諧波電源特性試驗裝置勢在必行。
實用新型內(nèi)容
[0007]本實用新型針對已知技術(shù)中諧波實驗設(shè)備操作麻煩，無法提供多種頻率組合的諧波信號，設(shè)計出一種大功率多頻率組合的諧波電源特性試驗系統(tǒng)，為諧波治理技術(shù)和電力設(shè)備耐諧波能力提供驗證手段和技術(shù)裝備。
[0008]一種大功率諧波電源特性試驗系統(tǒng)，包括諧波變頻電源、諧波變壓器、工頻電源、工頻變壓器、電源控制系統(tǒng)及測量裝置；
[0009]所述諧波變頻電源的輸入端與3807交流電相連，所述諧波變頻電源的輸出端與諧波變壓器的輸入端相連，所述諧波變壓器的輸出端與試品相連，
[0010]所述工頻電源的輸入端與3807交流電相連，所述工頻電源的輸出端與工頻變壓器的輸入端相連，所述工頻變壓器的輸出端與試品相連；
[0011]所述諧波變壓器中的鐵芯為帶狀非晶材料卷繞制成的無氣隙鐵芯；
[0012]所述工頻變壓器通過工頻通道輸出工頻電源，所述諧波變壓器通過諧波通道輸出諧波電源，所述工頻電源和諧波電源同時疊加后輸送給試品；
[0013]所述測量裝置的輸入端與試品的信號加載端相連；
[0014]所述諧波變頻電源、工頻電源及測量裝置的輸出端均與電源控制系統(tǒng)的輸入端相連，所述諧波變頻電源和工頻電源受控于電源控制系統(tǒng)；
[0015]所述諧波變頻電源包括可調(diào)頻調(diào)幅支持多頻率組合和在線更新參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)諧波源及全橋功率放大電路；
[0016]所述標(biāo)準(zhǔn)諧波源的輸出端與全橋功率放大電路的輸入端連接；
[0017]所述試品為電容器或電力電抗器。
[0018]所述工頻通道只傳輸工頻信號，所述諧波通道只傳輸諧波信號；
[0019]所述工頻變壓器的一端與試品的加載端相連，另一端通過工頻通道接地；
[0020]所述諧波變壓器的一端通過諧波通道與試品的加載端相連，另一端接地；
[0021]所述試品與諧波變壓器和工頻變壓器之間還設(shè)有功率補償裝置。
[0022]所述試品為電力電抗器時，所述功率補償裝置與試品串聯(lián)；所述試品為電容器時，所述功率補償裝置與試品并聯(lián)。
[0023]利用功率補償裝置對試品容量進行功率補償，對提供功率的電源功率大大降低；
[0024]所述諧波變頻電源采用多個諧波變頻電源并聯(lián)。
[0025]所述多個并聯(lián)的諧波變頻電源為柜式插拔結(jié)構(gòu)。
[0026]采用多個并聯(lián)的柜式插拔結(jié)構(gòu)的諧波變頻電源，單個電源的電流小，功耗低，相對于整機式大容量諧波變頻電源，散熱性好，且易維護，可以單個維修；
[0027]所述標(biāo)準(zhǔn)諧波源由32位的03？、超大規(guī)模0^0、32位的存儲器、12位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、輸出濾波器構(gòu)成，所述03？輸出端與超大規(guī)模輸入端連接，存儲器與超大規(guī)模雙向連接；超大規(guī)模輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出端與輸出濾波器連接。
[0028]所述諧波變頻電源還包括與全橋功率放大電路輸出端相連的濾波電路。
[0029]所述全橋功率放大電路由4個橋臂構(gòu)成全橋放大矩陣，每個橋臂由一個叩81構(gòu)成或由兩個以上相同型號的1681并聯(lián)構(gòu)成。
[0030]所述諧波變頻電源還包括與全橋功率放大電路輸入端相連的保護電路，所述保護電路的輸入端與電源電路相連。
[0031]采用所述的大功率諧波電源特性試驗系統(tǒng)進行大功率諧波電源特性試驗原理如下:
[0032]利用諧波變頻電源產(chǎn)生所需頻率的諧波，諧波變壓器采用電磁感應(yīng)原理將諧波變頻電源輸出的諧波升壓至所需的電壓值；工頻變壓器將工頻電源輸出的信號進行升壓，所述工頻變壓器輸出的信號與諧波升壓變壓器輸出的信號分別通過工頻通道和諧波通道輸出后，同時疊加加載到試品上，利用功率補償裝置對試品的容量進行功率補償，測量裝置采集加載到試品上的信號；電源控制系統(tǒng)依據(jù)諧波變頻電源與工頻電源輸出的信號和測量裝置采集的信號對諧波變頻電源和工頻電源進行控制，得到試品所需的諧波信號；
[0033]所述電源控制系統(tǒng)控制過程如下:
[0034]首先，利用電源控制系統(tǒng)對諧波變頻電源和工頻電源進行自我調(diào)節(jié)；
[0035]1)將電源控制系統(tǒng)采集諧波變頻電源的輸出電壓、電流信號及諧波各次諧波含量與設(shè)定的諧波變頻電源輸出信號進行比較，若兩者之間的差值超過了設(shè)定的第一允許誤差范圍，則電源控制系統(tǒng)控制諧波變頻電源，直到兩者之間的差值不超過第一允許誤差范圍；
[0036]2)將電源控制系統(tǒng)采集工頻電源的輸出電壓及電流信號與設(shè)定的工頻電源輸出信號進行比較，若兩者之間的差值超過了設(shè)定的第三允許誤差范圍，則電源控制系統(tǒng)控制工頻變頻電源，直到兩者之間的差值不超過第三允許誤差范圍；
[0037]然后，依據(jù)測量信號對諧波變頻電源進行反饋調(diào)節(jié)；
[0038]將測量裝置采集的加載到試品上的信號與試品所需的設(shè)定信號進行比較，若兩者之間的差值超過了設(shè)定的第二允許誤差范圍，則電源控制系統(tǒng)控制諧波變頻電源，直到兩者之間的差值不超過第二允許誤差范圍，實現(xiàn)大功率諧波電源特性試驗方法的全自動控制，提供各種需要的電源信號。
[0039]所述試品均為220”八以上的電容器或電力電抗器。
[0040]諧波變頻電源輸入電壓交流3807，輸出為50取?2500取諧波電壓，最大諧波電流可超過2500八，諧波以50取為步進調(diào)節(jié)，一次支持12種不同頻率的諧波疊加，各次諧波的大小可以單獨調(diào)節(jié)；通過諧波升壓變壓器升壓，到達(dá)試驗要求的電壓值。
[0041]有益效果
[0042]本實用新型提供了一種對電力電容器和平波電抗器進行諧波實驗的大功率諧波電源特性試驗系統(tǒng)，與現(xiàn)有技術(shù)中的慣用系統(tǒng)中的橋式電路截然不同，在測試一個試品時需要增加三個試品，搭成橋式電路來為試品提供諧波信號，而本實用新型通過利用諧波變頻電源輸出所需的諧波信號，對一個試品進行測試時，無需增加額外的三個試品，采用電源控制系統(tǒng)實時監(jiān)控，反饋調(diào)節(jié)控制諧波變頻電源，解決了目前同類產(chǎn)品單相諧波電源不能提供多種頻率組合的諧波信號，不能滿足實際諧波實驗的需要的缺陷。利用工頻通道和諧波通道來分別輸送工頻信號和諧波信號，使得兩者互不干擾；利用功率補償裝置對試品容量進行功率補償，對提供功率的電源功率大大降低；同時，本實用新型所述系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、調(diào)試簡單，不用調(diào)節(jié)功放三極管的基極偏置電壓，可以輸出多達(dá)八通道頻率組合，可以在線更新輸出的諧波參數(shù)，噪音也小。采用多個并聯(lián)的柜式插拔結(jié)構(gòu)的諧波變頻電源，單個電源的電流小，功耗低，相對于整機式大容量諧波變頻電源，散熱性好，且易維護，可以單個維修；易于均流，控制整個電源的精度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0043]圖1為本實用新型所述系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖一；
[0044]圖2是所述標(biāo)準(zhǔn)諧波源的結(jié)構(gòu)方框圖；
[0045]圖3是所述全橋功率放大電路結(jié)構(gòu)圖。

【具體實施方式】
[0046]下面將結(jié)合附圖和實施例對本實用新型做進一步的說明。
[0047]如圖1所示，一種大功率諧波電源特性試驗系統(tǒng)，包括諧波變頻電源、諧波變壓器、工頻電源、工頻變壓器、電源控制系統(tǒng)及測量裝置；；
[0048]所述諧波變頻電源的輸入端與3807交流電相連，所述諧波變頻電源的輸出端與諧波變壓器的輸入端相連，所述諧波變壓器的輸出端與試品相連，
[0049]所述工頻電源的輸入端與3807交流電相連，所述工頻電源的輸出端與工頻變壓器的輸入端相連，所述工頻變壓器的輸出端與試品相連；
[0050]所述諧波變壓器中的鐵芯為帶狀非晶材料卷繞制成的無氣隙鐵芯；
[0051]所述工頻變壓器通過工頻通道輸出工頻電源，所述諧波變壓器通過諧波通道輸出諧波電源，所述工頻電源和諧波電源同時疊加后輸送給試品；
[0052]所述測量裝置的輸入端與試品的信號加載端相連；
[0053]所述諧波變頻電源、工頻電源及測量裝置的輸出端均與電源控制系統(tǒng)的輸入端相連，所述諧波變頻電源和工頻電源受控于電源控制系統(tǒng)；
[0054]所述諧波變頻電源包括可調(diào)頻調(diào)幅支持多頻率組合和在線更新參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)諧波源及全橋功率放大電路；
[0055]所述標(biāo)準(zhǔn)諧波源的輸出端與全橋功率放大電路的輸入端連接；
[0056]所述試品為電容器或電力電抗器。
[0057]所述工頻通道只傳輸工頻信號，所述諧波通道只傳輸諧波信號；
[0058]所述工頻變壓器的一端與試品的加載端相連，另一端通過工頻通道接地；
[0059]所述諧波變壓器的一端通過諧波通道與試品的加載端相連，另一端接地；
[0060]所述試品與諧波變壓器和工頻變壓器之間還設(shè)有功率補償裝置。
[0061]所述試品為電力電抗器時，所述功率補償裝置與試品串聯(lián)；所述試品為電容器時，所述功率補償裝置與試品并聯(lián)。
[0062]所述諧波變頻電源采用多個諧波變頻電源并聯(lián)。
[0063]所述多個并聯(lián)的諧波變頻電源為柜式插拔結(jié)構(gòu)。
[0064]采用多個并聯(lián)的柜式插拔結(jié)構(gòu)的諧波變頻電源，單個電源的電流小，功耗低，相對于整機式大容量諧波變頻電源，散熱性好，且易維護，可以單個維修；
[0065]如圖2所示，標(biāo)準(zhǔn)諧波源由32位的03？11、超大規(guī)模0？1014、32位的存儲器I區(qū)12、32位的存儲器II區(qū)13、12位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器I 15、12位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器II 16、12位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器III17、輸出濾波器I 18、輸出濾波器II 19和輸出濾波器III10構(gòu)成，所述03？11輸出端與超大規(guī)模0^014輸入端連接，存儲器I區(qū)12和32存儲器II區(qū)13均與超大規(guī)模雙向連接；超大規(guī)?！閊1014輸出端分別與模數(shù)轉(zhuǎn)換器I 15輸入端、模數(shù)轉(zhuǎn)換器II 16輸入端、模數(shù)轉(zhuǎn)換器III17輸入端連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換器I 15輸出端與輸出濾波器I 18連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換器II 16輸出端與輸出濾波器II 19連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換器III 17輸出端與輸出濾波器III 10連接，標(biāo)準(zhǔn)諧波源包括三路輸出，每路輸出的諧波頻率可在0.1? —11?之間自由設(shè)定。
[0066]所述諧波變頻電源還包括與全橋功率放大電路輸出端相連的濾波電路。
[0067]所述全橋功率放大電路由4個橋臂構(gòu)成全橋放大矩陣，每個橋臂由一個1681構(gòu)成或由兩個以上相同型號的1681并聯(lián)構(gòu)成。
[0068]如圖3所示，標(biāo)準(zhǔn)諧波源送出的諧波信號電壓，送入全橋功率放大電路2進行功率放大然后輸出。全橋功率放大電路由4個橋臂構(gòu)成全橋放大矩陣，每個橋臂由一個1(?丁構(gòu)成，
[0069]1681以開關(guān)方式工作，電流在開關(guān)過程中回饋到與I⑶！'并聯(lián)的直流濾波電容中，進行無功交換，有利于減少發(fā)熱，增強帶無功負(fù)載的能力。
[0070]所述諧波變頻電源還包括與全橋功率放大電路輸入端相連的保護電路，所述保護電路的輸入端與電源電路相連。
[0071]采用所述的大功率諧波電源特性試驗系統(tǒng)進行大功率諧波電源特性試驗原理如下:
[0072]利用諧波變頻電源產(chǎn)生所需頻率的諧波，諧波變壓器采用電磁感應(yīng)原理將諧波變頻電源輸出的諧波升壓至所需的電壓值；工頻變壓器將工頻電源輸出的信號進行升壓，所述工頻變壓器輸出的信號與諧波升壓變壓器輸出的信號分別通過工頻通道和諧波通道輸出后，同時疊加加載到試品上，利用功率補償裝置對試品的容量進行功率補償，測量裝置采集加載到試品上的信號；電源控制系統(tǒng)依據(jù)諧波變頻電源與工頻電源輸出的信號和測量裝置采集的信號對諧波變頻電源和工頻電源進行控制，得到試品所需的諧波信號；
[0073]所述電源控制系統(tǒng)控制過程如下:
[0074]首先，利用電源控制系統(tǒng)對諧波變頻電源和工頻電源進行自我調(diào)節(jié)；
[0075]1)將電源控制系統(tǒng)采集諧波變頻電源的輸出電壓、電流信號及諧波各次諧波含量與設(shè)定的諧波變頻電源輸出信號進行比較，若兩者之間的差值超過了設(shè)定的第一允許誤差范圍，則電源控制系統(tǒng)控制諧波變頻電源，直到兩者之間的差值不超過第一允許誤差范圍；
[0076]2)將電源控制系統(tǒng)采集工頻電源的輸出電壓及電流信號與設(shè)定的工頻電源輸出信號進行比較，若兩者之間的差值超過了設(shè)定的第三允許誤差范圍，則電源控制系統(tǒng)控制工頻變頻電源，直到兩者之間的差值不超過第三允許誤差范圍；
[0077]然后，依據(jù)測量信號對諧波變頻電源進行反饋調(diào)節(jié)；
[0078]將測量裝置采集的加載到試品上的信號與試品所需的設(shè)定信號進行比較，若兩者之間的差值超過了設(shè)定的第二允許誤差范圍，則電源控制系統(tǒng)控制諧波變頻電源，直到兩者之間的差值不超過第二允許誤差范圍，實現(xiàn)大功率諧波電源特性試驗方法的全自動控制，提供各種需要的電源信號。
[0079]諧波變頻電源輸入電壓交流3807，輸出為50取?2500取諧波電壓，最大諧波電流可超過2500八，諧波以50取為步進調(diào)節(jié)，一次支持12種不同頻率的諧波疊加，各次諧波的大小可以單獨調(diào)節(jié)；通過諧波升壓變壓器升壓，到達(dá)試驗要求的電壓值。
【權(quán)利要求】
1.一種大功率諧波電源特性試驗系統(tǒng)，其特征在于，包括諧波變頻電源、諧波變壓器、工頻電源、工頻變壓器、電源控制系統(tǒng)及測量裝置； 所述諧波變頻電源的輸入端與380V交流電相連，所述諧波變頻電源的輸出端與諧波變壓器的輸入端相連，所述諧波變壓器的輸出端與試品相連， 所述工頻電源的輸入端與380V交流電相連，所述工頻電源的輸出端與工頻變壓器的輸入端相連，所述工頻變壓器的輸出端與試品相連； 所述諧波變壓器中的鐵芯為帶狀非晶材料卷繞制成的無氣隙鐵芯； 所述工頻變壓器通過工頻通道輸出工頻電源，所述諧波變壓器通過諧波通道輸出諧波電源，所述工頻電源和諧波電源同時疊加后輸送給試品； 所述測量裝置的輸入端與試品的信號加載端相連； 所述諧波變頻電源、工頻電源及測量裝置的輸出端均與電源控制系統(tǒng)的輸入端相連，所述諧波變頻電源和工頻電源受控于電源控制系統(tǒng)； 所述諧波變頻電源包括可調(diào)頻調(diào)幅支持多頻率組合和在線更新參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)諧波源及全橋功率放大電路； 所述標(biāo)準(zhǔn)諧波源的輸出端與全橋功率放大電路的輸入端連接； 所述試品為電容器或電力電抗器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率諧波電源特性試驗系統(tǒng)，其特征在于，所述試品與諧波變壓器和工頻變壓器之間還設(shè)有功率補償裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率諧波電源特性試驗系統(tǒng)，其特征在于，所述諧波變頻電源采用多個諧波變頻電源并聯(lián)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的大功率諧波電源特性試驗系統(tǒng)，其特征在于，所述多個并聯(lián)的諧波變頻電源為柜式插拔結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的大功率諧波電源特性試驗系統(tǒng)，其特征在于，所述標(biāo)準(zhǔn)諧波源由32位的DSP、超大規(guī)模CPLD、32位的存儲器、12位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、輸出濾波器構(gòu)成，所述DSP輸出端與超大規(guī)模CPLD輸入端連接，存儲器與超大規(guī)模CPLD雙向連接；超大規(guī)模CPLD輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端連接,模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出端與輸出濾波器連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的大功率諧波電源特性試驗系統(tǒng)，其特征在于，所述諧波變頻電源還包括與全橋功率放大電路輸出端相連的濾波電路。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的大功率諧波電源特性試驗系統(tǒng)，其特征在于，所述全橋功率放大電路由4個橋臂構(gòu)成全橋放大矩陣,每個橋臂由一個IGBT構(gòu)成或由兩個以上相同型號的IGBT并聯(lián)構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率諧波電源特性試驗系統(tǒng)，其特征在于，所述諧波變頻電源還包括與全橋功率放大電路輸入端相連的保護電路，所述保護電路的輸入端與電源電路相連。
【文檔編號】G01R1/28GK204203379SQ201420620552
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月24日
【發(fā)明者】葉會生, 萬望龍, 謝國勝, 黃福勇, 趙世華 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院, 長沙三友儀器設(shè)備有限公司