能量反饋型電子負(fù)載的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種能量反饋型電子負(fù)載，包括用于產(chǎn)生電流的整流模塊及用于能量反饋的逆變模塊，整流模塊與逆變模塊相連，整流模塊內(nèi)設(shè)有有功電流整流單元、無功電流整流單元和諧波電流整流單元，逆變模塊內(nèi)設(shè)有有功電流逆變單元、無功電流逆變單元和諧波電流逆變單元。本實(shí)用新型通過整流模塊能夠模擬出電網(wǎng)中同時(shí)存在的有功電流、無功電流、諧波電流和三相不平衡度，也可以模擬出電網(wǎng)中的各種極限條件，用于檢測電網(wǎng)中的各種條件對用電設(shè)備的影響及進(jìn)行老化測試；通過逆變模塊對整流模塊產(chǎn)生的有功電流、無功電流和諧波電流進(jìn)行能量回收，對三相不平衡度進(jìn)行補(bǔ)償，避免了有功電流、無功電流和諧波電流等接入電網(wǎng)，能量回收率高，節(jié)能環(huán)保。
【專利說明】能量反饋型電子負(fù)載
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及輸配電系統(tǒng)中電能質(zhì)量測試【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種能量反饋型電子負(fù)載。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，各種電力電器、民用電器以及非線性負(fù)荷大量接入電網(wǎng)，造成大量的無功電流、諧波電流注入到電網(wǎng)當(dāng)中，電網(wǎng)的工作環(huán)境錯(cuò)綜復(fù)雜，相互影響和干擾。這些影響不但造成了電網(wǎng)輸電損耗的大大增加，而且會讓各種用電設(shè)備工作失常。
[0003]在現(xiàn)有技術(shù)中，也存在著用于模擬電網(wǎng)質(zhì)量、對用電設(shè)備進(jìn)行測試的電子負(fù)載，這類電子負(fù)載主要采用開環(huán)測試方式，也就是采用單一變量，其它參數(shù)在額定的情況下，對用電設(shè)備的一些性能或是設(shè)備的二次回路進(jìn)行檢測，如，僅測試系統(tǒng)內(nèi)諧波電流的含量，或僅測試系統(tǒng)內(nèi)三相不平衡度等等，上述測試中，諧波電流和三相不平衡度是單一變量，而其它的功率因素等均處于額定范疇內(nèi)。然而，輸配電系統(tǒng)中往往是諧波電流、功率因素、三相電流不平衡等因素共存的，上述方法的檢測及監(jiān)測結(jié)果均過于理想，檢測的數(shù)據(jù)也難以滿足配電系統(tǒng)實(shí)際的需求，更難以真正模擬到配電系統(tǒng)的現(xiàn)場運(yùn)行環(huán)境。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，提供了一種用于模擬電網(wǎng)中各種極限條件、具有無功電流、有功電流、諧波電流反饋功能的能量反饋型電子負(fù)載。
[0005]為解決上述問題，本實(shí)用新型的一種技術(shù)方案是:
[0006]一種能量反饋型電子負(fù)載，所述電子負(fù)載包括用于產(chǎn)生電流的整流模塊及用于能量反饋的逆變模塊，整流模塊與逆變模塊相連，整流模塊和逆變模塊上均設(shè)有用于與控制器相連的控制端；所述整流模塊內(nèi)設(shè)有用于產(chǎn)生有功電流的有功電流整流單元、用于產(chǎn)生無功電流的無功電流整流單元和用于產(chǎn)生諧波電流的諧波電流整流單元，逆變模塊內(nèi)設(shè)有用于吸收有功電流整流單元產(chǎn)生的有功電流的有功電流逆變單元、用于吸收無功電流整流單元產(chǎn)生的無功電流的無功電流逆變單元和用于吸收諧波電流整流單元產(chǎn)生的諧波電流的諧波電流逆變單元，有功電流逆變單元與有功電流整流單元相連，無功電流逆變單元與無功電流整流單元相連，諧波電流逆變單元與諧波電流整流單元相連。
[0007]優(yōu)選地，所述有功電流整流單元包括順次相連的三相四線開關(guān)S1、四相電抗器LI和整流器MK1，三相四線開關(guān)SI分別與三相線和中性線相連，所述有功電流逆變單元包括順次相連的三相四線開關(guān)S2、四相電抗器L2和整流器MK2，三相四線開關(guān)S2分別與三相線和中性線相連，整流器MKl與整流器MK2的直流側(cè)共用一個(gè)電容器C，所述整流器MKl和整流器MK2為電壓型半橋式PWM整流器；所述無功電流整流單元和諧波電流整流單元共用有功電流整流單元的電路，所述無功電流逆變單元和諧波電流逆變單元共用有功電流逆變單元的電路。[0008]優(yōu)選地，所述整流器MKl和整流器MK2均包括A相整流器、B相整流器、C相整流器和N相整流器，各相整流器分別包括兩個(gè)橋臂，每個(gè)橋臂均包括一個(gè)絕緣柵雙極型晶體管和反向并聯(lián)在絕緣柵雙極型晶體管的發(fā)射極和集電極之間的整流二級管，每個(gè)絕緣柵雙極型晶體管的柵極為控制端。
[0009]相比較于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型的能量反饋型電子負(fù)載通過整流模塊能夠模擬出電網(wǎng)中同時(shí)存在的有功電流、無功電流、諧波電流和三相不平衡度，也可以模擬出電網(wǎng)中的各種極限條件，用于檢測電網(wǎng)中的各種條件對用電設(shè)備的影響及進(jìn)行老化測試；本實(shí)用新型通過逆變模塊對整流模塊產(chǎn)生的有功電流、無功電流和諧波電流進(jìn)行能量回收，對三相不平衡度進(jìn)行補(bǔ)償，避免了有功電流、無功電流和諧波電流等接入電網(wǎng)，能量回收率高，節(jié)能環(huán)保。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖1是本實(shí)用新型能量反饋型電子負(fù)載的電路原理框圖。
[0011]圖2是本實(shí)用新型能量反饋型電子負(fù)載的電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)說明本實(shí)用新型，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不限于此。
[0013]參照圖1，本實(shí)用新型的能量反饋型電子負(fù)載，包括整流模塊和逆變模塊，整流模塊與逆變模塊相連，整流模塊和逆變模塊上均設(shè)有用于與控制器相連的控制端，控制器用于控制整流模塊和逆變模塊的輸出。整流模塊用于產(chǎn)生各類諧波電流、三相負(fù)荷不平衡度負(fù)荷、有功電流和無功電流等，逆變模塊用于吸收整流模塊產(chǎn)生的各類電流，由逆變模塊逆變后將80%以上的電能循環(huán)利用。
[0014]所述整流模塊內(nèi)設(shè)有用于產(chǎn)生有功電流的有功電流整流單元、用于產(chǎn)生無功電流的無功電流整流單元和用于產(chǎn)生諧波電流的諧波電流整流單元。諧波電流整流單元輸出的諧波電流次數(shù)及諧波含量連續(xù)可調(diào)，負(fù)載諧波范圍為1-25次，可以研究諧波對用電設(shè)備產(chǎn)生影響的機(jī)理及治理措施。逆變模塊內(nèi)設(shè)有有功電流逆變單元、無功電流逆變單元和諧波電流逆變單元，有功電流逆變單元用于吸收有功電流整流單元產(chǎn)生的有功電流，無功電流逆變單元用于吸收無功電流整流單元產(chǎn)生的無功電流，諧波電流逆變單元用于吸收諧波電流整流單元產(chǎn)生的諧波電流，有功電流逆變單元與有功電流整流單元相連，無功電流逆變單元與無功電流整流單元相連，諧波電流逆變單元與諧波電流整流單元相連。
[0015]參照圖2，有功電流整流單元包括順次相連的三相四線開關(guān)S1、四相電抗器LI和整流器MK1，三相四線開關(guān)SI分別與三相線a、b、c和中性線η相連，各相上的電壓在圖2中分別標(biāo)記為Ua、Ub、Uc和Un，四相電抗器LI為交流側(cè)所附加的電抗器，在整流器MKl的電路中起到平衡電壓、支撐無功功率的作用。所述有功電流逆變單元包括順次相連的三相四線開關(guān)S2、四相電抗器L2和整流器MK2，三相四線開關(guān)S2分別與三相線a'、b'、c'和中性線n'相連，各相上的電壓在圖2中分別標(biāo)記為Ua'、Ub'、Uc'和Un'，整流器MKl與整流器MK2的直流側(cè)共用一個(gè)電容器C，電容器C為整流器MKl與整流器MK2之間的支撐電容，所述整流器MKl和整流器MK2為電壓型半橋式PWM整流器。整流器MKl包括A相整流器KO1、B相整流器K02、C相整流器K03和N相整流器K04，整流器MK2包括A相整流器KU、B相整流器K12、C相整流器K13和N相整流器K14，各相整流器分別包括兩個(gè)橋臂，每個(gè)橋臂均包括一個(gè)絕緣柵雙極型晶體管IGBT和反向并聯(lián)在絕緣柵雙極型晶體管的發(fā)射極和集電極之間的整流二級管，每個(gè)絕緣柵雙極型晶體管的柵極為控制端。
[0016]其中，無功電流整流單元和諧波電流整流單元共用有功電流整流單元的電路，即有功電流整流單元的電路同時(shí)完成有功電流、無功電流和諧波電流的整流，無功電流逆變單元和諧波電流逆變單元共用有功電流逆變單元的電路，即有功電流逆變單元的電路同時(shí)完成有功電流、無功電流和諧波電流的逆變。
[0017]電子負(fù)載以三相四線接入系統(tǒng)，也可以將用電設(shè)備安裝可控制溫度和濕度的空間呢，用于不同溫度和濕度情況的損耗特性測試。本實(shí)用新型的能量反饋型電子負(fù)載在工作時(shí)，由控制器實(shí)時(shí)監(jiān)測電網(wǎng)電流、電壓信號，將采樣到的模擬電壓信號通過轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，由控制器對送入的數(shù)字信號進(jìn)行處理，產(chǎn)生控制信號到電子負(fù)載中，控制整流模塊產(chǎn)生有功電流、無功電流和諧波電流，并以脈寬調(diào)制信號形式對每個(gè)絕緣柵雙極型晶體管IGBT進(jìn)行控制。電子負(fù)載在運(yùn)行過程中，橋臂的交流輸入端Ua和Ub就會產(chǎn)生PWM波Uab，PWM波Uab中含有與輸入正弦信號波同頻率且幅值成比例的基波分量，以及與三角載波有關(guān)的頻率很高的諧波。PWM波Uab與電網(wǎng)電壓Us共同作用于四相電抗器LI上，即產(chǎn)生了正弦輸入電流Is。當(dāng)電網(wǎng)電壓Us —定時(shí)，正弦輸入電流Is的幅值與相位僅由PWM波Uab決定，通過控制整流模塊交流側(cè)的電壓Uab的幅值與相位，就可以得到所需大小和相位的輸入電流Is0
[0018]當(dāng)正弦輸入電流Is與電網(wǎng)電壓Us同相時(shí)，電路作為整流運(yùn)行，反之，電路作為逆變運(yùn)行。整流器MKl和整流器MK2具有能量雙向傳輸功能的AC/DC轉(zhuǎn)換功能，當(dāng)整流器從電網(wǎng)吸取能量時(shí)， 該整流器運(yùn)行于整流工作狀態(tài)，而當(dāng)PWM整流器向電網(wǎng)傳輸電能時(shí)，其運(yùn)行于有源逆變工作狀態(tài)。本實(shí)用新型中整流器MKl作為電子負(fù)載主要工作在整流器模式，根據(jù)需求實(shí)現(xiàn)各種電流波形，包括有功電流、無功電流、諧波電流等的產(chǎn)生。整流器MK2主要工作在有源逆變模式，其主要工作是將整流器MKl吸收的能量回饋到電網(wǎng)，與此同時(shí)，濾除進(jìn)入電網(wǎng)的諧波電流，從而實(shí)現(xiàn)能量循環(huán)利用。
[0019]本實(shí)用新型的逆變模塊可以將整流模塊產(chǎn)生的諧波電流和無功功率進(jìn)行有源濾波和無功補(bǔ)償并且加以回收，再將回收的能量逆變后返回到電網(wǎng)，經(jīng)測試整個(gè)系統(tǒng)的能量回收率在95%以上，功率因數(shù)≥0.99，電流的諧波畸變率低。
[0020]本實(shí)用新型的能量反饋型電子負(fù)載在工作時(shí)具體包括如下步驟:
[0021]a)電子負(fù)載接入電網(wǎng)，電子負(fù)載開始工作；
[0022]b )利用電流電壓采樣模塊實(shí)時(shí)采集電子負(fù)載輸入端的電流和電壓，并將采集到的電流和電壓輸入到控制器中處理，由控制器輸出控制信號到電子負(fù)載中；
[0023]c)在控制器的控制下，整流模塊中的有功電流整流單元、無功電流整流單元和諧波電流整流單元分別產(chǎn)生用于測試用電設(shè)備的有功電流、無功電流和諧波電流并輸入到需要檢測的輸配電設(shè)備中；
[0024]d)在控制器的控制下，逆變模塊根據(jù)整流模塊中產(chǎn)生的有功電流、無功電流和諧波電流，輸出相應(yīng)的電流以抵消整流模塊產(chǎn)生的有功電流、無功電流和諧波電流，經(jīng)過濾后的三相電循環(huán)反饋到電網(wǎng)中。具體為在控制器的控制下，有功電流逆變單元產(chǎn)生反向的有功電流，無功電流逆變單元產(chǎn)生反向的無功電流，諧波電流逆變單元產(chǎn)生反向的諧波電流，使有功電流整流單元產(chǎn)生的有功電流與反向的有功電流相抵消，無功電流整流單元產(chǎn)生的無功電流與反向的無功電流相抵消，諧波電流整流單元產(chǎn)生的諧波電流與反向的諧波電流相抵消。
[0025]上述說明中，凡未加特別說明的，均采用現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)手段。
【權(quán)利要求】
1.一種能量反饋型電子負(fù)載，其特征在于，所述電子負(fù)載包括用于產(chǎn)生電流的整流模塊及用于能量反饋的逆變模塊，整流模塊與逆變模塊相連，整流模塊和逆變模塊上均設(shè)有用于與控制器相連的控制端；所述整流模塊內(nèi)設(shè)有用于產(chǎn)生有功電流的有功電流整流單元、用于產(chǎn)生無功電流的無功電流整流單元和用于產(chǎn)生諧波電流的諧波電流整流單元，逆變模塊內(nèi)設(shè)有用于吸收有功電流整流單元產(chǎn)生的有功電流的有功電流逆變單元、用于吸收無功電流整流單元產(chǎn)生的無功電流的無功電流逆變單元和用于吸收諧波電流整流單元產(chǎn)生的諧波電流的諧波電流逆變單元，有功電流逆變單元與有功電流整流單元相連，無功電流逆變單元與無功電流整流單元相連，諧波電流逆變單元與諧波電流整流單元相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量反饋型電子負(fù)載，其特征在于，所述有功電流整流單元包括順次相連的三相四線開關(guān)S1、四相電抗器LI和整流器MK1，三相四線開關(guān)SI分別與三相線和中性線相連，所述有功電流逆變單元包括順次相連的三相四線開關(guān)S2、四相電抗器L2和整流器MK2，三相四線開關(guān)S2分別與三相線和中性線相連，整流器MKl與整流器MK2的直流側(cè)共用一個(gè)電容器C，所述整流器MKl和整流器MK2為電壓型半橋式PWM整流器；所述無功電流整流單元和諧波電流整流單元共用有功電流整流單元的電路，所述無功電流逆變單元和諧波電流逆變單元共用有功電流逆變單元的電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的能量反饋型電子負(fù)載，其特征在于，所述整流器MKl和整流器MK2均包括A相整流器、B相整流器、C相整流器和N相整流器，各相整流器分別包括兩個(gè)橋臂，每個(gè)橋臂均包括一個(gè)絕緣柵雙極型晶體管和反向并聯(lián)在絕緣柵雙極型晶體管的發(fā)射極和集電極之間的整流二級管，每個(gè)絕緣柵雙極型晶體管的柵極為控制端。
【文檔編號】H02J3/01GK203617708SQ201320888598
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月31日
【發(fā)明者】歐家祥, 桂專, 張秋雁, 王吉, 王俊融 申請人:貴州電力試驗(yàn)研究院