能量反饋型用電設備測試系統及方法
【專利摘要】本發明涉及一種能量反饋型用電設備測試系統和能量反饋型用電設備測試方法，所述測試系統包括電子負載、控制器、用電設備和電流電壓采樣模塊，電子負載串接在三相電上，用電設備、電流電壓采樣模塊順次連接在電子負載的輸入端上，用電設備并聯接入三相電，控制器分別與電流電壓采樣模塊和電子負載相連，電子負載包括用于產生電流的整流模塊及用于能量反饋的逆變模塊；本發明通過電子負載可以真實的模擬出電網中的各種極限條件，用于檢測用電設備在遭遇電網中各類無功電流、有功電流和諧波電流對自身的影響，通過檢測，一方面有利于用電設備自身的優化升級，另一方面也避免了現有技術中利用開環測試方式帶來的弊端。
【專利說明】能量反饋型用電設備測試系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及輸配電系統中電能質量測試【技術領域】，尤其涉及一種能量反饋型用電設備測試系統及方法。
【背景技術】
[0002]目前，各種電力電器、民用電器以及非線性負荷大量接入電網，造成大量的無功電流、諧波電流注入到電網當中，電網的工作環境錯綜復雜，相互影響和干擾。這些影響不但造成了電網輸電損耗的大大增加，而且會讓各種用電設備工作失常，另一方面，現有的用電設備只能采用仿真或推理的方式去測試用電設備在諧波電流、無功電流環境中的工作狀態，而實際中多大的無功電流和諧波電流會對用電設備造成損壞，就無從考究了。
[0003]在現有技術中，也存在著用于模擬電網質量、對用電設備進行測試的電子負載，這類電子負載主要采用開環測試方式，也就是采用單一變量，其它參數在額定的情況下，對用電設備的一些性能或是設備的二次回路進行檢測，如，僅測試系統內諧波電流的含量，或僅測試系統內三相不平衡度等等，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。然而，輸配電系統中往往是諧波電流、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測結果均過于理想，檢測的數據也難以滿足配電系統實際的需求，更難以真正模擬到配電系統的現場運行環境。
【發明內容】
[0004]本發明所要解決的技術問題是針對現有技術中存在的上述問題，提供了一種用于模擬電網中各種極限條件、具有無功電流、有功電流、諧波電流反饋功能的能量反饋型用電設備測試系統及方法。
[0005]為解決上述問題，本發明的一種技術方案是:
[0006]一種能量反饋型用電設備測試系統，所述測試系統包括電子負載、控制器、用電設備和用于采集電子負載輸入端電流和電壓的電流電壓采樣模塊，電子負載串接在三相電上，用電設備、電流電壓采樣模塊順次連接在電子負載的輸入端上，所述用電設備并聯接入三相電，控制器分別與電流電壓采樣模塊和電子負載相連；所述電子負載包括用于產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有用于與控制器相連的控制端；所述整流模塊內設有用于產生有功電流的有功電流整流單元、用于產生無功電流的無功電流整流單元和用于產生諧波電流的諧波電流整流單元，逆變模塊內設有用于吸收有功電流整流單元產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S1、四相電抗器LI和整流器MK1，三相四線開關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S2、四相電抗器L2和整流器MK2，三相四線開關S2分別與三相線和中性線相連，整流器MKl與整流器MK2的直流側共用一個電容器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橋臂，每個橋臂均包括一個絕緣柵雙極型晶體管和反向并聯在絕緣柵雙極型晶體管的發射極和集電極之間的整流二級管，每個絕緣柵雙極型晶體管的柵極為控制端。
[0009]相比較于現有技術，本發明的能量反饋型用電設備測試系統通過電子負載可以真實的模擬出電網中的各種極限條件，電子負載通過整流模塊能夠模擬出電網中同時存在的有功電流、無功電流、諧波電流和三相不平衡度，通過逆變模塊對整流模塊產生的有功電流、無功電流和諧波電流進行能量回收，對三相不平衡度進行補償，避免了有功電流、無功電流和諧波電流等接入電網，能量回收率高，節能環保；同時，也可以模擬出電網中的其它各種極限條件，用于檢測電網中的各種條件對用電設備的影響及進行老化測試，來檢測用電設備在遭遇電網中各類無功電流、有功電流和諧波電流對自身的影響，通過檢測，一方面有利于用電設備自身的優化升級，另一方面也避免了現有技術中利用開環測試方式帶來的弊端；同時，電子負載對整流模塊產生的有功電流、無功電流和諧波電流進行能量回收利用，節能環保。
[0010]一種能量反饋型用電設備測試方法，所述測試方法基于上述提及的用電設備測試系統，所述測試方法包括如下步驟:
[0011]a)用電設備測試系統接入電網，用電設備正常工作；
[0012]b )電流電壓采樣模塊實時采集電子負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載中；
[0013]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生用于測試用電設備的有功電流、無功電流和諧波電流并輸入到用電設備中，測試用電設備在不同電有功電流、無功電流和諧波電流下的工作狀態；
[0014]d)在控制器的控制下，逆變模塊根據整流模塊中產生的有功電流、無功電流和諧波電流，輸出相應的電流和諧波電流以抵消整流模塊產生的有功電流、無功電流和諧波電流，經逆變后的三相電循環反饋到電網中。
[0015]優選地，所述步驟d具體為:在控制器的控制下，有功電流逆變單元產生反向的有功電流，無功電流逆變單元產生反向的無功電流，諧波電流逆變單元產生反向的諧波電流，使有功電流整流單元產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生的諧波電流與反向的諧波電流相抵消。
[0016]相比較于現有技術，本發明的用電設備測試方法通過電子負載可以真實的模擬出電網中的各種極限條件，來檢測用電設備在遭遇電網中各類無功電流、有功電流和諧波電流對自身的影響，通過檢測，一方面有利于用電設備自身的優化升級，另一方面也避免了現有技術中利用開環測試方式帶來的弊端；同時，電子負載對整流模塊產生的有功電流、無功電流和諧波電流進行能量回收利用，節能環保。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1是本發明能量反饋型用電設備測試系統的電路原理框圖。
[0018]圖2是本發明能量反饋型用電設備測試系統中電子負載的電路原理框圖。
[0019]圖3是本發明能量反饋型用電設備測試系統中電子負載的電路圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖和實施例進一步詳細說明本發明，但本發明的保護范圍并不限于此。
[0021]參照圖1，本發明的能量反饋型用電設備測試系統包括電子負載、控制器、用電設備和用于采集電子負載輸入端電流和電壓的電流電壓采樣模塊，電子負載串接在三相電上，用電設備、電流電壓采樣模塊順次連接在電子負載的輸入端上，用電設備并聯接入三相電，控制器分別與電流電壓采樣模塊和電子負載相連。用電設備測試系統用于研究有功電流、無功電流和諧波電流對用電設備的影響，以及通過電子負載模擬各種極端條件下，用電設備的工作特性。用電設備測試系統中的用電設備也可以替換為各類電源產品，利用用電設備測試系統對電源產品進行老化試驗，并且可以模擬各種特性的負載:如感性負載，容性負載，阻性負載以及各種非線性負載。
[0022]參照圖2，電子負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。整流模塊用于產生各類諧波電流、三相負荷不平衡度負荷、有功電流和無功電流等，逆變模塊用于吸收整流模塊產生的各類電流，由逆變模塊逆變后將80%以上的電能循環利用。
[0023]所述整流模塊內設有用于產生有功電流的有功電流整流單元、用于產生無功電流的無功電流整流單元和用于產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及諧波含量連續可調，負載諧波范圍為1-25次，可以研究諧波對用電設備產生影響的機理及治理措施。逆變模塊內設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。
[0024]參照圖3，有功電流整流單元包括順次相連的三相四線開關S1、四相電抗器LI和整流器MK1，三相四線開關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3中分別標記為Ua、Ub、Uc和Un，四相電抗器LI為交流側所附加的電抗器，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S2、四相電抗器L2和整流器MK2，三相四線開關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3中分別標記為Ua'、Ub'、Uc'和Un'，整流器MKl與整流器MK2的直流側共用一個電容器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橋臂，每個橋臂均包括一個絕緣柵雙極型晶體管IGBT和反向并聯在絕緣柵雙極型晶體管的發射極和集電極之間的整流二級管，每個絕緣柵雙極型晶體管的柵極為控制端。
[0025]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完成有功電流、無功電流和諧波電流的逆變。
[0026]電子負載以三相四線接入系統，也可以將用電設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。本發明的能量反饋型用電設備測試系統在工作時，由控制器實時監測電網電流、電壓信號，將采樣到的模擬電壓信號通過轉換為數字信號，由控制器送入的數字信號進行處理，產生控制信號到電子負載中，控制整流模塊產生有功電流、無功電流和諧波電流，并以脈寬調制信號形式對每個絕緣柵雙極型晶體管IGBT進行控制。電子負載在運行過程中，橋臂的交流輸入端Ua和Ub就會產生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的頻率很高的諧波。PWM波Uab與電網電壓Us共同作用于四相電抗器LI上，即產生了正弦輸入電流Is。當電網電壓Us —定時，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
[0027]當正弦輸入電流Is與電網電壓Us同相時，電路作為整流運行，反之，電路作為逆變運行。整流器MKl和整流器MK2具有能量雙向傳輸功能的AC/DC轉換功能，當整流器從電網吸取能量時，該整流器運行于整流工作狀態，而當PWM整流器向電網傳輸電能時，其運行于有源逆變工作狀態。本發明中整流器MKl作為電子負載主要工作在整流器模式，根據需求實現各種電流波形，包括有功電流、無功電流、諧波電流等的產生。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，與此同時，濾除進入電網的諧波電流，從而實現能量循環利用。
[0028]本發明的逆變模塊可以將整流模塊產生的諧波電流和無功功率進行有源濾波和無功補償并且加以回收，再將回收的能量逆變后返回到電網，經測試整個系統的能量回收率在95%以上，功率因數≥0.99，電流的諧波畸變率低。
[0029]本發明的能量反饋型用電設備測試方法，測試方法基于上述的用電設備測試系統，包括如下步驟:
[0030]a)用電設備測試系統接入電網，用電設備正常工作；
[0031 ] b )電流電壓采樣模塊實時采集電子負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載中；
[0032]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生用于測試用電設備的有功電流、無功電流和諧波電流并輸入到用電設備中，測試用電設備在不同有功電流、無功電流和諧波電流下的工作狀態；
[0033]d)在控制器的控制下，逆變模塊根據整流模塊中產生的有功電流、無功電流和諧波電流，輸出相應的電流以抵消整流模塊產生的有功電流、無功電流和諧波電流，經過濾后的三相電循環反饋到電網中。具體為在控制器的控制下，有功電流逆變單元產生反向的有功電流，無功電流逆變單元產生反向的無功電流，諧波電流逆變單元產生反向的諧波電流，使有功電流整流單元產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生的諧波電流與反向的諧波電流相抵消。
[0034]上述說明中，凡未加特別說明的，均采用現有技術中的技術手段。
【權利要求】
1.一種能量反饋型用電設備測試系統，其特征在于，所述測試系統包括電子負載、控制器、用電設備和用于采集電子負載輸入端電流和電壓的電流電壓采樣模塊，電子負載串接在三相電上，用電設備、電流電壓采樣模塊順次連接在電子負載的輸入端上，所述用電設備并聯接入三相電，控制器分別與電流電壓采樣模塊和電子負載相連；所述電子負載包括用于產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有用于與控制器相連的控制端；所述整流模塊內設有用于產生有功電流的有功電流整流單元、用于產生無功電流的無功電流整流單元和用于產生諧波電流的諧波電流整流單元，逆變模塊內設有用于吸收有功電流整流單元產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.根據權利要求1所述的能量反饋型用電設備測試系統，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S1、四相電抗器LI和整流器MK1，三相四線開關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S2、四相電抗器L2和整流器MK2，三相四線開關S2分別與三相線和中性線相連，整流器MKl與整流器MK2的直流側共用一個電容器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.根據權利要求2所述的能量反饋型用電設備測試系統，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橋臂，每個橋臂均包括一個絕緣柵雙極型晶體管和反向并聯在絕緣柵雙極型晶體管的發射極和集電極之間的整流二級管，每個絕緣柵雙極型晶體管的柵極為控制端。
4.一種能量反饋型用電設備測試方法，其特征在于，所述測試方法基于權利要求1-3任意一項所述的能量反饋型用電設備測試系統，所述測試方法包括如下步驟: a)能量反饋型用電設備測試系統接入電網，用電設備正常工作； b )電流電壓采樣模塊實時采集電子負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載中； 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生用于測試用電設備的有功電流、無功電流和諧波電流并輸入到用電設備中，測試用電設備在不同有功電流、無功電流和諧波電流下的工作狀態； d)在控制器的控制下，逆變模塊根據整流模塊中產生的有功電流、無功電流和諧波電流，輸出相應的電流以抵消整流模塊產生的有功電流、無功電流和諧波電流，經逆變后的三相電循環反饋到電網中。
5.根據權利要求4所述的能量反饋型用電設備測試方法，其特征在于，所述步驟d具體為:在控制器的控制下，有功電流逆變單元產生反向的有功電流，無功電流逆變單元產生反向的無功電流，諧波電流逆變單元產生反向的諧波電流，使有功電流整流單元產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生的諧波電流與反向的諧波電流相抵消。
【文檔編號】G01R31/00GK103698641SQ201310750208
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月31日 優先權日:2013年12月31日
【發明者】歐家祥, 桂專, 張秋雁, 王吉, 王俊融 申請人:貴州電力試驗研究院