節能型多功能電力測試系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種節能型多功能電力測試系統，包括控制器、升壓變壓器、高壓阻抗模擬器、降壓變壓器、低壓阻抗模擬器、負載模擬器、第一數據采集單元和第二數據采集單元，升壓變壓器、高壓阻抗模擬、降壓變壓器、低壓阻抗模擬器和負載模擬器順次連接，升壓變壓器的輸入端連接有三相電，負載模擬器的輸出端與升壓變壓器的輸入端相連，負載模擬器包括整流模塊及逆變模塊；本實用新型能真實模擬輸配電系統中電能質量參數以及各種極端條件，可以在各種模擬負載的情況下在線監控各輸配電設備電能損耗，用以真實的反應出各輸配電設備的節能效果及工作特性，以及在不同輸電設備的影響下，電網的能量損耗度及變壓器的經濟運行。
【專利說明】節能型多功能電力測試系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及輸配電系統中電能質量測試【技術領域】，尤其涉及一種適用于中低壓輸配電系統的節能型多功能電力測試系統。
【背景技術】
[0002]發電系統發出干凈的電能經由輸電系統的輸送，最后由配電系統分配到各個用戶的電子負載上，這一過程中，存在著各種輸電設備如變壓器、輸電線路等的影響，也存在著各種配電設備如空調、熱水器和輸電線路等影響，而且各種輸電設備及配電設備的型號、規格等不同也對電能的輸送產生不同的影響。因此，輸電系統和配電系統中易產生各次諧波、低功率因素、三相電流不平衡等電能質量問題，當某一或多種電能質量問題嚴重時，將導致供電設備或用電設備不能正常工作，甚至會影響電網的供電安全。如何模擬輸配電系統中輸配電設備的運行參數及輸配電設備對電能質量的影響，對并入電網的供電設備及二次檢測設備進行入網檢驗顯得尤為關鍵。
[0003]然而，我國目前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，對輸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。然后，輸配電系統中往往是諧波、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輸配電系統實際的需求，更難以真正模擬到輸配電系統的現場運行環境。
[0004]另一方面，在現有技術中，用于輸配電系統中電能質量改善的各種節能設備，有進行單功能補償，如對系統內諧波的含量進行吸收，或僅測試系統內三相不平衡度進行補償等等，也有進行多項補償的，如同時對系統內諧波的含量和三相不平衡度進行調節的，但是，現有的檢測系統只能采用單一變量，其它參數在額定的情況下進行檢測，或直接使用理論數據，但卻難以真實的評估節能設備對電網質量的真實改善效果。
【發明內容】
[0005]本實用新型所要解決的技術問題是針對現有技術中存在的上述問題，提供了一種用于真實模擬輸配電系統中電能質量參數及在線監控各輸配電設備電能損耗的節能型多功能電力測試系統。
[0006]為解決上述問題，本實用新型的技術方案是:
[0007]—種節能型多功能電力測試系統，所述測試系統包括控制器、升壓變壓器、用于模擬高壓線阻抗的高壓阻抗模擬器、降壓變壓器、用于模擬低壓線阻抗的低壓阻抗模擬器、用于模擬負載能量損耗的負載模擬器、用于高壓線上電流和電壓采樣的第一數據采集單元和用于低壓線上電流和電壓采樣的第二數據采集單元，升壓變壓器、高壓阻抗模擬、降壓變壓器、低壓阻抗模擬器和負載模擬器順次連接，控制器分別與高壓阻抗模擬器、低壓阻抗模擬器、負載模擬器、第一數據采集單元和第二數據采集單元相連，第一數據采集單元連接在升壓變壓器與高壓阻抗模擬器的連接處，第二數據采集單元連接在低壓阻抗模擬器與負載模擬器的連接處，所述升壓變壓器的輸入端連接有三相電，負載模擬器的輸出端與升壓變壓器的輸入端相連，所述負載模擬器包括用于產生電流和諧波的整流模塊及用于電流和諧波反饋的逆變模塊，整流模塊與逆變模塊相連；
[0008]三相電經升壓變壓器升壓后進入高壓阻抗模擬器，降壓變壓器接收高壓阻抗模擬器輸出的三相電進行降壓，降壓后的三相電經低壓阻抗模擬器輸出到負載模擬器的整流模塊中整流，整流后的三相電輸出到逆變模塊進行有源逆變，逆變后的三相電返回到升壓變壓器中。
[0009]其中，控制器接收第一數據采集單元電流電壓數據并進行處理，控制器接收第二數據采集單元采集的電流電壓數據并進行處理后輸出到負載模擬器中，負載模擬器接收控制器輸出的控制信號，并輸出相應的負載能量損耗。
[0010]相比較于現有技術，本實用新型的節能型多功能電力測試系統能真實模擬輸配電系統中電能質量參數以及各種極端條件，可以在各種模擬負載的情況下在線監控各輸配電設備電能損耗，用以真實的反應出各輸配電設備的節能效果及工作特性，以及在不同輸電設備的影響下，電網的能量損耗度及變壓器的經濟運行，也有利于中低壓配電網電能質量治理措施研制。
[0011]優選地，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。
[0012]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，也可以模擬出電網中的各種極限條件，用于檢測電網中的各種條件對輸配電設備的影響，并且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。
[0013]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31、四相電抗器11和整流器歷1，三相四線開關31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32、四相電抗器12和整流器歷2，三相四線開關32分別與三相線和中性線相連，整流器歷1與整流器歷2的直流側共用一個電容器0，所述整流器歷1和整流器歷2為電壓型半橋式？麗整流器；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。
[0014]優選地，所述整流器歷1和整流器歷2均包括I相整流器、8相整流器、0相整流器和~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。
[0015]優選地，所述低壓阻抗模擬器與負載模擬器之間并聯有用于改善電能質量的節能產品，節能產品連接在第二數據采集單元與低壓阻抗模擬器的連接處與負載模擬器之間，節能產品與控制器相連。節能產品用于改善電網的電能質量，通過本系統可以對節能產品的節能效果進行有效評估，在負載模擬器模擬出多種如有功電流、無功電流、諧波電流和三相不平衡度等的情況，對節能產品一個或多個節能功能可以同時進行有效評估，同時，負載模擬器也可以模擬出電網中的各種極限條件，來檢測節能產品的節能特性曲線，有利于規范現有市場各種質量參差不齊的節能產品。
[0016]優選地，所述節能產品為無功補償裝置、三相不平衡調整裝置、諧波治理裝置和電能質量綜合治理裝置中的一種，電能質量綜合治理裝置包括無功補償裝單元、三相不平衡調整單元和諧波治理單元中的三種或任意兩種。測試系統可以同時對節能產品的多個功能進行檢測，大大提高了檢測數據的準確性與可靠性。
[0017]優選地，所述測試系統還包括遠程控制器，遠程控制器與控制器有線或無線連接。
[0018]優選地，所述升壓變壓器和降壓變壓器為實際接入電網的變壓器設備。對實際接入電網的變壓器進行損耗特性檢測，有利于了解每個變壓器的真實工作情況，有利于電網布線的設計，更加提高了變壓器經濟運行的程度，另一方面，系統能更加真實的模擬出電網的電能質量。
[0019]優選地，所述控制器內設有參數存儲單元，參數存儲單元內保存有用于計算高壓阻抗的高壓參數和用于計算低壓阻抗的低壓參數，高壓阻抗模擬器和低壓阻抗模擬器分別接收控制器傳送的高壓參數和低壓參數并輸出相應的高壓阻抗和低壓阻抗。
[0020]優選地，所述高壓參數為高壓線長度和高壓線型號，低壓參數為低壓線長度和低壓線型號。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1是本實用新型節能型多功能電力測試系統的電路原理框圖。
[0022]圖2是本實用新型節能型多功能電力測試系統中負載模擬器的電路原理框圖。
[0023]圖3是本實用新型節能型多功能電力測試系統中負載模擬器的電路圖。
[0024]圖4是本實用新型節能型多功能電力測試系統結合節能產品的電路原理框圖。
【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖和實施例進一步詳細說明本實用新型，但本實用新型的保護范圍并不限于此。
[0026]參照圖1，本實用新型的節能型多功能電力測試系統，包括控制器、升壓變壓器、用于模擬高壓線阻抗的高壓阻抗模擬器、降壓變壓器、用于模擬低壓線阻抗的低壓阻抗模擬器、用于模擬負載能量損耗的負載模擬器、用于高壓線上電流和電壓采樣的第一數據采集單元和用于低壓線上電流和電壓采樣的第二數據采集單元，升壓變壓器、高壓阻抗模擬、降壓變壓器、低壓阻抗模擬器和負載模擬器順次連接，控制器分別與高壓阻抗模擬器、低壓阻抗模擬器、負載模擬器、第一數據采集單元和第二數據采集單元相連，第一數據采集單元連接在升壓變壓器與高壓阻抗模擬器的連接處，第二數據采集單元連接在低壓阻抗模擬器與負載模擬器的連接處，所述升壓變壓器的輸入端連接有三相電，負載模擬器的輸出端與升壓變壓器的輸入端相連，所述負載模擬器包括用于產生電流和諧波的整流模塊及用于電流二的電流電壓數據并進行處理，控制器根據出降壓變壓器的損耗值，實時的數據采集三功功率、功率因素、諧波、三相不平衡度以壓器能量損耗的在線監測。也可在測試系加精準的計算出各種輸配電設備的能量損電網的變壓器設備，如降壓變壓器可以選擇:可根據實際的需要進行其它選擇。
集的電流電壓數據并進行處理后輸出到負信號，通過控制器內部的運算后，輸出相應護產生有功電流的有功電流整流單元、用于諧波電流的諧波電流整流單元。諧波電流江調，負載諧波范圍為1-25次，可以研究諧乾變模塊內設有有功電流逆變單元、無功電:單元用于吸收有功電流整流單元產生的有I流單元產生的無功電流，諧波電流逆變單有功電流逆變單元與有功電流整流單元相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。
[0031]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，SP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。
[0032]電子負載以三相四線接入系統，也可以將電子負載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負載模擬。本實用新型的能量反饋型電子負載在工作時，由控制器實時監測電網電流、電壓信號，將第二數據采集單元采集的電流電壓數據進行處理，并產生控制信號到負載模擬器中，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。負載模擬器在運行過程中，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Is。
[0033]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。本實用新型中整流器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。
[0034]本實用新型的測試系統處于工作狀態時，三相電經升壓變壓器升壓，此時，第一數據采集單元采集高壓線上電流和電壓用于升壓變壓器的損耗特性檢測；經升壓后的三相電進入高壓阻抗模擬器，降壓變壓器接收高壓阻抗模擬器輸出的三相電進行降壓，降壓后的三相電經低壓阻抗模擬器輸出到負載模擬器的整流模塊中整流；此時第二數據采集單元采集經過經過降壓變壓器和低壓阻抗模擬器后的電流和電壓，用于降壓變壓器的損耗特性檢測，另一方面，第二數據采集單元實時采集的電流和電壓輸入到控制器中，控制器接收第一數據采集單元電流電壓數據并進行處理，控制器接收第二數據采集單元采集的電流電壓數據并進行處理后輸出到負載模擬器中，負載模擬器接收控制器輸出的控制信號，并輸出相應的負載能量損耗。
[0035]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，用于檢測測試系統在不同有功電流、無功電流和諧波電流下輸配電設備的損耗特性。整流模塊輸出的有功電流、無功電流和諧波電流會對整個測試系統內的所有輸配電設備產生影響，即可以研究在不同的有功電流、無功電流和諧波電流下，輸配電設備的在線損耗。[0036]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。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。
[0037]參照圖4，利用本實用新型的節能型多功能電力測試系統還可以實現對中低壓配電網節能產品的節能效果測評及其性能測試，節能產品是用于改善電能質量，節能產品為無功補償裝置、三相不平衡調整裝置、諧波治理裝置和電能質量綜合治理裝置中的一種，電能質量綜合治理裝置包括無功補償裝單元、三相不平衡調整單元和諧波治理單元中的三種或任意兩種。
[0038]將節能產品并入電網，在低壓阻抗模擬器與負載模擬器之間并聯節能產品，節能產品連接在第二數據采集單元與低壓阻抗模擬器的連接處與負載模擬器之間，節能產品與控制器相連。由于本實用新型的負載模擬器在控制器的控制下，可以產生并調節負荷大小、三相負荷不平衡、諧波、負序、系統電壓和功率因數等，因此，在接入節能產品時，測試系統可以在多個因素同時存在的基礎上，對節能產品進行節能效果測評，及其性能測試，從而對相應的抑制或補償措施并加以驗證。也可將節能產品放入獨立封閉的空間，同時控制該空間的溫度和濕度，以測試節能產品在在不同環境下的節能效果。
[0039]綜上所述，利用本實用新型的節能型多功能電力測試系統，可以用于中低壓配電網電力產品的性能測試，中低壓配電網電力產品的性能測試，中低壓配電網節能產品的節能效果測評及其性能測試，負荷大小、三相負荷不平衡、諧波、負序、系統電壓、功率因數等對配電網損耗的影響研究，中低壓配電網技術降損措施研制，中低壓配電網電能質量治理措施研制及產品性能測試；智能微網相關產品性能測試及技術研究等。
[0040]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】
1.一種節能型多功能電力測試系統，其特征在于，所述測試系統包括控制器、升壓變壓器、用于模擬高壓線阻抗的高壓阻抗模擬器、降壓變壓器、用于模擬低壓線阻抗的低壓阻抗模擬器、用于模擬負載能量損耗的負載模擬器、用于高壓線上電流和電壓采樣的第一數據采集單元和用于低壓線上電流和電壓采樣的第二數據采集單元，升壓變壓器、高壓阻抗模擬、降壓變壓器、低壓阻抗模擬器和負載模擬器順次連接，控制器分別與高壓阻抗模擬器、低壓阻抗模擬器、負載模擬器、第一數據采集單元和第二數據采集單元相連，第一數據采集單元連接在升壓變壓器與高壓阻抗模擬器的連接處，第二數據采集單元連接在低壓阻抗模擬器與負載模擬器的連接處，所述升壓變壓器的輸入端連接有三相電，負載模擬器的輸出端與升壓變壓器的輸入端相連，所述負載模擬器包括用于產生電流和諧波的整流模塊及用于電流和諧波反饋的逆變模塊，整流模塊與逆變模塊相連； 三相電經升壓變壓器升壓后進入高壓阻抗模擬器，降壓變壓器接收高壓阻抗模擬器輸出的三相電進行降壓，降壓后的三相電經低壓阻抗模擬器輸出到負載模擬器的整流模塊中整流，整流后的三相電輸出到逆變模塊進行有源逆變，逆變后的三相電返回到升壓變壓器中。
2.根據權利要求1所述的節能型多功能電力測試系統，其特征在于，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。
3.根據權利要求2所述的節能型多功能電力測試系統，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SI、四相電抗器LI和整流器MKl，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。
4.根據權利要求3所述的節能型多功能電力測試系統，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。
5.根據權利要求1-4中任意一項所述的節能型多功能電力測試系統，其特征在于，所述低壓阻抗模擬器與負載模擬器之間并聯有用于改善電能質量的節能產品，節能產品連接在第二數據采集單元與低壓阻抗模擬器的連接處與負載模擬器之間，節能產品與控制器相連。
6.根據權利要求5所述的節能型多功能電力測試系統，其特征在于，所述節能產品為無功補償裝置、三相不平衡調整裝置、諧波治理裝置和電能質量綜合治理裝置中的一種，電能質量綜合治理裝置包括無功補償裝單元、三相不平衡調整單元和諧波治理單元中的三種或任意兩種。
7.根據權利要求1所述的節能型多功能電力測試系統，其特征在于，所述測試系統還包括遠程控制器，遠程控制器與控制器有線或無線連接。
8.根據權利要求1所述的節能型多功能電力測試系統，其特征在于，所述升壓變壓器和降壓變壓器為實際接入電網的變壓器設備。
9.根據權利要求1所述的節能型多功能電力測試系統，其特征在于，所述控制器內設有參數存儲單元，參數存儲單元內保存有用于計算高壓阻抗的高壓參數和用于計算低壓阻抗的低壓參數，高壓阻抗模擬器和低壓阻抗模擬器分別接收控制器傳送的高壓參數和低壓參數并輸出相應的高壓阻抗和低壓阻抗。
10.根據權利要求9所述的節能型多功能電力測試系統，其特征在于，所述高壓參數為高壓線長度和高壓線型號，低壓參數為低壓線長度和低壓線型號。
【文檔編號】G01R31/00GK203630258SQ201320893092
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2013年12月31日 優先權日:2013年12月31日
【發明者】黃海宇, 王莉, 馬慶華, 王國安 申請人:杭州得誠電力科技有限公司