一種大功率電網電壓模擬電路的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種大功率電網電壓模擬電路，其特征在于：包括啟動單元、能量轉換單元、濾波單元和檢測及控制系統；所述啟動單元包括相互并聯連接的電阻和接觸器，且接觸器兩端分別連接電網電壓輸入和能量轉換單元；所述能量轉換單元包括三個單相系統，每個單相系統電路結構均分為整流部分和逆變部分；所述檢測及控制系統用來模擬電網電壓的正常工作情況以及各種異常工作、閃變及故障情況。本發明的一種大功率電網電壓模擬電路通過PWM整流和逆變電路控制模擬量的輸出，真實反應了電網電壓的實際情況；能夠滿足大功率式品的模擬測試；結構簡單，安全可靠。
【專利說明】—種大功率電網電壓模擬電路
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種大功率電網電壓模擬電路。
【背景技術】
[0002]電能質量治理設備的試驗平臺由電網模擬試驗裝置、電能質量擾動發生裝置和系統監控部分構成，作為電網模擬試驗裝置的大功率電壓源，其等效電阻可調，可以模擬試品在不同電網參數下的特性。目前，對電壓跌落模擬裝置的研究比較多，專門的電網模擬試驗裝置的研究較少。一些相關的研究主要是關注控制方法的研究，而關注電網模擬裝置的很少。
[0003]目前國內外對于電網模擬裝置的研究并不系統，而且也沒有相應的標準和規范，市場上的模擬電源性能不完全而且價格昂貴，這些都給電能質量治理設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模擬試驗裝置進行研究。
[0004]在電能質量治理設備的試驗平臺中，需要一個大功率電壓源，對電網的電壓狀況進行模擬，滿足試驗平臺能夠進行相關產品國家標準或者行業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、電網三相不平衡、無功補償和諧波電壓測試等。
[0005]本發明結合大功率電網電壓的具體要求，提出一種模擬電路，可用于模擬盡可能真實的電網環境，以滿足對電能質量治理設備的測試與試驗要求。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在于提供一種大功率電網電壓模擬電路，在滿足對大功率電能質量治理設備測試需求的基礎上總結了電網模擬裝置應實現的功能，建立了電網電壓模擬電路，本發明可以模擬電網實際情況，設備結構簡單，并降低整體成本。
[0007]為實現上述目的，本發明的技術方案是:一種大功率電網電壓模擬電路，其特征在于:包括啟動單元、能量轉換單元、濾波單元和檢測及控制系統；
所述啟動單元包括并聯連接的電阻和接觸器，且接觸器兩端分別連接電網電壓輸入和能量轉換單元；
所述能量轉換單元包括三個單相系統，每個單相系統電路結構均分為整流部分和逆變部分；
所述檢測及控制系統通過數據采集與處理，對能量轉換單元進行控制，并實現與后臺進行數據通訊；
所述能量轉換單元、濾波單元和檢測及控制系統兩兩之間相互連接。
[0008]進一步的，所述單相系統的整流部分采用三相PWM整流電路來實現，用于整流輸入的電網電壓，且輸出側采用直流電容穩壓。
[0009]進一步的，所述單相系統的逆變部分采用單相PWM逆變電路實現，用于將整流部分產生的直流電壓進行逆變，將直流電壓轉化為與正弦波等效的PWM電壓波形。
[0010]進一步的，所述逆變部分的逆變電路是通過開關器件的驅動電路控制器件的導通和關斷；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生的高次諧波。
[0011]進一步的，所述檢測及控制系統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、數據采集與處理電路、控制與檢測電路和故障與保護電路；所述檢測及控制系統能夠與后臺系統進行數據通訊。
[0012]進一步的，所述數據采集與處理電路、控制與檢測電路和故障與保護電路均由單片機電路組成。
[0013]進一步的，所述檢測及控制系統還連接有若干電壓檢測單元和電流檢測單元。
[0014]進一步的，所述若干電壓檢測單元分別用于檢測電網電壓、單相系統的整流部分輸出的直流電壓和模擬電網輸出電壓；所述若干電流檢測單元分別用于檢測單相系統逆變部分的橋臂電流、模擬電網輸出電流和三相交流電電感電流。
[0015]進一步的，所述的能量轉換單元的工作原理為:整流部分，三相交流電A、B、C三相分別由三個脈沖寬度調制PWM整流電路產生直流電壓，并在輸出側經由直流電容穩壓；逆變部分，采用單相PWM逆變電路，通過開關器件的驅動電路控制器件的導通和關斷，將整流部分產生的直流電壓進行逆變，轉化為與正弦波等效的PWM電壓波形，并在輸出側加上所述濾波單元濾除高次諧波。
[0016]相較于現有技術，本發明具有以下有益效果:
1、本發明通過PWM整流和逆變電路控制模擬量的輸出，真實反應了電網電壓的實際情
況；
2、能夠滿足大功率試品的模擬測試；
3、本發明結構簡單,安全可靠。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1是本發明大功率電網電壓模擬電路系統結構。
[0018]圖2是本發明能量轉換單元主電路結構。
[0019]圖3是本發明檢測及控制系統示意圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖，對本發明的技術方案進行具體說明。
[0021]如圖1-3所示，本發明的一種大功率電網電壓模擬電路，其特征在于:包括啟動單元、能量轉換單元、濾波單元和檢測及控制系統；
所述啟動單元包括并聯連接的電阻和接觸器，且接觸器兩端分別連接電網電壓輸入和能量轉換單元；
所述能量轉換單元包括三個單相系統，每個單相系統電路結構均分為整流部分和逆變部分；
所述檢測及控制系統通過數據采集與處理，對能量轉換單元進行控制，并實現與后臺進行數據通訊；
所述能量轉換單元、濾波單元和檢測及控制系統兩兩之間相互連接。
[0022]為了實現模擬電壓包含高次諧波分量故障的功能，需要三相的子系統整流側相互獨立，所述單相系統的整流部分采用三相PWM整流電路來實現，用于整流輸入的電網電壓，且輸出側米用直流電容穩壓。
[0023]為了產生電網電壓的模擬電壓，所述單相系統的逆變部分采用單相PWM逆變電路實現，用于將整流部分產生的直流電壓進行逆變，將直流電壓轉化為與正弦波等效的PWM電壓波形。
[0024]所述逆變部分的逆變電路是通過開關器件的驅動電路控制器件的導通和關斷；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生的高次諧波。
[0025]為了對能量轉換單元進行控制，來模擬電網電壓的正常工作情況以及各種異常工作、閃變及故障情況，并實現與后臺進行數據通訊，所述檢測及控制系統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、數據采集與處理電路、控制與檢測電路和故障與保護電路；所述檢測及控制系統能夠與后臺系統進行數據通訊。
[0026]所述數據采集與處理電路、控制與檢測電路和故障與保護電路均由單片機電路組成。
[0027]為了對整個系統的電流及電壓進行檢測，所述檢測及控制系統還連接有若干電壓檢測單元和電流檢測單元。
[0028]所述若干電壓檢測單元分別用于檢測電網電壓、單相系統的整流部分輸出的直流電壓和模擬電網輸出電壓；所述若干電流檢測單元分別用于檢測單相系統逆變部分的橋臂電流、模擬電網輸出電流和三相交流電電感電流。
[0029]為了講述能量轉換單元的具體作用，所述的能量轉換單元的工作原理為:整流部分，三相交流電A、B、C三相分別由三個脈沖寬度調制PWM整流電路產生直流電壓，并在輸出側經由直流電容穩壓；逆變部分，采用單相PWM逆變電路，通過開關器件的驅動電路控制器件的導通和關斷，將整流部分產生的直流電壓進行逆變，轉化為與正弦波等效的PWM電壓波形，并在輸出側加上所述濾波單元濾除高次諧波。
[0030]以下為具體實施例。
[0031]如圖1所示,本實施例系統主要包括啟動單元、能量轉換單元、濾波單元和檢測及控制系統；能量轉換單元包含整流環節和逆變環節，利用多種轉換方法，將輸入的電網電壓轉換為幅值大小可變、頻率范圍可調、包含高次諧波、可以模擬三相不平衡及模擬電網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交流電壓轉換成直流電壓，為后級的逆變部分提供穩定的直流電壓；逆變部分的功能是將整流產生的直流電壓轉換成交流電壓輸出，通過檢測及控制單元的控制來模擬電網電壓的正常工作情況以及各種異常工作、閃變及故障情況。
[0032]如圖2所示,能量轉換單元的工作原理如下:
在初始狀態時，斷路器(QFl)處于斷開狀態，當裝置需要上電時，QFl閉合，由于模擬電路要實現的模擬電壓包含高次諧波分量故障的功能，需要三相的子系統整流測相互獨立，A、B、C三相分別由三個脈沖寬度調制PWM整流電路產生直流電壓；這樣，能量轉換單元由三個單項系統組成，每個單相的輸出模擬電網的一相，每相系統的電路結構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，將輸入的電網電壓整流，在輸出側采用直流電容穩壓，為后面的逆變部分提供穩定的直流電壓；整流部分的三相PWM整流可以適當被測試系統的有源負載產生的能量回饋到電網，實現能量的雙向流動。[0033]逆變電路采用單相PWM逆變電路實現，逆變電路通過開關器件的驅動電路控制器件的導通和關斷，將整流電路產生的直流電壓進行逆變，轉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。
[0034]如圖3所示，檢測及控制系統檢測電網電壓、橋臂電流、能量轉換單元整流部分輸出的直流電壓、模擬電網輸出電壓、模擬電網輸出電流和電感電流，通過數據采集與處理，對能量轉換單元進行控制，來模擬各種需要的電網情況，并實現與后臺進行數據通訊。
[0035]以上是本發明一種大功率電網電壓模擬電路的較佳實施例，凡依本發明技術方案所作的改變，所產生的功能作用未超出本發明技術方案的范圍時，均屬于本發明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種大功率電網電壓模擬電路，其特征在于:包括啟動單元、能量轉換單元、濾波單元和檢測及控制系統； 所述啟動單元包括并聯連接的電阻和接觸器，且接觸器兩端分別連接電網電壓輸入和能量轉換單元； 所述能量轉換單元包括三個單相系統，每個單相系統電路結構均分為整流部分和逆變部分； 所述檢測及控制系統通過數據采集與處理，對能量轉換單元進行控制，并實現與后臺進行數據通訊； 所述能量轉換單元、濾波單元和檢測及控制系統兩兩之間相互連接。
2.根據權利要求1所述大功率電網電壓模擬電路，其特征在于:所述單相系統的整流部分采用三相PWM整流電路來實現，用于整流輸入的電網電壓，且輸出側采用直流電容穩壓。
3.根據權利要求1所述大功率電網電壓模擬電路，其特征在于:所述單相系統的逆變部分采用單相PWM逆變電路實現，用于將整流部分產生的直流電壓進行逆變，將直流電壓轉化為與正弦波等效的PWM電壓波形。
4.根據權利要求3所述大功率電網電壓模擬電路，其特征在于:所述逆變部分的逆變電路是通過開關器件的驅動電路控制器件的導通和關斷；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生的高次諧波。
5.根據權利要求1所述大功率電網電壓模擬電路，其特征在于:所述檢測及控制系統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、數據采集與處理電路、控制與檢測電路和故障與保護電路。
6.根據權利要求5所述大功率電網電壓模擬電路，其特征在于:所述數據采集與處理電路、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.根據權利要求1或6所述大功率電網電壓模擬電路，其特征在于:所述檢測及控制系統還連接有若干電壓檢測單元和電流檢測單元。
8.根據權利要求7所述大功率電網電壓模擬電路，其特征在于:所述若干電壓檢測單元分別用于檢測電網電壓、單相系統的整流部分輸出的直流電壓和模擬電網輸出電壓；所述若干電流檢測單元分別用于檢測單相系統逆變部分的橋臂電流、模擬電網輸出電流和三相交流電電感電流。
9.根據權利要求1所述大功率電網電壓模擬電路，其特征在于:所述的能量轉換單元的工作原理為:整流部分，三相交流電A、B、C三相分別由三個脈沖寬度調制PWM整流電路產生直流電壓，并在輸出側經由直流電容穩壓；逆變部分，采用單相PWM逆變電路，通過開關器件的驅動電路控制器件的導通和關斷，將整流部分產生的直流電壓進行逆變，轉化為與正弦波等效的PWM電壓波形，并在輸出側加上所述濾波單元濾除高次諧波。
【文檔編號】G01R1/28GK103743931SQ201410002983
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2014年1月3日 優先權日:2014年1月3日
【發明者】林焱, 吳丹岳, 李發祿, 黃道姍, 鄭建輝, 張健 申請人:國家電網公司, 國網福建省電力有限公司, 國網福建省電力有限公司電力科學研究院