大功率二極管整流變頻器功率測試電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種大功率二極管整流變頻器功率測試電路，解決了現有測試電路及方法存在的較高的初始資本投入和平臺搭建時間長的問題。包括大功率二極管整流變頻器（1）、電網（2）、控制器（21）和變壓器（8），大功率二極管整流變頻器整流端通過二極管整流器濾波器（6）與電網連接，大功率二極管整流變頻器的逆變端通過逆變器濾波器（7）與變壓器的輸入端連接，變壓器的輸出端與電網連接，在大功率二極管整流變頻器整流端上設置有第一電流檢測模塊（18）的信號采集端子，在大功率二極管整流變頻器的逆變端上設置有第二電流檢測模塊（19）的信號采集端子，在變壓器的輸入端連接有電壓檢測模塊（20），特別適合測試現場使用。
【專利說明】大功率二極管整流變頻器功率測試電路
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種大功率二極管整流變頻器的功率測試電路。
【背景技術】
[0002]在變頻器研發生產過程中，需要檢驗其在額定以及過載工況下的性能，判斷能否達到符合出廠標準的額定要求。所以有效的低成本的測試方法作為變頻器測試手段是非常重要的。考慮到大功率變頻器自身輸出功率的要求，對大功率二極管整流變頻器的功率測試方法應具有功率回饋特點，以減少測試成本。目前，常見二極管整流變頻器功率測試方法是使用負載電機帶動發電機來實現能量回饋。被測試大功率二極管整流變頻器I的整流端連接電網2，被測試大功率二極管整流變頻器I的逆變端連接負載電機3，負載電機3同軸連發電機4。發電機4有不同的控制方式，可以通過變頻器5接入電網或者通過斷路器接入電網。無論哪種接入方式，都無法避免較高的初始資本投入和平臺搭建時間，同時負載電機
3、發電機4等需要定期維護.在測試時，振動大，機械噪音高，是批量生產或者研發早期硬件調試時的問題，同時，二極管整流變頻器還會產生較高的五次和七次諧波電流，在測試的過程中產生對電網的嚴重污染。
【發明內容】
[0003]本發明提供了一種大功率二極管整流變頻器功率測試電路，解決了現有測試電路及方法存在的較高的初始資金投入和較長的平臺搭建時間以及在測試的過程中會對電網產生嚴重的諧波電流污染的技術問題。
[0004]一種大功率二極管整流變頻器功率測試電路，包括被測試大功率二極管整流變頻器、電網、控制器和變壓器，被測試大功率二極管整流變頻器整流端通過輸入電抗器與電網連接，被測試大功率二極管整流變頻器的逆變端通過逆變側正弦濾波器與變壓器的輸入端連接，變壓器的輸出端與電網連接，在被測試大功率二極管整流變頻器整流端上設置有第一電流檢測模塊的信號采集端子，在被測試大功率二極管整流變頻器的逆變端上設置有第二電流檢測模塊的信號采集端子，變壓器的輸入端與電壓檢測模塊的輸入端連接在一起，控制器分別與第一電流檢測模塊的輸出端、第二電流檢測模塊的輸出端、電壓檢測模塊的輸出端和被測試大功率二極管整流變頻器的控制端連接在一起；控制器根據第一電流檢測模塊采集到的被測試大功率二極管整流變頻器整流端三相電流、第二電流檢測模塊采集到的被測試大功率二極管整流變頻器的逆變端三相電流和電壓檢測模塊采集到變壓器的輸入端的三相電壓進行計算控制處理，并且用于驅動被測試大功率二極管整流變頻器。
[0005]逆變側正弦濾波器可以是一階電抗器或高階低通濾波器或帶阻濾波器。
[0006]一種大功率二極管整流變頻器功率測試方法，控制器對第一電流檢測模塊采集到的被測試大功率二極管整流變頻器整流端三相電流、第二電流檢測模塊采集到的被測試大功率二極管整流變頻器的逆變端三相電流和電壓檢測模塊采集到變壓器的輸入端的三相電壓進行計算控制處理，其特征在于:
[0007]第一電流檢測模塊采集被測試大功率二極管整流變頻器整流端的輸入電流Irec_abc,用于產生控制器的諧波補償參考電流Idq_ref_harm ；
[0008]第二電流檢測模塊采集被測試大功率二極管整流變頻器I的逆變端的輸出電流Iinv_abc,用于產生控制器的電流反饋Idq_feedback ；
[0009]電壓檢測模塊采集變壓器輸入端的電壓V_abc，通過鎖相環計算可得到電壓幅值|V|、電壓角度Theta和旋轉坐標下Vdq分量，電壓幅值|V|用于功率前饋控制，電壓角度Theta用于坐標轉換，旋轉dq坐標將和此角度保持同步，Vdq分量用于提高電流環控制性能；通過參考功率除以電壓幅值|V|來獲得有功參考電流Iq_ref_P0Wer，用來控制有功功率；
[0010]控制器將諧波補償參考電流Idq_ref_harm、功率參考電流Iq_ref_Power和控制器電流反饋Idq_feedback疊加可以獲得誤差電流，誤差電流輸入比例積分諧振(PIR)控制器中，通過比例積分諧振(PIR)控制器計算得到DQ參考電壓，DQ參考電壓與電壓角度Theta通過2-3坐標變換得到控制器的三相參考電壓V_abc_ref ；
[0011]被測試大功率二極管整流變頻器整流端與被測試大功率二極管整流變頻器的逆變端通過變壓器均接入電網，在測試時有功功率從被測試大功率二極管整流變頻器整流端流入，再由被測試大功率二極管整流變頻器逆變端回饋給電網，以減少測試時功率損耗，降低開發成本，同時本發明的測試方法所實現的控制器可以補償被測試試的被測試大功率二極管整流變頻器測試時二極管整流側所產生的諧波電流，對電網無污染。相比于傳統的二極管整流變頻器測試方法，本發明不使用負載電機以及配套發電機，最小化實驗設備資金以及場地投入。
[0012]本發明與現有技術相比較，具有如下顯而易見的突出實質性特點和顯著優點:省去了負載電機、發電機以及相關驅動控制設備，成本低、占地小，測試平臺搭建耗時短，測試時噪聲低安全系數高；功率控制來控制基波電流，采用諧波電流控制來補償二極管整流諧波，控制方式簡單；濾波器抑制逆變器開關頻率諧波并補償二極管整流器諧波電流，電網無污染。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1是現有的大功率二極管整流變頻器的功率測試電路的結構示意圖；
[0014]圖2是本發明大功率二極管整流變頻器的功率測試電路的結構示意圖；
[0015]圖3是本發明控制器諧波補償參考電流拓撲圖；
[0016]圖4是本發明控制器電流反饋拓撲圖；
[0017]圖5是本發明電壓幅值|V|、電壓角度Theta和旋轉坐標下Vdq分量拓撲圖；
[0018]圖6是本發明有功參考電流拓撲圖；
[0019]圖7是本發明控制器三相參考電壓拓撲圖。
【具體實施方式】
[0020]一種大功率二極管整流變頻器功率測試電路，包括被測試大功率二極管整流變頻器1、電網2、控制器21和變壓器8，被測試大功率二極管整流變頻器I整流端通過輸入電抗器6與電網2連接，被測試大功率二極管整流變頻器I的逆變端通過逆變側正弦濾波器7與變壓器8的輸入端連接，變壓器8的輸出端與電網2連接，在被測試大功率二極管整流變頻器I整流端上設置有第一電流檢測模塊18的信號采集端子，在被測試大功率二極管整流變頻器I的逆變端上設置有第二電流檢測模塊19的信號采集端子，變壓器8的輸入端與電壓檢測模塊20的輸入端連接在一起,控制器21分別與第一電流檢測模塊18的輸出端、第二電流檢測模塊19的輸出端、電壓檢測模塊20的輸出端和被測試大功率二極管整流變頻器I的控制端連接在一起；控制器21根據第一電流檢測模塊18采集到的被測試大功率二極管整流變頻器I整流端三相電流、第二電流檢測模塊19采集到的被測試大功率二極管整流變頻器I的逆變端三相電流和電壓檢測模塊20采集到變壓器8的輸入端的三相電壓進行計算控制處理，并且用于驅動被測試大功率二極管整流變頻器I。
[0021]逆變側正弦濾波器7可以是一階電抗器或高階低通濾波器或帶阻濾波器或一階電抗器、高階低通濾波器、帶阻濾波器各種混合組合實現的濾波器。
[0022]一種大功率二極管整流變頻器功率測試方法，控制器21對第一電流檢測模塊18采集到的被測試大功率二極管整流變頻器I整流端三相電流、第二電流檢測模塊19采集到的被測試大功率二極管整流變頻器I的逆變端三相電流和電壓檢測模塊20采集到變壓器8的輸入端的三相電壓進行計算控制處理，其特征在于:
[0023]第一電流檢測模塊18采集被測試大功率二極管整流變頻器I整流端的輸入電流Irec_abc，通過3_2坐標變換10、帶通濾波器11以及變壓器8的變比增益12變換為諧波補償參考電流Idq_ref_harm,用于產生控制器21的諧波補償參考電流Idq_ref_harm ；
[0024]第二電流檢測模塊19采集被測試大功率二極管整流變頻器I的逆變端的輸出電流Iinv_abc,輸出電流Iinv_abc作為逆變器電流反饋通過3_2坐標變換10以及低通濾波14濾除開關頻率諧波變換為電流反饋Idq_feedback，用于產生控制器21的電流反饋Idq_feedback ；
[0025]電壓檢測模塊20采集變壓器輸入端的電壓V_abc，用于電網同步及產生電流環控制前饋量Vdq，通過鎖相環9計算可得到電壓幅值IV1、電壓角度Theta和旋轉坐標下Vdq分量，電壓幅值|V|用于功率控制，電壓角度Theta用于坐標轉換，旋轉dq坐標將和此角度保持同步，Vdq分量用于提高電流環控制性能，這三個參數作為控制器21的控制輸入；
[0026]通過功率電壓比13來獲得有功參考電流Iq_ref_Power，用來控制有功功率；
[0027]控制器21將諧波補償參考電流Idq_ref_harm、功率參考電流Iq_ref_Power和控制器電流反饋Idq_feedback疊加可以獲得誤差電流15，誤差電流15比例積分諧振(PIR)控制器16中，通過比例積分諧振(PIR)控制器16計算得到DQ參考電壓，DQ參考電壓與電壓角度Theta通過2-3坐標變換17等到控制器21的三相參考電壓V_abC_ref。
[0028]被測試大功率二極管整流變頻器I中的整流端通過輸入電抗器6接入電網2。為抑制被測試大功率二極管整流變頻器I中逆變器開關頻率高次諧波對電網的干擾，被測試大功率二極管整流變頻器I逆變端連接逆變側正弦濾波器7。考慮二極管整流特性，直流電壓不可控并且會低于電網電壓。在逆變器側，需要添加變壓器8以保證逆變器的可控性，確保逆變器側額定電壓能夠與電網側額定電壓相匹配。
[0029]考慮二極管整流特性，直流電壓不可控并且會低于電網電壓。以常見工業電機驅動應用二極管整流變頻器為例，400V交流額定電壓，系統功率750kW，30mF直流電容，二極管濾波電感30 μ H,最小直流電壓為499V。如果逆變器最小脈寬為4 μ s,死區時間3 μ s,開關頻率2500Hz，最大線性輸出調制深度為0.95，逆變器最大線性輸出為335V，低于400V系統電壓。因此，在逆變器側，需要添加變壓器8以保證逆變器的可控性。
[0030]通常意義而言，對于六脈整流器而言，11次和13次諧波電流都可以通過輸入電抗器6有效抑制達到相關電網要求。所以11次和13次諧波電流通常不需要補償。如果無法滿足要求，負序11次和正序13次電流轉變為12次dq分量并且可以通過帶通濾波器11獲得。
[0031]有功參考電流Iq_ref_P0Wer用來控制有功功率。這種功率控制方式的準確度通常能夠滿足測試平臺要求。如果需要進一步提高功率控制的準確性，可以通過閉環控制的方式。
[0032]為有效控制誤差電流15中的交流分量，例如有諧波參考電流Idq_ref_harm引入的6次分量，這里將在傳統意義的比例積分PI控制器上增加諧振控制器R，進而得到比例積分諧振(PIR)控制器16。
[0033]本發明的測試方法所實現的控制器21包含兩個功能:被測試大功率二極管整流變頻器I功率控制和補償被測試大功率二極管整流變頻器I測試時二極管整流側所產生的諧波電流。
[0034]被測試大功率二極管整流變頻器I功率控制的目的是將被測試大功率二極管整流變頻器I的功率控制到測試要求。
[0035]補償被測試大功率二極管整流變頻器I測試時二極管整流側所產生的諧波電流通過控制被測試大功率二極管整流變頻器I輸出的5、7等次諧波電流與二極管整流器產生諧波電流幅值匹配，相位相反，保證諧波電流僅在測試平臺中循環，而不會流經公共電網，從而可以保證變頻器試驗所產生的低頻諧波電流不會污染電網。
【權利要求】
1.一種大功率二極管整流變頻器功率測試電路，包括被測試大功率二極管整流變頻器(1)、電網(2)、控制器(21)和變壓器(8)，被測試大功率二極管整流變頻器(I)的整流端通過輸入電抗器(6 )與電網(2 )連接在一起，被測試大功率二極管整流變頻器(I)的逆變端通過逆變側正弦濾波器(7)與變壓器(8)的輸入端連接在一起，變壓器(8)的輸出端與電網(2)連接在一起，在被測試大功率二極管整流變頻器(I)的整流端上設置有第一電流檢測模塊(18)的信號采集端子，在被測試大功率二極管整流變頻器(I)的逆變端上設置有第二電流檢測模塊(19)的信號采集端子，變壓器(8)的輸入端與電壓檢測模塊(20)的輸入端連接在一起，控制器(21)分別與第一電流檢測模塊(18)的輸出端、第二電流檢測模塊(19)的輸出端、電壓檢測模塊(20)的輸出端和被測試大功率二極管整流變頻器(I)的控制端連接在一起。
2.根據權利要求1所述的一種大功率二極管整流變頻器功率測試電路，其特征在于，逆變側正弦濾波器(7)是一階電抗器或高階低通濾波器或帶阻濾波器。
【文檔編號】G01R31/40GK203941280SQ201420228652
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年5月6日 優先權日:2014年5月6日
【發明者】烏云翔, 邵詩逸, 蘭建軍, 樊雙英, 靳雁艷, 師艷平 申請人:北京賽思億電氣科技有限公司, 山西汾西重工有限責任公司