一種基于并網逆變器的變頻器電力電子可控負載法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及電力電子技術領域，特別是一種基于并網逆變器的變頻器電力電子可 控負載法。
【背景技術】
[0002] 無論是由于工藝還是節能的需要，變頻器在火力發電廠汽輪發電機組的輔機上得 到了大量的應用。變頻器輸入電源電壓波動會影響變頻器的穩定運行，為提升低壓變頻器 的高、低電壓穿越能力，目前常采用附加電壓支撐裝置方式解決晃電對變頻器穩定運行的 影響。
[0003] 為檢驗一類輔機低壓變頻器本身抗電壓波動水平和在配置附加支撐裝置后的高、 低壓穿越能力是否符合相關規范要求，需要開展輸入電源電壓波動工況下的運行測試。變 頻器測試時可以采用磁滯測功機、勵磁電機等模擬負載，但是耗能型負載不僅完全浪費了 測試過程的電能量，而且受到控制響應速度和品質影響，難以準確模擬變頻器所帶輔機的 負載特性。另一方面，耗能型負載的受到散熱等因素限制而功耗水平有限，僅限于小功率變 頻器簡單測試應用，無法應用于大功率變頻器的測試，而且在測試過程中剩余電能不能回 饋到電網，造成了能源的浪費。同時，這種測試方式難以模擬變頻器所帶輔機負載的準確特 性。
【發明內容】
[0004] 為準確模擬變頻器實際運行工況，滿足大功率變頻器滿額運行時的測試負載要 求，本發明提供一種基于并網逆變器的變頻器電力電子可控負載法，可以模擬變頻器所帶 的實際輔機負載特性，并實現測試裝置功率回饋電網的綠色測試。
[0005] 本發明所采用的技術方案是：一種基于并網逆變器的變頻器電力電子可控負載 法，其在變頻器的輸出端直接接三相并網逆變器作為變頻器的模擬負載，構成變頻器測試 用負載系統，其主電路結構為從前往后依次設置的前置變壓器、不控整流器、中間直流電 容、逆變器、濾波器和后置變壓器；三相并網逆變器的輸出電流由電流給定信號決定，通過 給定不同的三相并網逆變器的電流給定信號，來模擬不同的負載電流特性；采用兩相旋轉 坐標系中基于PI調節器的電流內環策略來控制三相并網逆變器。
[0006] 電機的負載轉矩與頻率有關系，簡單來說，轉矩與頻率的0、1、2、-1次方的某一種 成比例。而負載轉矩又與電流成正比，所以由變頻器的頻率信號經過處理后得到不同負載 的電流給定信號，以此來模擬不同的負載特性。這個電流給定信號就是有功電流給定信號。
[0007] 無功電流給定信號可設為0,這樣三相逆變器的功率因數為1。當然，有些場合需 要輸出無功功率，那么可以根據需要設定無功電流給定信號。
[0008] 傳統測試方法中，由于電機繞組時間常數的存在，限制了其控制響應速度，不能快 速、準確模擬各類輔機負載特性；從能量轉換的角度，變頻器直接接電動機和發電機，可以 把兩者的作用視為互相抵消。因此，本發明提出無需電動機和發電機，在變頻器的輸出端 直接接三相并網逆變器作為變頻器的模擬負載，從而構成了一種新的變頻器測試用負載系 統。分析表明，并網逆變器負載可以提供可調的工作電流來模擬負載波動，證明了采用并網 逆變器負載法來構建變頻器測試系統的可行性。并網逆變器負載具有的可控性能，可以模 擬不同類型的負載特性。其中，逆變器作為能量回饋給電網的通道，實現測試裝置功率回饋 電網的綠色測試。
[0009] 該電力電子可控負載法可以模擬不同的負載特性，它具有負載的精確、快速和任 意負載特性的模擬能力。另外，并網逆變器負載也很容易提高功率等級，滿足大功率變頻器 的測試要求。
[0010] 進一步，所述的兩個變壓器具有隔離功能，使變頻器、逆變器和電網三者之間隔 離，使負載系統的安全性得到提高并簡化設計。
[0011] 進一步，當設置有功電流/|非0,且隨時間發生改變，無功電流G為0,達到穩定時 可模擬出只有有功功率做功的負載情況，此時模擬負載從電網只吸收有功功率。
[0012] 進一步，逆變器的線電壓需大于后置變壓器的二次側線電壓，克服輸出濾波器電 感上的壓降，以便逆變器返回功率給電網。
[0013] 進一步，逆變器的輸入直流電壓需大于輸出線電壓幅值，否則逆變器無法輸出期 望功率給電網。
[0014] 進一步，所述中間直流電容電壓允許的變化范圍如下：
[0016] 其中，Udm為中間直流電容的額定電壓，U dT為使逆變器輸出380V線電壓的輸入門檻 電壓，Us為變頻器輸出的線電壓；Kt2為后置變壓器的變比，K T2< 1，起降壓作用；考慮功率 器件的損耗和電感上的壓降（輸出功率越大，電感上的壓降越大），需要提高門檻電壓UdT， 引入比例系數k，一般k> 1。
[0017] 相比傳統的勵磁電機負載法和發電機負載法，本發明具有的有益效果是：可以在 測試大功率負載的同時，縮小體積、降低成本，整個變頻器測試系統變得非常簡潔；測試中 幾乎所有能量都能回饋給電網；負載特性可控，具有較好的實用性。
【附圖說明】
[0018] 圖1為本發明并網逆變器負載結構圖。
[0019] 圖2為本發明三相逆變器的內環控制框圖（abc表示a-b-c三相靜止坐標系，dq表 示兩相旋轉坐標系；i a、ib、i。分別為網側A、B、C相的線電流；L為電感；I d為有功電流，I q為 無功電流；/&為有功電流參考值，沒為無功電流參考值；UgaiUgb分別為網側A、B相電壓；V d 為有功電壓，Vq為無功電壓；9為d-q坐標系d軸與a-b-c坐標系a軸的夾角，PLL表示鎖 相環，仏為中間直流電容C 2的電壓，PffM表示脈沖寬度調制）。
[0020] 圖3為本發明三相逆變器的有功電流命令給定框圖。
【具體實施方式】
[0021] 參見圖1，本發明給出一種基于并網逆變器的變頻器電力電子可控負載法，主電路 結構從前到后依次分為前置變壓器、不控整流器、中間直流電容、逆變器、濾波器和后置變 壓器六個部分。其中兩個變壓器具有隔離功能，變頻器、逆變器、電網三者之間都隔離，使系 統的安全性得到提高并簡化設計。
[0022] -般變頻器輸出線電壓有效值Usni= 380V，不接前置變壓器或前置變壓器的變比 為1時，經不控