一種高幅值多狀態單序列波形可控輸出裝置及方法
【專利摘要】本發明的目的是提供一種高幅值多狀態單序列波形可控輸出裝置及方法，該裝置高幅值輸出裝置的控制部分設計了一套含IGBT高速電力電子開關的高速多倍數分檔單元，同時對高幅值輸出裝置一次側進行了改造，增加了高速并行輸出單元。采用IGBT高速電力電子開關高速控制不同檔位開關開合，改變第一變壓器二次側的電壓大小，同時選擇第二變壓器一次側不同的繞組大小，進而調節第二變壓器二次輸出值，檔位轉化時間短，暫態過程可忽略不計。采用本發明的技術方案具備波形輸出穩定、波形轉變速度快特點，可高度模擬電力系統中線路單相電流的變化狀態，如短路、重合閘、接地、涌流等，也可用于模擬電流系統中的單相電壓變化，或應用到需高精度大波動波形輸出的其它領域中，如地震學、聲學等，應用范圍廣和實用性強。
【專利說明】
一種高幅值多狀態單序列波形可控輸出裝置及方法
技術領域
[0001]本發明屬于電力系統波形控制，特別是一種高幅值多狀態單序列波形可控輸出裝置及方法。
【背景技術】
[0002]目前，市場上對于設備輸出波形的精度、變化即時性要求越來越高。而能實現任意波形輸出的裝置均為小波形輸出裝置，而電力系統中的線路電壓、電流值均較大，小波形輸出裝置無法有效模擬真實的電力系統線路波形狀態。因此，具備輸出高幅值波形，且變化狀態滿足要求的設備，對于電力系統的研究工作中是非常必要的。市場上的高幅值波形輸出裝置主要為大電壓/大電流輸出裝置，大電壓/大電流輸出裝置只可輸出一種狀態的穩態波形，如圖1，或無法在兩種穩態波形間高速轉換，不具備高速連續輸出多個狀態的波形，多個狀態的波形如圖2。
現有的大電壓/大電流輸出裝置原理如圖3所示，一次的幅值變化輸出主要依靠調值部分來完成，只可輸出一種狀態的穩態波形，或不具備波形高速躍變能力。針對這些缺點，本技術同時解決兩方面問題:(I)一次側輸出的穩態波形幅值可控，幅值范圍從小幅值波形到大幅值波形;(2)兩種穩態波形間的暫態變化過程足夠短暫。
【發明內容】
[0003]有鑒于此，本發明提出一種高幅值多狀態單序列波形可控輸出裝置及方法。本發明采用以下技術方案實現:一種高幅值多狀態單序列波形可控輸出裝置，包括依次高速多倍分檔單元、高速并行高幅值波形輸出單元，其特征在于:所述高速多倍分檔單元，包括第一變壓器及Kl-1至Kl-N的N個開關;第一變壓器二次側接電源，N個開關并聯于第一變壓器二次側;所述高速并行輸出單元包括K2-1至K2-M的M個開關、帶M個中心抽頭的變壓器；中心抽頭由可控開關K2-1至K2-M獨立調節;K2-1至K2-M的一端分別接第一變壓器二次側一端；K2-1至K2-M開關另一端分別串聯帶M個中心抽頭的變壓器的M個中心抽頭，帶M個中心抽頭的變壓器二次側直接輸出高幅值波形;所述N、M均為大于I的自然數。
[0004]較佳的，Κ1-1...Κ1-Ν及Κ2-1...Κ2_Μ均為IGBT開關。
[0005]本發明還提供一種基于上述的高幅值多狀態單序列波形可控輸出裝置的方法，其特征在于:高速多倍數分檔單元內利用開關控制檔位高速分合，Kl-1對應的是第一變壓器輸出的基礎電壓值，記為χ，χ不可調，其余開關對應的電壓值均與該基礎電壓值呈正倍數關系，記為Α，且倍數關系固定、只可從已固定的數值中選擇;高速并行輸出單元中每個開關Κ2-1?Κ2-Μ對應一個可調電壓或可調電流初始值，記為B，開關間相互獨立。最終輸出值Y=AXX X B，其中A可選限定值、B可調任意值，即實際輸出值為二次側的倍數乘以一次側的初始值，改變二次輸出電壓值輸出倍數，同時一次快速切換初始值，最終實現單序列多狀態波形的高速輸出。
[0006]進一步的，包括以下具體步驟:步驟S1: 設備工作前，帶M個中心抽頭的變壓器的中心抽頭調節至O位，Kl-1至Kl-N均斷開;步驟S2: Kl-n閉合，K2-m開關閉合，第二變壓器二次側繞組調到相應位置，第二變壓器一次側的其他開關的檔位不變，O彡η彡N，n為自然數，O彡m彡M，m為自然數;步驟S3:K1-1至Kl-N斷開，K2-m開關斷開，K2-m檔位保持在預調位置;步驟S4:多次重復S2?S3步驟，記為S2-1、S3-1、S2-2、S 3-2、-_SN-M，且執行時，每次第二變壓器動作的電力電子開關編號均不相同；步驟35:執行階段，按前面步驟依次開合32、32-1、32-2、-_3~-1中記憶的開關。通過采用IGBT高速電力電子開關高速控制不同二次檔位開關開合，改變第一變壓器二次側的電壓大小，進而調節第二變壓器二次側輸出。
[0007]與現有技術相比，本發明具有以下優點:解決目前市場上的高幅值波形輸出裝置大部分只可輸出單狀態的穩態波形，部分裝置輸出的穩態波形轉換速度慢;采用本發明技術方案具備波形輸出穩定、波形轉變速度快特點，可高度模擬電力系統中線路單相電流的變化狀態，如短路、重合閘、接地、涌流等，也可用于模擬電流系統中的單相電壓變化，或應用到需高精度大波動波形輸出的其它領域中，如地震學、聲學等，應用范圍廣和實用性強。
【附圖說明】
[0008]圖1為現有技術的單狀態單序列有效值波形。
[0009]圖2為目前市場需求的多狀態單序列有效值波形。
[0010]圖3為現有技術中的大電壓/大電流輸出裝置原理圖。
[0011 ]圖4為本發明的裝置示意圖。
[0012]圖5為本發明一實施例的設備初始化示意圖。
[0013]圖6為本發明一實施例的調試階段第一狀態調試示意圖。
[0014]圖7為本發明一實施例的調試階段第一狀態調試結束示意圖。
[0015]圖8為本發明一實施例的調試階段第二狀態調試示意圖。
[0016]圖9為本發明一實施例的調試階段第二狀態調試結束示意圖。
[0017]圖10為本發明一實施例的測試結果。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖和具體實施例對本發明做進一步解釋說明。
[0019]在電力系統中，目前采用上位機控制大幅值波形輸出裝置控制波形輸出。按照這個模型來制作一個實物的線路模型，僅適用于輸出單序列單狀態的大幅值波形。
[0020]本發明提供一種高幅值多狀態單序列波形可控輸出裝置，包括依次高速多倍分檔單元、高速并行高幅值波形輸出單元，所述高速多倍分檔單元，包括第一變壓器及Kl-1至Kl-N的N個開關;第一變壓器二次側接電源，N個開關并聯于第一變壓器二次側;所述高速并行輸出單元包括K2-1至K2-M的M個開關、帶M個中心抽頭的變壓器；中心抽頭由可控開關K2-1至K2-M獨立調節;K2-1至K2-M的一端分別接第一變壓器二次側一端；K2-1至K2-M開關另一端分別串聯帶M個中心抽頭的變壓器的M個中心抽頭，帶M個中心抽頭的變壓器二次側直接輸出高幅值波形;所述N、M均為大于I的自然數。
[0021 ]較佳的，κ?-1...?α-Ν及Κ2-1...Κ2-Μ均為IGBT開關。
[0022]本發明一實施例的結構不意圖參見圖4。米用IGBT高速電力電子開關，實現波形的快速切換;第一變壓器二次側的高速多倍數分檔單元采用倍數檔位切換技術;第二變壓器一次側的高速并行輸出單元采用多檔位初始值記憶技術。
[0023]本發明還提供一種基于上述的高幅值多狀態單序列波形可控輸出裝置的方法，其高速多倍數分檔單元內利用開關控制檔位高速分合，Kl-1對應的是第一變壓器輸出的基礎電壓值，記為X，X不可調，其余開關對應的電壓值均與該基礎電壓值呈正倍數關系，記為A，且倍數關系固定、只可從已固定的數值中選擇;高速并行輸出單元中每個開關K2-1?K2-M對應一個可調電壓或可調電流初始值，記為B，開關間相互獨立。最終輸出值Y=A X X X B，(A可選限定值、B可調任意值，X固定不可調)，即實際輸出值為二次側的倍數乘以一次側的初始值，改變二次輸出電壓值輸出倍數，同時一次快速切換初始值，最終實現單序列多狀態波形的高速輸出。
[0024]進一步的，包括以下具體步驟:步驟S1:設備工作前，帶M個中心抽頭的變壓器的中心抽頭調節至O位，Kl-1至Kl-N均斷開;步驟S2: Kl-n閉合，K2_m開關閉合，第二變壓器二次側繞組調到相應位置，第二變壓器一次側的其他開關的檔位不變，0<η<Ν，η為自然數，O彡m彡M，m為自然數;步驟S3:K1-1至Kl-N斷開，K2_m開關斷開，K2_m檔位保持在預調位置；步驟34:多次重復32?33步驟，記為32-1、33-1、32-2、3 3_2、...SN-M，且執行時，每次第二變壓器動作的電力電子開關編號均不相同；步驟S5:執行階段，按前面步驟依次開合S2、S2-1、S2-2、……中記憶的開關。通過采用IGBT高速電力電子開關高速控制不同二次檔位開關開合，改變第一變壓器二次側的電壓大小，進而調節第二變壓器二次側輸出。
[0025]在本發明一具體實施例中:
如附圖5，設備工作前，一次檔位應為O點，二次側開關均斷開；
如附圖6，調試階段第一狀態調試，二次側對應開關閉合，一次側K2-1開關閉合，K2-1檔位，一次側其它檔位不變，預調到位；
如附圖7，第一狀態調試調試結束后，二次側開關斷開，一次側K2-1開關斷開，K2-1檔位保持在預調位置。如附圖8，調試階段第一狀態調試，二次側對應開關閉合，一次側K2-2開關閉合，K2-2檔位調到相應位置，一次側其它檔位不變，預調到位；
如附圖9，第一狀態調試調試結束后，二次側開關斷開，一次側K2-2開關斷開，K2-2保持在預調位置。
[0026]本發明在執行階段，采用igbt高速電力電子開關高速控制不同二次檔位開關開合，改變二次側的電壓大小，進而調節一次輸出值，檔位轉化時間短，暫態過程可忽略不計。動作狀態從初始狀態(附圖9)到附圖6，再到附圖8，最后到初始狀態快速轉換。
[0027]基于該控制技術做成的裝置模型具備波形穩定，轉換速度快等特點，現實際模擬單序列多個狀態的電流波形，要求最終輸出電流波形的有效值依次為70A、0A、280A、70A、0A。波形經二次反饋后記錄，從附圖10的反饋結果可以看出，輸出波形符合預期。
[0028]以上是本發明的較佳實施例，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。
【主權項】
1.一種高幅值多狀態單序列波形可控輸出裝置，包括依次高速多倍分檔單元、高速并行高幅值波形輸出單元，其特征在于:所述高速多倍分檔單元，包括第一變壓器及K1-1至Kl-N的N個開關;第一變壓器二次側接電源，N個開關并聯于第一變壓器二次側;所述高速并行輸出單元包括K2-1至K2-M的M個開關、帶M個中心抽頭的變壓器；中心抽頭由可控開關K2-1至K2-M獨立調節;K2-1至K2-M的一端分別接第一變壓器二次側一端；K2-1至K2-M開關另一端分別串聯帶M個中心抽頭的變壓器的M個中心抽頭，帶M個中心抽頭的變壓器二次側直接輸出高幅值波形;所述N、M均為大于I的自然數。2.根據權利要求1所述的高幅值多狀態單序列波形可控輸出裝置，其特征在于:K1-1...Kl-N 及 Κ2-1...Κ2-Μ 均為 IGBT 開關。3.—種基于權利要求1-2所述的高幅值多狀態單序列波形可控輸出裝置的方法，其特征在于:高速多倍數分檔單元內利用開關控制檔位高速分合，Kl-1對應的是第一變壓器輸出的基礎電壓值，記為Χ，Χ不可調，其余開關對應的電壓值均與該基礎電壓值呈正倍數關系，記為Α，且倍數關系固定、只可從已列定的數值中選擇；高速并行輸出單元中每個開關Κ2-1?Κ2-Μ對應一個可調電壓或可調電流初始值，記為B，開關間相互獨立，最終輸出值Y=AΧΧΧΒ，其中A可選限定值、B可調任意值，即實際輸出值為第一變壓器的倍數乘以基礎電壓值再乘以第二變壓器的初始值，改變二次輸出電壓值輸出倍數，同時一次快速切換初始值，最終實現單序列多狀態波形的高速輸出。4.根據權利要求3所述的高幅值多狀態單序列波形可控輸出方法，其特征在于:包括以下具體步驟: 步驟S1:設備工作前，帶M個中心抽頭的變壓器的中心抽頭調節至O位，此時，Kl-1至Kl-N均斷開； 步驟S2: Kl-n閉合，K2-m開關閉合，K2-m檔位調到相應位置，第二變壓器一次側的其他開關的檔位不變，O Sn彡N，η為自然數，O Sm彡M，m為自然數； 步驟S3:Kl-n斷開，K2-m開關斷開，K2-m檔位保持在預調位置； 步驟34:按需求多次重復32?33步驟，記為32-1、33-1、32-2、33-2廣_3^]?，且執行時，每次第二變壓器動作的電力電子開關編號均不相同； 步驟S5:執行階段，采用IGBT高速電力電子開關高速控制不同二次檔位開關開合，改變第一變壓器二次側的電壓倍數及第二變壓器一次側繞組編號，進而調節第二變壓器一次側輸出。
【文檔編號】H03K5/01GK105897225SQ201610277624
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月29日
【發明人】高源 , 陳彬, 黃建業, 張功林, 吳涵, 郭曉君
【申請人】國網福建省電力有限公司, 國家電網公司, 國網福建省電力有限公司電力科學研究院