本實用新型專利技術(shù)公開了一種典型非線性負(fù)載電氣特性的發(fā)生裝置，包括諧波源（1）、回饋環(huán)節(jié)（2）、中間直流環(huán)節(jié)（3）、控制終端（4）、第一LCL濾波環(huán)節(jié)（5）、第二LCL濾波環(huán)節(jié)（6）、外置電阻環(huán)節(jié)（7）；控制終端（4）采用DSP控制器實現(xiàn)，根據(jù)用戶設(shè)定產(chǎn)生控制信號，控制諧波源部分產(chǎn)生電流擾動；諧波源和回饋環(huán)節(jié)通過中間直流電容相級聯(lián)，組成AC-DC-AC結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)能量回饋；諧波源交流側(cè)通過第一LCL濾波器和外置電阻與電網(wǎng)相連，回饋環(huán)節(jié)交流側(cè)通過第二LCL濾波環(huán)節(jié)與電網(wǎng)相連，外置電阻用于獲得諧波電壓。本裝置可模擬多個復(fù)合頻率的諧波電流，能夠模擬電弧爐、中頻爐、變頻器等典型非線性負(fù)載的情況。（*該技術(shù)在2020年保護(hù)過期，可自由使用*）
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本技術(shù)涉及一種模擬典型非線性負(fù)載電氣特性的發(fā)生裝置，該裝置包括諧波發(fā)生、逆變饋能，諧波電流測量與諧波電壓測量，屬于電力系統(tǒng)諧波檢測領(lǐng)域。
技術(shù)介紹
隨著電力工業(yè)的持續(xù)高速發(fā)展，電力系統(tǒng)中的各種電力電子設(shè)備、電弧爐以及電力牽引機(jī)車等非線性負(fù)載的不斷增加，電網(wǎng)和負(fù)荷特性發(fā)生了很大的變化，電壓和電流畸變越來越明顯。電力系統(tǒng)的無功電能的計量非常重要，它關(guān)系到供用電雙方的利益，也是加強(qiáng)諧波管理，提高電力系統(tǒng)電能質(zhì)量管理和安全運(yùn)行的前提。使用各種無功功率測量算法如希爾伯特算法、傅里葉算法、沃爾什算法測量電網(wǎng)無功功率之前都需要從電網(wǎng)輸入諧波電壓和諧波電流信號，所以準(zhǔn)確獲得電網(wǎng)的諧波電壓和諧波電流的值顯得非常重要。目前一些研究電流諧波產(chǎn)生的裝置，如模擬非線性負(fù)載實際工況的電能質(zhì)量擾動發(fā)生裝置，這種裝置只能檢測到電流諧波而不能得到電壓諧波。直接使用PWM變流器產(chǎn)生諧波的裝置沒有把電能回饋電網(wǎng)，不能做到節(jié)省電能。本技術(shù)可以同時檢測到電流諧波和電壓諧波，將諧波消耗的電能反饋回電網(wǎng)，從而節(jié)約大量的電能。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本技術(shù)所要解決的技術(shù)問題是提供一種大功率、低功耗，能夠產(chǎn)生諧波電壓和諧波電流，模擬電弧爐、中頻爐、焊機(jī)、變頻器等各種典型非線性負(fù)載電氣特性的發(fā)生裝置。為解決上述技術(shù)問題，本技術(shù)提供一種模擬典型非線性負(fù)載電氣特性的發(fā)生裝置，包括諧波源、回饋環(huán)節(jié)、中間直流電容、控制終端、第一 LCL(電感-電容-電感)濾波環(huán)節(jié)、第二 LCL濾波環(huán)節(jié)、外置電阻，其特征在于所述控制終端采用DSP控制器實現(xiàn)，根據(jù)用戶設(shè)定產(chǎn)生控制信號，控制諧波源部分產(chǎn)生電流擾動；諧波源和回饋環(huán)節(jié)通過中間直流電容相級聯(lián)，組成AC-DC-AC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，實現(xiàn)能量回饋；諧波源的交流側(cè)通過第一 LCL濾波環(huán)節(jié)與電網(wǎng)相連，回饋環(huán)節(jié)的交流側(cè)通過第二 LCL濾波環(huán)節(jié)與電網(wǎng)相連接。前述的模擬典型非線性負(fù)載電氣特性的發(fā)生裝置，其特征在于所述的諧波源包括第一橋臂、第二橋臂、第三橋臂，組成三相橋式PWM變流器結(jié)構(gòu)，諧波源的直流側(cè)與中間直流電容相連接，交流側(cè)與第一 LCL濾波環(huán)節(jié)的一端相接，所述第一 LCL濾波環(huán)節(jié)包括第一電感、第二電感、第三電感、第四電感、第五電感、第六電感和第一阻容、第二阻容、第三阻容組成三個單相的T型濾波器；第一橋臂的中點與第四電感相連，第二橋臂的中點與第五電感相連，第三橋臂的中點與第六電感相連。前述的模擬典型非線性負(fù)載電氣特性的發(fā)生裝置，其特征在于所述回饋環(huán)節(jié)包括第四橋臂、第五橋臂和第六橋臂，組成三相橋式PWM變流器結(jié)構(gòu)，回饋環(huán)節(jié)的直流側(cè)與中間直流電容相連，交流側(cè)與第二 LCL濾波環(huán)節(jié)相連，所述的第二 LCL濾波環(huán)節(jié)有第七電感、 第八電感、第九電感、第十電感、第十一電感、第十二電感和第四阻容、第五阻容、第六阻容組成三個單項T型濾波器；第四橋臂的中點與第七電感相連，第五橋臂的中點與第八電感相連，第六橋臂的中點與第九電感相連。前述的模擬典型非線性負(fù)載電氣特性的發(fā)生裝置，其特征在于所述外置電阻包括第七電阻、第八電阻、第九電阻，第七電阻的左側(cè)與第二 LCL濾波環(huán)節(jié)的第十電感相連， 右側(cè)與第一 LCL濾波環(huán)節(jié)的第一電感相連；第八電阻的左側(cè)與第二 LCL濾波環(huán)節(jié)的第十一電感相連，右側(cè)與第一LCL濾波環(huán)節(jié)的第二電感相連；第九電阻的左側(cè)與第二LCL濾波環(huán)節(jié)的第十二電感相連，右側(cè)與第一 LCL濾波環(huán)節(jié)的第三電感相連；第七電阻、第八電阻、第九電阻分別和一個短路片并聯(lián)，短路片的作用是當(dāng)直流電容環(huán)節(jié)充電到一定程度時起作用， 電阻短路，線路上諧波電流增大，直流電容環(huán)節(jié)繼續(xù)充電到穩(wěn)定值，測量電阻上的電壓即為諧波電壓。所述控制終端采用DSP控制器實現(xiàn)，根據(jù)用戶設(shè)定產(chǎn)生控制信號，控制諧波源部分產(chǎn)生電流擾動。所述的諧波源由PWM變流器實現(xiàn)，采用電流跟蹤控制技術(shù)，跟蹤控制終端的指令信號產(chǎn)生要求的諧波。諧波源的交流側(cè)與電網(wǎng)相連，中間通過第一 LCL濾波環(huán)節(jié)、外置電阻和接觸器、開關(guān)、熔斷器，第一 LCL濾波器濾除開關(guān)次諧波，外置電阻上得到諧波電壓，接觸器、開關(guān)、熔斷器是電路實際運(yùn)行時所必須的安全器件。諧波源和回饋環(huán)節(jié)通過中間直流電容相級聯(lián)，組成AC-DC-AC結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)能量回饋。所述的回饋環(huán)節(jié)有逆變器實現(xiàn)，將諧波源產(chǎn)生的大功率電流消耗的能量回饋至電源側(cè)以維持直流側(cè)電容電壓未定。回饋壞節(jié)同樣采用電流跟蹤控制技術(shù)，其交流側(cè)通過LCL濾波環(huán)節(jié)濾除電流中的開關(guān)次諧波后回饋至電源。根據(jù)瞬時無功功率理論，對于PWM逆變器，若不考慮各部分的損耗，則交流側(cè)的瞬時有功功率將全部傳遞到直流側(cè)，即交流側(cè)與直流側(cè)的能量交換取決于瞬時有功功率，而與無功功率無關(guān)。因此，產(chǎn)生有功電流將使直流側(cè)電容電壓不斷升高。本技術(shù)采用回饋技術(shù)將傳遞到直流側(cè)的能量逆變后反饋回電網(wǎng)，以維持直流側(cè)電容電壓的穩(wěn)定。利用本裝置就可以模擬各種典型的非線性負(fù)載如電弧爐、中頻爐、焊機(jī)、變頻器等，且在諧波電流在裝置允許容量范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)。采用電能回饋技術(shù)，將諧波消耗的電能反饋回電網(wǎng)，從而節(jié)約大量的電能，同時回饋部分由LCL濾波環(huán)節(jié)，可以濾除開關(guān)次諧波， 不影響電網(wǎng)。附圖說明圖1為模擬典型非線性負(fù)載電氣特性的發(fā)生裝置的總體框圖。圖2為本技術(shù)的主電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為諧波源原理圖。圖4為諧波源控制原理圖。圖5為回饋環(huán)節(jié)原理圖。圖6為回饋環(huán)節(jié)控制原理圖。具體實施方式附圖為本技術(shù)的實施例，結(jié)合附圖對本技術(shù)進(jìn)行說明該裝置包括諧波源1、回饋環(huán)節(jié)2、中間直流環(huán)節(jié)3、控制終端4、第一 LCL濾波環(huán)節(jié)45、第二 LCL濾波環(huán)節(jié)6、外置電阻7 ；所述的控制終端4采用DSP控制器實現(xiàn)，根據(jù)用戶設(shè)定產(chǎn)生控制信號，控制諧波源部分產(chǎn)生電流擾動。諧波源1和回饋環(huán)節(jié)2通過中間直流電容 3相級聯(lián)，組成AC-DC-AC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，實現(xiàn)能量回饋；諧波源1的交流側(cè)通過第一 LCL濾波環(huán)節(jié)5和外置電阻7與電網(wǎng)相連，回饋環(huán)節(jié)2的交流側(cè)通過第二 LCL濾波環(huán)節(jié)6與電網(wǎng)相連。1、諧波源如圖3，諧波源可以看作電源的非線性負(fù)載。包括第一橋臂Ni、第二橋臂N2、第三橋臂N3，組成三相橋式PWM變流器結(jié)構(gòu)，諧波源1的直流側(cè)與中間直流電容3相連，交流側(cè)與第一 LCL濾波環(huán)節(jié)的一端相連，所述的第一 LCL濾波環(huán)節(jié)5由第一電感L11、第二電感 L12、第三電感L13、第四電感L21、第五電感L22、第六電感L23和第一阻容RC1、第二阻容 RC2、第三阻容RC3組成Sanger單相T型濾波器；其中第一橋臂m的中點與第四電感L21 相連，第二橋臂N2的中點與第五電感L22相連，第三橋臂N3的中點與第六電感L23相連。根據(jù)控制終端的設(shè)定從電網(wǎng)中吸收電流，產(chǎn)生指定的諧波電流，模擬非線性負(fù)載。 這種情況下諧波源本身變現(xiàn)出非線性負(fù)載的特性。對于諧波源，回饋環(huán)節(jié)為直流側(cè)的電阻性負(fù)載，消耗諧波源吸收電源的功率從而為維持直流側(cè)電容電壓的穩(wěn)定。諧波電流的給定由控制終端完成，諧波電流指令信號由控制終端產(chǎn)生的各次諧波電流后疊加，作為諧波電流的給定。諧波源的PWM控制方式采用三角波比較方式，控制終端根據(jù)設(shè)定產(chǎn)生指令信號， 把實際的電流波形作為反饋信號，將指令信號減去反饋信號后作為主電路開關(guān)器件的控制信號，控制方式見圖4所示。2、回饋環(huán)節(jié)回饋環(huán)節(jié)原理圖如圖5所示，回饋環(huán)節(jié)2包括第四橋臂N4、第五橋本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
１．一種模擬典型非線性負(fù)載電氣特性的發(fā)生裝置，該裝置包括諧波源（１）、回饋環(huán)節(jié)（２）、中間直流環(huán)節(jié)（３）、控制終端（４）、第一ＬＣＬ濾波環(huán)節(jié)（５）、第ＬＣＬ濾波環(huán)節(jié)（６）、外置電阻環(huán)節(jié)（７），其特征在于：控制終端（４）采用ＤＳＰ控制器實現(xiàn)，根據(jù)用戶設(shè)定產(chǎn)生控制信號，控制諧波源部分產(chǎn)生電流擾動；諧波源和回饋環(huán)節(jié)通過中間直流電容相級聯(lián)，組成ＡＣ－ＤＣ－ＡＣ結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)能量回饋；諧波源交流側(cè)通過第一ＬＣＬ濾波器和外置電阻與電網(wǎng)相連，回饋環(huán)節(jié)交流側(cè)通過第二ＬＣＬ濾波環(huán)節(jié)與電網(wǎng)相連。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：孫健，徐晴，關(guān)巧莉，唐鈺政，王寶安，張健，
申請(專利權(quán))人：江蘇省電力試驗研究院有限公司，東南大學(xué)，
類型：實用新型
國別省市：84
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