一种用于科研及教学的电力变换综合系统技术方案

本实用新型专利技术提供一种用于科研及教学的电力变换综合系统，包括电力网络、微型能量路由器和开关装置，所述电力网络用于向所述微型能量路由器提供交流电，所述微型能量路由器用于产生不同类型的电能，所述开关装置用于改变电能的流向；通过将交流源的电能转换为不同类型的电能和/或改变电能的流向以实现至少两种提供电能的模式。本实用新型专利技术的微型能量路由器是电力变换设备资源的整合体，可产生不同类型的电能，而开关装置则对这些电能进行分配，也间接地对电力变换设备资源进行了二次整合，如此，可实现至少两种提供电能的模式，从而向不同的负载提供电能，形成一个综合的电力变换系统，节省了电力变换设备资源，降低成本。

【技术实现步骤摘要】
一种用于科研及教学的电力变换综合系统
本技术涉及电力实验设备领域，具体涉及一种用于科研及教学的电力变换综合系统。
技术介绍
随着电力电子技术的发展及电力电子应用领域的日益扩大，电力电子变换器的不同组合应用研究越来越热，例如两端/多端的直流输电系统、双馈风力发电背靠背变流器系统、直流微网系统、电池充放电管理系统、电能质量处理系统等，传统的电子拓扑结构是离散的，其控制和应用范围非常局限。不同领域或者课题的研究人员往往需要对多种电力系统开展实验，这就需要搭建多个不同的电力系统，这些电力系统的体积非常庞大，搭建多个功能单一的电力系统不仅仅占用空间，需要购买的设备也很多，需要很多的资金。
技术实现思路
本技术的目的是为了满足电力系统研究人员的需要，提出一种用于科研及教学的电力变换综合系统。为解决上述技术问题，本技术采用以下技术方案：一种用于科研及教学的电力变换综合系统，其特征在于，包括电力网络、微型能量路由器和开关装置，所述电力网络用于向所述微型能量路由器提供交流电，所述微型能量路由器用于产生不同类型的电能，所述开关装置用于改变电能的流向；通过将交流源的电能转换为不同类型的电能和/或改变电能的流向以实现至少两种提供电能的模式。在一些优选的实施方式中，所述微型能量路由器包括第一变流器、第二变流器、第三变流器、第四变流器，所述开关装置包括第一开关、第二开关、第三开关、第四开关，所述第一变流器、所述第一开关、所述第二开关、所述第二变流器串联形成第一通路，所述第四变流器、所述第三开关、所述第四开关、所述第三变流器串联形成第二通路，所述第一通路与所述第二通路桥接，所述第一通路的桥接点设在所述第一开关和所述第二开关之间，所述第二通路的桥接点设在所述第三开关和所述第四开关之间。在一些优选的实施方式中，还包括电能质量处理装置，所述电能质量处理装置用于提高所述电力网络的电能质量。在进一步优选的实施方式中，所述微型能量路由器包括变流器，所述变流器可执行如下算法：三相PWM整流控制算法、PQ功率控制算法、交流电压幅值相位频率可调控制算法、电机负载驱动控制算法、变频变压控制算法、定直流电压控制算法、双馈风力发电控制算法、定交流电压控制算法、定交流功率控制算法、V/F控制算法、恒压限流充电控制算法。在进一步优选的实施方式中，所述电能质量处理装置包括电力有源滤波器和/或静止无功发生器，所述电力有源滤波器用于滤除所述电力网络的谐波，所述静止无功发生器用于对所述电力网络进行无功补偿。在一些优选的实施方式中，所述开关装置包括IGBT固态开关。在进一步优选的实施方式中，所述变流器设有I/O接口。在进一步优选的实施方式中，所述变流器的数量为至少一个。在进一步优选的实施方式中，所述变流器的电路拓扑类型包括三电平拓扑结构和两电平拓扑结构。在一些优选的实施方式中，还包括控制装置，所述控制装置用于控制所述微型能量路由器和所述开关装置。与现有技术相比，本技术的有益效果有：本技术的微型能量路由器对电力变换设备资源进行整合以产生不同类型的电能，而开关装置则对这些电能进行分配，也间接地对电力变换设备资源进行了二次整合，如此，可实现至少两种提供电能的模式，从而向不同的负载提供电能，形成一个综合的电力变换系统，节省了电力变换设备资源，降低成本。另外，基于微型能量路由器和开关装置搭建的电路拓扑，开关装置在该电路拓扑中起到整合资源的作用，可对新增的电力变换设备输出的电能与原有电力变换设备输出的电能进行整合，使系统具有灵活性，有利于开发新的电路拓扑结构，从而实现更多提供电能的模式。在优选的实施例中，本技术还具有如下有益效果：进一步地，微型能量路由器中的变流器可执行不同的控制算法，可切换到不同的工作状态与其它变流器配合，使得微型能量路由器可产生更多不同类型的电能，从而提高了整个系统的灵活性。进一步地，本技术的开关装置采用了IGBT固态开关，IGBT固态开关的开关速度快，可达纳秒级，体积小、无噪音、无振动、无拉弧并具有过流、过压、过温等保护功能，增强了系统的可靠性。进一步地，变流器设有输入输出通用的I/O接口，可采集多路交流电压、交流电流、直流电压、直流电流、温度、开关状态等模拟量信息，有利于科研或教学的数据分析。附图说明图1为本技术的实施例的结构示意图；图2为本技术的实施例的两端直流输电模式的电路结构示意图；图3为本技术的实施例的双馈风力发电模式的电路结构示意图；图4为本技术的实施例的三端直流输电模式的电路结构示意图；图5为本技术的实施例的储能控制模式的电路结构示意图；图6为本技术的实施例的光伏发电模式的电路结构示意图；图7为本技术的实施例的二象限变频器模式的电路结构示意图；图8为本技术的实施例的谐波滤除治理模式的电路结构示意图；图9为本技术的实施例的无功补偿治理模式的电路结构示意图；图10为本技术的实施例的总控制面板的结构示意图。具体实施方式以下对本技术的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本技术的范围及其应用。实施例中提及到的“第一”并不是指只有一个，比如“第一变流器”可以有多个。参考图1至图10，本实施例包括上位机(图中未示出)、交流电网101、电力有源滤波器210、静止无功发生器220、三相整流桥230、第一变流器310、第二变流器320、第三变流器330、第四变流器340、第一开关410、第二开关420、第三开关430、第四开关440、第一机械开关510、第四机械开关540、第七机械开关570、第八机械开关580。上位机用于控制整个系统。交流电网101用于供电。电力有源滤波器210利用快速傅里叶变换算法(FFT)或者瞬时无功功率算法实现谐波自动跟踪补偿，对交流电网101的谐波电流进行补偿。电力有源滤波器210包括I型三电平三相拓扑电路、配合控制驱动电路及LCL滤波电路。静止无功发生器220可实现定功率因数控制或者自动跟踪补偿，对交流电网101的无功电流进行补偿。静止无功发生器220包括I型三电平三相拓扑电路、控制驱动电路及LCL滤波电路。三相整流桥230用于对交流电网101输出的电流进整流。第一变流器310用于实现直流电压控制，可执行可四象限能量流动的三相PWM整流控制算法，实现直流电压稳定可控的同时，满足能量四象限传送的要求。第一变流器310包括三相逆变桥电路、直流支撑电路、驱动及控制电路、辅助电源、缓启电路及电感连接滤波电路。第二变流器320用于实现功率闭环控制。第二变流器320可执行PQ功率控制算法、交流电压幅值相位频率可调控制算法。第二变流器320包括三相逆变桥电路、直流支撑电路、驱动及控制电路、辅助电源、缓启电路及LCL连接滤波电路。第二变流器320与第一变流器310背靠背连接时，当变流器第二变流器320以定交流电压为控制目标连接交流负载或双馈风机时，二者实现四象限变频器功能或者双馈风力发电系统拓扑；当第二变流器320以定交流功率为控制目标连接电网时，二者实现双端直流输电系统控制功能。第三变流器330用于实现交流电压的变频变压控制。第三变流器330可执行电机负载驱动控制算法、变频变压控制算法。第三变流器330包括三相逆变桥电路、直流本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于科研及教学的电力变换综合系统，其特征在于，包括电力网络、微型能量路由器和开关装置，所述电力网络用于向所述微型能量路由器提供交流电，所述微型能量路由器包括变流器，所述变流器用于变换电力，所述开关装置用于改变电能的流向，所述开关装置包括开关，所述开关与所述变流器组合连接以使微型能量路由器产生不同类型的电能；所述变流器可组合执行如下控制算法：三相PWM整流控制算法、PQ功率控制算法、交流电压幅值相位频率可调控制算法、电机负载驱动控制算法、变频变压控制算法、定直流电压控制算法、双馈风力发电控制算法、定交流电压控制算法、定交流功率控制算法、V/F控制算法、恒压限流充电控制算法；通过将交流源的电能转换为不同类型的电能和/或改变电能的流向以实现至少两种提供电能的模式。

【技术特征摘要】
1.一种用于科研及教学的电力变换综合系统，其特征在于，包括电力网络、微型能量路由器和开关装置，所述电力网络用于向所述微型能量路由器提供交流电，所述微型能量路由器包括变流器，所述变流器用于变换电力，所述开关装置用于改变电能的流向，所述开关装置包括开关，所述开关与所述变流器组合连接以使微型能量路由器产生不同类型的电能；所述变流器可组合执行如下控制算法：三相PWM整流控制算法、PQ功率控制算法、交流电压幅值相位频率可调控制算法、电机负载驱动控制算法、变频变压控制算法、定直流电压控制算法、双馈风力发电控制算法、定交流电压控制算法、定交流功率控制算法、V/F控制算法、恒压限流充电控制算法；通过将交流源的电能转换为不同类型的电能和/或改变电能的流向以实现至少两种提供电能的模式。2.如权利要求1所述的电力变换综合系统，其特征在于，所述微型能量路由器包括第一变流器、第二变流器、第三变流器、第四变流器，所述开关装置包括第一开关、第二开关、第三开关、第四开关，所述第一变流器、所述第一开关、所述第二开关、所述第二变流器串联形成第一通路，所述第四变流器、所述第三开关、所述第四开关、所述第三变流器串联形...

【专利技术属性】
技术研发人员：傅俊寅，蒋成明，于洋，梁伙明，
申请(专利权)人：深圳青铜剑科技股份有限公司，
类型：新型
国别省市：广东,44