一种基于中高压交流的岸电试验系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于中高压交流的岸电试验系统，包括移相变压器、电压扰动源子系统、人机交互模块和电压输出模块，电压扰动源子系统包括三个功率单元、整流控制模块和逆变控制模块，每个功率单元包括N个整流子单元和N个逆变子单元，移相变压器用于将三相中高压交流电转变为三相低压交流电，每一相低压交流电依次移相后输出给对应的N个整流子单元；整流控制模块用于控制整流子单元的有功功率，维持整流子单元的电压稳定；逆变控制模块用于获取逆变子单元的反馈电流，通过比较反馈电流和预设的指令电流调整逆变子单元的输出；电压输出模块用于将三相中高压交流电和电压扰动源子系统的输出叠加后输出给待测试岸电电源模块，以确保试验系统输出不同电能质量的扰动试验波形。

【技术实现步骤摘要】
一种基于中高压交流的岸电试验系统
本专利技术属于岸电试验
，更具体地，涉及一种基于中高压交流的岸电试验系统。
技术介绍
传统中高压交流岸电系统的扰动源，其利用变压器采用手动切换的方式实现电力扰动，该方法只能实现电压暂降或暂升扰动，这种方法电路简单、易实现，可在短时间内产生扰动，但模拟扰动方式有限、可控性差等缺点。目前比较主流的多模块级联型的逆变器包括模块化多电平变换器(MMC)和基于级联H桥的逆变器、基于实时数字仿真装置的数字-物理混合仿真技术相结合的扰动试验平台。然而，采用MMC方案，使用子模块数量多，体积大，除了要控制直流电压的稳定，还需要考虑子模块电容电压的均衡问题。采用基于级联H桥的逆变器包括输入多绕组隔离变压器、多个背靠背功率单元和滤波器LC回路，每个输入隔离变压器的副边绕组接一个背靠背功率单元的输入端，多个背靠背功率单元级联构成10kV电压输出端并连接滤波器LC回路作为中高压交流岸电系统的测试电源。为达到10kV扰动级别，需背靠背功率单元的数量为10～16。因此，此拓扑结构功率单元使用数量较多，体积较大、控制复杂、成本稍高。另外，可利用全控器件的电能质量扰动发生装置与基于实时数字仿真装置的数字-物理混合仿真技术相结合，实现在实验室条件下高压大功率设备的电能质量扰动试验，虽然该装置能够产生丰富的波形、动态特性较好，但造价高、方法复杂，操作繁琐，即使通过功率放大器进行放大，功率还是相对较小，很难满足大功率检测的需求。
技术实现思路
针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种基于中高压交流的岸电试验系统，以确保试验系统输出不同电能质量的扰动试验波形，且灵活、可控、成本低、功率器件少、体积小。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种基于中高压交流的岸电试验系统，岸电试验系统包括移相变压器、电压扰动源子系统、人机交互模块和电压输出模块，电压扰动源子系统包括三个功率单元、整流控制模块和逆变控制模块，三个功率单元分别与移相变压器的输出端对应连接，每个功率单元包括N个整流子单元和N个逆变子单元，N个逆变子单元背靠背级联后输出给电压输出模块，整流控制模块分别连接所有整流子单元，逆变控制模块分别连接所有逆变子单元，电压输出模块连接待测试岸电电源模块；移相变压器用于将三相中高压交流电转变为三相低压交流电，每一相低压交流电依次移相后输出给对应的N个整流子单元；整流控制模块用于控制整流子单元的有功功率，维持整流子单元的电压稳定；逆变控制模块用于获取逆变子单元的反馈电流，通过比较反馈电流和预设的指令电流调整逆变子单元的输出；电压输出模块用于将三相中高压交流电和电压扰动源子系统的输出叠加后输出给待测试岸电电源模块。作为本专利技术的进一步改进，整流控制模块包括第一PI调节器、第一电流跟踪控制子模块、第二电流跟踪控制子模块和第三电流跟踪控制子模块，第一PI调节器的输出端分别连接第一电流跟踪控制子模块、第二电流跟踪控制子模块和第三电流跟踪控制子模块，整流子模块包括整流侧IGBT，第一电流跟踪控制子模块、第二电流跟踪控制子模块和第三电流跟踪控制子模块分别与三个功率单元的整流侧IGBT对应连接。作为本专利技术的进一步改进，整流控制模块通过获取整流侧总电压Ud，依据整流侧总电压Ud与整流侧电压参考值Ud*的差值调节第一PI调节器的输出，通过第一电流跟踪控制子模块、第二电流跟踪控制子模块和第三电流跟踪控制子模块调整整流侧IGBT的输出，以实现整流子单元的电压稳定输出。作为本专利技术的进一步改进，第一PI调节器利用整流侧总电压Ud与整流侧电压参考值Ud*的差值产生有功流指令Ip，通过第一电流跟踪子模块、第二电流跟踪控制子模块和第三电流跟踪控制子模块分别与电网锁相相位相乘，相乘结果作为有功电流指令与三个整流侧输入电流iaf、ibf、icf比较，得到的误差值经电流跟踪子模块的跟踪控制，形成各相输出电压正序分量ua1、ub1、uc1，再与前馈电压Uf相加，得到各相输出电压ua2、ub2，uc2信号，以作为调制波通过载波比较模块生成PWM驱动信号控制整流侧IGBT。作为本专利技术的进一步改进，逆变控制模块包括第二PI调节器、第一指令电流控制子模块、第二指令电流控制子模块和第三指令电流控制子模块，第二PI调节器的输出端分别连接第一指令电流控制子模块、第二指令电流控制子模块和第三指令电流控制子模块，逆变子模块包括逆变侧H桥，所述第一指令电流控制子模块、第二指令电流控制子模块和第三指令电流控制子模块分别与三个功率单元的逆变侧H桥对应连接。作为本专利技术的进一步改进，逆变控制模块获取电网锁相得到的电网同步相位，通过第二PI调节器分别对电压扰动源输出d轴电压与预设指令幅值、电压扰动源输出q轴电压与预设指令幅值进行PI控制，对得到的直流量进行反变换得到指令电流iLa*，iLb*，iLc*，再取逆变侧电感电流作为反馈电流与指令电流比较后进行PI控制得到三相调制波，进而得到每相PWM信号，逆变侧每相H桥的三角载波经过载波移相后，利用每相PWM信号驱动对应的逆变侧H桥的IGBT。作为本专利技术的进一步改进，逆变控制模块通过获取不平衡度并折合到给定负序电压实部和虚部，给定负序电压的实部和虚部经过IDFT变换后得到调制波，与三角载波比较生成PWM信号驱动逆变侧H桥的IGBT。作为本专利技术的进一步改进，逆变控制模块将2～25次谐波的实部和虚部经过IDFT变换后生成三相谐波电压调制波，与三角载波比较生成PWM信号驱动逆变侧H桥的IGBT。作为本专利技术的进一步改进，岸电试验系统还包括电压发生器，电压发生器连接电压输出模块，用于测试电气设备对电压暂降的耐受程度以及缺相保护功能。作为本专利技术的进一步改进，岸电试验系统还包括电流发生器，电流发生器连接电压输出模块，电流发生器用于验证岸电电源过流和短路保护。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：本专利技术提供的一种基于中高压交流的岸电试验系统，其采用多绕组变压器和背靠背功率单元级联的结构，多模块级联后输出扰动电压叠加至10kV,产生各种扰动源，包括电压谐波、电压偏差、电压暂降、电压三相不平衡，作用于中高压交流岸电系统，测试中高压交流岸电系统的电能质量耐受能力。本专利采用优化的拓扑与控制技术，提升设备容量的同时，采用数量较少的功率模块级联，产生10kV等级的电压扰动，保证试验系统输出不同电能质量的扰动试验波形且灵活、可控、成本低、功率器件少、体积小。本专利技术提供的一种基于中高压交流的岸电试验系统，其整流侧与逆变侧均采用全控整流，可以实现能量的双向流动。整流侧采用三电平整流拓扑结构，三电平电路与普通的半桥电路相比，具有了中点续流的能力，对改善输出纹波，降低损耗都有很好的效果，同时IGBT耐压比两电平低，损耗低。本专利技术提供的一种基于中高压交流的岸电试验系统，其逆变侧采用3个功率模块级联，输出扰动电压叠加至10kV。利用低压、低带宽电力电子器件实现高压大容量、宽带宽电能质量本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于中高压交流的岸电试验系统，其特征在于，所述岸电试验系统包括移相变压器、电压扰动源子系统、人机交互模块和电压输出模块，所述电压扰动源子系统包括三个功率单元、整流控制模块和逆变控制模块，所述三个功率单元分别与移相变压器的输出端对应连接，每个功率单元包括N个整流子单元和N个逆变子单元，所述N个逆变子单元背靠背级联后输出给电压输出模块，所述整流控制模块分别连接所有整流子单元，所述逆变控制模块分别连接所有逆变子单元，所述电压输出模块连接待测试岸电电源模块；/n所述移相变压器用于将三相中高压交流电转变为三相低压交流电，每一相低压交流电依次移相后输出给对应的N个整流子单元；/n所述整流控制模块用于控制整流子单元的有功功率，维持整流子单元的电压稳定；/n所述逆变控制模块用于获取逆变子单元的反馈电流，通过比较反馈电流和预设的指令电流调整逆变子单元的输出；/n所述电压输出模块用于将三相中高压交流电和电压扰动源子系统的输出叠加后输出给待测试岸电电源模块。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于中高压交流的岸电试验系统，其特征在于，所述岸电试验系统包括移相变压器、电压扰动源子系统、人机交互模块和电压输出模块，所述电压扰动源子系统包括三个功率单元、整流控制模块和逆变控制模块，所述三个功率单元分别与移相变压器的输出端对应连接，每个功率单元包括N个整流子单元和N个逆变子单元，所述N个逆变子单元背靠背级联后输出给电压输出模块，所述整流控制模块分别连接所有整流子单元，所述逆变控制模块分别连接所有逆变子单元，所述电压输出模块连接待测试岸电电源模块；
所述移相变压器用于将三相中高压交流电转变为三相低压交流电，每一相低压交流电依次移相后输出给对应的N个整流子单元；
所述整流控制模块用于控制整流子单元的有功功率，维持整流子单元的电压稳定；
所述逆变控制模块用于获取逆变子单元的反馈电流，通过比较反馈电流和预设的指令电流调整逆变子单元的输出；
所述电压输出模块用于将三相中高压交流电和电压扰动源子系统的输出叠加后输出给待测试岸电电源模块。


2.如权利要求1所述的一种基于中高压交流的岸电试验系统，其中，所述整流控制模块包括第一PI调节器、第一电流跟踪控制子模块、第二电流跟踪控制子模块和第三电流跟踪控制子模块，所述第一PI调节器的输出端分别连接第一电流跟踪控制子模块、第二电流跟踪控制子模块和第三电流跟踪控制子模块，所述整流子模块包括整流侧IGBT，所述第一电流跟踪控制子模块、第二电流跟踪控制子模块和第三电流跟踪控制子模块分别与三个功率单元的整流侧IGBT对应连接。


3.如权利要求2所述的一种基于中高压交流的岸电试验系统，其中，整流控制模块通过获取整流侧总电压Ud，依据整流侧总电压Ud与整流侧电压参考值Ud*的差值调节第一PI调节器的输出，通过第一电流跟踪控制子模块、第二电流跟踪控制子模块和第三电流跟踪控制子模块调整整流侧IGBT的输出，以实现整流子单元的电压稳定输出。


4.如权利要求3所述的一种基于中高压交流的岸电试验系统，其中，所述第一PI调节器利用整流侧总电压Ud与整流侧电压参考值Ud*的差值产生有功流指令Ip，通过第一电流跟踪子模块、第二电流跟踪控制子模块和第三电流跟踪控制子模块分别与电网锁相相位相乘，相乘结果作为有功电流指令与三个整流侧输入电流iaf、ibf、icf比较，得到的误差值经电流跟踪子模块的跟踪控...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙盼，何笠，杨刚，孙军，吴旭升，王蕾，王增辉，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军工程大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42