一种多功能大功率电子负载及其控制方法技术

本发明专利技术介绍的一种多功能大功率电子负载及其控制方法，其特征在于：它由整流器、逆变器和储能电容组成，其中整流器的三个输入端即为电子负载的三个输入端ｉｎａ、ｉｎｂ、ｉｎｃ，逆变器的三个输出端即为电子负载的三个输出端ｏｕｔａ、ｏｕｔｂ、ｏｕｔｃ，整流器和逆变器之间有一共用储能电容相连，整个电子负载通过逆变器的三个输出端ｏｕｔａ、ｏｕｔｂ、ｏｕｔｃ分别与系统电压的三相线连接。并且，整流器控制采用同步旋转坐标系下的电压外环和电流内环的双闭环串级控制策略；逆变器控制采用同步旋转坐标系下的电流单环控制策略。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，用于各种电 力、电子设备行业，属于电子产品领域。
技术介绍
随着电力电子技术与工业技术的发展，各种电子电力装置广泛地应用 于电力、冶金、钢铁、化工系统及高校教学演示平台等领域，如变频器、有源电力滤波装置、UPS装置、蓄电池充电器等，这些设备在研发与生产过程中都需要配置相应负载，以支持实验平台或者生产老化平台。传统设备所选用的负载均为实际负载或者与实际负载特性较为接近 的负载。如变频器一般选择电机，有源电力滤波装置选择三相不控整流桥谐波源，UPS装置选择电阻箱，蓄电池充电器选择电阻箱或者可控硅控制回馈型电子负载。但这些负载大多为耗能型负载，因为能耗直接与被研制 对象实验容量相关，对于电网这个庞大的网络系统而言，能耗浪费更大。 虽然目前在电网中普遍采用可控硅控制回馈性电子负载，然而可控硅控制 回馈性电子负载使用时，其回馈电网电流包含很大的无功和谐波，对电网 危害较大。因此，研究和开发新型的节能型的电子负载即成为一项有意义 的工作。
技术实现思路
本专利技术的目的旨在提出， 既可模拟交流或者直流状态时的纯阻性、纯感性、纯容性以及阻容性、阻感性和任意波形电子负载，同时又具有节能、回馈电网电流功率因数为1和低谐波特点；并且使整机效率不低于90%，与所模拟的负载比较效率更高。这种多功能大功率电子负载，其特征在于它由整流器、逆变器和储能电容C组成，其中整流器的三个输入端即为电子负载的三个输入端ina、 inb、 inc，逆变器的三个输出端即为电子负载的三个输出端outa、 outb、 outc，整流器和逆变器之间有一共用储能电容C相连，整个电子负载通过 逆变器的三个输出端outa、 outb、 outc分别与系统电压的三相线连接。所述的整流器包括整流逆变控制电路和控制电路，其中的整流逆变控 制电路由逆变桥、高频滤波电路构成，其中的控制电路包括电压、电流检 测电路、数字信号处理器、人机接口和驱动电路；所述的电压、电流检测 电路输入端连接整流器的三个输入端ina、 inb、 inc，其输出端连接人机 接口、并通过人机接口依序和数字信号处理器、驱动电路及组成逆变电桥 的大功率开关管相连；逆变桥的正端与储能电容C的正端相连，逆变桥的 负端与储能电容C的负端相连。所述的电压、电流检测电路包括电压互感器、电流互感器以及电压电 流信号调理电路。所述的数字信号处理器以Ti数字信号处理芯片为核心构筑的数字信 号处理电路，包括数字信号处理芯片(TMS320F1812)、 AD转换芯片、电源 芯片、电平转换芯片。所述的驱动电路采用2sd315为核心构筑驱动电路。所述的高频载波纹波滤除电路，由采用三角形联接的三组C型滤波器构成，其中的C型滤波器由电容C广C6、电感L7 L9、电阻R广R3构成三 支结构相同的滤波支路，三支滤波支路采用三角形联接；三支滤波支路的 上端分别通过电感与三相电源及逆变电路桥臂的中点联接。这种多功能大功率电子负载其控制方法分为整流器控制采用同步旋 转坐标系下的电压外环和电流内环的双闭环串级控制策略；逆变器控制采 用同步旋转坐标系下的电流单环控制策略。整流器控制方法如下a) 由整流器1在与输入电压同步状态下、通过锁相环进行锁相处理；b) 其次进行输入电压前馈处理，使输入电压uina、 uinb和uinc经旋转 坐标变换后得到dq坐标系下的量uind、 uinq， uind、 uinq经输入电压前馈 后得到输入电压前馈量uindf、 uinqf;c) 而后进行外环电压环调节，即对udc与电压给定udcr进行比较，经 过电压外环调节器，产生控制直流侧参考电压的d轴指令电流idcd;随后 进行内环电流环调节，即输入电流iina、 iinb和iinc经旋转坐标变换后得 到dq坐标系下的量iind、 iinq;d) 最后将iind、 iinq、 irefd、 irefq、 uindf、 uinqf经内环电流调节后得 到dq坐标系下的指令ido、 iqo。 ido、 iqo经空间矢量发生器后得到最终的 控制信号，用来驱动整流器的开关器件。逆变器的控制方法如下a) 由逆变器在与电网电压同步状态下、通过锁相环进行锁相处理；b) 其次，进行电网电压前馈处理，使电网电压usa、 usb和usc经旋转 坐标变换后得到dq坐标系下的量usd、 usq，并使usd、 usq经电网电压前馈后得到输入电压前馈量usdf、 usqf;c) 而后进行电流环调节，即对输出电流iouta、 ioutb和ioutc经旋转坐 标变换后得到dq坐标系下的量ioutd、 ioutq;d) 最后将ioutd、 ioutq、 ioutrd、 ioutrq、 usdf、 usqf经电流调节后得到 dq坐标系下的指令id、 iq，使ido、 iqo经空间矢量发生器后得到最终的控制 信号，用来驱动逆变器的开关器件。这种多功能大功率电子负载及其控制方法，主要优点如下 该电子负载中的整流器，采用同步旋转坐标系下的电压外环和电流内 环的双闭环串级控制策略，构成三相多功能大功率电子负载的输入端，可 模拟纯阻性、纯感性、纯容性以及阻容性、阻感性或者任意波形电子负载。 提高了设备的稳定性和抗扰性；该电子负载中的逆变器，采用同步旋转坐 标系下的电流环控制策略，构成三相多功能大功率电子负载的输出端，使 得回馈电网电流功率因数为1，回馈电网无功和谐波电流含量小，减少了 无功和谐波对电网的危害。而且，由于采用整流器和逆变器共用储能电容 Cl，构成整机背靠背工作方式，电路简单，从而大大降低成本，提高整机 工作效率。附图说明图1为本专利技术的主体系统示意图； 图2为本专利技术整流器或者逆变器电路结构示意图； 图3为组成C型滤波器的高频载波纹波滤除电路图; 图4本专利技术的整流器控制流程示意图；图5本专利技术的逆变器控制流程示意图。图中1-整流器 2-逆变器 3-C型滤波器 4-数字信号处理器 5-人机接口 6-驱动电路 7-逆变桥 9-电压、电流检测电路 IO-高频滤波电路 11-锁相环 12-旋转坐标变换 13-外环电压调节 14-参考指令 15-内环电流调节 16-空间矢量发生器 17-锁相环 18-旋转坐标变换 19-电网电压前馈 20-参考指令 21-电流调节 22-空间矢量发生器具体实施方式这种三相多功能大功率电子负载及其控制方法，由整流器1、逆变器2 和储能电容C及控制电路组成。其特征在于:设有三个电子负载输入端ina、 inb、inc的整流器1和接入电网电压u、v、w上的三个电子负载输出端outa、 outb、 outc相接的逆变器2分别接入储能电容C的两端；整流器通过整流 逆变控制电路与逆变器连接，储能电容C的两端分别通过载波纹波滤除电 路与整流器和逆变器连接。所述的整流逆变控制电路由逆变桥7、高频滤波电路10构成，其特征 是控制电路包括电压、电流检测电路9、数字信号处理器4、人机接口5 和驱动电路6，所述的电压、电流检测电路输入端连接整流器的三个输入 端ina、 inb、 inc，其输出端连接人机接口 5、并通过人机接口 5依序和 数字信号处理器4、驱动电路6及组成逆变电桥7的大功率开关管相连； 逆变桥7的正端与储能电容C的正端相连，逆变桥7的负端与储能电容C 的负端相连本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多功能大功率电子负载，其特征在于：它由整流器（１）、逆变器（２）和储能电容（Ｃ）组成，其中整流器（１）的三个输入端即为电子负载的三个输入端ｉｎａ、ｉｎｂ、ｉｎｃ，逆变器（２）的三个输出端即为电子负载的三个输出端ｏｕｔａ、ｏｕｔｂ、ｏｕｔｃ，整流器（１）和逆变器（２）之间有一共用储能电容（Ｃ）相连，整个电子负载通过逆变器的三个输出端ｏｕｔａ、ｏｕｔｂ、ｏｕｔｃ分别与系统电压的三相线连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：彭华良，魏学良，薛建科，
申请(专利权)人：上海追日电气有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]