模拟典型非线性负载电气特性的发生装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种典型非线性负载电气特性的发生装置，包括谐波源（1）、回馈环节（2）、中间直流环节（3）、控制终端（4）、第一LCL滤波环节（5）、第二LCL滤波环节（6）、外置电阻环节（7）；控制终端（4）采用DSP控制器实现，根据用户设定产生控制信号，控制谐波源部分产生电流扰动；谐波源和回馈环节通过中间直流电容相级联，组成AC-DC-AC结构，实现能量回馈；谐波源交流侧通过第一LCL滤波器和外置电阻与电网相连，回馈环节交流侧通过第二LCL滤波环节与电网相连，外置电阻用于获得谐波电压。本装置可模拟多个复合频率的谐波电流，能够模拟电弧炉、中频炉、变频器等典型非线性负载的情况。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种模拟典型非线性负载电气特性的发生装置，该装置包括谐波发生、逆变馈能，谐波电流测量与谐波电压测量，属于电力系统谐波检测领域。
技术介绍
随着电力工业的持续高速发展，电力系统中的各种电力电子设备、电弧炉以及电力牵引机车等非线性负载的不断增加，电网和负荷特性发生了很大的变化，电压和电流畸变越来越明显。电力系统的无功电能的计量非常重要，它关系到供用电双方的利益，也是加强谐波管理，提高电力系统电能质量管理和安全运行的前提。使用各种无功功率测量算法如希尔伯特算法、傅里叶算法、沃尔什算法测量电网无功功率之前都需要从电网输入谐波电压和谐波电流信号，所以准确获得电网的谐波电压和谐波电流的值显得非常重要。目前一些研究电流谐波产生的装置，如模拟非线性负载实际工况的电能质量扰动发生装置，这种装置只能检测到电流谐波而不能得到电压谐波。直接使用PWM变流器产生谐波的装置没有把电能回馈电网，不能做到节省电能。本技术可以同时检测到电流谐波和电压谐波，将谐波消耗的电能反馈回电网，从而节约大量的电能。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是提供一种大功率、低功耗，能够产生谐波电压和谐波电流，模拟电弧炉、中频炉、焊机、变频器等各种典型非线性负载电气特性的发生装置。为解决上述技术问题，本技术提供一种模拟典型非线性负载电气特性的发生装置，包括谐波源、回馈环节、中间直流电容、控制终端、第一 LCL(电感-电容-电感)滤波环节、第二 LCL滤波环节、外置电阻，其特征在于所述控制终端采用DSP控制器实现，根据用户设定产生控制信号，控制谐波源部分产生电流扰动；谐波源和回馈环节通过中间直流电容相级联，组成AC-DC-AC拓扑结构，实现能量回馈；谐波源的交流侧通过第一 LCL滤波环节与电网相连，回馈环节的交流侧通过第二 LCL滤波环节与电网相连接。前述的模拟典型非线性负载电气特性的发生装置，其特征在于所述的谐波源包括第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂，组成三相桥式PWM变流器结构，谐波源的直流侧与中间直流电容相连接，交流侧与第一 LCL滤波环节的一端相接，所述第一 LCL滤波环节包括第一电感、第二电感、第三电感、第四电感、第五电感、第六电感和第一阻容、第二阻容、第三阻容组成三个单相的T型滤波器；第一桥臂的中点与第四电感相连，第二桥臂的中点与第五电感相连，第三桥臂的中点与第六电感相连。前述的模拟典型非线性负载电气特性的发生装置，其特征在于所述回馈环节包括第四桥臂、第五桥臂和第六桥臂，组成三相桥式PWM变流器结构，回馈环节的直流侧与中间直流电容相连，交流侧与第二 LCL滤波环节相连，所述的第二 LCL滤波环节有第七电感、 第八电感、第九电感、第十电感、第十一电感、第十二电感和第四阻容、第五阻容、第六阻容组成三个单项T型滤波器；第四桥臂的中点与第七电感相连，第五桥臂的中点与第八电感相连，第六桥臂的中点与第九电感相连。前述的模拟典型非线性负载电气特性的发生装置，其特征在于所述外置电阻包括第七电阻、第八电阻、第九电阻，第七电阻的左侧与第二 LCL滤波环节的第十电感相连， 右侧与第一 LCL滤波环节的第一电感相连；第八电阻的左侧与第二 LCL滤波环节的第十一电感相连，右侧与第一LCL滤波环节的第二电感相连；第九电阻的左侧与第二LCL滤波环节的第十二电感相连，右侧与第一 LCL滤波环节的第三电感相连；第七电阻、第八电阻、第九电阻分别和一个短路片并联，短路片的作用是当直流电容环节充电到一定程度时起作用， 电阻短路，线路上谐波电流增大，直流电容环节继续充电到稳定值，测量电阻上的电压即为谐波电压。所述控制终端采用DSP控制器实现，根据用户设定产生控制信号，控制谐波源部分产生电流扰动。所述的谐波源由PWM变流器实现，采用电流跟踪控制技术，跟踪控制终端的指令信号产生要求的谐波。谐波源的交流侧与电网相连，中间通过第一 LCL滤波环节、外置电阻和接触器、开关、熔断器，第一 LCL滤波器滤除开关次谐波，外置电阻上得到谐波电压，接触器、开关、熔断器是电路实际运行时所必须的安全器件。谐波源和回馈环节通过中间直流电容相级联，组成AC-DC-AC结构，实现能量回馈。所述的回馈环节有逆变器实现，将谐波源产生的大功率电流消耗的能量回馈至电源侧以维持直流侧电容电压未定。回馈坏节同样采用电流跟踪控制技术，其交流侧通过LCL滤波环节滤除电流中的开关次谐波后回馈至电源。根据瞬时无功功率理论，对于PWM逆变器，若不考虑各部分的损耗，则交流侧的瞬时有功功率将全部传递到直流侧，即交流侧与直流侧的能量交换取决于瞬时有功功率，而与无功功率无关。因此，产生有功电流将使直流侧电容电压不断升高。本技术采用回馈技术将传递到直流侧的能量逆变后反馈回电网，以维持直流侧电容电压的稳定。利用本装置就可以模拟各种典型的非线性负载如电弧炉、中频炉、焊机、变频器等，且在谐波电流在装置允许容量范围内任意调节。采用电能回馈技术，将谐波消耗的电能反馈回电网，从而节约大量的电能，同时回馈部分由LCL滤波环节，可以滤除开关次谐波， 不影响电网。附图说明图1为模拟典型非线性负载电气特性的发生装置的总体框图。图2为本技术的主电路结构示意图。图3为谐波源原理图。图4为谐波源控制原理图。图5为回馈环节原理图。图6为回馈环节控制原理图。具体实施方式附图为本技术的实施例，结合附图对本技术进行说明该装置包括谐波源1、回馈环节2、中间直流环节3、控制终端4、第一 LCL滤波环节45、第二 LCL滤波环节6、外置电阻7 ；所述的控制终端4采用DSP控制器实现，根据用户设定产生控制信号，控制谐波源部分产生电流扰动。谐波源1和回馈环节2通过中间直流电容 3相级联，组成AC-DC-AC拓扑结构，实现能量回馈；谐波源1的交流侧通过第一 LCL滤波环节5和外置电阻7与电网相连，回馈环节2的交流侧通过第二 LCL滤波环节6与电网相连。1、谐波源如图3，谐波源可以看作电源的非线性负载。包括第一桥臂Ni、第二桥臂N2、第三桥臂N3，组成三相桥式PWM变流器结构，谐波源1的直流侧与中间直流电容3相连，交流侧与第一 LCL滤波环节的一端相连，所述的第一 LCL滤波环节5由第一电感L11、第二电感 L12、第三电感L13、第四电感L21、第五电感L22、第六电感L23和第一阻容RC1、第二阻容 RC2、第三阻容RC3组成Sanger单相T型滤波器；其中第一桥臂m的中点与第四电感L21 相连，第二桥臂N2的中点与第五电感L22相连，第三桥臂N3的中点与第六电感L23相连。根据控制终端的设定从电网中吸收电流，产生指定的谐波电流，模拟非线性负载。 这种情况下谐波源本身变现出非线性负载的特性。对于谐波源，回馈环节为直流侧的电阻性负载，消耗谐波源吸收电源的功率从而为维持直流侧电容电压的稳定。谐波电流的给定由控制终端完成，谐波电流指令信号由控制终端产生的各次谐波电流后叠加，作为谐波电流的给定。谐波源的PWM控制方式采用三角波比较方式，控制终端根据设定产生指令信号， 把实际的电流波形作为反馈信号，将指令信号减去反馈信号后作为主电路开关器件的控制信号，控制方式见图4所示。2、回馈环节回馈环节原理图如图5所示，回馈环节2包括第四桥臂N4、第五桥本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种模拟典型非线性负载电气特性的发生装置，该装置包括谐波源（１）、回馈环节（２）、中间直流环节（３）、控制终端（４）、第一ＬＣＬ滤波环节（５）、第ＬＣＬ滤波环节（６）、外置电阻环节（７），其特征在于：控制终端（４）采用ＤＳＰ控制器实现，根据用户设定产生控制信号，控制谐波源部分产生电流扰动；谐波源和回馈环节通过中间直流电容相级联，组成ＡＣ－ＤＣ－ＡＣ结构，实现能量回馈；谐波源交流侧通过第一ＬＣＬ滤波器和外置电阻与电网相连，回馈环节交流侧通过第二ＬＣＬ滤波环节与电网相连。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙健，徐晴，关巧莉，唐钰政，王宝安，张健，
申请(专利权)人：江苏省电力试验研究院有限公司，东南大学，
类型：实用新型
国别省市：84