專利名稱：一種微功耗的變流器全負(fù)載試驗方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種變流器的全負(fù)載試驗方法。

背景技術(shù)：
變流器是將一種電流制的電能轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N電流制的電能的轉(zhuǎn)換裝置。變流器的負(fù)載試驗是指對變流器傳遞負(fù)荷能力的試驗，該試驗需要具備兩個必要條件電源條件和負(fù)載條件。
目前，進行變流器功耗全載試驗的方法主要有以下兩種。
1)能耗試驗方案 被測變流器接電動機，再接發(fā)電機，將發(fā)電機輸出電壓進行整流，最后接阻性負(fù)載。其特點是在全載試驗時，這些接入的設(shè)備造成消耗大量的電能。
2)背靠背電機機組試驗方案 見圖1，該方法采用一臺被試變流器、一臺陪試變流器、兩臺電機M1、M2，來自電網(wǎng)的電能經(jīng)變壓器T1傳遞給被試變流器，被試變流器輸出接電機M1，電機M1通過聯(lián)軸器連接電機M2，電機M2輸出接陪試變流器，陪試變流器輸出電能經(jīng)變壓器T2回送到同一個電網(wǎng)或不同的電網(wǎng)。該方案的優(yōu)點是能驗證變流器對電機的控制能力，即變流器的調(diào)速性能；可在不同頻率下對變流器進行測試。其缺點是設(shè)備投資大，成本高，需要有兩臺1∶1功率的電機和陪試變流器。
由于電源條件的限制，對于大功率變流設(shè)備，有些廠家只做空載試驗，只能在應(yīng)用現(xiàn)場進行現(xiàn)場負(fù)荷試驗。
專利號為ZL200820069333.X、名稱為《基于功率單元串聯(lián)型高壓變頻器的能量回饋裝置》的中國實用新型專利公開了一種能量回饋的變頻器，滿足功率單元串聯(lián)型高壓變頻器四象限運行的要求，且具有很好的節(jié)能效果。該方法是將發(fā)電機發(fā)電運行產(chǎn)生的能量經(jīng)單相H型橋式逆變電路、直流母線以及工作在逆變狀態(tài)的PWM整流器和濾波電抗器流向電網(wǎng)，是電能由電動機經(jīng)高壓變頻器流向電網(wǎng)。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、制作成本低、能量損失較小的不采用電動機進行的一種微功耗的變流器全載試驗方法，該方法可解決在有限的廠內(nèi)電源容量的條件下進行大型變流器出廠的全負(fù)載試驗問題，并可驗證變流器的全負(fù)荷通過能力，功耗只有試驗功率的2-3％，解決了只有電源容量足夠的情況下才能作變流器全載荷試驗的局限性問題。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn) 一種微功耗的變流器全載試驗方法，該方法將變流器輸入端與電網(wǎng)相連，變流器輸出端經(jīng)電抗器與變流器輸入端相連；損耗的能量由電網(wǎng)補充；該試驗方法在滿足電網(wǎng)的容量大于被試變流器的損耗功率的條件下，其控制思想是 ①變流器的輸出基波頻率應(yīng)與電網(wǎng)頻率相等； ②變流器輸出相序與相應(yīng)的輸入相序相同； ③變流器輸出電流基波的相位角與電網(wǎng)電壓的相位角相同； ④通過控制變流器輸出電流的大小來控制變流器的輸出功率。
所述的變流器為非四象限兩電平結(jié)構(gòu)。
所述的變流器為四象限兩電平結(jié)構(gòu)。
所述的變流器為非四象限三電平結(jié)構(gòu)。
所述的變流器為四象限兩電平整流、三電平逆變結(jié)構(gòu)。
所述的變流器為四象限三電平整流、三電平逆變結(jié)構(gòu)。
所述的變流器為非四象限功率單元串聯(lián)式結(jié)構(gòu)。
所述的變流器為四象限功率單元串聯(lián)式高壓變流器，其功率單元的整流部分為兩電平，逆變部分為兩電平結(jié)構(gòu)。
所述的變流器為非四象限功率單元串聯(lián)式高壓變流器，其功率單元的整流部分為兩電平，逆變部分為三電平結(jié)構(gòu)。
所述的變流器為四象限功率單元串聯(lián)式高壓變流器，其整流部分為兩電平，逆變部分為三電平結(jié)構(gòu)。
所述的變流器為四象限功率單元串聯(lián)式高壓變流器，其整流部分為三電平，逆變部分為三電平結(jié)構(gòu)。
根據(jù)公式和電網(wǎng)線電壓求得變流器輸出電流指令有效值I*；由同步電路可以得到與電網(wǎng)電壓同相位的正弦同步信號，實時計算出變流器輸出的三個分別代表三個相電流的電流給定瞬時值；三個電流給定瞬時值分別與變流器對應(yīng)相的瞬時反饋值進行比較得到電流誤差，電流誤差經(jīng)電流調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)后由PWM調(diào)制器調(diào)制成PWM控制脈沖信號，通過控制變流器輸出電壓的幅值來控制變流器的輸出電流，從而達到控制變流器輸出功率的目的。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點是 1)能量由電網(wǎng)進來，通過被試變流器，再回到電網(wǎng)，只需較小的能量補充，是一種完全的節(jié)能試驗； 2)不采用電動機，大大簡化了變流器全載試驗的裝置結(jié)構(gòu)； 3)克服了只有在電源容量充裕的情況下才能進行變流器全載試驗的局限性，使以較小容量的電源實現(xiàn)大型變流器的全載試驗成為可能； 4)大大節(jié)省了試驗費用； 5)節(jié)約電能，試驗所消耗的電能僅為傳統(tǒng)變流器全載試驗消耗電能的2-3％； 6)試驗設(shè)備投資少，制作成本低； 7)適應(yīng)范圍廣。



圖1是背景技術(shù)中背靠背電機機組試驗方案的結(jié)構(gòu)單線示意圖； 圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是本發(fā)明的能量傳遞示意圖； 圖4是非四象限兩電平變流器的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5是四象限兩電平變流器的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖6是非四象限三電平變流器的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖7是四象限兩電平整流、三電平逆變變流器的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖8是四象限三電平整流、三電平逆變變流器的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖9是非四象限功率單元串聯(lián)式高壓變流器的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖10是四象限功率單元串聯(lián)式高壓變流器(功率單元的整流部分為兩電平，逆變部分為兩電平)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖11是非四象限功率單元串聯(lián)式高壓變流器(功率單元的整流部分為兩電平，逆變部分為三電平)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖12是四象限功率單元串聯(lián)式高壓變流器(整流部分為兩電平，逆變部分為三電平)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖13是四象限功率單元串聯(lián)式高壓變流器(整流部分為三電平，逆變部分為三電平)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖14是微功耗的變流器全載試驗方法原理單線圖； 圖15是微功耗的變流器全負(fù)載試驗方法的單相等效電路原理圖； 圖16是微功耗的變流器全負(fù)載試驗方法的單相相量圖； 圖17是微功耗的變流器全負(fù)載試驗方法的控制方案框圖。

具體實施例方式 見圖2、圖3，一種微功耗的變流器全載試驗方法，將被試變流器輸入端經(jīng)變壓器T與電網(wǎng)相連，被試變流器輸出端經(jīng)電抗器L再與輸入端相連；損耗的能量由電網(wǎng)補充。電抗器L的作用是使變流器的輸出與電網(wǎng)相匹配。變流器可以為以下結(jié)構(gòu) 見圖4，變流器為非四象限兩電平結(jié)構(gòu)，整流側(cè)為二極管D1-1、D2-1、D3-1、D4-1、D5-1、D6-1組成的非四象限結(jié)構(gòu)，電容C1-1組成直流濾波電路，逆變側(cè)為全控型功率半導(dǎo)體開關(guān)器件V1-1、V2-1、V3-1、V4-1、V5-1、V6-1組成的兩電平輸出結(jié)構(gòu)。
見圖5，變流器為四象限兩電平結(jié)構(gòu)，整流側(cè)為全控型功率半導(dǎo)體開關(guān)器件V1-2、V2-2、V3-2、V4-2、V5-2、V6-2組成的四象限結(jié)構(gòu)，電容C1-2組成直流濾波電路、逆變側(cè)為全控型功率半導(dǎo)體開關(guān)器件V7-2、V8-2、V9-2、V10-2、V11-2、V12-2組成的兩電平輸出結(jié)構(gòu)。
見圖6，變流器為非四象限三電平結(jié)構(gòu)，整流側(cè)為二極管D1-3、D2-3、D3-3、D4-3、D5-3、D6-3組成的非四象限結(jié)構(gòu)，電容C1-3、C2-3組成直流濾波電路、逆變側(cè)為全控型功率半導(dǎo)體開關(guān)器件V1-3、V2-3、V3-3、V4-3、V5-3、V6-3、V7-3、V8-3、V9-3、V10-3、V11-3、V12-3、及二極管D7-3、D8-3、D9-3、D10-3、D11-3、D12-3組成的三電平輸出結(jié)構(gòu)。
見圖7，變流器為四象限兩電平整流、三電平逆變結(jié)構(gòu)，整流側(cè)為全控型功率半導(dǎo)體開關(guān)器件V1-4、V2-4、V3-4、V4-4、V5-4、V6-4組成的四象限兩電平結(jié)構(gòu)，電容C1-4、C2-4組成直流濾波電路，逆變側(cè)為全控型功率半導(dǎo)體開關(guān)器件V7-4、V8-4、V9-4、V10-4、V11-4、V12-4、V13-4、V14-4、V15-4、V16-4、V17-4、V18-4、及二極管D1-4、D2-4、D3-4、D4-4、D5-4、D6-4組成的三電平輸出結(jié)構(gòu)。
見圖8，變流器為四象限三電平整流、三電平逆變結(jié)構(gòu)，整流側(cè)為全控型功率半導(dǎo)體開關(guān)器件V1-5、V2-5、V3-5、V4-5、V5-5、V6-5、V7-5、V8-5、V9-5、V10-5、V11-5、V12-5、及二極管D1-5、D2-5、D3-5、D4-5、D5-5、D6-5組成的四象限結(jié)構(gòu)，電容C1-5、C2-5組成直流濾波電路，逆變側(cè)為全控型功率半導(dǎo)體開關(guān)器件V13-5、V14-5、V15-5、V16-5、V17-5、V18-5、V19-5、V20-5、V21-5、V22-5、V23-5、V24-5、及二極管D7-5、D8-5、D9-5、D10-5、D11-5、D12-5組成的三電平輸出結(jié)構(gòu)。
見圖9，變流器為如圖所示的非四象限功率單元串聯(lián)式結(jié)構(gòu)。
見圖10，變流器為如圖所示的四象限功率單元串聯(lián)式高壓變流器，其功率單元的整流部分為兩電平，逆變部分為兩電平結(jié)構(gòu)。
見圖11，變流器為如圖所示的非四象限功率單元串聯(lián)式高壓變流器，其功率單元的整流部分為兩電平，逆變部分為三電平結(jié)構(gòu)。
見圖12，變流器為如圖所示的四象限功率單元串聯(lián)式高壓變流器，其整流部分為兩電平，逆變部分為三電平結(jié)構(gòu)。
見圖13，變流器為如圖所示的四象限功率單元串聯(lián)式高壓變流器，其整流部分為三電平，逆變部分為三電平結(jié)構(gòu)。
微功耗的變流器全載試驗方法控制方案及原理敘述如下 試驗方法原理單線圖如圖14所示，被測變流器輸入端與電網(wǎng)相連，變流器輸出端經(jīng)電抗器L再與輸入端或電網(wǎng)相連；變流器輸出電流io與電網(wǎng)電壓us同相位，即變流器向電網(wǎng)輸送純有功功率(功率因數(shù)為1)。
上圖中，有 iin＝is+io＝iloss+io(1) is＝iloss (2) Pin＝Ps+Po＝Ploss+Po(3) Ps＝Ploss (4) 變流器輸入功率(電流)由電網(wǎng)功率(電流)和變流器輸出功率(電流)兩部分提供，即電網(wǎng)只需提供變流器的損耗能量。因此，通過控制變流器輸出電流的大小，即可控制變流器的輸入功率與輸出功率。
在單位功率因數(shù)，且只考慮基波功率時，有 上式中，U為電網(wǎng)線電壓。
全載試驗效率為 η＝Po/Pin(7) 試驗方法需滿足的條件 ①變流器的輸出基波頻率應(yīng)與電網(wǎng)頻率相等； ②變流器輸出相序與相應(yīng)的輸入相序相同； ③變流器輸出電流基波的相位角與電網(wǎng)電壓的相位角相同； ④通過控制變流器輸出電流的大小來控制變流器的輸出功率； ⑤電網(wǎng)的容量大于被試變流器的損耗功率。
試驗方法的單相等效電路圖如圖15所示，相量圖如圖16所示； 圖15、圖16中，變流器等效為電壓源

電網(wǎng)電壓為

控制變流器輸出電流

與電網(wǎng)電壓同相位，電抗器上壓降為
有功功率由變流器流向電網(wǎng)，大小為 上式中為單相電路的功率，變流器輸出總功率為 試驗方法控制框圖如圖17所示，圖17中，P*為變流器輸出功率指令，根據(jù)公式(6)和電網(wǎng)線電壓求得變流器輸出電流給定有效值I*；由同步電路可以得到與電網(wǎng)電壓同相位的正弦同步信號，于是可實時計算出變流器輸出的三個分別代表三個相電流的電流給定瞬時值；三個電流給定瞬時值與變流器對應(yīng)相的瞬時反饋值進行比較得到電流誤差，電流誤差經(jīng)電流調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)后由PWM調(diào)制器調(diào)制成PWM控制脈沖信號，通過控制變流器輸出電壓的幅值來控制變流器的輸出電流，從而達到控制變流器輸出功率的目的。
公式及圖14、圖15、圖16中所涉及的符號含義如下 us——電網(wǎng)電壓 uc——變流器輸出電壓 is——電網(wǎng)電流 iin——變流器輸入電流 io——變流器輸出電流 L——電抗器 iloss——變流器損耗電流 Ps——電網(wǎng)功率 Pin——變流器輸入功率 Po——變流器輸出功率 Ploss——變流器損耗功率 U——電網(wǎng)線電壓有效值 Iin——變流器輸入相電流有效值 Io——變流器輸出相電流有效值 η——變流器滿載試驗效率 δ——相位角
權(quán)利要求
1、一種微功耗的變流器全載試驗方法，其特征在于，該方法將變流器輸入端與電網(wǎng)相連，變流器輸出端經(jīng)電抗器與變流器輸入端相連；損耗的能量由電網(wǎng)補充；該試驗方法在滿足電網(wǎng)的容量大于被試變流器的損耗功率的條件下，其控制思想是
①變流器的輸出基波頻率應(yīng)與電網(wǎng)頻率相等；
②變流器輸出相序與相應(yīng)的輸入相序相同；
③變流器輸出電流基波的相位角與電網(wǎng)電壓的相位角相同；
④通過控制變流器輸出電流的大小來控制變流器的輸出功率。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微功耗的變流器全載試驗方法，其特征在于，所述的變流器為非四象限兩電平結(jié)構(gòu)或四象限兩電平結(jié)構(gòu)或非四象限三電平結(jié)構(gòu)。
3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微功耗的變流器全載試驗方法，其特征在于，所述的變流器為非四象限兩電平整流、三電平逆變結(jié)構(gòu)或四象限三電平整流、三電平逆變結(jié)構(gòu)。
4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微功耗的變流器全載試驗方法，其特征在于，所述的變流器為非四象限功率單元串聯(lián)式結(jié)構(gòu)。
5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微功耗的變流器全載試驗方法，其特征在于，所述的變流器為四象限功率單元串聯(lián)式高壓變流器，其功率單元的整流部分為兩電平，逆變部分為兩電平結(jié)構(gòu)。
6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微功耗的變流器全載試驗方法，其特征在于，所述的變流器為非四象限功率單元串聯(lián)式高壓變流器，其功率單元的整流部分為兩電平，逆變部分為三電平結(jié)構(gòu)。
7、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微功耗的變流器全載試驗方法，其特征在于，所述的變流器為四象限功率單元串聯(lián)式高壓變流器，其整流部分為兩電平，逆變部分為三電平結(jié)構(gòu)。
8、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微功耗的變流器全載試驗方法，其特征在于，所述的變流器為四象限功率單元串聯(lián)式高壓變流器，其整流部分為三電平，逆變部分為三電平結(jié)構(gòu)。
9、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微功耗的變流器全載試驗方法，其特征在于，變流器的輸出功率通過控制變流器輸出電流的大小來實現(xiàn)，根據(jù)公式和電網(wǎng)線電壓求得變流器輸出電流指令有效值I*；由同步電路可以得到與電網(wǎng)電壓同相位的正弦同步信號，實時計算出變流器輸出的三個分別代表三個相電流的電流給定瞬時值；三個電流給定瞬時值分別與變流器對應(yīng)相的瞬時反饋值進行比較得到電流誤差，電流誤差經(jīng)電流調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)后由PWM調(diào)制器調(diào)制成PWM控制脈沖信號，通過控制變流器輸出電壓的幅值來控制變流器的輸出電流，從而達到控制變流器輸出功率的目的。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種微功耗的變流器全載試驗方法，該方法將變流器輸入端與電網(wǎng)相連，變流器輸出端經(jīng)電抗器再與輸入端相連；損耗的能量由電網(wǎng)補充。其控制思想是變流器的輸出基波頻率應(yīng)與電網(wǎng)頻率相等；變流器輸出相序與相應(yīng)的輸入相序相同；變流器輸出電流基波的相位角與電網(wǎng)電壓的相位角相同；通過控制變流器輸出電流的大小來控制變流器的輸出功率。優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、制作成本低、能量損失較小。該方法可解決在有限的廠內(nèi)電源容量的條件下進行大型變流器出廠的全負(fù)載試驗問題，并可驗證變流器的全負(fù)荷通過能力，功耗只有試驗功率的2-3％，解決了只有電源容量足夠的情況下才能作變流器全載荷試驗的局限性問題。
文檔編號G01R31/00GK101539603SQ20091001132
公開日2009年9月23日 申請日期2009年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月25日
發(fā)明者興 李, 曠 李, 強 左, 郭自勇, 穎 徐, 付國良, 蕾 孫, 丁雅麗 申請人:榮信電力電子股份有限公司