CN102946103B - 一种带自测试功能的有源电力滤波装置以及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带自测试功能的有源电力滤波装置以及测试方法。有源电力滤波装置的控制***包括人机接口、滤波模块和谐波源模块，滤波模块和谐波源模块同时与人机接口连接；测试时，不要求测试场所的供电容量大于有源电力滤波装置的额定容量，只需较小的供电容量即可，可以大大减小变压器、导线、开关等的成本；测试平台不需要额外提供谐波源负载，可将测试平台中的一台受试的有源电力滤波装置充当谐波源负载，节省了相应成本；实验平台包含两台受试的有源电力滤波装置，可以同时对两台有源电力滤波装置进行测试，提高测试效率，增加了产能。

Description

一种带自测试功能的有源电力滤波装置以及测试方法

技术领域：

本发明涉及电能质量领域的相关装置及测试平台，属于电气自动化设备技术领域，特别涉及三相电压型PWM逆变器(VSI)电路结构的有源电力滤波装置(包括有源电力滤波器、静止无功发生器等)和其测试平台及方法。

背景技术：

随着现代电力电子设备等非线性负荷大量接入电网，对电网产生了大量的无功和谐波污染，使电网供电质量受到严重影响。随着电力用户对电能质量的要求越来越高，无功和谐波问题引起人们的高度重视，大量的电能质量治理装置被应用于电网中。

有源电力滤波装置作为新一代电能质量治理装置，能快速、连续的滤除电网的无功及谐波电流，最终使电网的每一相电流变为仅包含50Hz频率的、相位与该相电网电压相同的理想电流，有源电力滤波装置正逐渐取代传统的无源滤波和无功补偿装置，得到了越来越广泛的应用。

目前，有源电力滤波装置大多都采用三相电压型PWM逆变器(VSI)电路结构，如图1所示。有源电力滤波装置作为直接连接在电网上工作的设备，应具有高度的可靠性和良好的滤波性能。为了符合工程应用的需要，必须对有源电力滤波装置的样机进行严格的考核，包括对其滤波性能、动态响应时间、损耗、器件性能、温升特性、电磁干扰抗扰度、保护性能等进行严格测试。

现有的常规方案的测试平台主要是对单台有源电力滤波装置测试，该平台包括一台受试的有源电力滤波装置和一个谐波源负载。最常用的谐波源负载是整流桥负载，拓扑如图2所示。通过整流桥负载来产生谐波电流，有源电力滤波装置输出相应的电流对谐波源负载产生的谐波电流进行滤波，从而测试有源电力滤波装置的各种性能。

现有的测试方法存在以下缺点：

1、对测试场所供电容量要求较高，供电容量应大于有源电力滤波装置的额定容量，要求测试场所的变压器、导线、开关等的额定电流值很大，相应的成本很高。

2、每次只能对单台有源电力滤波装置进行测试，测试效率低。

3、无法模拟各种复杂工程现场的负载电流情况。

发明内容：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种带自测试功能的有源电力滤波装置以及测试方法。测试时，不要求供电容量大于有源电力滤波装置的额定容量，只需较小的供电容量即可，可以大大减小测试场所的变压器、导线、开关等的成本；测试平台不需要额外提供谐波源负载，可将测试平台中的一台受试的有源电力滤波装置充当谐波源负载，节省了相应成本；实验平台包含两台受试的有源电力滤波装置，可以同时对两台有源电力滤波装置进行测试，提高测试效率，增加了产能。

一种带自测试功能的有源电力滤波装置，包含一套控制***和一套主电路，通过控制***去控制其主电路，使装置工作于不同的模式。其控制***包括人机接口、滤波模块和谐波源模块，滤波模块和谐波源模块同时与人机接口连接。所述的滤波模块和谐波源模块，是使装置具有两种不同工作模式的模块，滤波模块使装置工作于滤波模式，谐波源模块使装置工作于谐波源模式，装置工作时的模式只能二选一。可根据需要，通过控制***的人机接口去调用滤波模块或谐波源模块。滤波模块能使装置实现滤波功能，实时跟踪电网中负载电流的变化，滤除电网中负载所产生的无功及谐波电流，以达到提高电网质量的目的；谐波源模块能使装置实现可编程谐波电流源功能，可用作测试其他有源电力滤波装置的谐波源负载，可根据需要输出不同幅值的无功电流(含容性无功电流、感性无功电流)、不同幅值和相位的谐波电流，且还能导入工程现场测试到的负载电流数据文件，使装置复现输出工程现场的负载电流。

其所带的自测试功能主要体现在，同一台有源电力滤波装置既可以完成滤波功能，又可以作为测试其他台有源电力滤波装置性能时候的谐波源负载。故在对装置进行测试时，无需额外提供如图2所示的常规方案中的谐波源负载，只需通过简单的设置即可将受试的有源电力滤波装置中的一台充当常规方案中的谐波源负载。装置的所有功能均由控制***实现，只需通过控制***的人机接口调用相关模块及单元即可。

一种带自测试功能的有源电力滤波装置的测试，其平台包括两台带自测试功能的有源电力滤波装置、电流互感器、调压装置，如图3所示。所述的两台带自测试功能有源电力滤波装置分别为有源电力滤波装置I和有源电力滤波装置II，有源电力滤波装置I和有源电力滤波装置II均为受试装置；电流互感器(TA1、TA2、TA3、TA4、TA5、TA6)用于检测有源电力滤波装置工作于谐波源模式(装置控制***的人机接口调用谐波源模块)时的输出电流，TA1、TA2、TA3接入到有源电力滤波装置I控制***的负载输入端子，TA4、TA5、TA6接入到有源电力滤波装置II控制***的负载输入端子；调压装置可由调压器或可编程电压源等提供，在进行电压幅值变化的测试时，可以通过调节调压器或可编程电压源等使电压幅值发生变化。

一种带自测试功能的有源电力滤波装置的测试方法，采用两台带自测试功能的有源电力滤波装置同时运行，一台有源电力滤波装置的控制***通过人机接口调用谐波源模块，工作于谐波源模式；另一台有源电力滤波装置的控制***通过人机接口调用滤波模块，工作于滤波模式，可滤除工作于谐波源模式的那台有源电力滤波装置输出的无功及谐波电流。本方法可对有源电力滤波装置的滤波性能、动态响应时间、损耗、器件性能、温升特性、电磁干扰抗扰度、保护性能等进行考核，测试的内容按照相应的行业标准进行。

所述测试方法用于具有相同拓扑结构装置的有功实验、无功实验或谐波实验。

有益效果：

1、可减小测试场所供电容量，使变压器、导线、开关等的额定电流值变小，节省相应的成本。无功及谐波电流仅在两台受试装置之间流动，不会流入供电网，故能在较小供电容量的测试场所测试较大功率的装置。

2、实验平台包含两台受试装备，一次测试可同时完成两台有源电力滤波装置的考核，提高测试效率。

3、可模拟更多复杂的工程现场，全方位测试有源电力滤波装置用于不同工程现场时的性能。

附图说明：

图1是本文适用的有源电力滤波装置的电路结构图；

图2是现有的常规的有源电力滤波装置测试方案；

图3是本文提出的带自测试功能的有源电力滤波装置测试平台；

图4是本文提出的带自测试功能的有源电力滤波装置控制***的模块及单元；

其中：1为变压器；2为调压装置；3为第一电流互感器；4为第二电流互感器；5为有源电力滤波装置I；6为有源电力滤波装置II；7为有源电力滤波装置II的控制***；8为有源电力滤波装置I的控制***；9为谐波源负载。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

实施例1、一种带自测试功能的有源电力滤波装置，其控制***的模块及单元如图4所示，可由人机接口调用不同的模块和单元来使装置实现不同的功能。

一种带自测试功能的有源电力滤波装置，包含一套控制***和一套主电路，通过控制***去控制其主电路，使有源电力滤波装置工作于不同的模式。其控制***包括人机接口、滤波模块和谐波源模块，滤波模块和谐波源模块同时与人机接口连接。所述的滤波模块能使装置实现滤波功能，可调用不同的单元来实现不同的滤波方式，其滤波方式包括全补偿单元、无功单元、谐波单元、指定次谐波单元、无功及指定次谐波单元等单元，滤波模块所含单元的功能如表1所示；所述的谐波源模块能使装置实现可编程谐波电流源功能，可调用不同的单元来实现不同的输出方式，其输出方式包括无功输出单元、无功及谐波输出单元、谐波输出单元、幅值突升降单元、工况数据模拟单元等单元，谐波源模块所含单元的功能如表2所示。谐波源模块主要是为了方便出厂前测试，用户在未授权的情况下无法调用此模块，在谐波源模块的输出方式单元中，可以设定输出无功电流的幅值、输出谐波电流的幅值和相位等。装置工作时的模式只能二选一，每台装置一次只能调用一种模块和此模块里的一种单元，需要使用其他模块或单元时，应将装置停机之后通过控制***的人机接口重新调用所需的模块和单元后再运行。

表1 滤波模块所含单元功能表

表2 谐波源模块所含单元功能表

一种带自测试功能的有源电力滤波装置，其自测试功能主要体现在，同一台有源电力滤波装置既可以完成有源滤波功能，又可以作为测试其他台有源电力滤波装置性能时候的谐波源负载。故在对装置进行测试时，无需额外提供如图2所示的常规方案中的谐波源负载，只需通过简单的设置即可将如图3所示方案的受试装置中的一台充当常规方案中的谐波源负载。装置的所有功能均由控制***实现，只需在控制***的人机接口调用相关模块及单元即可。

一种带自测试功能的有源电力滤波装置的测试，其平台包括两台带自测试功能的有源电力滤波装置、电流互感器、调压装置，如图3所示。所述的两台带自测试功能有源电力滤波装置分别为有源电力滤波装置I和有源电力滤波装置II，有源电力滤波装置I和有源电力滤波装置II均为受试装置；电流互感器(TA1、TA2、TA3、TA4、TA5、TA6)用于检测有源电力滤波装置工作于谐波源模式(装置控制***的人机接口调用谐波源模块)时的输出电流，TA1、TA2、TA3接入到有源电力滤波装置I控制***的负载输入端子，TA4、TA5、TA6接入到有源电力滤波装置II控制***的负载输入端子；调压装置可由调压器或可编程电压源等提供，在进行电压幅值变化的测试时，可以通过调节调压器或可编程电压源等使电压幅值发生变化。

一种带自测试功能的有源电力滤波装置的测试方法，采用两台带自测试功能的有源电力滤波装置同时运行，一台有源电力滤波装置的控制***通过人机接口调用谐波源模块，工作于谐波源模式；另一台有源电力滤波装置的控制***通过人机接口调用滤波模块，工作于滤波模式，可滤除工作于谐波源模式的那台有源电力滤波装置输出的无功及谐波电流。本方法可对有源电力滤波装置的滤波性能、动态响应时间、损耗、器件性能、温升特性、电磁干扰抗扰度、保护性能等进行考核，测试的内容按照相应的行业标准进行。包括以下步骤：

步骤A.滤波性能测试。

装置I由控制***的人机接口调用谐波源模块，有源电力滤波装置II由控制***的人机接口调用滤波模块，有源电力滤波装置II对有源电力滤波装置I进行滤波，先启动有源电力滤波装置II再启动有源电力滤波装置I。有源电力滤波装置I的输出电流指令可根据需要，每次由控制***的人机接口分别调用谐波源模块的无功输出单元、无功及谐波输出单元、谐波输出单元、工况数据模拟单元等不同输出方式的单元，控制***根据人机接口调用的单元所给出的相应电流指令进行闭环控制运算，输出无功、谐波等电流；有源电力滤波装置II的控制***根据电流互感器TA1、TA2、TA3检测到的有源电力滤波装置I的输出电流作为闭环运算的电流指令，进行闭环控制运算，可根据需要，每次由人机接口调用滤波模块的不同滤波方式的单元来输出相应的滤波电流；调用有源电力滤波装置I的控制***的不同输出方式的单元可输出不同种类的电流，可充分测试有源电力滤波装置II对各种不同种类谐波源负载的滤波性能。

同样的方法，将有源电力滤波装置I和有源电力滤波装置II的功能通过各自的控制***互换，即有源电力滤波装置I的控制***调用滤波模块，有源电力滤波装置II的控制***调用谐波源模块，有源电力滤波装置I对有源电力滤波装置II进行滤波，先启动有源电力滤波装置I再启动有源电力滤波装置II，可测试有源电力滤波装置I的滤波性能。

步骤B.动态响应时间测试。

装置I由控制***的人机接口调用谐波源模块，有源电力滤波装置II由控制***的人机接口调用滤波模块，有源电力滤波装置II对有源电力滤波装置I进行滤波。有源电力滤波装置I的控制***调用输出方式的幅值突升降单元，输出幅值突升或突降的电流，有源电力滤波装置II的控制***调用滤波方式的全补偿单元，先启动有源电力滤波装置II再启动有源电力滤波装置I。此实验可以测试有源电力滤波装置II的动态响应时间。

同样的方法，将有源电力滤波装置I和有源电力滤波装置II的功能通过各自的控制***互换，即有源电力滤波装置I的控制***调用滤波模块，有源电力滤波装置II的控制***调用谐波源模块，先启动有源电力滤波装置I再启动有源电力滤波装置II。装置I对装置II输出的幅值突升或突降的电流进行滤波，可测试有源电力滤波装置I的动态响应时间。

步骤C.损耗、温升特性、器件性能、电磁干扰抗扰度等测试。

可按照步骤A的设置，有源电力滤波装置I的控制***调用谐波源模块，有源电力滤波装置II的控制***调用滤波模块，有源电力滤波装置II对有源电力滤波装置I进行滤波。通过对输出方式单元里面的电流幅值的设定，使有源电力滤波装置I输出电流为额定值，此时有源电力滤波装置II输出的滤波电流也为额定值。两台装置连续运行4小时(有源电力滤波装置相关行业标准推荐的温升试验时间为4小时)以上，用相应的测试仪器观测两台装置的损耗、温升特性、器件特性、电磁干扰抗扰度等是否正常。此步骤的实验无需将装置I和装置II的功能互换，一次测试可将两台装置的损耗、温升特性、器件性能、电磁干扰抗扰度等指标同时进行考核。

在所有测试步骤中，此步骤用时最长，但此步骤只需做一次即可同时测试出两台装置的相关性能，相比以前传统的测试方法，测试效率提高了一倍。

步骤D.过载保护性能测试。

可按照步骤A的设置，有源电力滤波装置I的控制***调用谐波源模块，有源电力滤波装置II的控制***调用滤波模块，有源电力滤波装置II对有源电力滤波装置I进行滤波。通过对控制***的输出方式单元里面的电流幅值的设定，使有源电力滤波装置I输出电流大于额定值，观察有源电力滤波装置II输出的滤波电流是否自动将电流限制在额定值输出。可测得有源电力滤波装置II的过载保护性能。

同样的方法，通过控制***将有源电力滤波装置I和有源电力滤波装置II的功能互换，即有源电力滤波装置I的控制***调用滤波模块，有源电力滤波装置II的控制***调用谐波源模块，有源电力滤波装置I对有源电力滤波装置II进行滤波。使有源电力滤波装置II输出电流大于额定值，观察有源电力滤波装置I输出的滤波电流是否自动将电流限制在额定值输出。可测得有源电力滤波装置I的过载保护性能。

步骤E.电压幅值允许波动范围内装置稳定运行的测试。

可按照步骤A的设置，在有源电力滤波装置I、有源电力滤波装置II运行时，在电压幅值允许波动范围内调节调压装置(调压器或者可编程谐波电压源)电压幅值的大小，观察有源电力滤波装置I、有源电力滤波装置II各项指标是否正常。

步骤F.其他性能的测试。

使有源电力滤波装置I、有源电力滤波装置II中的一台有源电力滤波装置的控制***调用谐波源模块，另一台装置的控制***调用滤波模块。按照相关的行业标准所规定的测试内容，对其他所需带负载进行测试的内容进行测试。

以测试100kVA的有源电力滤波装置为例，对比现有的测试方法与本文的测试方法，如表3所示。

表3 现有测试方法与本文测试方法的对比表

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (4)

1.一种带自测试功能的有源电力滤波装置，其特征在于:有源电力滤波装置包含一套控制***和一套主电路，通过控制***去控制其主电路，使有源电力滤波装置工作于不同的模式；其控制***包括人机接口、滤波模块和谐波源模块，滤波模块和谐波源模块同时与人机接口连接；滤波模块使有源电力滤波装置工作于滤波模式，谐波源模块使有源电力滤波装置工作于谐波源模式，有源电力滤波装置工作时的模式只能是滤波模式或者谐波源模式；滤波模块使有源电力滤波装置实现滤波功能，实时跟踪电网中负载电流的变化，滤除电网中负载所产生的无功电流及谐波电流；谐波源模块使有源电力滤波装置实现可编程谐波电流源功能，作为测试其他有源电力滤波装置的谐波源负载，根据需要输出不同幅值的无功电流、不同幅值和相位的谐波电流，且还能导入工程现场测试到的负载电流数据文件，使有源电力滤波装置复现输出工程现场的负载电流。

2.一种基于权利要求1所述的带自测试功能的有源电力滤波装置的测试方法，其特征在于：调压装置上同时连接有第一电流互感器和第二电流互感器，第一电流互感器上连接有源电力滤波装置I，第二电流互感器上连接有源电力滤波装置II；

测试时，两台有源电力滤波装置分别工作在不同模式；

包括以下情况：

情况A：有源电力滤波装置I的控制***调用谐波源模块，工作于谐波源模式；有源电力滤波装置II的控制***调用滤波模块，工作于滤波模式，能够滤除工作于谐波源模式的装置I输出的无功及谐波电流；

情况B：有源电力滤波装置II的控制***调用谐波源模块，工作于谐波源模式；有源电力滤波装置I的控制***调用滤波模块，工作于滤波模式，能滤除工作于谐波源模式的装置II输出的无功及谐波电流。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，包括：

步骤A.滤波性能测试：

有源电力滤波装置I通过控制***的人机接口调用谐波源模块，有源电力滤波装置II通过控制***的人机接口调用滤波模块，有源电力滤波装置II对有源电力滤波装置I输出的无功及谐波电流进行滤波，测试有源电力滤波装置II的补偿性能；

同样的方法，将有源电力滤波装置I和有源电力滤波装置II的功能通过各自的控制***互换，即有源电力滤波装置I的控制***调用滤波模块，有源电力滤波装置II的控制***调用谐波源模块，有源电力滤波装置I对有源电力滤波装置II输出的无功及谐波电流进行滤波，测试有源电力滤波装置I的补偿性能；

步骤B.动态响应时间测试：

有源电力滤波装置I通过控制***的人机接口调用谐波源模块，有源电力滤波装置II通过控制***的人机接口调用滤波模块，有源电力滤波装置II对有源电力滤波装置I进行滤波；有源电力滤波装置I的控制***调用输出方式的幅值突升降单元，输出幅值突升或突降的电流，有源电力滤波装置II的控制***调用滤波方式的全补偿单元，测试有源电力滤波装置II的动态响应时间；

同样的方法，将有源电力滤波装置I和有源电力滤波装置II的功能通过各自的控制***互换，即有源电力滤波装置I的控制***调用滤波模块，有源电力滤波装置II的控制***调用谐波源模块，有源电力滤波装置I对有源电力滤波装置II输出的幅值突升或突降的电流进行滤波，测试有源电力滤波装置I的动态响应时间；

步骤C.损耗、温升特性、器件性能、电磁干扰抗扰度测试：

按照步骤A的设置，有源电力滤波装置I的控制***调用谐波源模块，有源电力滤波装置II的控制***调用滤波模块，有源电力滤波装置II对有源电力滤波装置I进行滤波；通过对输出方式单元里面的电流幅值的设定，使有源电力滤波装置I输出电流为额定值，此时有源电力滤波装置II输出的滤波电流也为额定值；两台有源电力滤波装置连续运行4小时以上，用相应的测试仪器观测两台有源电力滤波装置的损耗、温升特性、器件特性、电磁干扰抗扰度是否正常；

此步骤的实验无需将有源电力滤波装置I和有源电力滤波装置II的功能互换，一次测试可将两台有源电力滤波装置的损耗、温升特性、器件性能、电磁干扰抗扰度指标同时进行考核；

步骤D.过载保护性能测试；

步骤E.电压幅值允许波动范围内有源电力滤波装置稳定运行的测试；

按照步骤A的设置，在有源电力滤波装置I、有源电力滤波装置II运行时，在电压幅值允许波动范围内调节调压装置电压幅值的大小，观察有源电力滤波装置I、有源电力滤波装置II各项指标是否正常；

步骤F.其他性能的测试；

使有源电力滤波装置I、有源电力滤波装置II中的一台有源电力滤波装置的控制***调用谐波源模块，另一台有源电力滤波装置的控制***调用滤波模块；按照相关的行业标准所规定的测试内容进行测试。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述测试方法用于具有相同拓扑结构装置的有功实验、无功实验或谐波实验。