CN104316796B - 一种大功率谐波电源特性试验***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大功率谐波电源特性试验***及方法，该***包括谐波变频电源、谐波变压器、工频电源、工频变压器以及电源控制***；所述谐波变频电源和工频电源的输入端与380V交流电相连，所述谐波变频电源的输出端与谐波变压器的输入端相连；所述谐波变频电源的输出端与电源控制***的输入端相连，所述谐波变频电源受控于电源控制***；运用该方法进行谐波特性试验，能够得到多种频率组合的谐波信号，满足实际谐波实验的需要的缺陷。***结构简单、体积小、重量轻、调试简单，可以在线更新输出的谐波参数，噪音也小。利用该试验方法有利于更好地了解电网谐波特性，提高电网电能质量与安全性。
Description
技术领域
本发明属于电气工程领域，尤其涉及一种大功率谐波电源特性试验***及方法。
背景技术
电力电抗器、电容器的谐波噪音是影响电力电容器、电抗器长期安全运行的世界性难题。随着谐波治理和无功补偿受重视程度的提高，以及直流输电、新能源发电的广泛应用，电力电容器和平波电抗器用量的日趋增长，对其技术要求也越来越高。受限于现有技术水平，目前市场上常见的谐波实验设备只能采用工频等效代取或采用单频中频电源多个串联，不仅操作麻烦，而且不符合实际运行情况，不能提供多种频率组合的谐波信号，难以满足实际谐波试验的需要。
如进行谐波实验中的噪声实验，采用现有技术中的桥式电路，总电压和总电流都为单个试品为2倍，其中试品(LKK-35-1251-11.021)进行11次谐波测试时，电压和电流分别达到了38775V和1018.1A，所需无功为1018.11*38.775＝39498kVA，所以***总无功为39498*4＝157992kVA，假设谐波电源容量为800KVA，则157992/800＝197.5，所以补偿Q值需达到197.5才能满足要求，然而实际中的***Q值可能达不到197.5。
试品(LKK-35-1251-11.021)外形尺寸3.8x3.8x6.2m，尺寸庞大，造价昂贵，且桥式电路同时需要4台，同时要求除试品外的3台，无任何电气问题以保证不对试品产生任何影响。
中频变压器频率范围：50～2500Hz，由于频率过宽，实际中阻抗电压是指在50Hz下的值，所以频率越高输出功率越小。我们以试品(LKK-35-1251-11.021)中11次谐波为例：假设中频变压器阻抗电压5％，11次谐波下的阻抗电压为5*11＝55％，即11次谐波下输出功率为额定的42％，存在较大的能量损耗。
因此，开发出一种新型的大功率谐波电源特性试验装置势在必行。
发明内容
本发明针对已知技术中谐波实验设备操作麻烦，无法提供多种频率组合的谐波信号，设计出一种大功率多频率组合的谐波电源特性试验***及方法，为谐波治理技术和电力设备耐谐波能力提供验证手段和技术装备。
一种大功率谐波电源特性试验***，包括谐波变频电源、谐波变压器、工频电源、工频变压器、电源控制***及测量装置；
所述谐波变频电源的输入端与380V交流电相连，所述谐波变频电源的输出端与谐波变压器的输入端相连，所述谐波变压器的输出端与试品相连，
所述工频电源的输入端与380V交流电相连，所述工频电源的输出端与工频变压器的输入端相连，所述工频变压器的输出端与试品相连；
所述谐波变压器中的铁芯为带状非晶材料卷绕制成的无气隙铁芯；
所述工频变压器通过工频通道输出工频电源，所述谐波变压器通过谐波通道输出谐波电源，所述工频电源和谐波电源同时叠加后输送给试品；
所述测量装置的输入端与试品的信号加载端相连；
所述谐波变频电源、工频电源及测量装置的输出端均与电源控制***的输入端相连，所述谐波变频电源和工频电源受控于电源控制***；
所述谐波变频电源包括可调频调幅支持多频率组合和在线更新参数的标准谐波源及全桥功率放大电路；
所述标准谐波源的输出端与全桥功率放大电路的输入端连接；
所述试品为电容器或电力电抗器。
所述工频通道只传输工频信号，所述谐波通道只传输谐波信号；
所述工频变压器的一端与试品的加载端相连，另一端通过工频通道接地；
所述谐波变压器的一端通过谐波通道与试品的加载端相连，另一端接地；
所述试品与谐波变压器和工频变压器之间还设有功率补偿装置。
【所述试品为电力电抗器时，所述功率补偿装置与试品串联；所述试品为电容器时，所述功率补偿装置与试品并联。】
【利用功率补偿装置对试品容量进行功率补偿，对提供功率的电源功率大大降低；】
所述谐波变频电源采用多个谐波变频电源并联。
所述多个并联的谐波变频电源为柜式插拔结构。
采用多个并联的柜式插拔结构的谐波变频电源，单个电源的电流小，功耗低，相对于整机式大容量谐波变频电源，散热性好，且易维护，可以单个维修；
所述标准谐波源由32位的DSP、超大规模CPLD、32位的存储器、12位的模数转换器、输出滤波器构成，所述DSP输出端与超大规模CPLD输入端连接，存储器与超大规模CPLD双向连接；超大规模CPLD输出端与模数转换器的输入端连接，模数转换器的输出端与输出滤波器连接。
所述谐波变频电源还包括与全桥功率放大电路输出端相连的滤波电路。
所述全桥功率放大电路由4个桥臂构成全桥放大矩阵，每个桥臂由一个IGBT构成或由两个以上相同型号的IGBT并联构成。
所述谐波变频电源还包括与全桥功率放大电路输入端相连的保护电路，所述保护电路的输入端与电源电路相连。
一种大功率谐波电源特性试验方法，采用所述的大功率谐波电源特性试验***，利用谐波变频电源产生所需频率的谐波，谐波变压器采用电磁感应原理将谐波变频电源输出的谐波升压至所需的电压值；工频变压器将工频电源输出的信号进行升压，所述工频变压器输出的信号与谐波升压变压器输出的信号分别通过工频通道和谐波通道输出后，同时叠加加载到试品上，利用功率补偿装置对试品的容量进行功率补偿，测量装置采集加载到试品上的信号；电源控制***依据谐波变频电源与工频电源输出的信号和测量装置采集的信号对谐波变频电源和工频电源进行控制，得到试品所需的谐波信号；
所述电源控制***控制过程如下：
首先，利用电源控制***对谐波变频电源和工频电源进行自我调节；
1)将电源控制***采集谐波变频电源的输出电压、电流信号及谐波各次谐波含量与设定的谐波变频电源输出信号进行比较，若两者之间的差值超过了设定的第一允许误差范围，则电源控制***控制谐波变频电源，直到两者之间的差值不超过第一允许误差范围；
2)将电源控制***采集工频电源的输出电压及电流信号与设定的工频电源输出信号进行比较，若两者之间的差值超过了设定的第三允许误差范围，则电源控制***控制工频变频电源，直到两者之间的差值不超过第三允许误差范围；
然后，依据测量信号对谐波变频电源进行反馈调节；
将测量装置采集的加载到试品上的信号与试品所需的设定信号进行比较，若两者之间的差值超过了设定的第二允许误差范围，则电源控制***控制谐波变频电源，直到两者之间的差值不超过第二允许误差范围，实现大功率谐波电源特性试验方法的全自动控制，提供各种需要的电源信号。
谐波变频电源输入电压交流380V，输出为50Hz～2500Hz谐波电压，最大谐波电流可超过2500A，谐波以50Hz为步进调节，一次支持12种不同频率的谐波叠加，各次谐波的大小可以单独调节；通过谐波升压变压器升压，到达试验要求的电压值。
有益效果
本发明提供了一种对电力电容器和平波电抗器进行谐波实验的大功率谐波电源特性试验***及方法，与现有技术中的惯用方法中的桥式电路截然不同，在测试一个试品时需要增加三个试品，搭成桥式电路来为试品提供谐波信号，而本发明通过利用谐波变频电源输出所需的谐波信号，对一个试品进行测试时，无需增加额外的三个试品，采用电源控制***实时监控，反馈调节控制谐波变频电源，解决了目前同类产品单相谐波电源不能提供多种频率组合的谐波信号，不能满足实际谐波实验的需要的缺陷。利用工频通道和谐波通道来分别输送工频信号和谐波信号，使得两者互不干扰；利用功率补偿装置对试品容量进行功率补偿，对提供功率的电源功率大大降低；同时，本发明所述***结构简单、体积小、重量轻、调试简单，不用调节功放三极管的基极偏置电压，可以输出多达八通道频率组合，可以在线更新输出的谐波参数，噪音也小。采用多个并联的柜式插拔结构的谐波变频电源，单个电源的电流小，功耗低，相对于整机式大容量谐波变频电源，散热性好，且易维护，可以单个维修；易于均流，控制整个电源的精度；利用该试验方法有利于更好地了解电网谐波特性，提高电网电能质量与安全性。
附图说明
图1为本发明所述***的结构示意图一；
图2是所述标准谐波源的结构方框图；
图3是所述全桥功率放大电路结构图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
如图1所示，一种大功率谐波电源特性试验***，包括谐波变频电源、谐波变压器、工频电源、工频变压器、电源控制***及测量装置；；
所述谐波变频电源的输入端与380V交流电相连，所述谐波变频电源的输出端与谐波变压器的输入端相连，所述谐波变压器的输出端与试品相连，
所述工频电源的输入端与380V交流电相连，所述工频电源的输出端与工频变压器的输入端相连，所述工频变压器的输出端与试品相连；
所述谐波变压器中的铁芯为带状非晶材料卷绕制成的无气隙铁芯；
所述工频变压器通过工频通道输出工频电源，所述谐波变压器通过谐波通道输出谐波电源，所述工频电源和谐波电源同时叠加后输送给试品；
所述测量装置的输入端与试品的信号加载端相连；
所述谐波变频电源、工频电源及测量装置的输出端均与电源控制***的输入端相连，所述谐波变频电源和工频电源受控于电源控制***；
所述谐波变频电源包括可调频调幅支持多频率组合和在线更新参数的标准谐波源及全桥功率放大电路；
所述标准谐波源的输出端与全桥功率放大电路的输入端连接；
所述试品为电容器或电力电抗器。
所述工频通道只传输工频信号，所述谐波通道只传输谐波信号；
所述工频变压器的一端与试品的加载端相连，另一端通过工频通道接地；
所述谐波变压器的一端通过谐波通道与试品的加载端相连，另一端接地；
所述试品与谐波变压器和工频变压器之间还设有功率补偿装置。
【所述试品为电力电抗器时，所述功率补偿装置与试品串联；所述试品为电容器时，所述功率补偿装置与试品并联。】
所述谐波变频电源采用多个谐波变频电源并联。
所述多个并联的谐波变频电源为柜式插拔结构。
采用多个并联的柜式插拔结构的谐波变频电源，单个电源的电流小，功耗低，相对于整机式大容量谐波变频电源，散热性好，且易维护，可以单个维修；
如图2所示，标准谐波源由32位的DSP11、超大规模CPLD14、32位的存储器Ⅰ区12、32位的存储器Ⅱ区13、12位的模数转换器Ⅰ15、12位的模数转换器Ⅱ16、12位的模数转换器Ⅲ17、输出滤波器Ⅰ18、输出滤波器Ⅱ19和输出滤波器Ⅲ10构成，所述DSP11输出端与超大规模CPLD14输入端连接，存储器Ⅰ区12和32存储器Ⅱ区13均与超大规模CPLD14双向连接；超大规模CPLD14输出端分别与模数转换器Ⅰ15输入端、模数转换器Ⅱ16输入端、模数转换器Ⅲ17输入端连接，模数转换器Ⅰ15输出端与输出滤波器Ⅰ18连接，模数转换器Ⅱ16输出端与输出滤波器Ⅱ19连接，模数转换器Ⅲ17输出端与输出滤波器Ⅲ10连接，标准谐波源包括三路输出，每路输出的谐波频率可在0.1Hz—1MHz之间自由设定。
所述谐波变频电源还包括与全桥功率放大电路输出端相连的滤波电路。
所述全桥功率放大电路由4个桥臂构成全桥放大矩阵，每个桥臂由一个IGBT构成或由两个以上相同型号的IGBT并联构成。
如图3所示，标准谐波源送出的谐波信号电压，送入全桥功率放大电路2进行功率放大然后输出。全桥功率放大电路由4个桥臂构成全桥放大矩阵，每个桥臂由一个IGBT构成，IGBT以开关方式工作，电流在开关过程中回馈到与IGBT并联的直流滤波电容中，进行无功交换，有利于减少发热，增强带无功负载的能力。
所述谐波变频电源还包括与全桥功率放大电路输入端相连的保护电路，所述保护电路的输入端与电源电路相连。
一种大功率谐波电源特性试验方法，采用所述的大功率谐波电源特性试验***，利用谐波变频电源产生所需频率的谐波，谐波变压器采用电磁感应原理将谐波变频电源输出的谐波升压至所需的电压值；工频变压器将工频电源输出的信号进行升压，所述工频变压器输出的信号与谐波升压变压器输出的信号分别通过工频通道和谐波通道输出后，同时叠加加载到试品上，利用功率补偿装置对试品的容量进行功率补偿，测量装置采集加载到试品上的信号；电源控制***依据谐波变频电源与工频电源输出的信号和测量装置采集的信号对谐波变频电源和工频电源进行控制，得到试品所需的谐波信号；
所述电源控制***控制过程如下：
首先，利用电源控制***对谐波变频电源和工频电源进行自我调节；
1)将电源控制***采集谐波变频电源的输出电压、电流信号及谐波各次谐波含量与设定的谐波变频电源输出信号进行比较，若两者之间的差值超过了设定的第一允许误差范围，则电源控制***控制谐波变频电源，直到两者之间的差值不超过第一允许误差范围；
2)将电源控制***采集工频电源的输出电压及电流信号与设定的工频电源输出信号进行比较，若两者之间的差值超过了设定的第三允许误差范围，则电源控制***控制工频变频电源，直到两者之间的差值不超过第三允许误差范围；
然后，依据测量信号对谐波变频电源进行反馈调节；
将测量装置采集的加载到试品上的信号与试品所需的设定信号进行比较，若两者之间的差值超过了设定的第二允许误差范围，则电源控制***控制谐波变频电源，直到两者之间的差值不超过第二允许误差范围，实现大功率谐波电源特性试验方法的全自动控制，提供各种需要的电源信号。
谐波变频电源输入电压交流380V，输出为50Hz～2500Hz谐波电压，最大谐波电流可超过2500A，谐波以50Hz为步进调节，一次支持12种不同频率的谐波叠加，各次谐波的大小可以单独调节；通过谐波升压变压器升压，到达试验要求的电压值。
Claims (1)
1.一种大功率谐波电源特性试验方法，其特征在于，采用一种大功率谐波电源特性试验***，试验***包括谐波变频电源、谐波变压器、工频电源、工频变压器、电源控制***及测量装置；
所述谐波变频电源的输入端与380V交流电相连，所述谐波变频电源的输出端与谐波变压器的输入端相连，所述谐波变压器的输出端与试品相连，
所述工频电源的输入端与380V交流电相连，所述工频电源的输出端与工频变压器的输入端相连，所述工频变压器的输出端与试品相连；
所述谐波变压器中的铁芯为带状非晶材料卷绕制成的无气隙铁芯；
所述工频变压器通过工频通道输出工频电源，所述谐波变压器通过谐波通道输出谐波电源，所述工频电源和谐波电源同时叠加后输送给试品；
所述测量装置的输入端与试品的信号加载端相连；
所述谐波变频电源、工频电源及测量装置的输出端均与电源控制***的输入端相连，所述谐波变频电源和工频电源受控于电源控制***；
所述谐波变频电源包括可调频调幅支持多频率组合和在线更新参数的标准谐波源及全桥功率放大电路；
所述标准谐波源的输出端与全桥功率放大电路的输入端连接；
所述试品为电容器或电力电抗器；
所述试品与谐波变压器和工频变压器之间还设有功率补偿装置；
所述谐波变频电源采用多个谐波变频电源并联；
所述多个并联的谐波变频电源为柜式插拔结构；
所述标准谐波源由32位的DSP、超大规模CPLD、32位的存储器、12位的模数转换器、输出滤波器构成，所述DSP输出端与超大规模CPLD输入端连接，存储器与超大规模CPLD双向连接；超大规模CPLD输出端与模数转换器的输入端连接，模数转换器的输出端与输出滤波器连接；
所述谐波变频电源还包括与全桥功率放大电路输出端相连的滤波电路；
所述全桥功率放大电路由4个桥臂构成全桥放大矩阵，每个桥臂由一个IGBT构成或由两个以上相同型号的IGBT并联构成；
所述谐波变频电源还包括与全桥功率放大电路输入端相连的保护电路，所述保护电路的输入端与电源电路相连；
利用谐波变频电源产生所需频率的谐波，谐波变压器采用电磁感应原理将谐波变频电源输出的谐波升压至所需的电压值；工频变压器将工频电源输出的信号进行升压，所述工频变压器输出的信号与谐波升压变压器输出的信号分别通过工频通道和谐波通道输出后，同时叠加加载到试品上，利用功率补偿装置对试品的容量进行功率补偿，测量装置采集加载到试品上的信号；电源控制***依据谐波变频电源与工频电源输出的信号和测量装置采集的信号对谐波变频电源和工频电源进行控制，得到试品所需的谐波信号；
所述电源控制***控制过程如下：
首先，利用电源控制***对谐波变频电源和工频电源进行自我调节；
1)将电源控制***采集谐波变频电源的输出电压、电流信号及谐波各次谐波含量与设定的谐波变频电源输出信号进行比较，若两者之间的差值超过了设定的第一允许误差范围，则电源控制***控制谐波变频电源，直到两者之间的差值不超过第一允许误差范围；
2)将电源控制***采集工频电源的输出电压及电流信号与设定的工频电源输出信号进行比较，若两者之间的差值超过了设定的第三允许误差范围，则电源控制***控制工频变频电源，直到两者之间的差值不超过第三允许误差范围；
然后，依据测量信号对谐波变频电源进行反馈调节；
将测量装置采集的加载到试品上的信号与试品所需的设定信号进行比较，若两者之间的差值超过了设定的第二允许误差范围，则电源控制***控制谐波变频电源，直到两者之间的差值不超过第二允许误差范围，实现大功率谐波电源特性试验方法的全自动控制，提供各种需要的电源信号。
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