CN202818122U - 一种电网模拟器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种电网模拟器，其特征在于，包括从输入到输出依次电连接的三相PWM整流器和输出电压可控的单相PWM逆变器，具体功能模块对应包括从输入到输出依次电连接的交流-直流转换模块(21)、IGBT(22)、输出串并联模块(25)、滤波电路(26)和三相输出模块(210)；所述IGBT控制端依次电连接驱动电路(23)、SPWM(24)、控制单元(28)、传感电路(27)和所述滤波电路(26)输出端。这种电网模拟器，能输出三相独立可调，有谐波、可做低电压穿越实验的交流电源。
Description
技术领域
本实用新型涉及试验测试和电路模拟，具体涉及一种用于试验和产品性能测试的电网模拟器。
背景技术
目前，在新能源太阳能产业中，太阳能阵列产生直流(DC)电流进入光伏逆变器，输出的交流(AC)电流通过配电箱并入电网或直接接家用负载。在光伏逆变器的研发、生产中，通过配电箱，并网来测试光伏逆变器的性能，这对电网和待测设备都是非常危险的。在产品研发阶段这个方法不可行，因此需要一个功率源来模拟市电电网，这个模拟器相当于电网，可以接受待测变换器馈送来的电能并用来充分保证测量的重复性。
实用新型内容
本实用新型需要解决的技术问题是，如何提供一种电网模拟器，能输出三相独立可调，有谐波、可做低电压穿越实验的交流电源。
本实用新型技术问题这样解决：构建一种电网模拟器，包括从输入到输出依次电连接的三相PWM整流器和输出电压可控的单相PWM逆变器，单相PWM逆变器内置控制电路。
按照本实用新型提供的电网模拟器，还包括与所述三相PWM整流器输入端电连接的第一大功率开关。
按照本实用新型提供的电网模拟器，还包括与所述单相PWM逆变器输出端电连接的第二大功率开关。
按照本实用新型提供的电网模拟器，还包括与所述单相PWM逆变器输出端电连接的电感电容(LC)滤波器。
按照本实用新型提供的电网模拟器，包括从输入到输出依次电连接的交流-直流转换模块、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、输出串并联模块、滤波电路和三相输出模块；所述IGBT控制端依次电连接驱动电路、正弦脉冲调制(SPWM)、控制单元、传感电路和所述滤波电路输出端。
按照本实用新型提供的电网模拟器，所述传感电路包括电流互感器和与它相连的模/数(A/D)采集电路。
按照本实用新型提供的电网模拟器，还包括与所述控制单元电连接的电脑。
按照本实用新型提供的电网模拟器，所述电脑与控制单元之间的端口包括RS232C串口、RS485串口和通用接口总线(GPIB)中的一种或一种以上。
本实用新型提供的电网模拟器，较现有技术具有以下优势：
1、测量精度高，适用电流正弦半波及其类似的带直流分量的各种波形测试；
2、采用先进的直接数字频率合成器(DDS)波形产生技术，频率稳定度高，连续性好；
3、对100％除载加载，反应时间在2ms以内，超载能力强，瞬间电流能承受额定电流的3倍。
4、具有同步触发功能，可方便精准的进行低压穿越试验。
附图说明
下面结合附图和具体实施例进一步对本实用新型进行详细说明。
图1是本实用新型具体实施例一的电路框图；
图2是本实用新型具体实施例二的电路框图。
具体实施方式
首先，说明本实用新型基础：
电网模拟器整流采用了脉冲宽度调制(PWM)整流器。在整流器中，传统的相位整流器，虽被广泛使用，但是仍然存在以下问题：
1、晶闸管换相引起网侧电压波形畸变；
2、网侧谐波电流对电网产生谐波“污染”；
3、深控时网侧功率因数降低；
4、闭环控制时动态响应相对比较慢。
虽然二极管整流器，改善了整流器网侧功率因数，但仍会产生网侧谐波电流而“污染”电网；另外二极管整流器的不足还在于其直流电压不可控性。
PWM整流器对传统的相控及二极管整流器进行了全面改进。关键在于用全控型功率开关取代了半控型功率开关管或二极管，以PWM斩控整流取代了相控整流或不整流，因此，PWM整流器有以下优良性能：
1、网侧电流为正弦波；
2、网侧功率因数控制(如单位功率因数控制)；
3、电能双向传输；
4、较快的动态控制相应。
电网模拟器能模拟电网，可用于生产光伏并网逆变器的测试，可配合做防孤岛实验，可做过/欠压、过/欠频实验。
第二，详述本实用新型具体技术方案和工作原理：
(一)电路结构
本实用新型电网模拟器的主电路结构为，设置三个相互独立的背靠背***，所述相互独立的背靠背***的结构形式为：输入侧为三相PWM整流器，输出侧设置为输出电压可控的单相PWM逆变器；市电经三相变压器隔离后接入三相PWM整流器；所述单相PWM逆变器经LC滤波器输出。本实用新型作为分布式发电并网研究中的电网电压发生装置，可用于模拟输出标准电网电压等，为分布式发电***并网研究提供尽可能真实的电网环境，以满足分布式发电研究的需求。
上述技术方案中，所述交流-直流转换模块采用PWM整流器，其与传统的整流器相比，不仅获得了可控AC/DC变换性能，而且可实现网侧单位功率因数和正弦波电流控制，甚至能使电能双向传输。
上述技术方案中，逆变电路PWM脉宽调制，是靠改变脉冲宽度来控制输出电压，通过改变周期来控制其输出频率。而输出频率的变化可通过改变此脉冲的调制周期来实现。这样，使调压和调频两个作用配合一致，且于中间直流环节无关，因而加快了调节速度，改善了动态性能。由于输出等幅脉冲只需恒定直流电源供电，可用不可控整流器取代相控整流器，使电网侧的功率因数大大改善。利用PWM逆变器能够抑制或消除低次谐波。加上使用自关断器件，开关频率大幅度提高，输出波形可以非常接近正弦波。
PWM变频电路具有以下特点：
1.可以得到相当接近正弦波的输出电压；
2.整流电路采用二极管，可获得接近1的功率因数；
3.电路结构简单；
4.通过对输出脉冲宽度的控制可改变输出电压，加快了变频过程的动态响应。
(二)工作原理
电网模拟器工作过程如下：三相电380V经交流-直流转换模块、滤波后，输出的DC电流通过经驱动电路(PWM脉宽调制电路)驱动的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)，产生的交流电流经过变压器、输出串并联模块后，电感电容LC滤波输出。另一种工作模式：三相电经交流-直流转换模块、滤波后接逆变器DC输入端，给逆变器提供DC输入，而逆变器的输出接模拟器的交流相输出端。这样电网模拟器的交流输出端具有输出功能也具有输入功能，从而实现了模拟电网。
第三，结合二个具体实施例对本实用新型作进一步详细描述：
(一)具体实施例一
参见附图1所示，本实用新型具体实施例一为一种电网模拟器使用于生产光伏并网逆变器的测试。输入侧的电网模拟器输入端11接三相380V输入，输出侧的电网模拟器第一输出端12为直流输出端，可接逆变器13的直流输入端，逆变器13的输出端并在电网模拟器的第二输出端14。其中，电网模拟器使用PWM整流器，这样电网模拟器的第二输出端14是交流输出端，同时具有输出功能也具有输入功能，可以实现光伏逆变器输出模拟并网。
本实用新型具体实施例一的电网模拟器具有100％反灌功能，且能量直接反馈到电网上。
本实用新型具体实施例一的电网模拟器具有同步触发功能，可精准的进行低电压穿越实验。
本实用新型具体实施例一的电网模拟器可模拟电压周期中断、瞬降、瞬升等波形。
(二)具体实施例二
参见附图2所示，本实用新型具体实施例二为一种电网模拟器，由交流-直流转换模块21、绝缘栅双极型晶体管IGBT 22及其驱动电路23、变压器24、输出串并联模块25、滤波电路26、传感电路27、控制单元28、正弦脉冲调制SPWM 29构成。其中：交流市电经过交流-直流转换模块21进行整流，输出为DC直流(此直流可以接光伏逆变器的DC输入端)。DC直流通过IGBT 22后，变成高频AC交流。在经过变压器24，在通过输出串并联模块25，然后经滤波电路26后输出。控制单元28的单片机芯片采用型号为STM32F103VCT6芯片。传感电路27包括电流互感器和与它相连的模/数A/D采集电路，传感电路获取输出端电信号，传输到控制单元28，控制单元的输出连接脉宽调制电路SPWM 29，调制电路输出经驱动电路23驱动IGBT 22，IGBT 22的输出经变压器后滤波电路26再输出三相电210至负载。电脑通讯控制与模拟器控制单元28之间的端口可选择有3种：RS232C串口、RS485串口、通用接口总线(GPIB)。
本实用新型具体实施例二中交流-直流转换模块21前接入大功率开关，在电网模拟器并网时保护其内部电路不受影响。另在滤波电路26与三相输出210之间也接入一个大功率开关，可以再逆变器反灌时保护机器。且在本实用新型三相输出时，保护所接的负载。
本实用新型具体实施例二电网模拟器中控制单元28输出数字信号，在单片机中数模转换后输出给正弦脉宽调制器SPWM 29，SPWM29输出给驱动电路23驱动IGBT 22，IGBT 22再输出经过变压器24，滤波电路26后三相输出210。传感电路27包括设置于负载回路中的电流互感器及与互感器连接的A/D采集电路构成。电流互感器从输出端获取模拟信号，经过A/D采集电路转换为数字信号后输入控制单元28，得到本实用新型电网模拟器的输出电压、电流值。
本实用新型具体实施例二电网模拟器三相相位可设定，三相电压独立可调。具有输出电压、电流限定功能。
最后，在本领域普通技术人员理解范围内，在本实用新型权利要求范围内，各种变化都属于本实用新型的保护范围。
Claims (4)
1.一种电网模拟器，其特征在于，包括从输入到输出依次电连接的三相PWM整流器和输出电压可控的单相PWM逆变器；具体包括从输入到输出依次电连接的交流-直流转换模块(21)、IGBT(22)、输出串并联模块(25)、滤波电路(26)和三相输出模块(210)；所述IGBT控制端依次电连接驱动电路(23)、SPWM(24)、控制单元(28)、传感电路(27)和所述滤波电路(26)输出端。
2.根据权利要求1所述电网模拟器，其特征在于，所述传感电路包括电流互感器和与它相连的A/D采集电路。
3.根据权利要求1所述电网模拟器，其特征在于，还包括与所述控制单元(28)电连接的电脑。
4.根据权利要求1所述电网模拟器，其特征在于，所述电脑与所述控制单元(28)之间的端口包括RS232C、RS485和GPIB中的一种或一种以上。
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Cited By (2)
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| CN103743931A (zh) * | 2014-01-03 | 2014-04-23 | 国家电网公司 | 一种大功率电网电压模拟电路 |
| US10014688B2 (en) | 2013-07-05 | 2018-07-03 | Electricite De France | Simulation circuit of an alternating electric grid and method for controlling same |
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2012
- 2012-07-30 CN CN 201220370475 patent/CN202818122U/zh not_active Expired - Lifetime
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