CN205178890U - 新型能馈式交流电力电子负载装置 - Google Patents

Abstract

新型能馈式交流电力电子负载装置，属于电力电子技术领域。本实用新型是为了解决现有电源性能测试方式的耗能、占地、负载调节不连续的问题。本实用新型的电力电子负载主电路通过启动电路的电源侧交流接触器与被测电源建立连接，电力电子负载主电路的输出端通过启动电路的电网侧交流接触器与并网变压器的原边建立连接，并网变压器的副边通过启动电路的空气开关连接三相电网；本实用新型的上位机连接检测控制模块，检测控制模块的输出端连接驱动模块，驱动模块的输出端连接电力电子负载主电路的开关器件。本实用新型在上位机中设置负载参数送至检测控制模块，检测控制模块计算并发出PWM波形控制电力电子负载主电路中开关器件的通断实现模拟真实负载，并把剩余能量回馈给电网。本实用新型体积小，产生热量少，回收剩余能量，并且负载参数和类型可任意设置，可靠性高，自动化操作方便。

Description

新型能馈式交流电力电子负载装置

技术领域

本实用新型涉及一种电力电子负载装置，具体涉及一种新型能馈式交流电力电子负载装置，其是一种负载参数可调、剩余能量可回收的用于电力交流电源电气性能测试的交流电力电子负载装置，属于电力电子技术领域。

背景技术

各种电源在出厂前都要进行带载实验等各种测试以检验其电气性能，传统的电源考核方式是带电阻、电感、电容等静态负载,存在耗能、体积大、负载值及类型不易修改和负载值随外界条件变化造成测试精确度不高等缺点。

随着电力电子技术的发展，电力电子负载逐步代替传统负载进行电源性能测试。目前的电力电子负载以直流电力电子负载为主，交流电力电子负载产品不多。耗能式交流电子负载不能将电能回馈给电网；能馈式交流电子负载单相三级式结构被测电源只能是工频，应用范围少；三相两级式结构前级为不控整流，所模拟的负载失真；单相两级式双PWM结构回馈电网是一相，可能会对电网造成扰动。而且启动电路不完善，在启动时，直流侧的储能电容相当于短路，此时PWM控制策略失效，工作在二极管整流状态，整流侧和逆变侧会产生较大的过冲电流，严重时会损坏被测电源和电力电子负载装置。

发明内容

为了解决上述现有的技术问题，本实用新型的目的是提供一种前级单相后级三相的两级式PWM背靠背结构的新型能馈式交流电力电子负载装置，它可以实现安全启动，负载参数任意设置、高效馈能和三相并网。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种新型的能馈式交流电力电子负载装置，该能馈式交流电力电子负载装置包括启动电路、电力电子负载主电路、并网变压器、检测控制模块、驱动模块和上位机；其中，所述启动电路包括电源侧交流接触器、电网侧交流接触器、母线电压充电限流电阻和空气开关；所述的电源侧交流接触器连接被测电源和电力电子负载主电路输入端，电力电子负载主电路输出端通过电网侧交流接触器连接并网电压器原边，其副边通过空气开关接入三相电网，母线电压充电限流电阻与电网侧交流接触器并联；所述上位机通过数据线连接检测控制模块的DSP控制器，检测控制模块的输出端连接驱动模块，驱动模块输出端连接电力电子负载主电路的开关管信号输入端。

进一步地：所述的电力电子负载主电路采用双PWM变换器背靠背式的拓扑结构，分为前后两级，前后级之间由支撑电容连接。

进一步地：所述的电力电子负载主电路前级采用单相桥式拓扑结构，所述的电力电子负载主电路后级采用三相桥式拓扑结构。

进一步地：所述的检测控制模块包括电源侧电压检测调理模块、电源侧电流检测调理模块、支撑电容电压检测模块、电网侧电流检测调理模块、电网电压相位检测模块和控制模块，电源侧电压检测调理模块包括第一电压传感器和第一电压调理电路，电源侧电流检测调理模块包括第一电流传感器和第一电流调理电路，支撑电容电压检测模块包括第二电压传感器和第二电压调理电路，电网侧电流检测调理模块包括第二电流传感器和第二电流调理电路，电网相位检测模块包括第三电压传感器和过零检测电路，控制模块包括DSP控制器和CPLD控制器。

进一步地：所述的驱动模块选用IGBT专用驱动光耦HCPL316J。

进一步地：所述启动电路的空气开关选用DW10-1500/3，电源侧交流接触器和电网侧交流接触器选用CJ12-400A。

进一步地：所述的电力电子负载主电路的开关器件选用美国APT公司生产的带反并联二极管的APT50GF120JRD型IGBT。

进一步地：所述的上位机里存储负载参数信息，用户可以根据需要在人机界面LABVIEW上任意设置负载参数，也可通过LabSQL访问ACCESS数据库记录的负载参数信息并进行修改、增删等操作。

本实用新型提出的新型能馈式交流电力电子负载装置所达到的效果为：上位机将负载参数下载到DSP控制器中，与被测电源侧电压共同计算出指令电流，指令电流与被测电源侧电流作差经过滞环控制和CPLD逻辑分配生成四路PWM控制信号；支撑电容电压与给定参考电压的差值经PI调节后与三相电网相位相乘得到三相电网并网电流指令，电流指令与实际检测到的三相并网电流的差值经过PI调节后送入DSP控制器生成电力电子负载主电路后级PWM逆变器的六路PWM控制信号；PWM控制信号经驱动模块驱动放大控制电力电子负载主电路的开关管工作，使主电路前级PWM整流器电流精确跟踪电流指令以模拟真实负载，主电路后级PWM逆变器在电压、电流双闭环控制下将能量高效的回馈给电网；启动电路的设置避免了启动时电力电子负载主电路出现较大的过冲电流，保护了被测电源和电力电子负载主电路；本实用新型可以任意设置负载形式和参数、调节方便、产生热量少、可将能量馈回三相电网。

附图说明

图1是根据本实用新型的实施例的新型能馈式交流电力电子负载的***原理框图；

图中：1-启动电路；2-电力电子负载主电路；3-并网变压器；4-检测控制模块；5-驱动模块6-上位机；7-电源侧交流接触器；8-电网侧交流接触器；9-母线电压充电限流电阻；10-空气开关；11-支撑电容；12-电源侧电压检测调理模块；13-电源侧电流检测调理模块；14-支撑电容电压检测模块；15-电网侧电流检测调理模块；16-电网电压相位检测模块；17-控制模块；18-第一电压传感器；19-第一电压调理电路；20-第一电流传感器；21-第一电流调理电路；22-第二电压传感器；23-第二电压调理电路；24-第二电流传感器；25-第二电流调理电路；26-第三电压传感器；27-过零检测电路；28-DSP控制器；29-CPLD控制器。

具体实施方式

在下文中将结合附图对本实用新型的示范性实施例进行描述。为了清除和简明起见，在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本实用新型，在附图中仅仅示出了与根据本实用新型的方案密切相关的装置结构和/或处理步骤，而省略了与本实用新型关系不大的其他细节。

如图1所示，本实用新型的实施例提供了一种新型能馈式交流电力电子负载装置，包括启动电路1、电力电子负载主电路2、并网变压器3、检测控制模块4、驱动模块5和上位机6；其中，所述启动电路包括电源侧交流接触器7、电网侧交流接触器8、母线电压充电限流电阻9和空气开关10；所述的电源侧交流接触器7连接被测电源和电力电子负载主电路2输入端，电力电子负载主电路2输出端通过电网侧交流接触器8连接并网电压器9原边，其副边通过空气开关10接入三相电网，母线电压充电限流电阻9与电网侧交流接触器8并联；所述上位机6通过数据线连接检测控制模块4的DSP控制器28，检测控制模块4的输出端连接驱动模块5，驱动模块5输出端连接电力电子负载主电路2的开关管信号输入端。

此外，根据一种实现方式，如图1所示，所述的电力电子负载主电路2采用双PWM变换器背靠背式的拓扑结构，分为前后两级，前后级之间由支撑电容11连接。

此外，根据一种实现方式，如图1所示，所述的电力电子负载主电路前级采用单相桥式拓扑结构，所述的电力电子负载主电路后级采用采用三相桥式拓扑结构。

此外，根据一种实现方式，如图1所示，所述的检测控制模块4包括电源侧电压检测调理模块12、电源侧电流检测调理模块13、支撑电容电压检测模块14、电网侧电流检测调理模块15、电网电压相位检测模块16和控制模块17；其中，电源侧电压检测调理模块12包括第一电压传感器18和第一电压调理电路19，电源侧电流检测调理模块13包括第一电流传感器20和第一电流调理电路21，支撑电容电压检测模块14包括第二电压传感器22和第二电压调理电路23，电网侧电流检测调理模块15包括第二电流传感器24和第二电流调理电路25，电网电压相位检测模块16包括第三电压传感器26和过零检测电路27，控制模块17包括DSP控制器28和CPLD控制器29。

此外，根据一种实现方式，如图1所示，所述启动电路1的空气开关选用DW10-1500/3，电源侧交流接触器7和电网侧交流接触器8选用CJ12-400A。

此外，根据一种实现方式，如图1所示，所述驱动模块5选用IGBT专用驱动光耦HCPL316J。

此外，根据一种实现方式，如图1所示，所述的电力电子负载主电路2的开关器件选用美国APT公司生产的带反并联二极管的APT50GF120JRD型IGBT。

另外，根据一种实现方式，如图1所示，所述的上位机6里存储负载参数信息，用户可以根据需要在人机界面LABVIEW上任意设置负载参数，也可通过LabSQL访问ACCESS数据库记录的负载参数信息并进行修改、增删等操作。

新型能馈式交流电力电子负载装置的工作过程如下：

启动过程包含以下步骤：(1)断开电源侧交流接触器7和电网侧交流接触器8，闭合空气开关10，启动控制部分，同时三相电网通过母线电压充电限流电阻9和三相PWM逆变器的续流二极管给支撑电容11充电，逆变器工作在二极管整流状态；(2)实时检测支撑电容11电压，当支撑电容11电压大于电网电压峰值时，闭合电网侧交流接触器8。在支撑电容11电压未大于额定稳态值之前，PWM逆变器工作在整流状态。(3)当支撑电容11电压大于被测电源的电压峰值时，闭合电源侧交流接触器7，整流侧PWM变换器工作在整流状态。此时，被测电源和三相电网共同给支撑电容11充电，当支撑电容11电压达到额定稳态值后，三相PWM逆变器开始工作在逆变状态，启动过程结束。

新型能馈式交流电力电子负载装置启动完成后，上位机6通过数据线将设定的负载类型及参数信息传送给DSP控制器28，同时第一电压传感器18和第一电流传感器20检测被测电源侧电压电流，再分别经过第一电压调理电路19和第一电流调理电路21后进入DSP控制器28，电压与负载参数计算的指令电流与检测到的电流在DSP控制器28里作差并做滞环比较，输出的两路PWM控制信号送入CPLD控制器29进行逻辑分配生成四路PWM控制信号，经过驱动模块5驱动电力电子负载主电路前级四个开关管工作完成模拟负载的任务；同时第二电压传感器22和第二电流传感器24分别检测支撑电容11的电压和三相并网电流再分别经过第二电压调理电路23和第二电流调理电路25后送入DSP控制器28，三相电网电压依次经过第三电压传感器26、过零检测电路27后送入DSP控制器28进行软件锁相，电压与给定参考电压值的差值进行PI调节后与三相电网电压相位相乘得到三相并网电流指令，电流指令与检测到的电流的差值进行PI调节后由DSP控制器28生成六路PWM控制信号，经过驱动模块5驱动电力电子负载主电路后级六个开关管工作将能量回馈给三相电网。

Claims (8)

1.新型能馈式交流电力电子负载装置，其特征在于：包括启动电路(1)、电力电子负载主电路(2)、并网变压器(3)、检测控制模块(4)、驱动模块(5)和上位机(6)；其中，所述启动电路(1)包括电源侧交流接触器(7)、电网侧交流接触器(8)、母线电压充电限流电阻(9)和空气开关(10)；所述的电源侧交流接触器(7)连接被测电源和电力电子负载主电路(2)输入端，电力电子负载主电路(2)输出端通过电网侧交流接触器(8)连接并网电压器(9)原边，其副边通过空气开关(10)接入三相电网，母线电压充电限流电阻(9)与电网侧交流接触器(8)并联；所述上位机(6)通过数据线连接检测控制模块(4)的DSP控制器(28)，检测控制模块(4)的输出端连接驱动模块(5)，驱动模块(5)输出端连接电力电子负载主电路(2)的开关管信号输入端。

2.根据权利要求1所述的新型能馈式交流电力电子负载装置，其特征在于：所述的电力电子负载主电路(2)采用双PWM变换器背靠背式的拓扑结构，分为前后两级，前后级之间由支撑电容(11)连接。

3.根据权利要求2所述的新型能馈式交流电力电子负载装置，其特征在于：所述的电力电子负载主电路前级采用单相桥式拓扑结构，所述的电力电子负载主电路后级采用三相桥式拓扑结构。

4.根据权利要求1所述的新型能馈式交流电力电子负载装置，其特征在于：所述的检测控制模块(4)包括电源侧电压检测调理模块(12)、电源侧电流检测调理模块(13)、支撑电容电压检测模块(14)、电网侧电流检测调理模块(15)、电网电压相位检测模块(16)和控制模块(17)，其中，电源侧电压检测调理模块(12)包括第一电压传感器(18)和第一电压调理电路(19)，电源侧电流检测调理模块(13)包括第一电流传感器(20)和第一电流调理电路(21)，支撑电容电压检测模块(14)包括第二电压传感器(22)和第二电压调理电路(23)，电网侧电流检测调理模块(15)包括第二电流传感器(24)和第二电流调理电路(25)，电网相位检测模块(16)包括第三电压传感器(26)和过零检测电路(27)，控制模块(17)包括DSP控制器(28)和CPLD控制器(29)。

5.根据权利要求1所述的新型能馈式交流电力电子负载装置，其特征在于：所述启动电路(1)的空气开关选用DW10-1500/3，电源侧交流接触器(7)和电网侧交流接触器(8)选用CJ12-400A。

6.根据权利要求1所述的新型能馈式交流电力电子负载装置，其特征在于：所述驱动模块(5)选用IGBT专用驱动光耦HCPL316J。

7.根据权利要求2或3所述的新型能馈式交流电力电子负载装置，其特征在于：所述的电力电子负载主电路(2)的开关器件选用美国APT公司生产的带反并联二极管的APT50GF120JRD型IGBT。

8.根据权利要求1所述的新型能馈式交流电力电子负载装置，其特征在于：所述的上位机(6)里存储负载参数信息，用户可以根据需要在人机界面LABVIEW上任意设置负载参数，也可通过LabSQL访问ACCESS数据库记录的负载参数信息并进行修改、增删等操作。