专利名称：一种微功耗的变流器全负载试验方法
技术领域：
本发明涉及一种变流器的全负载试验方法。
背景技术：
变流器是将一种电流制的电能转变为另一种电流制的电能的转换装置。变流器的负载试验是指对变流器传递负荷能力的试验，该试验需要具备两个必要条件电源条件和负载条件。
目前，进行变流器功耗全载试验的方法主要有以下两种。
1)能耗试验方案 被测变流器接电动机，再接发电机，将发电机输出电压进行整流，最后接阻性负载。其特点是在全载试验时，这些接入的设备造成消耗大量的电能。
2)背靠背电机机组试验方案 见图1，该方法采用一台被试变流器、一台陪试变流器、两台电机M1、M2，来自电网的电能经变压器T1传递给被试变流器，被试变流器输出接电机M1，电机M1通过联轴器连接电机M2，电机M2输出接陪试变流器，陪试变流器输出电能经变压器T2回送到同一个电网或不同的电网。该方案的优点是能验证变流器对电机的控制能力，即变流器的调速性能；可在不同频率下对变流器进行测试。其缺点是设备投资大，成本高，需要有两台1∶1功率的电机和陪试变流器。
由于电源条件的限制，对于大功率变流设备，有些厂家只做空载试验，只能在应用现场进行现场负荷试验。
专利号为ZL200820069333.X、名称为《基于功率单元串联型高压变频器的能量回馈装置》的中国实用新型专利公开了一种能量回馈的变频器，满足功率单元串联型高压变频器四象限运行的要求，且具有很好的节能效果。该方法是将发电机发电运行产生的能量经单相H型桥式逆变电路、直流母线以及工作在逆变状态的PWM整流器和滤波电抗器流向电网，是电能由电动机经高压变频器流向电网。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构简单、制作成本低、能量损失较小的不采用电动机进行的一种微功耗的变流器全载试验方法，该方法可解决在有限的厂内电源容量的条件下进行大型变流器出厂的全负载试验问题，并可验证变流器的全负荷通过能力，功耗只有试验功率的2-3％，解决了只有电源容量足够的情况下才能作变流器全载荷试验的局限性问题。
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现 一种微功耗的变流器全载试验方法，该方法将变流器输入端与电网相连，变流器输出端经电抗器与变流器输入端相连；损耗的能量由电网补充；该试验方法在满足电网的容量大于被试变流器的损耗功率的条件下，其控制思想是 ①变流器的输出基波频率应与电网频率相等； ②变流器输出相序与相应的输入相序相同； ③变流器输出电流基波的相位角与电网电压的相位角相同； ④通过控制变流器输出电流的大小来控制变流器的输出功率。
所述的变流器为非四象限两电平结构。
所述的变流器为四象限两电平结构。
所述的变流器为非四象限三电平结构。
所述的变流器为四象限两电平整流、三电平逆变结构。
所述的变流器为四象限三电平整流、三电平逆变结构。
所述的变流器为非四象限功率单元串联式结构。
所述的变流器为四象限功率单元串联式高压变流器，其功率单元的整流部分为两电平，逆变部分为两电平结构。
所述的变流器为非四象限功率单元串联式高压变流器，其功率单元的整流部分为两电平，逆变部分为三电平结构。
所述的变流器为四象限功率单元串联式高压变流器，其整流部分为两电平，逆变部分为三电平结构。
所述的变流器为四象限功率单元串联式高压变流器，其整流部分为三电平，逆变部分为三电平结构。
根据公式和电网线电压求得变流器输出电流指令有效值I*；由同步电路可以得到与电网电压同相位的正弦同步信号，实时计算出变流器输出的三个分别代表三个相电流的电流给定瞬时值；三个电流给定瞬时值分别与变流器对应相的瞬时反馈值进行比较得到电流误差，电流误差经电流调节器调节后由PWM调制器调制成PWM控制脉冲信号，通过控制变流器输出电压的幅值来控制变流器的输出电流，从而达到控制变流器输出功率的目的。
与现有技术相比，本发明的优点是 1)能量由电网进来，通过被试变流器，再回到电网，只需较小的能量补充，是一种完全的节能试验； 2)不采用电动机，大大简化了变流器全载试验的装置结构； 3)克服了只有在电源容量充裕的情况下才能进行变流器全载试验的局限性，使以较小容量的电源实现大型变流器的全载试验成为可能； 4)大大节省了试验费用； 5)节约电能，试验所消耗的电能仅为传统变流器全载试验消耗电能的2-3％； 6)试验设备投资少，制作成本低； 7)适应范围广。
图1是背景技术中背靠背电机机组试验方案的结构单线示意图； 图2是本发明的结构示意图； 图3是本发明的能量传递示意图； 图4是非四象限两电平变流器的结构示意图； 图5是四象限两电平变流器的结构示意图； 图6是非四象限三电平变流器的结构示意图； 图7是四象限两电平整流、三电平逆变变流器的结构示意图； 图8是四象限三电平整流、三电平逆变变流器的结构示意图； 图9是非四象限功率单元串联式高压变流器的结构示意图； 图10是四象限功率单元串联式高压变流器(功率单元的整流部分为两电平，逆变部分为两电平)的结构示意图； 图11是非四象限功率单元串联式高压变流器(功率单元的整流部分为两电平，逆变部分为三电平)的结构示意图； 图12是四象限功率单元串联式高压变流器(整流部分为两电平，逆变部分为三电平)的结构示意图； 图13是四象限功率单元串联式高压变流器(整流部分为三电平，逆变部分为三电平)的结构示意图； 图14是微功耗的变流器全载试验方法原理单线图； 图15是微功耗的变流器全负载试验方法的单相等效电路原理图； 图16是微功耗的变流器全负载试验方法的单相相量图； 图17是微功耗的变流器全负载试验方法的控制方案框图。
具体实施例方式 见图2、图3，一种微功耗的变流器全载试验方法，将被试变流器输入端经变压器T与电网相连，被试变流器输出端经电抗器L再与输入端相连；损耗的能量由电网补充。电抗器L的作用是使变流器的输出与电网相匹配。变流器可以为以下结构 见图4，变流器为非四象限两电平结构，整流侧为二极管D1-1、D2-1、D3-1、D4-1、D5-1、D6-1组成的非四象限结构，电容C1-1组成直流滤波电路，逆变侧为全控型功率半导体开关器件V1-1、V2-1、V3-1、V4-1、V5-1、V6-1组成的两电平输出结构。
见图5，变流器为四象限两电平结构，整流侧为全控型功率半导体开关器件V1-2、V2-2、V3-2、V4-2、V5-2、V6-2组成的四象限结构，电容C1-2组成直流滤波电路、逆变侧为全控型功率半导体开关器件V7-2、V8-2、V9-2、V10-2、V11-2、V12-2组成的两电平输出结构。
见图6，变流器为非四象限三电平结构，整流侧为二极管D1-3、D2-3、D3-3、D4-3、D5-3、D6-3组成的非四象限结构，电容C1-3、C2-3组成直流滤波电路、逆变侧为全控型功率半导体开关器件V1-3、V2-3、V3-3、V4-3、V5-3、V6-3、V7-3、V8-3、V9-3、V10-3、V11-3、V12-3、及二极管D7-3、D8-3、D9-3、D10-3、D11-3、D12-3组成的三电平输出结构。
见图7，变流器为四象限两电平整流、三电平逆变结构，整流侧为全控型功率半导体开关器件V1-4、V2-4、V3-4、V4-4、V5-4、V6-4组成的四象限两电平结构，电容C1-4、C2-4组成直流滤波电路，逆变侧为全控型功率半导体开关器件V7-4、V8-4、V9-4、V10-4、V11-4、V12-4、V13-4、V14-4、V15-4、V16-4、V17-4、V18-4、及二极管D1-4、D2-4、D3-4、D4-4、D5-4、D6-4组成的三电平输出结构。
见图8，变流器为四象限三电平整流、三电平逆变结构，整流侧为全控型功率半导体开关器件V1-5、V2-5、V3-5、V4-5、V5-5、V6-5、V7-5、V8-5、V9-5、V10-5、V11-5、V12-5、及二极管D1-5、D2-5、D3-5、D4-5、D5-5、D6-5组成的四象限结构，电容C1-5、C2-5组成直流滤波电路，逆变侧为全控型功率半导体开关器件V13-5、V14-5、V15-5、V16-5、V17-5、V18-5、V19-5、V20-5、V21-5、V22-5、V23-5、V24-5、及二极管D7-5、D8-5、D9-5、D10-5、D11-5、D12-5组成的三电平输出结构。
见图9，变流器为如图所示的非四象限功率单元串联式结构。
见图10，变流器为如图所示的四象限功率单元串联式高压变流器，其功率单元的整流部分为两电平，逆变部分为两电平结构。
见图11，变流器为如图所示的非四象限功率单元串联式高压变流器，其功率单元的整流部分为两电平，逆变部分为三电平结构。
见图12，变流器为如图所示的四象限功率单元串联式高压变流器，其整流部分为两电平，逆变部分为三电平结构。
见图13，变流器为如图所示的四象限功率单元串联式高压变流器，其整流部分为三电平，逆变部分为三电平结构。
微功耗的变流器全载试验方法控制方案及原理叙述如下 试验方法原理单线图如图14所示，被测变流器输入端与电网相连，变流器输出端经电抗器L再与输入端或电网相连；变流器输出电流io与电网电压us同相位，即变流器向电网输送纯有功功率(功率因数为1)。
上图中，有 iin＝is+io＝iloss+io(1) is＝iloss (2) Pin＝Ps+Po＝Ploss+Po(3) Ps＝Ploss (4) 变流器输入功率(电流)由电网功率(电流)和变流器输出功率(电流)两部分提供，即电网只需提供变流器的损耗能量。因此，通过控制变流器输出电流的大小，即可控制变流器的输入功率与输出功率。
在单位功率因数，且只考虑基波功率时，有 上式中，U为电网线电压。
全载试验效率为 η＝Po/Pin(7) 试验方法需满足的条件 ①变流器的输出基波频率应与电网频率相等； ②变流器输出相序与相应的输入相序相同； ③变流器输出电流基波的相位角与电网电压的相位角相同； ④通过控制变流器输出电流的大小来控制变流器的输出功率； ⑤电网的容量大于被试变流器的损耗功率。
试验方法的单相等效电路图如图15所示，相量图如图16所示； 图15、图16中，变流器等效为电压源
电网电压为
控制变流器输出电流
与电网电压同相位，电抗器上压降为
有功功率由变流器流向电网，大小为 上式中为单相电路的功率，变流器输出总功率为 试验方法控制框图如图17所示，图17中，P*为变流器输出功率指令，根据公式(6)和电网线电压求得变流器输出电流给定有效值I*；由同步电路可以得到与电网电压同相位的正弦同步信号，于是可实时计算出变流器输出的三个分别代表三个相电流的电流给定瞬时值；三个电流给定瞬时值与变流器对应相的瞬时反馈值进行比较得到电流误差，电流误差经电流调节器调节后由PWM调制器调制成PWM控制脉冲信号，通过控制变流器输出电压的幅值来控制变流器的输出电流，从而达到控制变流器输出功率的目的。
公式及图14、图15、图16中所涉及的符号含义如下 us——电网电压 uc——变流器输出电压 is——电网电流 iin——变流器输入电流 io——变流器输出电流 L——电抗器 iloss——变流器损耗电流 Ps——电网功率 Pin——变流器输入功率 Po——变流器输出功率 Ploss——变流器损耗功率 U——电网线电压有效值 Iin——变流器输入相电流有效值 Io——变流器输出相电流有效值 η——变流器满载试验效率 δ——相位角
权利要求
1、一种微功耗的变流器全载试验方法，其特征在于，该方法将变流器输入端与电网相连，变流器输出端经电抗器与变流器输入端相连；损耗的能量由电网补充；该试验方法在满足电网的容量大于被试变流器的损耗功率的条件下，其控制思想是
①变流器的输出基波频率应与电网频率相等；
②变流器输出相序与相应的输入相序相同；
③变流器输出电流基波的相位角与电网电压的相位角相同；
④通过控制变流器输出电流的大小来控制变流器的输出功率。
2、根据权利要求1所述的一种微功耗的变流器全载试验方法，其特征在于，所述的变流器为非四象限两电平结构或四象限两电平结构或非四象限三电平结构。
3、根据权利要求1所述的一种微功耗的变流器全载试验方法，其特征在于，所述的变流器为非四象限两电平整流、三电平逆变结构或四象限三电平整流、三电平逆变结构。
4、根据权利要求1所述的一种微功耗的变流器全载试验方法，其特征在于，所述的变流器为非四象限功率单元串联式结构。
5、根据权利要求1所述的一种微功耗的变流器全载试验方法，其特征在于，所述的变流器为四象限功率单元串联式高压变流器，其功率单元的整流部分为两电平，逆变部分为两电平结构。
6、根据权利要求1所述的一种微功耗的变流器全载试验方法，其特征在于，所述的变流器为非四象限功率单元串联式高压变流器，其功率单元的整流部分为两电平，逆变部分为三电平结构。
7、根据权利要求1所述的一种微功耗的变流器全载试验方法，其特征在于，所述的变流器为四象限功率单元串联式高压变流器，其整流部分为两电平，逆变部分为三电平结构。
8、根据权利要求1所述的一种微功耗的变流器全载试验方法，其特征在于，所述的变流器为四象限功率单元串联式高压变流器，其整流部分为三电平，逆变部分为三电平结构。
9、根据权利要求1所述的一种微功耗的变流器全载试验方法，其特征在于，变流器的输出功率通过控制变流器输出电流的大小来实现，根据公式和电网线电压求得变流器输出电流指令有效值I*；由同步电路可以得到与电网电压同相位的正弦同步信号，实时计算出变流器输出的三个分别代表三个相电流的电流给定瞬时值；三个电流给定瞬时值分别与变流器对应相的瞬时反馈值进行比较得到电流误差，电流误差经电流调节器调节后由PWM调制器调制成PWM控制脉冲信号，通过控制变流器输出电压的幅值来控制变流器的输出电流，从而达到控制变流器输出功率的目的。
全文摘要
本发明涉及一种微功耗的变流器全载试验方法，该方法将变流器输入端与电网相连，变流器输出端经电抗器再与输入端相连；损耗的能量由电网补充。其控制思想是变流器的输出基波频率应与电网频率相等；变流器输出相序与相应的输入相序相同；变流器输出电流基波的相位角与电网电压的相位角相同；通过控制变流器输出电流的大小来控制变流器的输出功率。优点是结构简单、制作成本低、能量损失较小。该方法可解决在有限的厂内电源容量的条件下进行大型变流器出厂的全负载试验问题，并可验证变流器的全负荷通过能力，功耗只有试验功率的2-3％，解决了只有电源容量足够的情况下才能作变流器全载荷试验的局限性问题。
文档编号G01R31/00GK101539603SQ20091001132
公开日2009年9月23日 申请日期2009年4月25日 优先权日2009年4月25日
发明者兴 李, 旷 李, 强 左, 郭自勇, 颖 徐, 付国良, 蕾 孙, 丁雅丽 申请人:荣信电力电子股份有限公司