本实用新型属于模拟负荷设备技术领域，特别涉及一种宽输入输出电压的能量回馈交流电子负载装置。
背景技术：
目前对发电机、USB电源、风电、光伏逆变器和电池等电源设备进行负荷型式试验时都是采用功率电阻、水电阻、电抗器、电容器等模拟负荷设备进行测试，需要消耗大量的电能。并且上述模拟负荷设备在试验过程中产生的大量热能会造成测试环境恶劣。同时由于上述模拟负荷设备的负载电流控制精度较差，不能精准连续地调节负载电流以及模拟产生含有谐波成分的负载电流，不能满足高性能的负荷型式的试验要求。
技术实现要素：
本实用新型的目的是为了解决上述现有技术的缺点和不足，提供一种宽输入输出电压的能量回馈交流电子负载装置，克服现有由功率电阻、水电阻、电抗器、电容器构成的模拟负荷设备技术中的缺点和不足，通过采用双PWM整流逆变电路，将模拟负荷的电能100％回馈到电网，节省能源；并实现负载电路自动连续的精准控制，以根据需要方便地产生含有谐波成分的负载电流或任何负荷性质的负载电流，完全满足了高性能的负荷型式的试验要求；并通过在电网侧和负载侧分别装有可调压的变压器，满足两侧不同电源制式的接入，实现宽输入输出电压的能量回馈交流电子负载功能。
为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：
一种宽输入输出电压的能量回馈交流电子负载装置，其电路结构包括电网侧电路和负载侧电路；
所述电网侧电路包括电网侧变压器、电网侧LC滤波器和电网侧逆变器；所述电网侧变压器的输入端通过开关接入电网，其输出端与所述电网侧LC滤波器的输入端连接；所述电网侧逆变器的输入端与所述电网侧LC滤波器的输出端连接，其直流母线端接入所述负载侧电路；
所述负载侧电路包括负载侧逆变器、负载侧LC滤波器和负载侧变压器；所述负载侧逆变器的直流母线端与所述电网侧逆变器的直流母线端连接，其输入端与所述负载侧LC滤波器的输出端连接；所述负载侧变压器的输出端与所述负载侧LC滤波器的输入端连接，其输入端通过开关作为交流电子负载接入测试设备的交流输出端；
电网侧的开关和所述电网侧电路与所述负载侧电路和负载侧的开关共同构成背靠背双PWM整流逆变电路。
作为一种优选的技术方案，所述电网侧变压器为三相变压器，其三相输入端分别通过一开关接入电网，且其根据电网的电压源制式降压或升压至所述电网侧逆变器的工作电压，并隔离电网和交流电子负载。
作为一种优选的技术方案，所述电网侧LC滤波器包括一端分别与所述电网侧变压器的三相输出端连接的三个电网侧电感器件、并联连接于电网侧变压器的第一相和第二相输出端之间的第一电容、并联连接于电网侧变压器的第二相和第三相输出端之间的第二电容、及并联连接于电网侧变压器的第一相和第三相输出端之间的第三电容；所述电网侧LC滤波器与所述电网侧变压器构成LCL三阶滤波器。
作为一种优选的技术方案，所述电网侧逆变器为一三相全桥逆变器，其三相输入端分别与所述电网侧LC滤波器的三个电网侧电感器件的另一端连接。
作为一种优选的技术方案，所述负载侧逆变器为一三相全桥逆变器，其直流母线与所述电网侧逆变器的直流母线相接。
作为一种优选的技术方案，所述负载侧变压器为三相变压器，其三相输入端分别通过一开关后作为交流电子负载接入测试设备的交流输出端，且其根据负载的电压源制式降压或升压至所述负载侧逆变器的工作电压，并隔离被测式设备和交流电子负载。
作为一种优选的技术方案，所述负载侧LC滤波器包括三个负载侧电感器件、并联连接于负载侧变压器的第一相和第二相输出端之间的第四电容、并联连接于负载侧变压器的第二相和第三相输出端之间的第五电容、及并联连接于负载侧变压器的第一相和第三相输出端之间的第六电容；所述三个负载侧电感器件一端分别与所述负载侧变压器的三相输出端连接，另一端分别与所述负载侧逆变器的三相输入端连接；所述负载侧LC滤波器与所述负载侧变压器构成LCL三阶滤波器。
负载侧空载时，电网侧逆变器的工作状态为在第三、四象限的整流状态，且其直流母线的电压大小等于电网侧交流电压对应的直流电压大小；负载侧产生负载电流时，电网侧逆变器的工作状态为第一、二象限的逆变状态，其直流母线的电压高于电网侧交流电压对应的直流电压，并将负载电流产生的电能回馈电网。
通过改变电网侧变压器和负载侧变压器的电压比大小，实现两侧任意的不同电压级别的电压输入。
通过上述技术方案，本实用新型达到了以下有益的技术效果：
1)通过采用背靠背双PWM整流逆变电路，将模拟负荷的电能100％回馈到电网，节省能源；并实现负载电路自动连续的精准控制，以根据需要方便地产生含有谐波成分的负载电流或任何负荷性质的负载电流，完全满足了高性能的负荷型式的试验要求；并通过在电网侧和负载侧分别装有可调压的变压器，满足两侧不同电源制式的接入，实现宽输入输出电压的能量回馈交流电子负载功能，克服了现有由功率电阻、水电阻、电抗器、电容器构成的模拟负荷设备技术中的缺点和不足；
2)通过电网侧LC滤波器与电网侧变压器构成LCL三阶滤波器，彻底滤除电网侧逆变器所产生的谐波电流和尖峰电压，确保电网侧的输入谐波电流总失真度THDi≤5％，以符合公共电网电源的质量要求；
3)通过电网侧的三相全桥逆变器和负载侧的三相全桥逆变器为两套结构相同的PWM整流器，采用数字锁相环技术及直接电流控制PWM整流控制技术，只要改变负载侧PWM整流器的直流电压设定值，负载侧即可产生大小连续且任意可调的负载电流。只要使负载侧PWM整流器，也即负载侧逆变器在第三、四象限工作，负载侧即可产生功率因数为1或功率因数任意可调的感性或容性负载电流。并且，只要改变负载侧PWM整流器的调制算法，则负载侧即可产生含有谐波成分的负载电流；
4)通过负载侧LC滤波器与负载侧变压器构成LCL三阶滤波器，彻底滤除负载侧三相全桥逆变器所产生的谐波电流以及尖峰电压。
为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本实用新型。
附图说明
图1是本实用新型宽输入输出电压的能量回馈交流电子负载装置的电路结构示意图。
具体实施方式
本实用新型提供了一种宽输入输出电压的能量回馈交流电子负载装置，对其电路结构进行改进，并可结合控制技术对其功能进行完善。
请参阅图1，本实用新型宽输入输出电压的能量回馈交流电子负载装置中改进后的电路结构包括相互连接的电网侧电路1和负载侧电路2。并且，电网侧的开关3和所述电网侧电路1与所述负载侧电路2和负载侧的开关4共同构成背靠背双PWM整流逆变电路。
具体地，所述电网侧电路1包括电网侧变压器11、电网侧LC滤波器12和电网侧逆变器13。所述电网侧变压器11的输入端通过开关3接入电网，其输出端与所述电网侧LC滤波器12的输入端连接；所述电网侧逆变器13的输入端与所述电网侧LC滤波器12的输出端连接，其直流母线端接入所述负载侧电路2。
优选地，所述电网侧变压器11为三相变压器，其三相输入端分别通过一开关接入电网，且其根据电网的电压源制式降压或升压至所述电网侧逆变器13的工作电压，并隔离电网和交流电子负载。
优选地，所述电网侧LC滤波器12包括一端分别与所述电网侧变压器11的三相输出端连接的三个电网侧电感器件、并联连接于电网侧变压器11的第一相和第二相输出端之间的第一电容、并联连接于电网侧变压器11的第二相和第三相输出端之间的第二电容、及并联连接于电网侧变压器11的第一相和第三相输出端之间的第三电容。所述电网侧LC滤波器12与所述电网侧变压器11构成LCL三阶滤波器，以彻底滤除电网侧逆变器13说产生的谐波电流及尖峰电压，确保电网侧的输入谐波电流总失真度THDi≤5％，以符合公共电网电源的质量要求。
优选地，所述电网侧逆变器13为一三相全桥逆变器，也可以说为一PWM整流器，其三相输入端分别与所述电网侧LC滤波器12的三个电网侧电感器件的另一端连接。
具体地，所述负载侧电路2包括负载侧逆变器23、负载侧LC滤波器22和负载侧变压器21。所述负载侧逆变器23的直流母线端与所述电网侧逆变器13的直流母线端连接，其输入端与所述负载侧LC滤波器22的输出端连接；所述负载侧变压器21的输出端与所述负载侧LC滤波器22的输入端连接，其输入端通过开关4作为交流电子负载接入测试设备的交流输出端。
优选地，所述负载侧逆变器23为一三相全桥逆变器，其直流母线与所述电网侧逆变器13的直流母线相接。
优选地，所述负载侧变压器21为三相变压器，其三相输入端分别通过一开关后作为交流电子负载接入测试设备的交流输出端，且其根据负载的电压源制式降压或升压至所述负载侧逆变器23的工作电压，并隔离被测式设备和交流电子负载。
优选地，所述负载侧LC滤波器22包括三个负载侧电感器件、并联连接于负载侧变压器21的第一相和第二相输出端之间的第四电容、并联连接于负载侧变压器21的第二相和第三相输出端之间的第五电容、及并联连接于负载侧变压器21的第一相和第三相输出端之间的第六电容。所述三个负载侧电感器件一端分别与所述负载侧变压器21的三相输出端连接，另一端分别与所述负载侧逆变器23的三相输入端连接。所述负载侧LC滤波器22与所述负载侧变压器21构成LCL三阶滤波器，以彻底滤除负载侧三相全桥逆变器所产生的谐波电流及尖峰电压。
在负载侧空载时，所述电网侧逆变器13的工作状态为在第三、四象限的整流状态，且其直流母线的电压大小等于电网侧交流电压对应的直流电压大小；负载侧产生负载电流时，电网侧逆变器13的工作状态为第一、二象限的逆变状态，其直流母线的电压高于电网侧交流电压对应的直流电压，并将负载电流产生的电能回馈电网。
另外，通过改变电网侧变压器11和负载侧变压器21的电压比大小，可实现两侧任意的不同电压级别的电压输入。
以下，简述本实用新型宽输入输出电压的能量回馈交流电子负载装置的电路工作原理：
首先，根据电网侧的电源电压级别调整连接电网侧变压器11相应的电压轴头，使电网侧变压器11的输入电压与电网相符，调整完毕后即可闭合电网侧的开关3。
然后，检测电网侧的电压和电流信号，结合数字锁相环技术以及直接电流控制PWM整流控制技术，生成与电网同步的SVPWM驱动信号，以驱动电网侧逆变器13，此时，电网侧逆变器13的直流母线的电压稳定在与电网侧交流电压相对应的直流电压值。
随后，根据负载侧的电源电压级别调整连接负载侧变压器21相应的电压抽头，使负载侧变压器21的输入电压与电网相符，调整完毕后即可闭合负载侧开关。
接着，检测负载侧的电压和电流信号，结合数字锁相环技术以及直接电流控制PWM整流控制技术，生成与负载侧输出同步的SVPWM驱动信号，以驱动负载侧逆变器23。此时，调整负载侧逆变器23(即负载侧PWM整流器)的直流电压设定值，则负载侧逆变器23产生连续可调的负载电流。并调整负载电流的相角，使负载侧PWM整流器工作在第三、四象限的整流状态，使负载侧的功率因数为1或任意可调。
此时由于负载侧逆变器23处于PWM整流带载状态，其直流母线电压高于电网侧交流电压相对应的直流电压值，电网侧逆变器13处于PWM整流逆变状态，则将负载侧逆变器23产生的负载电能向电网回馈发电。此时，调整电网侧电流的相角，使电网侧的功率因数为1。
并且，在电网侧逆变器13的控制中增加孤岛保护功能，在电网中断时立即停机保护。
相对于现有技术，本实用新型宽输入输出电压的能量回馈交流电子负载装置通过采用背靠背双PWM整流逆变电路，将模拟负荷的电能100％回馈到电网，节省能源；并实现负载电路自动连续的精准控制，以根据需要方便地产生含有谐波成分的负载电流或任何负荷性质的负载电流，完全满足了高性能的负荷型式的试验要求；并通过在电网侧和负载侧分别装有可调压的变压器，满足两侧不同电源制式的接入，实现宽输入输出电压的能量回馈交流电子负载功能，克服了现有由功率电阻、水电阻、电抗器、电容器构成的模拟负荷设备技术中的缺点和不足。
本实用新型并不局限于上述实施方式，如果对本实用新型的各种改动或变形不脱离本实用新型的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本实用新型的权利要求和等同技术范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变形。