一种变流器全功率试验装置及方法与流程

本发明主要涉及轨道交通技术领域，特指一种变流器全功率试验装置及方法。

背景技术：

全功率试验是大功率变流器产品型式试验的必要项点，也是大功率变流器产品设计参数考核验证与产品质量提升的必要途径。现有变流器装置全功率试验方法主要有电抗器式无功负载方法、电阻式能耗负载方法、电机对拖能馈负载方法。其中电抗器式无功负载无法考核到移相变压器；电阻式能耗负载主要是负载能量以热能的方式消耗，不够经济，且对散热设备成本与场地等要求高；电机对拖能馈负载试验能力全面，是中小功率等级常用的试验方法，但随着变频器功率等级的增加，需要不断增加更大功率等级的电机与能馈变频器，投资成本高，占地面积大，不适应用产业在大功率方向的长远发展；直接回馈输入电网方法有效解决了电网容量不足、试验投资成本高、试验损耗大等问题，但存在变流器直流电压输出能力不足、变流器试验输出频率固定的问题。现就各种功率试验方法具体介绍如下：

(1)电抗器式无功负载方法

由于该方法装置主要输出无功率电流，所以只能考核变流器输出功率元件，对有输入元件、输入变压器等无法考核，同时由于输入无功，无法对装置进行模拟负载情况下的输出功率因数调节考核。

(2)电阻式能耗负载方法

该方法能对被试变流器进行全面考核，但功率损耗非常大，所有负载全部以热能消耗，试验成本高，且散热量极大，散热设备与场地等要求高。

(3)电机对拖负载方法

该方法中被试变频器的负载是通过电机对拖的方式由能馈变频器加载，并且由能馈变频器将负载能量回馈电网。该方法试验能力全面，但随着变频器功率等级的不断增加，要不断增加更大功率等级的电机与能馈变频器，投资成本高，占地面积大。

(4)直接回馈输入电网方法

专利：cn200910011321.0《一种微功耗的变流器全负载变流试验方法》提出一种试验方法，该方法变流器输出通过电抗器直接接入变频器的输入端电网，控制变频器输出功率直接回馈到输入端电网，前级电网只提供试验损耗，如图4所示，此方案有效解决了电网容量不足、试验投资成本高、试验损耗大等问题。但是存在以下问题：

1、由于变流器的本身设计特点、成本等因素，变频器直流侧电压往往不会有太多余量，导致变频器特别是满功率情况下不足以输出比输入电网更高的电压，即使其输出电压能勉强达到输入电压的大小，但由于没有更多的余量无法适应试验时变频器抗电网的冲击等，无法试验过程的稳定性。

2、由于电网频率固定，所有试验全程变流器输出频率也只能固定为电网频率，无法实现变频器装置各频率点的全负载试验。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单、试验过程稳定、实现全频率点的全负载试验的变流器全功率试验装置及方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种变流器全功率试验装置，包括试验电路，所述试验电路包括依次连接的被试变流器、电抗器和陪试变流器，所述被试变流器的输入端和陪试变流器的输出端均与电网连接；所述陪试变流器用于输出可调节的输出频率和输出电压以调节被试变流器的输出频率与输出电压进行试验。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述被试变流器为单相变流器或多相变流器。

本发明还公开了一种基于如上所述的变流器全功率试验装置的试验方法，通过调节陪试变流器的输出频率和输出电压以调节被试变流器的输出频率与输出电压进行试验。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述陪试变流器的输出基波频率与电网基波频率相同。

所述陪试变流器输出电流基波的相位角与电网的相位角相同。

调节被试变流器的输出功率，包括有功功率和无功功率，以进行功率和功率因数的试验。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的变流器全功率试验装置以及试验方法，被试变流器的输出电压经被试变流器回馈至同一电网，电网只提供试验损耗部分功率，不仅可以达到小电网实现大功率变流器全功率试验的目的，而且解决变流器直流输出能力不足的问题，保证试验过程的稳定性；另外通过陪试变流器输出可调节的输出频率和输出电压以调节被试变流器的输出频率与输出电压进行试验，实现被试变流器各频率点的全负载试验，而且结构简单、成本低。

附图说明

图1为现有技术中电抗式无功负载试验装置的结构示意图。

图2为现有技术中电阻式能耗负载试验装置的结构示意图。

图3为现有技术中电机对拖负载试验装置的结构示意图。

图4为现有技术中直接回馈电网试验装置的结构示意图。

图5为本发明的试验装置的结构示意图。

图6为本发明的试验装置在具体应用时的结构示意图。

图7为本发明中被试变频器功率调节框图。

图8为本发明中陪试变频器输出电压及频率调节框图。

图中标号表示：1、电网；2、被试变流器；3、电抗器；4、陪试变流器。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

如图5至图8所示，本实施例的变流器全功率试验装置，包括试验电路，试验电路包括依次连接的被试变流器2、电抗器3和陪试变流器4(其中开关等部件在图中不体现)，被试变流器2的输入端和陪试变流器4的输出端均与电网1连接；陪试变流器4用于输出可调节的输出频率和输出电压以调节被试变流器2的输出频率与输出电压进行试验。本发明的变流器全功率试验装置，被试变流器2的输出电压经被试变流器2回馈至同一电网1，电网1只提供试验损耗部分功率，不仅可以达到小电网1实现大功率变流器全功率试验的目的，而且解决变流器直流输出能力不足的问题，保证试验过程的稳定性；另外通过陪试变流器4输出可调节的输出频率和输出电压以调节被试变流器2的输出频率与输出电压进行试验，实现被试变流器2各频率点的全负载试验，而且结构简单、成本低。

本实施例中，被试变流器2可以是高压变频器、也可以其它高、低压变流器，其电压等级、主电路拓扑、元器件型号、功率等级、输入与输出相数(可以是单相变流器，也可以是三相或多相变流器)均不受限。

本发明还相应公开了一种基于如上所述变流器全功率试验装置的试验方法，通过调节陪试变流器4的输出频率和输出电压以调节被试变流器2的输出频率与输出电压进行试验。被试变流器2考核点对应的输出频率与输出电压可进行任意调整，以完全模拟真实多变的负载情况。

本实施例中，陪试变流器4的输出基波频率与电网1基波频率相同；陪试变流器4输出电流基波的相位角与电网1的相位角相同。

本实施例中，调节被试变流器2的输出功率，包括有功功率和无功功率，以进行功率和功率因数的试验。

下面结合一具体实施例对本发明的试验方法做进一步说明：

其中被试变流器2为10kv单元级联型高压变频器，陪试变流器4为10kv陪试高压能馈型变频器，具体试验方法步骤如下：

(1)试验开始，将被试变频器与陪试变频器均上高压待机；

(2)起动陪试变频器输出一定频率f1和一定的电压u1；频率f1可以是被试变频器的额定频率也可以是其它考核点频率；电压u1可以是被试变频器的额定电压也可以是其它考核点电压；

(3)起动被试变频器，调节被试变频器的输出功率，包括有功功率和无功功率，以满足被试变频器功率、功率因数的考核要求(即被试变频器的输出、输入功率大小与功率因数是通过被试变频器自身调节来实现的)，具体有功功率、无功功率调节控制方法为常规方法，具体的框图如图7所示，其中va、vb、vc为被试变频器输出侧相电压，ia、ib、ic为被试变频器输出侧相电流；p、q为被试变频器输出有功功率、无功功率；θ为被试变频器输出侧电压相位角，p^*、q^*为被试变频器输出有功功率、无功功率的给定指令；

(4)试验过程中可以调节陪试变频器的输出频率与输出电压，达到调整被试变频器的输出频率与输出电压的目的(即被试变频器的输出频率与输出电压的大小是通过调节陪试变频器的输出频率和输出电压大小来实现的)；具体电压、频率调节控制方法为常规方法，具体的结构框图如图8所示，其中f^*、u^*为被试变频器输出频率、电压的给定指令；

(5)稳定在一定考核点(功率、功率因数、电压、电流、频率一多或多个稳定，具体以试验目的为准)进行长时间考核，并记录相关试验数据，完成相关试验。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。