一种隔离型直流变压器测试系统的制作方法
【专利摘要】一种隔离型直流变压器测试系统，它包括直流主电源和能量回馈控制直流电源，所述直流主电源的交流输入端接三相电源，其直流输出端接被测试隔离型直流变压器的输入端，所述能量回馈控制直流电源的交流输入端接三相电源，其直流输出侧的正极与直流主电源的正极连接，负极与被测试隔离型直流变压器输出侧的正极连接，被测试隔离型直流变压器的输入侧的负极与输出侧的负极短接。本发明在隔离型直流变压器测试实验系统中配置了能量回馈控制直流电源，通过控制其输出电压不仅可以调节测试功率，而且还能够实现能量回馈。该系统降低了对测试主电源容量的要求，也不需要配置大容量负载，从而最大程度地减少了测试平台的投资以及测试过程中的能量消耗。
【专利说明】一种隔离型直流变压器测试系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于测试隔离型直流变压器（DC-DC变换器）的实验系统，属于变 压器【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 随着大功率电力电子开关器件和新型铁磁材料等技术的进步，基于中高频变压器 和大功率交直流变换器的电力电子变压器日益受到人们的重视。电力电子变压器，也称为 固态变压器，相对于传统的工频电力变压器而言，由于采用了高频化技术，变压器的重量和 体积都大为减小，加之新型铁磁材料(如非晶合金和纳米晶）的应用，变压器的损耗也进一 步降低。
[0003] 作为大功率电力电子变压器的核心组成部件，隔离型直流变压器（DC-DC变换器） 的额定电压和额定电流都有较大提升，从而对测试平台提出了更高的要求。隔离型直流变 压器最基本的功能就是能量传递，因此，其基本测试项目包括功率测试和控制功能测试。采 用传统测试方法对隔离型直流变压器进行全功率测试时，一方面需要大容量电源提供功率 输出，另一方面还需要负载消耗相应的功率，实现能量传递。这样的大功率测试平台不仅成 本较高，而且电能浪费严重，因此有必要加以改进。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种隔离型直流变压器测试系统， 以降低测试平台的建设成本，减少电能的浪费。
[0005] 本发明所述问题是以下述技术方案实现的： 一种隔离型直流变压器测试系统，构成中包括直流主电源和能量回馈控制直流电源， 所述直流主电源的交流输入端接三相电源，其直流输出端接被测试隔离型直流变压器的输 入端，所述能量回馈控制直流电源的交流输入端接三相电源，其直流输出侧的正极与直流 主电源的正极连接，负极与被测试隔离型直流变压器输出侧的正极连接，被测试隔离型直 流变压器的输入侧的负极与输出侧的负极短接。
[0006] 上述隔离型直流变压器测试系统，所述直流主电源包括三绕组移相变压器、第一 平波电抗器、两个三相晶闸管全控整流桥和两个滤波电容，三绕组移相变压器的输入绕组 接三相电源，两个三相晶闸管全控整流桥串联连接后经第一平波电抗器接于被测试隔离型 直流变压器的输入端，它们的输入端分别接三绕组移相变压器的不同输出绕组，两个滤波 电容串联连接后接于被测试隔离型直流变压器的输入端，二者的串接点接地。
[0007] 上述隔离型直流变压器测试系统，构成中还包括第二平波电抗器，所述第二平波 电抗器连接在直流主电源与能量回馈控制直流电源的输出侧的正极之间。
[0008] 上述隔离型直流变压器测试系统，所述能量回馈控制直流电源包括三相变压器、 不控整流器和直流调压电路，所述三相变压器的输入端接三相电源，输出端经不控整流器 给直流调压电路供电，所述直流调压电路的输出侧的正极与直流主电源的正极连接，负极 与被测试隔离型直流变压器输出侧的正极连接，被测试隔离型直流变压器的测试功率通过 PI控制器进行闭环无差控制，所述PI控制器的输入信号为测试对象实际输出的功率与功 率给定之间的误差信号，输出为直流调压电路的控制输入信号。
[0009] 上述隔离型直流变压器测试系统，所述直流调压电路为降压斩波电路，所述降压 斩波电路包括降压斩波开关S0、降压斩波二极管Dl和降压斩波电抗器L3,不控整流器输 出侧的正极依次经降压斩波开关SO和降压斩波电抗器L3接直流主电源的正极，所述降压 斩波二极管Dl的正极接不控整流器输出侧的负极和被测试隔离型直流变压器输出侧的正 极，其负极接降压斩波开关SO和降压斩波电抗器L3的串接点。
[0010] 上述隔离型直流变压器测试系统，所述直流调压电路为隔离型DC/DC变换电路， 所述隔离型DC/DC变换电路包括第三滤波电容C3、第四滤波电容C4、第三平波电抗器L4、高 频隔离变压器Tx、四个电子开关和两个整流二极管，第三滤波电容C3接在不控整流器的输 出端，四个电子开关接成单相全桥逆变电路，该单相全桥逆变电路的直流输入端接不控整 流器的输出电压，交流输出端接高频隔离变压器Tx的输入端，高频隔离变压器Tx输出的交 流电压先由两个整流二极管进行全波整流，再经第三平波电抗器L4和第四滤波电容C4滤 波后得到的直流电压作为直流调压电路的输出电压。
[0011] 本发明在隔离型直流变压器测试实验系统中配置了能量回馈控制直流电源，通过 控制其输出电压不仅可以调节测试功率，而且还能够实现能量回馈。该系统降低了对测试 主电源容量的要求，也不需要配置大容量负载，从而最大程度地减少了测试平台的投资以 及测试过程中的能量消耗。
【专利附图】
【附图说明】
[0012] 下面结合附图对本发明作进一步详述。
[0013] 图1为本发明的电原理图； 图2为直流调压电路原理图； 图3为能量回馈控制框图。
[0014] 图1中各标号清单为：DC/DC、直流变压器，T1、三绕组移相变压器，T2、三相变压 器，Z、不控整流器，G、直流调压电路，Q1、第一全控整流桥，Q2、第二全控整流桥，L1、第一平 波电抗器，L2、第二平波电抗器，Cl、第一滤波电容，C2、第二滤波电容。
[0015] 图2中各标号清单为：S0、降压斩波开关，D1、降压斩波二极管，L3、降压斩波电抗 器，C3、第三滤波电容，C4、第四滤波电容，Sl?S4、第一电子开关?第四电子开关，Tx、高频 隔离变压器，D21、第一整流二极管，D22、第二整流二极管，L4、第三平波电抗器。
【具体实施方式】
[0016] 本发明提出了用于隔离型直流变压器测试的实验系统及能量回馈控制方法。所提 出实验系统如图1所示，实验平台主要包括以下三个部分： 1)直流主电源：为测试提供直流电压Uin，基于安全考虑，可采用正负直流母线设计。 直流主电源采用经典的基于晶闸管的12脉动整流电路，直流侧分压电容中点接地，以降低 装置对绝缘要求的限制。
[0017] 2)能量回馈控制直流电源：提供串入测试回路的可调直流电压Uc。当需要提供能 量回馈时，通过改变串入的直流电压大小调节回路的电流，从而改变电力电子变压器传递 的功率。
[0018] 3)测试对象：直流变压器，实现功率传递和电压变换，输入直流电压为Uin，输出 直流电压为Uout。图1中给出了该类变换器的一个拓扑示例，本发明针对的测试对象不限 于示例拓扑。
[0019] 当测试对象能够通过自身的控制实现功率控制和电压大小调节的时候，能量回馈 控制直流电源的输出电压Uc为零，即不需附加的能量回馈控制。当测试对象不能主动控制 传输功率大小的时候，需要能量回馈控制直流电源调节输出直流电压Uc，实现对测试对象 传输功率大小的控制。
[0020] 图2为所述能量回馈控制直流电源中直流调压电路的两种实现形式，其中，（a)为 降压斩波电路，（b)为隔离型DC/DC调压电路。两种电路均可通过电力电子开关器件(如 IGBT)进行控制，达到调节输出直流电压的目的，其控制方法由图3给出。
[0021] 图3为能量回馈控制框图，给出了能量回馈控制的具体实现方法。图3中，Pref为 测试对象需要输出的功率(功率给定)，Pout为测试对象实际输出的功率(功率反馈)，其值 为测试对象输出的直流电压Uout与能量回馈回路流通的电流Ic的乘积。能量回馈控制采 用一个PI控制器调节功率给定Pref?与功率反馈Pout之间的误差，实现功率的无差调节。 PI控制器的输出d为降压斩波电路的占空比或隔离型DC/DC调压电路的移相控制角，通过 d的改变调节控制电压Uc，最终实现能量回馈环路功率大小的调节。具体原理为 ： 由图1电路所不的电压关系，有
【权利要求】
1. 一种隔离型直流变压器测试系统，其特征是，它包括直流主电源和能量回馈控制直 流电源，所述直流主电源的交流输入端接三相电源，其直流输出端接被测试隔离型直流变 压器（DC/DC)的输入端，所述能量回馈控制直流电源的交流输入端接三相电源，其直流输 出侧的正极与直流主电源的正极连接，负极与被测试隔离型直流变压器（DC/DC)输出侧的 正极连接，被测试隔离型直流变压器（DC/DC)的输入侧的负极与输出侧的负极短接。
2. 根据权利要求1所述的隔离型直流变压器测试系统，其特征是，所述直流主电源包 括三绕组移相变压器（T1)、第一平波电抗器（L1)、两个三相晶闸管全控整流桥和两个滤波 电容，三绕组移相变压器（T1)的输入绕组接三相电源，两个三相晶闸管全控整流桥串联连 接后经第一平波电抗器（L1)接于被测试隔离型直流变压器（DC/DC)的输入端，它们的输入 端分别接三绕组移相变压器（T1)的不同输出绕组，两个滤波电容串联连接后接于被测试 隔离型直流变压器（DC/DC)的输入端，二者的串接点接地。
3. 根据权利要求2所述的隔离型直流变压器测试系统，其特征是，构成中还包括第二 平波电抗器（L2)，所述第二平波电抗器（L2)连接在直流主电源与能量回馈控制直流电源 的输出侧的正极之间。
4. 根据权利要求1或2所述的隔离型直流变压器测试系统，其特征是，所述能量回馈 控制直流电源包括三相变压器（T2)、不控整流器（Z)和直流调压电路（G)，所述三相变压器 (T2)的输入端接三相电源，输出端经不控整流器（Z)给直流调压电路（G)供电，所述直流 调压电路（G)的输出侧的正极与直流主电源的正极连接，负极与被测试隔离型直流变压器 (DC/DC)输出侧的正极连接，被测试隔离型直流变压器（DC/DC)的测试功率通过PI控制器 进行闭环无差控制，所述PI控制器的输入信号为测试对象实际输出的功率与功率给定之 间的误差信号，输出为直流调压电路（G)的控制输入信号。
5. 根据权利要求4所述的隔离型直流变压器测试系统，其特征是，所述直流调压电路 (G)为降压斩波电路，所述降压斩波电路包括降压斩波开关（SO)、降压斩波二极管（D1)和 降压斩波电抗器（L3)，不控整流器（Z)输出侧的正极依次经降压斩波开关（SO)和降压斩波 电抗器（L3)接直流主电源的正极，所述降压斩波二极管（D1)的正极接不控整流器（Z)输出 侧的负极和被测试隔离型直流变压器（DC/DC)输出侧的正极，其负极接降压斩波开关（SO) 和降压斩波电抗器（L3)的串接点。
6. 根据权利要求5所述的隔离型直流变压器测试系统，其特征是，所述直流调压电路 (G)为隔离型DC/DC变换电路，所述隔离型DC/DC变换电路包括第三滤波电容（C3)、第四滤 波电容（C4)、第三平波电抗器（L4)、高频隔离变压器（Tx)、四个电子开关和两个整流二极 管，第三滤波电容（C3)接在不控整流器（Z)的输出端，四个电子开关接成单相全桥逆变电 路，该单相全桥逆变电路的直流输入端接不控整流器（Z)的输出电压，交流输出端接高频 隔离变压器（Tx)的输入端，高频隔离变压器（Tx)输出的交流电压先由两个整流二极管进 行全波整流，再经第三平波电抗器（L4)和第四滤波电容（C4)滤波后得到的直流电压作为 直流调压电路（G)的输出电压。
【文档编号】H02J3/38GK104375039SQ201410673327
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年11月21日 优先权日:2014年11月21日
【发明者】付超, 石新春 申请人:华北电力大学（保定）