一种三相电网扰动发生装置及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于电网适应性检测的三相电网扰动发生装置，还涉及该装置的控制方法。
【背景技术】
[0002]随着发电、输电和用电等各类电气设备的广泛应用，电网适应性成为电气设备检测的重要内容。电网适应性检测通常包括对电网电压、频率的偏差及闪变、电网电压不平衡等内容的检测，更完整的电网适应性检测还包括对电网谐波适应性的检测内容。由于电网的偏差及畸变等因素具有很大的偶然性和不可控性，电网适应性检测一般需配置专用的三相电网扰动发生装置来进行。具备谐波输出能力的三相电网扰动发生装置，其输出电压从频率上可分为基波部分和谐波部分，谐波部分包含若干次谐波，谐波的频率是基波的整数倍(该整数即为谐波的次数)。按照具体需要，谐波部分可进一步依据其次数分为若干组，如2?7次的低次谐波，8?25次的高次谐波等等。
[0003]如图1所示，中国发明CN102148501A公开了一种风电场扰动发生装置，该装置具备谐波输出能力，由低频电压扰动发生装置和高频电压扰动发生装置构成。其中，低频电压扰动发生装置包含降压变压器、滤波器、并联的换流器模块以及升压变压器等，高频电压扰动发生装置包括整流变压器、PWM整流器模块、级联H桥模块和滤波器组成。低频电压扰动发生装置用于产生基波电压扰动，高频电压扰动发生装置用于产生2?25次谐波电压扰动。
[0004]上述现有的风电场扰动发生装置存在如下缺陷:虽然该装置采用断路器连接低频电压扰动发生装置和高频电压扰动发生装置两个独立的装置，可降低装置间的干扰；但是，由于该装置采用两套独立发生装置，导致系统结构复杂、部件多，例如低频电压扰动发生装置和高频电压扰动发生装置均包含各自的输入变压器，高频电压扰动发生装置的输入还采用了 3个单相多绕组变压器，低频电压扰动发生装置还包括输出变压器，低频电压扰动发生装置和高频电压扰动发生装置均包含各自的滤波器等，造成装置整体体积庞大、重量大，特别是难以适合移动车载式现场检测应用场合的要求，同时制造成本高昂。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题之一是，提供一种三相电网扰动发生装置，克服现有三相电网扰动发生装置体积庞大、难以适合移动车载式现场检测应用场合要求和制造成本高昂的缺陷。
[0006]本发明要解决的技术问题之二是，提供一种三相电网扰动发生装置的控制方法，克服现有三相电网扰动发生装置体积庞大、难以适合移动车载式现场检测应用场合要求和制造成本高昂的缺陷。
[0007]本发明解决其技术问题之一所采用的技术方案是:构造一种三相电网扰动发生装置，其特征在于，包括依次连接的三相多绕组变压器、功率模块阵列和输出滤波器，三相多绕组变压器输入端连接三相电网，输出滤波器的输出端连接测试母线；
[0008]所述功率模块阵列包括分别对应一相输出的三组功率模块，每组功率模块包括不少于2个功率模块，每个所述功率模块包括依次连接的三相PWM整流器、直流母线环节和单相H桥逆变器；所述三相PWM整流器的输入连接所述三相多绕组变压器对应的副边三相绕组，所述直流母线环节包括连接在其两极之间的直流电容组，所述单相H桥逆变器的输出端级联，形成三相电网扰动发生装置的基本输出；所述每组功率模块中至少一个功率模块为输出电压包括基波电压成分或基波加谐波电压成分的低频扰动发生功率模块，至少一个功率模块为输出电压为谐波电压成分的高频扰动发生功率模块。
[0009]在本发明的三相电网扰动发生装置中，包括控制器，该控制器与各所述功率模块通信连接。
[0010]在本发明的三相电网扰动发生装置中，所述三相多绕组变压器的原边三相绕组为星形接法或三角形接法、副边各三相绕组为星形接法或三角形接法。
[0011]在本发明的三相电网扰动发生装置中，所述输出滤波器包括采用星形接法或三角形接法连接的电容器。
[0012]在本发明的三相电网扰动发生装置中，所述输出滤波器包括电抗器，该电抗器设置在所述功率模块阵列与所述电容器相连的三相线路上。
[0013]在本发明的三相电网扰动发生装置中，所述功率模块包括直流斩波电路，该直流斩波电路连接在所述直流母线环节的两极之间。
[0014]在本发明的三相电网扰动发生装置中，包括三相输出变压器，其原、副边三相绕组为星形接法或三角形接法；该三相输出变压器连接在所述功率模块阵列之后、所述输出滤波器之前或所述输出滤波器之后。
[0015]本发明解决其技术问题之二所采用的技术方案是:提供一种三相电网扰动发生装置的控制方法，其特征在于，所述三相电网扰动发生装置如上述，所述控制方法包括，所述高频扰动发生功率模块的开关频率不小于所述低频扰动发生功率模块的开关频率。
[0016]在本发明的三相电网扰动发生装置的控制方法中，所述高频扰动发生功率模块的开关频率大于所述低频扰动发生功率模块的开关频率；所述高频扰动发生功率模块的输出电压幅度小于所述低频扰动发生功率模块的输出电压幅度；所述高频扰动发生功率模块的输入电压幅度小于所述低频扰动发生功率模块的输入电压幅度。
[0017]在本发明的三相电网扰动发生装置的控制方法中，所述功率模块的单相H桥逆变器采用载波移相的脉宽调制技术。
[0018]实施本发明的三相电网扰动发生装置及其控制方法，与现有技术比较，其有益效果是:
[0019]1.采用三相多绕组变压器、功率模块阵列和输出滤波器结构，其中功率模块阵列中的低频扰动发生功率模块和高频扰动发生功率模块的输出直接级联，且输入共用三相多绕组变压器，输出共用输出滤波器，系统结构简洁，可显著降低包含谐波电压输出能力的三相电网扰动发生装置的整体复杂程度和器件数量，从而降低整体体积、重量和制造成本，可采用移动式结构，满足风电场现场测试对高压、大容量三相电网扰动发生装置的要求；
[0020]2.装置中各功率模块的输出侧H桥逆变器可采用载波移相的脉宽调制技术，可提高输出的等效开关频率，提升响应速度，并减小输出滤波器的体积和重量；
[0021]3.装置中低频扰动发生功率模块和高频扰动发生功率模块输出侧级联，所流过的电流相同，但与低频扰动发生功率模块相比，高频扰动发生功率模块的开关频率需要更高，以保证高次谐波电压成分的输出精度，可通过降低高频扰动发生功率模块的输入电压、直流母线电压和输出电压来抵消因开关频率提高带来的开关损耗增加，从而平衡各功率模块的开关损耗，从而降低系统的设计、制造难度和整体成本；
[0022]4.装置中的功率模块，在其三相PWM整流器和单相H桥逆变器连接的直流母线环节上，可设置直流斩波电路，应对被测设备在电网适应性测试过程中出现的极端动态过程，提升装置的稳定性，降低对现场电网的影响；
[0023]5.装置中控制器和各功率模块可通过光纤通讯连接，提升系统的抗干扰性和运行可靠性。
【附图说明】
[0024]图1为现有具备谐波电压输出能力的三相电网扰动发生装置的结构图。
[0025]图2为本发明三相电网扰动发生装置的系统构成图。
[0026]图3为本发明三相电网扰动发生装置实施例一中A组功率模块输出级联与三相多绕组变压器的连接图。
[0027]图4为本发明三相电网扰动发生装置实施例一的系统构成图。
[0028]图5为本发明三相电网扰动发生装置实施例二的系统构成图。
[0029]图6为本发明三相电网扰动发生装置实施例三的系统构成图。
[0030]图7为本发明三相电网扰动发生装置中功率模块对应的电路结构之一。
[0031]图8为本发明三相电网扰动发生装置中功率模块对应的电路结构之二。
[0032]图9为本发明三相电网扰动发生装置中功率模块对应的电路结构之三。
[0033]图10?图13为本发明三相电网扰动发生装置中三相多绕组变压器的常见配置方式。
[0034]图14为本发明三相电网扰动发生装置中控制器与功率模块的通讯连接方式。
【具体实施方式】
[0035]下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
[0036]如图2、图3所示，本发明的三相电网扰动发生装置包括三相多绕组变压器10、功率模块阵列20和输出滤波器30。
[0037]三相多绕组变压器10的原边连接至三相中高压电网，副边为多套三相绕组。功率模块阵列20包括3组功率模块，每组功率模块对应输出的某一相，每组功率模块包括不少于2个功率模块。如图7所示，每个功率模块包括三相PWM整流器21、直流母线环节22和单相H桥逆变器23，三相PWM整流器21的输入连接上述三相多绕组变压器10对应的副边三相绕组，直流母线环节22包括连接在其两极之间的直流电容组，单相H桥逆变器23的输出端级联，形成三相电网扰动发生装置的基本输出