一种大功率电网电压模拟电路的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种大功率电网电压模拟电路，其特征在于：包括启动单元、能量转换单元、滤波单元和检测及控制系统；所述启动单元包括相互并联连接的电阻和接触器，且接触器两端分别连接电网电压输入和能量转换单元；所述能量转换单元包括三个单相系统，每个单相系统电路结构均分为整流部分和逆变部分；所述检测及控制系统用来模拟电网电压的正常工作情况以及各种异常工作、闪变及故障情况。本发明的一种大功率电网电压模拟电路通过PWM整流和逆变电路控制模拟量的输出，真实反应了电网电压的实际情况；能够满足大功率式品的模拟测试；结构简单，安全可靠。
【专利说明】—种大功率电网电压模拟电路
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种大功率电网电压模拟电路。
【背景技术】
[0002]电能质量治理设备的试验平台由电网模拟试验装置、电能质量扰动发生装置和系统监控部分构成，作为电网模拟试验装置的大功率电压源，其等效电阻可调，可以模拟试品在不同电网参数下的特性。目前，对电压跌落模拟装置的研究比较多，专门的电网模拟试验装置的研究较少。一些相关的研究主要是关注控制方法的研究，而关注电网模拟装置的很少。
[0003]目前国内外对于电网模拟装置的研究并不系统，而且也没有相应的标准和规范，市场上的模拟电源性能不完全而且价格昂贵，这些都给电能质量治理设备的研究和测试带来很大的不便，所以很有必要对大功率电网模拟试验装置进行研究。
[0004]在电能质量治理设备的试验平台中，需要一个大功率电压源，对电网的电压状况进行模拟，满足试验平台能够进行相关产品国家标准或者行业标准所要求的所有检测项目，包括电压波动和闪变、频率变化、电网三相不平衡、无功补偿和谐波电压测试等。
[0005]本发明结合大功率电网电压的具体要求，提出一种模拟电路，可用于模拟尽可能真实的电网环境，以满足对电能质量治理设备的测试与试验要求。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种大功率电网电压模拟电路，在满足对大功率电能质量治理设备测试需求的基础上总结了电网模拟装置应实现的功能，建立了电网电压模拟电路，本发明可以模拟电网实际情况，设备结构简单，并降低整体成本。
[0007]为实现上述目的，本发明的技术方案是:一种大功率电网电压模拟电路，其特征在于:包括启动单元、能量转换单元、滤波单元和检测及控制系统；
所述启动单元包括并联连接的电阻和接触器，且接触器两端分别连接电网电压输入和能量转换单元；
所述能量转换单元包括三个单相系统，每个单相系统电路结构均分为整流部分和逆变部分；
所述检测及控制系统通过数据采集与处理，对能量转换单元进行控制，并实现与后台进行数据通讯；
所述能量转换单元、滤波单元和检测及控制系统两两之间相互连接。
[0008]进一步的，所述单相系统的整流部分采用三相PWM整流电路来实现，用于整流输入的电网电压，且输出侧采用直流电容稳压。
[0009]进一步的，所述单相系统的逆变部分采用单相PWM逆变电路实现，用于将整流部分产生的直流电压进行逆变，将直流电压转化为与正弦波等效的PWM电压波形。
[0010]进一步的，所述逆变部分的逆变电路是通过开关器件的驱动电路控制器件的导通和关断；所述逆变部分的桥臂输出端连接所述滤波单元，用以滤除桥臂输出产生的高次谐波。
[0011]进一步的，所述检测及控制系统包括依次连接的用于采集电压及电流信号的光纤通讯接口、数据采集与处理电路、控制与检测电路和故障与保护电路；所述检测及控制系统能够与后台系统进行数据通讯。
[0012]进一步的，所述数据采集与处理电路、控制与检测电路和故障与保护电路均由单片机电路组成。
[0013]进一步的，所述检测及控制系统还连接有若干电压检测单元和电流检测单元。
[0014]进一步的，所述若干电压检测单元分别用于检测电网电压、单相系统的整流部分输出的直流电压和模拟电网输出电压；所述若干电流检测单元分别用于检测单相系统逆变部分的桥臂电流、模拟电网输出电流和三相交流电电感电流。
[0015]进一步的，所述的能量转换单元的工作原理为:整流部分，三相交流电A、B、C三相分别由三个脉冲宽度调制PWM整流电路产生直流电压，并在输出侧经由直流电容稳压；逆变部分，采用单相PWM逆变电路，通过开关器件的驱动电路控制器件的导通和关断，将整流部分产生的直流电压进行逆变，转化为与正弦波等效的PWM电压波形，并在输出侧加上所述滤波单元滤除高次谐波。
[0016]相较于现有技术，本发明具有以下有益效果:
1、本发明通过PWM整流和逆变电路控制模拟量的输出，真实反应了电网电压的实际情
况；
2、能够满足大功率试品的模拟测试；
3、本发明结构简单,安全可靠。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是本发明大功率电网电压模拟电路系统结构。
[0018]图2是本发明能量转换单元主电路结构。
[0019]图3是本发明检测及控制系统示意图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。
[0021]如图1-3所示，本发明的一种大功率电网电压模拟电路，其特征在于:包括启动单元、能量转换单元、滤波单元和检测及控制系统；
所述启动单元包括并联连接的电阻和接触器，且接触器两端分别连接电网电压输入和能量转换单元；
所述能量转换单元包括三个单相系统，每个单相系统电路结构均分为整流部分和逆变部分；
所述检测及控制系统通过数据采集与处理，对能量转换单元进行控制，并实现与后台进行数据通讯；
所述能量转换单元、滤波单元和检测及控制系统两两之间相互连接。
[0022]为了实现模拟电压包含高次谐波分量故障的功能，需要三相的子系统整流侧相互独立，所述单相系统的整流部分采用三相PWM整流电路来实现，用于整流输入的电网电压，且输出侧米用直流电容稳压。
[0023]为了产生电网电压的模拟电压，所述单相系统的逆变部分采用单相PWM逆变电路实现，用于将整流部分产生的直流电压进行逆变，将直流电压转化为与正弦波等效的PWM电压波形。
[0024]所述逆变部分的逆变电路是通过开关器件的驱动电路控制器件的导通和关断；所述逆变部分的桥臂输出端连接所述滤波单元，用以滤除桥臂输出产生的高次谐波。
[0025]为了对能量转换单元进行控制，来模拟电网电压的正常工作情况以及各种异常工作、闪变及故障情况，并实现与后台进行数据通讯，所述检测及控制系统包括依次连接的用于采集电压及电流信号的光纤通讯接口、数据采集与处理电路、控制与检测电路和故障与保护电路；所述检测及控制系统能够与后台系统进行数据通讯。
[0026]所述数据采集与处理电路、控制与检测电路和故障与保护电路均由单片机电路组成。
[0027]为了对整个系统的电流及电压进行检测，所述检测及控制系统还连接有若干电压检测单元和电流检测单元。
[0028]所述若干电压检测单元分别用于检测电网电压、单相系统的整流部分输出的直流电压和模拟电网输出电压；所述若干电流检测单元分别用于检测单相系统逆变部分的桥臂电流、模拟电网输出电流和三相交流电电感电流。
[0029]为了讲述能量转换单元的具体作用，所述的能量转换单元的工作原理为:整流部分，三相交流电A、B、C三相分别由三个脉冲宽度调制PWM整流电路产生直流电压，并在输出侧经由直流电容稳压；逆变部分，采用单相PWM逆变电路，通过开关器件的驱动电路控制器件的导通和关断，将整流部分产生的直流电压进行逆变，转化为与正弦波等效的PWM电压波形，并在输出侧加上所述滤波单元滤除高次谐波。
[0030]以下为具体实施例。
[0031]如图1所示,本实施例系统主要包括启动单元、能量转换单元、滤波单元和检测及控制系统；能量转换单元包含整流环节和逆变环节，利用多种转换方法，将输入的电网电压转换为幅值大小可变、频率范围可调、包含高次谐波、可以模拟三相不平衡及模拟电网电压波动和闪变的交流电压；其中，整流部分的功能是将输入的电网交流电压转换成直流电压，为后级的逆变部分提供稳定的直流电压；逆变部分的功能是将整流产生的直流电压转换成交流电压输出，通过检测及控制单元的控制来模拟电网电压的正常工作情况以及各种异常工作、闪变及故障情况。
[0032]如图2所示,能量转换单元的工作原理如下:
在初始状态时，断路器(QFl)处于断开状态，当装置需要上电时，QFl闭合，由于模拟电路要实现的模拟电压包含高次谐波分量故障的功能，需要三相的子系统整流测相互独立，A、B、C三相分别由三个脉冲宽度调制PWM整流电路产生直流电压；这样，能量转换单元由三个单项系统组成，每个单相的输出模拟电网的一相，每相系统的电路结构可分为整流部分和逆变部分；整流部分采用三相PWM整流电路来实现，将输入的电网电压整流，在输出侧采用直流电容稳压，为后面的逆变部分提供稳定的直流电压；整流部分的三相PWM整流可以适当被测试系统的有源负载产生的能量回馈到电网，实现能量的双向流动。[0033]逆变电路采用单相PWM逆变电路实现，逆变电路通过开关器件的驱动电路控制器件的导通和关断，将整流电路产生的直流电压进行逆变，转化为与正弦波等效的PWM电压波形，逆变器的桥臂输出时占空比不断变化的方波，因此在桥臂输出加上低通滤波器以滤除高次谐波。
[0034]如图3所示，检测及控制系统检测电网电压、桥臂电流、能量转换单元整流部分输出的直流电压、模拟电网输出电压、模拟电网输出电流和电感电流，通过数据采集与处理，对能量转换单元进行控制，来模拟各种需要的电网情况，并实现与后台进行数据通讯。
[0035]以上是本发明一种大功率电网电压模拟电路的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种大功率电网电压模拟电路，其特征在于:包括启动单元、能量转换单元、滤波单元和检测及控制系统； 所述启动单元包括并联连接的电阻和接触器，且接触器两端分别连接电网电压输入和能量转换单元； 所述能量转换单元包括三个单相系统，每个单相系统电路结构均分为整流部分和逆变部分； 所述检测及控制系统通过数据采集与处理，对能量转换单元进行控制，并实现与后台进行数据通讯； 所述能量转换单元、滤波单元和检测及控制系统两两之间相互连接。
2.根据权利要求1所述大功率电网电压模拟电路，其特征在于:所述单相系统的整流部分采用三相PWM整流电路来实现，用于整流输入的电网电压，且输出侧采用直流电容稳压。
3.根据权利要求1所述大功率电网电压模拟电路，其特征在于:所述单相系统的逆变部分采用单相PWM逆变电路实现，用于将整流部分产生的直流电压进行逆变，将直流电压转化为与正弦波等效的PWM电压波形。
4.根据权利要求3所述大功率电网电压模拟电路，其特征在于:所述逆变部分的逆变电路是通过开关器件的驱动电路控制器件的导通和关断；所述逆变部分的桥臂输出端连接所述滤波单元，用以滤除桥臂输出产生的高次谐波。
5.根据权利要求1所述大功率电网电压模拟电路，其特征在于:所述检测及控制系统包括依次连接的用于采集电压及电流信号的光纤通讯接口、数据采集与处理电路、控制与检测电路和故障与保护电路。
6.根据权利要求5所述大功率电网电压模拟电路，其特征在于:所述数据采集与处理电路、控制与检测电路和故障与保护电路均由单片机电路组成。
7.根据权利要求1或6所述大功率电网电压模拟电路，其特征在于:所述检测及控制系统还连接有若干电压检测单元和电流检测单元。
8.根据权利要求7所述大功率电网电压模拟电路，其特征在于:所述若干电压检测单元分别用于检测电网电压、单相系统的整流部分输出的直流电压和模拟电网输出电压；所述若干电流检测单元分别用于检测单相系统逆变部分的桥臂电流、模拟电网输出电流和三相交流电电感电流。
9.根据权利要求1所述大功率电网电压模拟电路，其特征在于:所述的能量转换单元的工作原理为:整流部分，三相交流电A、B、C三相分别由三个脉冲宽度调制PWM整流电路产生直流电压，并在输出侧经由直流电容稳压；逆变部分，采用单相PWM逆变电路，通过开关器件的驱动电路控制器件的导通和关断，将整流部分产生的直流电压进行逆变，转化为与正弦波等效的PWM电压波形，并在输出侧加上所述滤波单元滤除高次谐波。
【文档编号】G01R1/28GK103743931SQ201410002983
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2014年1月3日 优先权日:2014年1月3日
【发明者】林焱, 吴丹岳, 李发禄, 黄道姗, 郑建辉, 张健 申请人:国家电网公司, 国网福建省电力有限公司, 国网福建省电力有限公司电力科学研究院