一种具有随机扰动功能的电能质量试验装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种具有随机扰动功能的电能质量试验装置，本装置包括三相换流变压器、三相电子挡位调节器、三相晶闸管投切电容器组、变流器电路、配电变压器与配电开关柜、功率放大电路、DSP控制模块和函数发生器；本实用新型的有益效果是通过三相换流变压器接入380V配电网线路中，通过DSP控制模块发出不同的控制指令下生成具有随机扰动的谐波电压源和谐波电流源，同时也可以输出标准谐波电压源和电流源，并且还可以在调制信号下产生具有不同深度的电网过电压、欠电压、电压暂降、电压不平衡等电能质量问题。
【专利说明】-种具有随机扰动功能的电能质量试验装置
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种电能质量试验装置，尤其涉及一种具有随机扰动功能的电能 质量试验装置，属于模拟实验设备领域。
【背景技术】
[0002] 随着电力系统的不断发展，大量的非线性负荷如电弧炉、功率变流器等等给系统 带来了谐波、电压暂降、电压不平衡等问题，与此同时供电企业和用电用户对电能质量的要 求却越来越高，因此，工业上研制了并投入运行了用于改善电能质量的装置主要包括无源 滤波器、有源滤波器、动态电压恢复器、统一电能质量调节器、静止动态无功功率补偿器等。 该些设备主要是用于电能质量治理等，但是却没有一种能用于科研人员进行模拟试验研究 的综合的电能质量装置，因此有必要提供一种具有随机扰动功能的电能质量试验装置，用 于输出具有随机扰动的谐波电压源或谐波电流源，同时还可W模拟电网过电压或欠电压， 电压暂降，电压不平衡等电能质量问题的装置。
[0003] 中国实用新型专利201410276035.8 "-种电能质量谐波扰动源平台"公开了 能在10KV和0. 38KV基波电压条件下输出0至50次谐波及其叠加标准谐波电压的电压 源，来模拟电网暂降、波动、H相不平衡电能质量问题的平台。它改进了中国发明专利 200810020372. 5"馈能式电能质量扰动装置"和实用新型专利200820080190. 2"串联型电压 扰动装置"不能输出谐波电压源的主要缺点。但是中国实用新型专利201410276035. 8 " - 种电能质量谐波扰动源平台"却无法输出具有随机扰动的谐波源，只能输出固定的谐波；且 W上专利对电压暂降的功能的实现比较单一，没有根据不同的电压暂降类型的特征量来生 成具体类型的故障；也不能对各相输出不同的过电压与欠电压，只能输出相同的H相过电 压与欠电压。 实用新型内容
[0004] 针对现有技术的不足，本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种功能全面、 使用方便的具有随机扰动功能的电能质量试验装置。
[0005] 本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案：
[0006] 一种具有随机扰动功能的电能质量试验装置，其包括H相换流变压器、H相电子 挡位调节器、H相晶间管投切电容器组、变流器电路、配电变压器与配电开关柜、功率放大 电路、DSP控制模块和函数发生器；
[0007] 所述H相换流变压器的一次侧接H相供电线，其二次侧分别接H相电子挡位调节 器、H相晶间管投切电容器组和变流器电路的进线输入端；所述DSP控制模块的控制信号 输出端分别接H相电子挡位调节器、H相晶间管投切电容器组和变流器电路的控制信号接 收端，所述H相电子挡位调节器、H相晶间管投切电容器组和变流器电路的输出端分别接 配电变压器和配电开关柜的相应输入端，所述配电变压器与配电开关柜输出端接入负载的 电源输入端，所述函数发生器的随机谐波信号输出端经功率放大电路后叠加在配电变压器 与配电开关柜输出端再输入所述负载的电源输入端。
[0008] 本装置可W在不同的控制指令下生成具有随机扰动的谐波电压源和谐波电流源， 并且可W调制产生电网过电压、欠电压、电压暂降、电压不平衡等扰动类型或故障。
[0009] 进一步的，所述配电变压器与配电开关柜包括配电开关和配电变压器；所述H相 电子挡位调节器、H相晶间管投切电容器组和变流器电路的输出端接配电变压器的输入 端，所述配电变压器的输出端接入配电开关的输入端，所述配电开关的输出端接负载的电 源输入端。
[0010] 进一步的，所述H相电子挡位调节器包括H个结构相同的单相电子挡位调节器， H个所述结构相同的单相电子挡位调节器相并联，其构成4个输入端口和3个输出端口，所 述4个输入端口中的3个输入端口分别与H相换流变压器的3个输出端相连接，其另1个 输入端口接地；每个所述单相电子挡位调节器包括5个双向可控娃晶间管和1个自禪变压 器；5个所述双向可控娃晶间管的主极T1均对应连接在H相换流变压器的1个输出端上， 其次极T2分别接在自禪变压器不同等级的输入抽头端，其控制极G与DSP控制模块的控制 信号输出端相连接。
[0011] 所述H相电子挡位调节器通过接收DSP控制模块发出的控制信号触发双向可控 娃晶间管实现对挡位的快速切换，从而能实现对能量传递的开通与关断。
[0012] 进一步的，所述H相晶间管投切电容器组包括H个结构相同的单向晶间管投切电 容器，所述H个结构相同的单向晶间管投切电容器并联；每个所述单向晶间管投切电容器 包括2个单向晶间管和投切电容，2个所述单向晶间管反向并联后与投切电容串联；所述单 向晶间管的控制极G与DSP控制模块的控制信号输出端相连接。所述双向可控娃晶间管和 单向晶间管统称为开关管为本领域技术人员公知。
[0013] 所述H相晶间管投切电容器组采用两个反相并联的单相晶间管与电容串联来实 现H相晶间管投切电容器组的并入电网或从电网断开；所述H相晶间管投切电容器组还包 括3个扼流电感，3个所述扼流电感分别对应和3个所述单向晶间管投切电容器串联；所述 扼流电感是用来抑制电容器投入电网时可能造成的冲击电流。
[0014] 进一步的，所述变流器电路包括H相全桥整流电路、储能电容C和H相全桥逆变 电路；所述H相全桥整流电路和H相全桥逆变电路组成的电路为两个反向连接的结构相同 的H相电压型PWM功率变流器；所述H相全桥整流电路的输出端接H相全桥逆变电路的输 入端；所述储能电容C并联在H相全桥整流电路的输出端两端；所述H相电压型PWM功率 变流器中各个开关管的控制极G与DSP控制模块的控制信号输出端相连接。
[0015] 进一步的，所述H相换流变压器的二次侧经H相滤波电感后分别接H相电子挡位 调节器、H相晶间管投切电容器组和变流器电路的进线输入端。
[0016] 进一步的，所述H相换流变压器将电能从电网输入到系统，同时起到电气隔离的 作用，所述H相换流变压器一次侧接成星型连接在H相供电线路上，其二次侧接成H角形， 二次侧输出经H相滤波电感滤波后分别同H相电子挡位调节器、H相晶间管投切电容器组 和变流器电路并联；其可W实现扰动装置与电网的电气隔离作用，同时实现能量的输送。
[0017] 进一步的，所述H相晶间管投切电容器组还包括3个扼流电感；3个所述扼流电感 分别对应和3个所述单向晶间管投切电容器串联。
[0018] 进一步的，所述变流器电路还包括进线滤波电感和出线滤波电感；所述变流器电 路的输入端分别分别接进线滤波电感，其输出端分别接出线滤波电感。
[0019]进一步的，所述DSP控制模块的型号为TMS32(F28335PGFA，所述功率放大电路对 函数发生器生成的模拟信号进行功率放大。所述DSP控制模块用于生成控制信号，用来控 制电路中的各个开关管。
[0020] 本实用新型利用函数发生器与功率放大电路组合来控制产生具有随机扰动的谐 波电压电流输出。所述函数发生器的型号为AFG2000任意函数发生器。
[0021] 本实用新型的有益效果如下：
[0022] 本实用新型作为研究人员进行试验研究的扰动装置，用来检验在各种故障工况下 的电网运行的设备稳定性和性能巧W模拟出具有随机扰动的谐波电压源、谐波电流源，利 用对H相电子档位调节器的控制模拟电网不同深度的过电压与欠电压；利用对变流器电路 的控制模拟不同类型的电压暂降；利用H相晶间管投切电容器组的控制模拟电压不平衡 等问题，为高校或者科研所人员提供试验平台，本实用新型各个模块分别独立控制，控制简 单，便于安装实现的一体化平台。
【专利附图】
【附图说明】
[0023] 附图1为本实用新型的结构组成示意图。
[0024] 附图2为本实用新型中H相电子挡位调节器结构示意图。
[0025] 附图3为本实用新型中H相晶间管投切电容器组的电路结构示意图。
[0026] 附图4为本实用新型中变流器电路的电路结构示意图。
[0027]其中，1H相换流变压器、2H相电子挡位调节器、3H相晶间管投切电容器组、4 变流器电路、5配电变压器与配电开关柜、6功率放大电路、7DSP控制模块、8函数发生器。
【具体实施方式】
[0028] 下面结合附图广4和实施例对本实用新型进行进一步说明：
[0029] 由附图1所示的实施例可知，本实施例包括H相换流变压器1、H相电子挡位调节 器2、H相晶间管投切电容器组3、变流器电路4、配电变压器与配电开关柜5、功率放大电路 6、DSP控制模块7和一台AFG2000任意函数发生器8;
[0030]所述H相换流变压器1的一次侧接H相供电线，其二次侧分别接H相电子挡位调 节器2、H相晶间管投切电容器组3和变流器电路4;所述DSP控制模块7的控制信号输出 端分别接H相电子挡位调节器2、H相晶间管投切电容器组3和变流器电路4的控制信号接 收端，所述H相电子挡位调节器2、H相晶间管投切电容器组3和变流器电路4的输出端分 别接配电变压器和配电开关柜5的相应输入端，所述配电变压器与配电开关柜5输出端接 入负载的电源输入端，所述AFG2000任意函数发生器8生成的随机谐波信号输出端经功率 放大电路6进行功率放大后叠加在配电变压器与配电开关柜5输出端再输入所述负载的电 源输入端。
[0031] 本装置可W在不同的控制指令下生成具有随机扰动的谐波电压源和谐波电流 源，并且可W调制产生电网过电压、欠电压、电压暂降、电压不平衡等扰动类型或故障。
[0032]所述H相换流变压器1将电能从电网输入到系统，同时起到电气隔离的作用，变 压器一次侧接成星型连接在H相供电线路上，二次侧接成H角形，二次侧输出经H相滤波 电感滤波后分别同H相电子挡位调节器2、H相晶间管投切电容器组3和两个反向连接的 变流器电路4并联；其可W实现扰动装置与电网的电气隔离作用，同时实现能量的输送。
[0033] 如附图2所示，所述H相电子挡位调节器2包括H个结构相同的单相电子挡位调 节器，所述H个结构相同的单相电子挡位调节器相并联构成4个端口输入，3端口输出，其 中4个端口输入中的3个端口连接H相换流变压的输出端，1个端口接地；所述单相电子挡 位调节器包括5个双向可控娃晶间管和1个自禪变压器；5个所述双向可控娃晶间管的主 极T1均接在进线输入端，次极T2分别接在自禪变压器不同等级的输入抽头端，其控制极G 用于接收控制信号。所述H相电子挡位调节器2通过接收控制信号触发实现双向可控娃晶 间管对挡位的快速切换，从而能实现对能量传递的开通与关断。
[0034] 如附图3所示，所述H相晶间管投切电容器组3包括H个结构相同的单向晶间管 投切电容器，所述H个结构相同的单向晶间管投切电容器并联；其中控制极G用于接受控 制信号，所述单向晶间管投切电容器包括两个单向晶间管和投切电容；两个所述单向晶阀 管反向并联后与投切电容串联。所述H相晶间管投切电容器组3采用两个反相并联的单相 晶间管与电容器串联来实现H相晶间管投切电容器组3的并入电网或从电网断开；所述H 相晶间管投切电容器组3还包括H个扼流电感，H个所述扼流电感分别对应和H个所述单 向晶间管投切电容器串联；H个串联的扼流电感是用来抑制电容器投入电网时可能造成的 冲击电流。
[0035] 如附图4所示，所述两个反向连接的变流器电路4包括H相全桥整流电路、储能电 容C和H相全桥逆变器；所述H相全桥整流电路和H相全桥逆变器为反向连接的两个H相 电压型PWM变流器，所述H相全桥整流电路的输出端接H相全桥逆变器的输入端，所述储 能电容C并联在H相全桥整流电路的输出端两端。
[0036] 所述DSP控制模块7的型号为TMS32CF28335PGFA。所述功率放大电路6对AFG2000 任意函数发生器8生成的模拟信号进行功率放大。所述DSP控制模块7用于生成控制信号， 来控制电路中的各个开关管，所述开关管包括双向可控娃晶间管和单相晶间管。本实用新 型利用AFG2000任意函数发生器8与功率放大电路6组合来控制产生具有随机扰动的谐波 电压电流输出。
[0037] 本实用新型的实施及有益效果的实现仅W上述硬件组合为基础。
[0038] 本实用新型包括W下两种工作模式：
[0039](一)、电压源工作模式：
[0040] 其中电压源工作模式包括W下功能：
[0041] 1具有随机扰动功能的谐波电压源发生器功能
[0042] 采用Tektronix公司生产的AFG2000型任意函数发生器，生成W下模拟信号两部 分组成：正弦谐波部分+H角波信号；通过改变H角波信号的幅值或频率使得正弦谐波部 分+H角波信号的混合信号具有了随机性。
[004引其中：
[0044] 正弦谐波部分=基波正序电压幅值或有效值+基波负序电压幅值或有效值+ 基波正序电压相位+基波负序电压相位+正序2至60次谐波电压幅值或有效值+负序 2至60次谐波电压幅值或有效值+正序2至60次谐波电压相位+负序2至60次谐波电 压相位+电压基准频率；
[0045]
【权利要求】
1. 一种具有随机扰动功能的电能质量试验装置，其特征在于：其包括三相换流变压器 (1) 、三相电子挡位调节器（2)、三相晶闸管投切电容器组（3)、变流器电路（4)、配电变压器 与配电开关柜（5)、功率放大电路（6)、DSP控制模块（7)和函数发生器（8); 所述三相换流变压器（1)的一次侧接三相供电线，其二次侧分别接三相电子挡位调节 器（2)、三相晶闸管投切电容器组（3)和变流器电路（4)的进线输入端；所述DSP控制模块 (7)的控制信号输出端分别接三相电子挡位调节器（2)、三相晶闸管投切电容器组（3)和变 流器电路（4)的控制信号接收端，所述三相电子挡位调节器（2)、三相晶闸管投切电容器组 (3)和变流器电路（4)的输出端分别接配电变压器和配电开关柜（5)的相应输入端，所述配 电变压器与配电开关柜（5)输出端接入负载的电源输入端，所述函数发生器（8)的随机谐 波信号输出端经功率放大电路（6)后叠加在配电变压器与配电开关柜（5)输出端再输入所 述负载的电源输入端。
2. 根据权利要求1所述的一种具有随机扰动功能的电能质量试验装置，其特征在于： 所述配电变压器与配电开关柜（5)包括配电开关和配电变压器；所述三相电子挡位调节器 (2)、三相晶闸管投切电容器组（3)和变流器电路（4)的输出端接配电变压器的输入端，所 述配电变压器的输出端接入配电开关的输入端，所述配电开关的输出端接负载的电源输入 端。
3. 根据权利要求1所述的一种具有随机扰动功能的电能质量试验装置，其特征在于： 所述三相电子挡位调节器（2)包括三个结构相同的单相电子挡位调节器，三个所述结构相 同的单相电子挡位调节器相并联，其构成4个输入端口和3个输出端口，所述4个输入端口 中的3个输入端口分别与三相换流变压器（1)的3个输出端相连接，其另1个输入端口接 地；每个所述单相电子挡位调节器包括5个双向可控硅晶闸管和1个自耦变压器；5个所述 双向可控硅晶闸管的主极T1均对应连接在三相换流变压器（1)的1个输出端上，其次极T2 分别接在自耦变压器不同等级的输入抽头端，其控制极G与DSP控制模块（7)的控制信号 输出端相连接。
4. 根据权利要求1所述的一种具有随机扰动功能的电能质量试验装置，其特征在于： 所述三相晶闸管投切电容器组（3)包括三个结构相同的单向晶闸管投切电容器，所述三个 结构相同的单向晶闸管投切电容器并联；每个所述单向晶闸管投切电容器包括2个单向晶 闸管和投切电容，2个所述单向晶闸管反向并联后与投切电容串联；所述单向晶闸管的控 制极G与DSP控制模块（7)的控制信号输出端相连接。
5. 根据权利要求1所述的一种具有随机扰动功能的电能质量试验装置，其特征在于： 所述变流器电路（4 )包括三相全桥整流电路、储能电容C和三相全桥逆变电路；所述三相全 桥整流电路和三相全桥逆变电路组成的电路为两个反向连接的结构相同的三相电压型PWM 功率变流器；所述三相全桥整流电路的输出端接三相全桥逆变电路的输入端；所述储能电 容C并联在三相全桥整流电路的输出端两端；所述三相电压型PWM功率变流器中的各个开 关管的控制极G与DSP控制模块（7)的控制信号输出端相连接。
6. 根据权利要求1所述的一种具有随机扰动功能的电能质量试验装置，其特征在于： 所述三相换流变压器（1)的二次侧经三相滤波电感后分别接三相电子挡位调节器（2)、三 相晶闸管投切电容器组（3 )和变流器电路（4 )的进线输入端。
7. 根据权利要求1所述的一种具有随机扰动功能的电能质量试验装置，其特征在于： 所述三相换流变压器（1)的一次侧呈星型连接在三相供电线上，其二次侧呈三角形分别连 接在三相电子挡位调节器（2)、三相晶闸管投切电容器组（3)和变流器电路（4)的进线输入 端上。
8. 根据权利要求4所述的一种具有随机扰动功能的电能质量试验装置，其特征在于： 所述三相晶闸管投切电容器组（3)还包括3个扼流电感；3个所述扼流电感分别对应和3个 所述单向晶闸管投切电容器串联。
9. 根据权利要求5所述的一种具有随机扰动功能的电能质量试验装置，其特征在于： 所述变流器电路（4)还包括进线滤波电感和出线滤波电感；所述变流器电路（4)的输入端 分别分别接进线滤波电感，其输出端分别接出线滤波电感。
10. 根据权利要求1所述的一种具有随机扰动功能的电能质量试验装置，其特征在于： 所述DSP控制模块（7)型号为TMS320F28335PGFA，所述函数发生器（8)的型号为AFG2000 任意函数发生器。
【文档编号】G01R31/00GK204179661SQ201420668983
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年11月11日 优先权日:2014年11月11日
【发明者】李建文, 齐飞, 李永刚 申请人:华北电力大学（保定）