一种电压暂降发生器及电压暂降试验系统的制作方法

本申请涉及电气工程技术领域，尤其涉及一种电压暂降发生器及电压暂降试验系统。

背景技术：

随着经济社会的发展，电压暂降与短时中断造成的危害及带来的经济损失已经成为供电公司与用户最为关注的电能质量问题。电压暂降是某点工频电压均方根值突然降低至额定电压的10％-90％，并在短暂持续10ms～1min后恢复正常的现象。对于如变速驱动装置(ASD)、程序逻辑控制器(PLC)、计算机系统等电压敏感设备而言，电压暂降会使设备停止工作，严重的电压暂降还会使设备损坏。

在研究电压暂降对用电设备的影响时，首先需要进行的一项工作是对不同的用电设备进行电压暂降耐受能力的测试。通常，可以通过电压暂降试验来测试用电设备的耐受能力。在电压暂降试验时，可以模拟电网的电压暂降，对该过程中的待测设备的响应现象进行分析，从而对待测设备的电压暂降耐受能力进行评估。

然而在进行电压暂降试验时，待测设备处于非正常工作状态，并且随时可能由于耐受不住而损坏，在这种情况下，试验侧发生接地短路故障的风险会大大增加，一旦发生接地短路，作为试验电源的供电电网会出现很大的波动，甚至影响整个电网的正常工作；此外，若试验人员此时不小心触碰到了电气部分，容易发生触电事故，试验人员的触电风险大大增加。

技术实现要素：

本申请实施例提供了一种电压暂降发生器及电压暂降试验系统，解决了进行电压暂降试验时，试验侧一旦发生接地短路便会引起供电电网波动以及造成现场试验人员触电风险增加的技术问题。

有鉴于此，本申请第一方面提供了一种电压暂降发生器，包括：电源侧变换器、中间级变换器以及负载侧变换器；

所述电源侧变换器的直流输出端与所述中间级变换器的输入端连接，所述中间级变换器的输出端与所述负载侧变换器的直流输入端连接；

所述电源侧变换器通过所述中间级变换器与所述负载侧变换器形成电气隔离。

优选地，所述中间级变换器具体包括：第一双H桥电路、隔离变压器以及第二双H桥电路；

所述第一双H桥电路的双H桥输出端与所述隔离变压器的一次侧连接，所述隔离变压器的二次侧与所述第二双H桥电路的双H桥输入端连接。

优选地，所述隔离变压器具体为高频变压器。

优选地，所述电源侧变换器与所述负载侧变换器具体为三电平电压源变换器，所述电源侧变换器与所述负载侧变换器通过所述中间级变换器形成背靠背连接。

本申请第二方面提供了一种电压暂降试验系统，该系统包括：待测设备连接位以及上述第一方面提供的任一种电压暂降发生器；

所述电压暂降发生器的交流输入侧用于与供电电网连接，所述电压暂降发生器的交流输出侧与所述待测设备连接位的输入接线端连接，所述待测设备连接位的输出接线端用于与待测设备连接。

优选地，所述电压暂降发生器与所述待测设备连接位之间连接有第一开关，所述待测设备连接位与所述待测设备之间连接有第二开关。

优选地，还包括：可编程负载；

所述待测设备具体为所述可编程负载。

优选地，所述待测设备连接位还包括电压测试端子与电流测试端子。

优选地，还包括：示波器；

所述示波器用于通过所述电压测试端子与电流测试端子与所述待测设备连接。

优选地，所述待测设备连接位还包括：透明防护罩，用于罩住所述待测设备以形成隔离。

从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：

本申请实施例中，提供了一种电压暂降发生器，其包括电源侧变换器、中间级变换器以及负载侧变换器。其中，电源侧变换器通过中间级变换器与负载侧变换器形成连接，并且，电源侧变换器还通过中间级变换器与负载侧变换器形成电气隔离。

当本申请实施例提供的电压暂降发生器用于电压暂降试验时，即使在试验过程中发生了接地短路故障，但由于在电压暂降发生器处实现了电网侧与试验侧之间的电气隔离，短路故障被隔离在试验侧，不会对电网侧带来影响，保证了电网的稳定性。

另一方面，电气隔离使得试验人员只有触碰到电网侧的电气部分才会触电，而在触碰到试验侧的电气部分时不会触电，从而大大降低了试验人员的触电风险。

附图说明

图1为本申请提供的电压暂降发生器的第一个实施例的结构示意图；

图2为本申请提供的电压暂降发生器的第二个实施例的单相电路图；

图3为本申请提供的一种电压暂降试验系统的一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请提供了一种电压暂降发生器，通过在电源侧变换器与负载侧变换器设置中间级变换器，使得电源侧变换器与负载侧变换器之间实现了电气隔离。

下面请参见图1，图1为本申请提供的电压暂降发生器的第一个实施例的结构示意图，该电压暂降发生器包括：电源侧变换器11、中间级变换器12以及负载侧变换器13。

电压暂降发生器的实现方式有多种，比如，可以采用自耦调压器实现电压暂降，但自耦调压器只能模拟电压暂降深度和持续时间两个电压暂降特征量，无法准确模拟电压暂降中的相位跳变和起始点；还有一种更好的实现方式是通过变换器的“背靠背”连接。

通过“背靠背”连接方式的电压暂降发生器，其可以实现能力的双向流动，既可以实现能量从“供电电网→待测设备”，也可以从“待测设备→供电电网”。多数情况下，能量是从电网流向待测设备，但如果待测设备为电机类具有能量回馈特性的负载时，能量也可能从待测设备流向供电电网。需要说明的是，除特别说明外，本申请记载的内容均应以能量从供电电网流向待测设备为基础进行理解。

在本实施例中，电源侧变换器11的直流输出端可以与中间级变换器12的输入端连接，中间级变换器12的输出端可以与负载侧变换器13的直流输入端连接。需要说明的是，电源侧变换器11可以将供电电网的交流整流为直流，因此其具有交流输入端与直流输出端，其中，直流输出端与中间级变换器12连接。而负载侧变换器13可以将直流重新逆变为交流，具有直流输入端与交流输出端。

中间级变换器12除了实现电源侧变换器11与负载侧变换器13之间的连接，其还实现了两者之间的电气隔离，即电源侧变换器11通过中间级变换器12可以与负载侧变换器13形成电气隔离。

以上是本申请提供的电压暂降发生器的第一个实施例的详细说明，当该实施例提供的电压暂降发生器用于电压暂降试验时，即使在试验过程中，试验侧发生了接地短路故障，但由于在电压暂降发生器处实现了电网侧与试验侧之间的电气隔离，短路故障被限制在试验侧，因此不会对电网侧带来影响，保证了电网的稳定性；另一方面，电气隔离使得试验人员只有触碰到电网侧的电气部分才会触电，而在触碰到试验侧的电气部分时不会触电，从而大大降低了试验人员的触电风险。

下面请参见图2，图2为本申请提供的电压暂降发生器的第二个实施例的单相电路图。

中间级变换器12实现了电源侧变换器11与负载侧变换器13之间的电气隔离，实现电力隔离的方式有多种，比如可以通过光电耦合元件实现两侧电路的电气隔离，也可以通过隔离变压器22来实现电气隔离。

本实施例中，中间级变换器12主要包括两个双H桥电路以及隔离变压器22，其中，两个双H桥电路分别为第一双H桥电路21与第二双H桥电路23。隔离变压器22可以实现交流之间的电气隔离，但由于在经过电源侧变换器11后供电电网提供的交流电被整流为了直流电，因此可以设置第一双H桥电路21，将直流重新逆变为交流。

具体的，第一双H桥电路21可以为单相全桥拓扑结构，可以选择多种全控型开关器件，优选的一种是IGBT。第一双H桥电路21的双H桥输出端可以与隔离变压器22的一次侧连接。

由于电压暂降发生器主要是依靠电源侧变换器11与负载侧变换器13的配合变换实现电压暂降波形输出的，而负载侧变换器13的输入端为直流输入端，因此隔离变压器22二次侧的交流需要重新整流为直流以输入负载侧变换器13。

具体的，隔离变压器22的二次侧可以与第二双H桥电路23的双H桥输入端连接，其中，第二双H桥电路23与第一双H桥电路21可以是相同的电路，两个双H桥电路之间通过隔离变压器22形成“背靠背”连接。通过第二双H桥电路使得隔离变压器22二次侧输出的交流经过再一次整流回直流。

需要说明的是，隔离变压器22除了实现电气隔离的作用，还可以使得电压暂降可调范围更大，具体的，可以通过调整隔离变压器22的变比。隔离变压器22的变比不一定要设置成1:1，可以根据需要进行调整，从而使得输入和输出的直流电压不同，例如，可以通过变比调整使得输入中间级变换器12的直流电压为500V，输出的直流电压为200V。

进一步的，由于隔离变压器22体积大而笨重，为了降低装置的体积，隔离变压器22具体可以为高频变压器。

电源侧变换器11是可以将供电电网的交流整流为直流的变换器，而负载侧变换器13是可以将直流重新逆变为交流的变换器。能够单独实现整流或逆变的变换器有多种，但为了更好的模拟电源与负载间能量的双向流动，选择的变换器最好是同时具备整流与逆变功能的双向变换器。

双向变换器的实现方式同样有多种，比如电源侧变换器11与负载侧变换器13可以为全桥电路，通过合理的控制全桥电路中的开关管，可以实现正向整流反向逆变。应当理解的是，上述的正向也可以是反向，反向也可以是正向，并不是对方向的限定。

全桥电路只是一种实现方式，还有其他双向变换器的实现方式，其中一种更为优选的实现方式是可以采用三电平电压源变换器，为了方便，称之为三电平电路。三电平电路同样可以实现整流与逆变双功能，相比全桥电路，其具有更多的优点。

全桥电路的单相桥臂由两个IGBT管组成，而三电平电路的单相桥臂由四个IGBT管组成，因此开关管承受的电压应力降低了一倍，有利于延长开关管器件的寿命，并且，三电平电路降低了开关管器件的耐压要求，因此可以选用的开关管范围更广。另一方面，全桥电路只能输出两电平，而三电平电路可以输出三电平，使输出波形的谐波更少，波形质量更高，在输出特性上更加优良，更适合高压大容量应用场合。

在本实施例中，电源侧变换器11与负载侧变换器13都可以设置为三电平电压源变换器，两个三电平电压源变换器通过中间级变换器12实现背靠背连接。可以理解的是，由于三电平电压源变换器是双向流动的变换器，其包括直流侧与交流侧，对于电源侧变换器11而言，三电平电压源变换器的交流侧为输入端，直流侧为输出端，而对于负载侧变换器13，交流侧为输出端，直流侧为输入端。

需要说明的是，本申请中描述的输入端与输出端均是基于电源流向负载的方向上的输入与输出，当然，若负载为有源负载时，在某些情况下，负载可能反向供电给电源，此时的输入与输出正好相反。

以上为本申请提供的电压暂降发生器的第二个实施例的详细说明。本实施例中，电源侧变换器11与负载侧变换器13均设置为三电平电压源变换器，两个三电平电压源变换器通过中间级变换器12实现背靠背连接。而中间级变换器12设置为H桥逆变电路第一双H桥电路21、高频变压器以及第二双H桥电路23的组合，在实现了电气隔离的同时，也增大了电压暂降模拟的可调范围。

在进行电压暂降试验时，即使在试验过程中发生了接地短路故障，但由于在电压暂降发生器的中间级变换器12处实现了电网侧与试验侧之间的电气隔离，短路故障便不会对供电电网带来影响，保证了电网的稳定性；并且，在接地短路故障时，试验人员只有触碰到试验侧的电气部分才会触电，触碰电网侧的电气部分则不会触电，从而大大降低了试验人员的触电风险。

下面请参见图3，图3为本申请提供的一种电压暂降试验系统的一个实施例的结构示意图，该系统包括：待测设备连接工装以及本申请上述实施例中提供的任一种电压暂降发生器。

在进行电压暂降试验时，电压暂降发生器32的交流输入侧可以与供电电网31连接，以电网作为试验电源来模拟真实的用电情况。电压暂降发生器32的交流输出侧可以与待测设备连接位34的输入接线端连接，待测设备连接位34的输出接线端可以与待测设备连接，从而形成一个完成的电压暂降试验系统。需要说明的是，待测设备即为电压暂降试验的试验对象。

为了能够更安全的退出试验或者改变试验系统的接线，可以在电压暂降发生器32与待测设备连接位34之间设置第一开关33，在待测设备连接位34与待测设备之间设置第二开关35。

进一步的，本实施例提供的系统还可以包括可编程负载36。可编程负载36是一种虚拟负载，其可以模拟多种交流及直流负载。用于交流负载模拟时，可以模拟定电流、定电阻、定功率、RLC、浪涌电流等模式；用于直流负荷模拟时，可模拟定电流、定电阻、定功率、定电压、整流等模式。

当使用可编程负载36作为待测设备所带的负载时，可编程负载36与待测设备连接成有机整体，其可以通过第二开关35与待测设备连接位34连接。当然，若是需要对真实用电负载进行试验，则可以断开第二开关35，将可编程负载36退出试验系统，以真实用电负载代替可编程负载36进行测试。

待测设备连接位34是配套电压暂降试验设置的工装，其提供了电压暂降试验需要用到的各种接线端口与试验线，比如上述的输入接线端与输出接线端，可以实现供电电网31与待测设备之间的连接。当然，待测设备连接位34还可以包括其他接线端子，比如电压测试端子与电流测试端子。

电压测试端子与电流测试端子可以与其他的测试设备进行连接，各种测试设备均可以通过该电压测试端子与电流测试端子采集到待测设备的电压与电流数据。具体的测试设备有多种，可以是电压采集器，或者电流采集器，也可以是功率测试器等。而在本实施例中，该测试设备可以设置为示波器37，示波器37可以通过电压测试端子与电流测试端子与待测设备连接，方便对其电流和/或电压的波形进行记录与分析。

待测设备连接位34还提供了一个透明的防护罩，该透明防护罩可以罩住放在待测设备连接位34提供的工位上的待测设备，通过物理的方式形成一定的隔离效果，防止现场试验人员触电。由于选取了透明材质，因此也方便实时查看待测设备的响应现象。

以上为本申请提供的一种电压暂降试验系统的实施例的详细说明，该试验系统大体由待测设备连接位34、可编程负载36以及本申请上述实施例中提供的任一种电压暂降发生器32构成。其中，待测设备连接位34提供了各种接线端口以及试验线，为电压暂降试验的接线提供了极大的便利。而可编程负载36可以对不同特点的用电负载进行模拟，相当于可以对不同的用电设备的电压暂降耐受能力进行测试。

在使用上述系统进行电压暂降试验时，即使在试验过程中发生了接地短路故障，但由于在试验系统中的电压暂降发生器32处实现了电网侧与试验侧之间的电气隔离，短路故障不会对供电电网31带来影响，保证了电网的稳定性；另一方面，电气隔离使得试验人员只有触碰到电网侧的电气部分才会触电，而在触碰到试验侧的电气部分时不会触电，从而大大降低了试验人员的触电风险。

本申请的说明书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

应当理解，在本申请中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：只存在A，只存在B以及同时存在A和B三种情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。

以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。