一种模块化模拟装置及其控制方法与流程

本发明属于模块化模拟装置，具体涉及一种模块化模拟装置及其控制方法。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、随着电力技术的发展，对电气设备性能、可靠性要求越来越高，对电气设备能够承受背景电能质量状况的耐受程度提出了相应的标准要求；对电能质量治理设备的补偿效果提出了相应的标准；其中，电网背景谐波电压是电网中一个重要特征参数，直接关系到设备对谐波的承受能力，设备对谐波的耐受等经济技术问题；负载模拟的有功、无功、谐波等特定线性和非线性负载，为有源电力滤波器及无功补偿设备等电能质量产品的检验、测试、老化等提供需要测试的有功、无功、谐波、不平衡、特定谐波次数等众多指标。

3、发明人发现，常规的电网模拟和电子负载是两套独立装置，分别模拟电网变化和电网中负载情况，接线使用麻烦，经济投入负担加重；当需要同时模拟电网电压和用电负载时，需接入两套独立设备，占地面积大且不易调试，两套设备在调试时会相互影响进而调试精度，严重时造成电网的谐波污染。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提出了一种模块化模拟装置及其控制方法，既能够模拟局部电网背景谐波电压，为电能质量设备动态检测提供高精度、智能化的电网背景谐波电压，满足不同设备的测试需求；又能够模拟不同的阻性、感性、容性负载及它们的组合以及突增突减和不平衡负载，也可模拟非线性负载、谐波的某些特性；装置同时和电网无缝连接，并将有功能量实时馈入电网。

2、根据一些实施例，本发明的第一方案提供了一种模块化模拟装置，采用如下技术方案：

3、一种模块化模拟装置，包括总控制器以及分别与所述总控制器相连接的双向能量调控单元、电压/负载模拟单元和电压/负载模式切换单元；所述双向能量调控单元串联设置在所述模块化模拟装置的交流输入端，所述电压/负载模式切换单元串联设置在所述模块化模拟装置的交流输出端；所述双向能量调控单元与所述电压/负载模拟单元通过背靠背直流母线相连接；

4、所述总控制器根据接收到的电压/负载的模拟工作模式和数据指令，切换电压/负载模式切换单元的逻辑转换，电压/负载模拟单元根据所接收到的信息发出控制指令，控制电压电流发生单元产生相应的背景电压或负载电流，结合所采集到的电压负载模拟单元总输出侧的电压、电流互感器信号进行反馈比较，调整所述总控制器的控制指令。

5、作为进一步的技术限定，所述模块化模拟装置还包括与所述总控制器相连接的人机界面和远程监控平台；通过人机界面或远程监控平台向总控制器发送电网背景电压和负载电流数据的参数信息，所发送的参数信息经总控制器处理后下发至所述电压/负载模拟单元。

6、作为进一步的技术限定，所述双向能量调控单元包括若干个并联连接的双向能量调控子单元，所述电压/负载模拟单元包括若干个并联连接的电压/负载模拟子单元。

7、进一步的，每个双向能量调控子单元与每个电压/负载模拟子单元连接后组成一个电压/负载模拟功率单元模块对，所有的电压/负载模拟功率单元模块对的输入端并联相接后再串联接入输入侧电网，所有的电压/负载模拟功率单元模块对的输出端并联相接后先连接测试设备的输入端再与所述电压/负载模拟模式切换单元串联后接入总输出侧电网。

8、进一步的，所述总控制器根据测试设备的容量和电压电流的特性要求，加载控制每个电压/负载模拟功率单元模块对的输出。

9、进一步的，所述总控制器根据测试设备的容量和电网电压和负载特性要求，自动选择加载控制所需要投入的功率单元对数量，先启动能量调控单元稳定控制直流母线，再启动相应的电压负载模拟单元，通过光纤同步控制策略控制每个模拟单元的输出，以同步输出幅值和相位。

10、进一步的，所述总控制器与每个电压/负载模拟功率单元模块对双向通信，当单个电压/负载模拟功率单元模块对出现故障时，出现故障的电压/负载模拟功率单元模块对自动退出运行，剩下的电压/负载模拟功率单元模块对根据负载容量自动均分输出。

11、进一步的，每个所述双向能量调控子单元的交流侧均与交流输入端电网连接；所述双向能量调控子单元的输入端并联rc高频吸收子单元，再依次串联接触器缓冲电路、输入电抗器和变流器，以接收总控制器的信号，实现交直流能量双向传递；所述变流器的直流输出端连接所述电压/负载模拟单元的直流端。

12、进一步的，每个所述双向能量调控子单元的输出端直流母线相互独立；所述每个电压负载模拟子单元的直流输入正负端接入模拟逆变器。

13、根据一些实施例，本发明的第二方案提供了一种模块化模拟装置的控制方法，采用了第一方案中所提供的模块化模拟装置，采用如下技术方案：

14、一种模块化模拟装置的控制方法，总控制器根据接收到的电压/负载的模拟工作模式和数据指令，切换电压/负载模式切换单元的逻辑转换，电压/负载模拟单元根据所接收到的信息发出控制指令，控制电压电流发生单元产生相应的背景电压或负载电流，结合所采集到的电压负载模拟单元总输出侧的电压、电流互感器信号进行反馈比较，调整所述总控制器的控制指令。

15、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

16、本发明能够模拟局部电网背景谐波电压，为电能质量设备动态检测提供高精度、智能化的电网背景谐波电压，满足不同设备的测试需求；又能够模拟不同的阻性、感性、容性负载及它们的组合以及突增突减和不平衡负载，也可模拟非线性负载、谐波的某些特性；装置同时和电网无缝连接，并将有功能量实时馈入电网。

17、本发明中的设备具有能耗低、占地小、调节方便、通用性强、精度高、稳定性好等优点，为电气设备及电能质量治理设备等提供动态检测所需求的电网背景谐波含量、幅值、相位、频率等变化，各种有功无功负载、特定非线性谐波负载、不平衡负载等，以及负载幅值、相位、谐波次数、功率因数等的变化。

18、本发明中的装置可同时模拟局部电网电压和各种用电负载，为检测设备动态检测提供高精度、智能化的电网背景电压和各种负载类型；采用主从架构的多个模块对并联冗余设计；根据检测设备容量自动加载控制每一个模块对的输出，提高检测精确度，使实际输出与设定输出之间误差≤1%。

19、本发明通过自动锁相电网独立闭环能量调节，稳定控制直流母线工作电压；电压负载模拟单元输出采用主从闭环反馈式调节，能够精确修正电压负载模拟单元的输入参数，保护参数，设定及监控控制输出电压谐波含量、谐波特征次数，电流的有功、无功、谐波含量、谐波特征次数等。

20、本发明采用数字化控制，具有电压负载自编程功能，可通过不同功能的人机界面或远程监控主机设置参数，编程0~51次任意电压、电流谐波；模块化模拟装置的输入侧与电网隔离，防止高频注入影响电网，对电网不会造成谐波污染；有效实现电网电压和负载电流一体化有机转换模拟，设备占地少，性价比高。

技术特征：

1.一种模块化模拟装置，其特征在于，包括总控制器以及分别与所述总控制器相连接的双向能量调控单元、电压/负载模拟单元和电压/负载模式切换单元；所述双向能量调控单元串联设置在所述模块化模拟装置的交流输入端，所述电压/负载模式切换单元串联设置在所述模块化模拟装置的交流输出端；所述双向能量调控单元与所述电压/负载模拟单元通过背靠背直流母线相连接；

2.如权利要求1中所述的一种模块化模拟装置，其特征在于，还包括与所述总控制器相连接的人机界面和远程监控平台；通过人机界面或远程监控平台向总控制器发送电网背景电压和负载电流数据的参数信息，所发送的参数信息经总控制器处理后下发至所述电压/负载模拟单元。

3.如权利要求1中所述的一种模块化模拟装置，其特征在于，所述双向能量调控单元包括若干个并联连接的双向能量调控子单元，所述电压/负载模拟单元包括若干个并联连接的电压/负载模拟子单元。

4.如权利要求3中所述的一种模块化模拟装置，其特征在于，每个双向能量调控子单元与每个电压/负载模拟子单元连接后组成一个电压/负载模拟功率单元模块对，所有的电压/负载模拟功率单元模块对的输入端并联相接后再串联接入输入侧电网，所有的电压/负载模拟功率单元模块对的输出端并联相接后先连接测试设备的输入端再与所述电压/负载模拟模式切换单元串联后接入总输出侧电网。

5.如权利要求4中所述的一种模块化模拟装置，其特征在于，所述总控制器根据测试设备的容量和电压电流的特性要求，加载控制每个电压/负载模拟功率单元模块对的输出。

6.如权利要求5中所述的一种模块化模拟装置，其特征在于，所述总控制器根据测试设备的容量和电网电压和负载特性要求，自动选择加载控制所需要投入的功率单元对数量，先启动能量调控单元稳定控制直流母线，再启动相应的电压负载模拟单元，通过光纤同步控制策略控制每个模拟单元的输出，以同步输出幅值和相位。

7.如权利要求4中所述的一种模块化模拟装置，其特征在于，所述总控制器与每个电压/负载模拟功率单元模块对双向通信，当单个电压/负载模拟功率单元模块对出现故障时，出现故障的电压/负载模拟功率单元模块对自动退出运行，剩下的电压/负载模拟功率单元模块对根据负载容量自动均分输出。

8.如权利要求3中所述的一种模块化模拟装置，其特征在于，每个所述双向能量调控子单元的交流侧均与交流输入端电网连接；所述双向能量调控子单元的输入端并联rc高频吸收子单元，再依次串联接触器缓冲电路、输入电抗器和变流器，以接收总控制器的信号，实现交直流能量双向传递；所述变流器的直流输出端连接所述电压/负载模拟单元的直流端。

9.如权利要求8中所述的一种模块化模拟装置，其特征在于，每个所述双向能量调控子单元的输出端直流母线相互独立；所述每个电压负载模拟子单元的直流输入正负端接入模拟逆变器。

10.一种模块化模拟装置的控制方法，采用了权利要求1-9中任一项所述的模块化模拟装置，其特征在于，总控制器根据接收到的电压/负载的模拟工作模式和数据指令，切换电压/负载模式切换单元的逻辑转换，电压/负载模拟单元根据所接收到的信息发出控制指令，控制电压电流发生单元产生相应的背景电压或负载电流，结合所采集到的电压负载模拟单元总输出侧的电压、电流互感器信号进行反馈比较，调整所述总控制器的控制指令。

技术总结
本发明属于模块化模拟装置技术领域，具体涉及一种模块化模拟装置及其控制方法，包括总控制器、双向能量调控单元、电压/负载模拟单元和电压/负载模式切换单元；双向能量调控单元串联设置在装置的交流输入端，电压/负载模式切换单元串联设置在装置的交流输出端；双向能量调控单元与电压/负载模拟单元通过背靠背直流母线相连接；总控制器根据接收到的电压/负载的模拟工作模式和数据指令，切换电压/负载模式切换单元的逻辑转换，电压/负载模拟单元根据接收到的信息发出控制指令，控制电压电流发生单元产生相应的背景电压或负载电流，结合所采集到的电压负载模拟单元总输出侧的电压、电流互感器信号进行反馈比较，调整总控制器的控制指令。

技术研发人员：朱树文,迟恩先,王德涛,王永波
受保护的技术使用者：山东华天电气有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/31