一种用于交流直流成套开关柜温升测试的恒流源装置的制作方法

1.本发明涉及温升测试技术领域，尤其涉及一种用于交流直流成套开关柜温升测试的恒流源装置。


背景技术：

2.交流成套开关设备和直流成套开关设备运行过程中产生的温升对开关设备和供电系统的安全性和可靠性有直接影响，因此国标gb7251-2013和gb25890中的温升试验是开关设备至关重要的试验项目。根据标准温升试验涉及到整套设备本身，以及各功能、主母线以及配电母线的温升。
3.现有的用于成套开关设备温升测试的交流大电流发生装置普遍采用多磁路变压器将市电转换为低压大电流的输出电源，在低压成套开关设备的输入端接入，在被测设备的各分支馈线上接可变电阻器或者电流调节器作为可调负荷来获取可调的测试电流，进行温升试验。
4.由于整个系统体积大，因电网电压波动和载流回路中相关元件的电阻变化，测试电流也会发生变化，需要操作人员经常调节干预，输出电流的调节精度一般大于3％，同时还有输入端感性无功过大的问题，影响电网质量，造成能源浪费。
5.理论上，为成套开关设备提供电流的电流发生装置的输出电流精度越高、稳定性越好，则成套开关设备的温升试验的测试结果就越精确。
6.现有技术缺少一种理想的用于成套开关设备温升试验的高精度、高稳定度的电流发生装置。


技术实现要素：

7.为了解决现有技术的问题，本发明提供了一种用于交流直流成套开关柜温升测试的恒流源装置，不仅输出电流精度高、稳定性好，还可以灵活配置交流模式和直流模式以满足不同类型的测试需求，技术方案如下：
8.本发明提供了一种用于交流直流成套开关柜温升测试的恒流源装置，用于为交流成套开关柜和/或直流成套开关柜提供温升测试用电流，所述恒流源装置包括顺序连接的：
9.缓启电路，其输入端通过连接器与装置外部的交流电源电连接，以使连接器连接外部的交流电时其输出电压缓慢上升；
10.输入隔离变压器，其输入侧与所述缓启电路的输出侧电连接，以对被输入的电压进行电压变换后输出，且所述输入隔离变压器的输入侧与输出侧相互隔离；
11.多个恒流支路，所述恒流支路的数量为三个以上，每个恒流支路的输入端与所述输入隔离变压器的输出侧连接，每个恒流支路的输出端被配置为连接成套开关柜；每个恒流支路包括顺序连接的：
12.整流器，其输入端与所述输入隔离变压器的输出侧连接，其被配置为将接收到的交流电转化为直流电；
13.电力电子功率变换器，其输入端与所述整流器的输出端连接，其被配置为进行功率变换；
14.滤波与交直流输出切换控制单元，其输入端与所述电力电子功率变换器的输出端连接，其被配置为对接收到的信号进行滤波；
15.所述恒流源装置还包括控制模块，所述控制模块与所述电力电子功率变换器、滤波与交直流输出切换控制单元电连接，所述控制模块被配置为控制所述电力电子功率变换器和滤波与交直流输出切换控制单元的工作状态，包括：
16.若所述控制模块被配置为交流模式，则所述电力电子功率变换器的工作状态为将直流转换为交流，且所述滤波与交直流输出切换控制单元的工作状态为对交流信号滤波，以适配所述恒流支路的输出端连接交流成套开关柜；
17.若所述控制模块被配置为直流模式，则所述电力电子功率变换器的工作状态为将直流转换为直流，且所述滤波与交直流输出切换控制单元的工作状态为对直流信号滤波，以适配所述恒流支路的输出端连接直流成套开关柜。
18.进一步地，所述电力电子功率变换器包括功率开关器件，所述控制模块被配置为设定目标电流，并根据目标电流的设定值进行闭环pi控制，包括：计算输出pwm波以控制所述电力电子功率变换器的功率开关器件通断或开度大小；
19.所述控制模块被配置为独立控制每一个恒流支路的输出端的输出电流，经所述滤波与交直流输出切换控制单元滤波后输出的电流与所述目标电流的设定值相比，电流误差率小于2％。
20.进一步地，所述功率开关器件为igbt或mosfet，经所述滤波与交直流输出切换控制单元滤波后输出的电流与所述目标电流的设定值相比，电流误差率小于1％。
21.进一步地，当所述恒流支路的输出端连接交流成套开关柜时，所述控制模块被配置为选择三相输出模式或单相输出模式；
22.若所述控制模块选择三相输出模式，则三个恒流支路的输出端分别为输出端火线、输出端零线和输出端地线，其中，输出端地线接地，所述输出端火线接所述交流成套开关柜的一路输出三相火线相端，所述输出端零线短接所述交流成套开关柜的输入三相火线短接点，或者，多个恒流支路的输出端并联接入一路输出配电母线；
23.若所述控制模块选择单相输出模式，则单个恒流支路的输出端接所述交流成套开关柜的输出端，或者，多个恒流支路的输出端并联接入所述交流成套开关柜的输出端。
24.进一步地，当所述恒流支路的输出端连接直流成套开关柜时，所述控制模块被配置为直流模式，各个恒流支路的输出端分别接所述直流成套开关柜的输出端，或者，多个恒流支路的输出端并联接入所述直流成套开关柜的输出端。
25.进一步地，单套恒流源装置被配置有六个或八个或九个恒流支路。
26.进一步地，多套恒流源装置被配置为可并联运行以向一台成套开关柜提供输出电流。
27.进一步地，所述缓启电路的输入端接入交流市电，所述恒流支路的电源输出端被配置有输出端子或铜排。
28.进一步地，所述控制模块包括相互电连接的主控单元和功率变换控制接口单元，其中，
29.所述功率变换控制接口单元与各个恒流支路的电力电子功率变换器电连接，其被配置为控制所述电力电子功率变换器的工作状态为将直流转换为交流，或者为将直流转换为直流；
30.所述主控单元与各个恒流支路的滤波与交直流输出切换控制单元电连接，其被配置为控制所述滤波与交直流输出切换控制单元的工作状态为对交流信号滤波，或者为对直流信号滤波。
31.进一步地，所述控制模块还包括测量单元和人机界面，其中，
32.所述测量单元与所述主控单元电连接，其被配置为采样各个恒流支路的输出电流和/或输出电压；
33.所述人机界面通过通讯单元与所述主控单元电连接，其被配置为显示成套开关柜温升测试的测试数据。
34.本发明提供的技术方案带来的有益效果如下：
35.a.使用一套交直流两用的恒流源装置，可同时满足交流成套开关设备和直流成套开关设备的测试需求，降低了成套开关柜测试装置的配置成本；
36.b.采用电力电子功率变换器的恒流源装置输出电流精度高、稳定性好，提高成套开关设备的温升试验的测试结果精度。
附图说明
37.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
38.图1为本公开的一个示例性实施例提供的用于交流直流成套开关柜温升测试的恒流源装置的电路结构示意图。
具体实施方式
39.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
40.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书的术语“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、装置、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他步骤或单元。
41.现有技术中，针对交流成套开关设备和直流成套开关设备的测试场合，需要配置两套不同的测试系统，各自配置电流发生器。本发明的其中一个构思在于提供一种配置灵活度高的恒流源装置，可同时满足交流成套开关设备和直流成套开关设备的测试需求，在输出精度要求高的场合向做温升试验的成套设备输出交流或者直流。
42.在本发明的一个实施例中，提供了一种用于交流直流成套开关柜温升测试的恒流源装置，用于为交流成套开关柜和/或直流成套开关柜提供温升测试用电流，本实施例的恒流源装置可以同时满足交流成套开关设备和直流成套开关设备的测试需求，如图1所示，所述恒流源装置包括顺序连接的以下电路模块：
43.缓启电路，其输入端通过连接器与装置外部的交流电源(比如220v交流市电)电连接，以使连接器连接外部的交流电时其输出电压缓慢上升；缓启动电路用于降低冲击电流对电路的影响，常见的方法有串接电感、串接电阻、串接ntc电阻等。
44.输入隔离变压器，其输入侧与所述缓启电路的输出侧电连接，以对被输入的电压进行电压变换后输出，且所述输入隔离变压器的输入侧与输出侧相互隔离；
45.多个恒流支路，所述恒流支路的数量为三个以上，每个恒流支路的输入端与所述输入隔离变压器的输出侧连接，每个恒流支路的电源输出端被配置有用于连接成套开关柜的输出端子或铜排；每个恒流支路包括顺序连接的：
46.整流器，其输入端与所述输入隔离变压器的输出侧连接，其被配置为将接收到的交流电转化为直流电。
47.电力电子功率变换器，其输入端与所述整流器的输出端连接，其被配置为进行功率变换；具体地，所述电力电子功率变换器包括功率开关器件，比如igbt或mosfet，所述电力电子功率变换器包括dc/dc变换器和dc/ac变换器。
48.滤波与交直流输出切换控制单元，其输入端与所述电力电子功率变换器的输出端连接，其被配置为对接收到的信号进行滤波，其输出端与被测的开关柜设备通过输出端子或母排相连；具体地，所述滤波与交直流输出切换控制单元包括直流滤波器和交流滤波器。
49.以上为电流发生器的主要部件，当选择dc/dc变换器、直流滤波器接入电路，则形成直流电流发生器，当选择dc/ac变换器、交流滤波器接入电路，则形成交流电流发生器。
50.所述恒流源装置还包括控制模块，所述控制模块与所述电力电子功率变换器、滤波与交直流输出切换控制单元电连接，所述控制模块被配置为控制所述电力电子功率变换器和滤波与交直流输出切换控制单元的工作状态，测试时采用逆送电模式，即从开关柜的配电输出端接入恒流源的输出电流，在开关柜的主母线输入端短接，并且：
51.若所述控制模块被配置为交流模式，则选择dc/ac变换器接入电路，使所述变换器的工作状态为将直流转换为交流，且选择交流滤波器接入电路，使所述滤波与交直流输出切换控制单元的工作状态为对交流信号滤波，以适配所述输出端连接交流成套开关柜；
52.若所述控制模块被配置为直流模式，则选择dc/dc变换器接入电路，使所述变换器的工作状态为将直流转换为直流，且选择直流滤波器接入电路，使所述滤波与交直流输出切换控制单元的工作状态为对直流信号滤波，以适配所述输出端连接直流成套开关柜。
53.下面对不同类型的成套开关柜的适用模式分别进行相应的说明：
54.当所述输出端连接交流成套开关柜时，所述控制模块被配置为选择三相输出模式或单相输出模式；
55.若所述控制模块选择三相输出模式，则三个恒流支路的输出端分别为输出端火线、输出端零线和输出端地线，其中，输出端地线接地，所述输出端火线接所述交流成套开关柜的一路输出三相火线相端，所述输出端零线短接所述交流成套开关柜的输入三相火线短接点，三相相间相差120
°
，或者，多个恒流支路的输出端并联接入一路输出配电母线；
56.若所述控制模块选择单相输出模式，则单个恒流支路的输出端接所述交流成套开关柜的输出端，或者，多个恒流支路的输出端并联接入所述交流成套开关柜的输出端。
57.当所述输出端连接直流成套开关柜时，所述控制模块被配置为直流模式，各个恒流支路的输出端分别接所述直流成套开关柜的输出端，或者，多个恒流支路的输出端并联接入所述直流成套开关柜的输出端。
58.所述控制模块被配置为设定目标电流，设定模式后，所述控制模块根据目标电流的设定值进行闭环pi控制，包括：计算输出pwm波以控制所述电力电子功率变换器的功率开关器件通断或开度大小；所述控制模块被配置为独立控制每一个恒流支路的输出端的输出电流，通过闭环pi控制自动调节实现恒流源装置输出电流的高精度和高稳定度，经所述滤波与交直流输出切换控制单元滤波后输出的电流与所述目标电流的设定值相比，流经单路或者汇总主母线的电流误差率小于1％，即实际输出电流与目标电流的设定值的差值绝对值小于所述目标电流的设定值的1％，而不受市电波动、开关柜中部件阻抗变化以及开关柜中接线形式变化而带来的影响，增强了温升试验过程的灵活性和高效率。
59.本实施例采用电力电子功率变换器形式，稳流精度高，动态响应快，可以多路灵活输出，以图1示例的单套恒流源装置被配置有六个恒流支路为例，由于各个恒流支路都可以独立控制，因此，比如图1中的“输出1
”‑“
输出3”三个端子可以接三相交流成套开关柜，图1中的“输出4”、“输出5”端子和“输出6”端子可以并联接入交流成套开关柜的单相输出，也可以配置成6路单相输出或者2路三相输出，灵活配置，且无需二次接线。
60.当一套恒流源装置的全部恒流支路的并联输出电流无法满足一台大容量开关柜时，可以将多套恒流源装置并联运行以向一台成套开关柜提供输出电流，进一步增强测试时的电流输出能力，提高测试装置配置的灵活性。
61.如图1所示，所述控制模块包括主控单元以及与主控单元电连接的功率变换控制接口单元、测量单元、通讯单元，其中，通讯单元用于连接人机界面，比如采用hmi人机接口。
62.其中，所述功率变换控制接口单元与各个恒流支路的变换器电连接，其被配置为向变换器发出指令，以控制所述变换器的工作状态为将直流转换为交流，或者为将直流转换为直流；
63.所述主控单元与各个恒流支路的滤波与交直流输出切换控制单元电连接，其被配置为向其发送指令，以控制所述滤波与交直流输出切换控制单元的工作状态为对交流信号滤波，或者为对直流信号滤波。
64.所述测量单元与所述主控单元电连接，其被配置为采样各个恒流支路的输出电流和/或输出电压；
65.所述人机界面通过通讯单元与所述主控单元电连接，其被配置为显示成套开关柜温升测试的测试数据。
66.本实施例对于控制模块控制所述电力电子功率变换器和滤波与交直流输出切换控制单元的工作状态可以通过手动方式设置，比如在设备上设置控制按键，或者，在人机界面上设置控制按钮，来人工设定交流模式或直流模式，若按下交流模式按键/点击交流模式按钮，则所述电力电子功率变换器工作在dc/ac工作模式，且交流滤波器接入电路；若按下直流模式按键/点击直流模式按钮，则所述电力电子功率变换器工作在dc/dc工作模式，且直流滤波器接入电路。这就好比操作电风扇上的风量等级按钮，可以控制电风扇电机不同
的输出功率模式，可以通过电路实现模式的控制，不涉及计算机程序的改进。
67.需要说明的是，在本文中，诸如术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
68.以上所述仅是本技术的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本技术的保护范围。