一種諧波電源特性試驗系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種諧波電源特性試驗系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括諧波變頻電源、諧波變壓器以及電源控制系統(tǒng)；所述諧波變頻電源的輸入端與380V交流電相連，所述諧波變頻電源的輸出端與諧波升壓變壓器的輸入端相連；所述諧波變頻電源的輸出端與電源控制系統(tǒng)的輸入端相連，所述諧波變頻電源受控于電源控制系統(tǒng)；運用該方法進行諧波特性試驗，能夠得到多種頻率組合的諧波信號，滿足實際諧波實驗的需要的缺陷。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、調(diào)試簡單，可以在線更新輸出的諧波參數(shù)，噪音也小。
【專利說明】 一種諧波電源特性試驗系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于電氣工程領(lǐng)域，尤其涉及一種諧波電源特性試驗系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]電力電抗器、電容器的諧波噪音是影響電力電容器、電抗器長期安全運行的世界性難題。隨著諧波治理和無功補償受重視程度的提高，以及直流輸電、新能源發(fā)電的廣泛應(yīng)用，電力電容器和平波電抗器用量的日趨增長，對其技術(shù)要求也越來越高。受限于現(xiàn)有技術(shù)水平，目前市場上常見的諧波實驗設(shè)備只能采用工頻等效代取或采用單頻中頻電源多個串聯(lián)，不僅操作麻煩，而且不符合實際運行情況，不能提供多種頻率組合的諧波信號，難以滿足實際諧波試驗的需要。
[0003]在諧波電源特性試驗中需要使用變壓器傳遞工頻和諧頻能量，需要兼顧能量和頻率響應(yīng)，諧頻下的輸出阻抗是制約諧波能量傳遞的決定因素；普通的工頻變壓器采用的硅鋼片，厚度從0.23-0.35mm，疊片使用，適用頻率從50_400Hz范圍，到600Hz以上后，由于渦流的增大，導(dǎo)致鐵損增加而不能在諧波能量傳遞下使用。
[0004]因此，開發(fā)出一種新型的諧波電源特性試驗裝置勢在必行。
實用新型內(nèi)容
[0005]本實用新型針對已知技術(shù)中諧波實驗設(shè)備操作麻煩，無法提供多種頻率組合的諧波信號，且變壓器無法同時傳遞工頻和諧頻能量，設(shè)計出一種多頻率組合的諧波電源特性試驗系統(tǒng)，為諧波治理技術(shù)和電力設(shè)備耐諧波能力提供驗證手段和技術(shù)裝備。
[0006]一種諧波電源特性試驗系統(tǒng)，包括諧波變頻電源、諧波變壓器、電源控制系統(tǒng)及測量裝置；
[0007]所述諧波變頻電源的輸入端與380V交流電相連，所述諧波變頻電源的輸出端與諧波變壓器的輸入端相連，所述諧波變壓器與試品相連，所述測量裝置的輸入端與試品的信號加載端相連；
[0008]所述諧波變壓器中的鐵芯為帶狀非晶材料卷繞制成的無氣隙鐵芯；
[0009]采用諧波變壓器寬頻特性好，且阻抗??；
[0010]【頻率滿足50-10kHz的能量傳遞，減少氣隙漏磁和損耗；】
[0011]所述諧波變頻電源的輸出端和測量裝置的輸出端均與電源控制系統(tǒng)的輸入端相連，所述諧波變頻電源受控于電源控制系統(tǒng)；
[0012]所述諧波變頻電源包括可調(diào)頻調(diào)幅支持多頻率組合和在線更新參數(shù)的標準諧波源及全橋功率放大電路；所述標準諧波源的輸出端與全橋功率放大電路的輸入端連接；
[0013]所述試品為試驗容量為200KVA以內(nèi)的電氣設(shè)備,包括變壓器、電抗器、電容器、套管、避雷器及互感器。
[0014]所述諧波變壓器的繞組為高壓線圈和低壓線圈間隔繞制。
[0015]【采用高壓/低壓/高壓/低壓間繞而成，增加耦合度；高壓線圈和低壓線圈采用一層繞成在鐵芯上全面覆蓋，減少漏磁；】
[0016]所述諧波變壓器中的線圈繞制方式采用多槽骨架繞法分段繞制。
[0017]【便于減小分布電容，且繞制非常便捷，排線規(guī)范，工藝美觀大方；】
[0018]所述標準諧波源由32位的DSP、超大規(guī)模CPLD、32位的存儲器、12位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、輸出濾波器構(gòu)成，所述DSP輸出端與超大規(guī)模CPLD輸入端連接，存儲器與超大規(guī)模CPLD雙向連接；超大規(guī)模CPLD輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出端與輸出濾波器連接。
[0019]所述諧波變頻電源還包括與全橋功率放大電路輸出端相連的濾波電路。
[0020]所述全橋功率放大電路由4個橋臂構(gòu)成全橋放大矩陣，每個橋臂由一個IGBT構(gòu)成或由兩個以上相同型號的IGBT并聯(lián)構(gòu)成。
[0021 ] 所述濾波電路為由電感L和電容C共同組成的LC濾波電路，其中電感L選用電抗器和隔離變壓器為一體的帶氣隙的變壓器。
[0022]所述諧波變頻電源還包括與全橋功率放大電路輸入端相連的保護電路，所述保護電路的輸入端與電源電路相連。
[0023]采用上述的諧波電源特性試驗系統(tǒng)對試品進行諧波試驗提供諧波信號的原理如下:
[0024]利用諧波變頻電源產(chǎn)生所需頻率的諧波，諧波變壓器采用電磁感應(yīng)原理將諧波變頻電源輸出的諧波升壓至所需的電壓值，將所述諧波變壓器輸出的信號加載到試品上，測量裝置采集加載到試品上的信號；電源控制系統(tǒng)依據(jù)諧波電源輸出的信號和測量裝置采集的信號對諧波變頻電源進行控制，得到試品所需的諧波信號；
[0025]所述電源控制系統(tǒng)控制過程如下:
[0026]首先，利用電源控制系統(tǒng)對諧波變頻電源進行自我調(diào)節(jié)；
[0027]將電源控制系統(tǒng)采集諧波變頻電源的輸出電壓、電流信號及諧波各次諧波含量與設(shè)定的諧波變頻電源輸出信號進行比較，若兩者之間的差值超過了設(shè)定的第一允許誤差范圍，則電源控制系統(tǒng)控制諧波變頻電源，直到兩者之間的差值不超過第一允許誤差范圍；
[0028]然后，依據(jù)測量信號對諧波變頻電源進行反饋調(diào)節(jié)；
[0029]將測量裝置采集的加載到試品上的信號與試品所需的設(shè)定信號進行比較，若兩者之間的差值超過了設(shè)定的第二允許誤差范圍，則電源控制系統(tǒng)控制諧波變頻電源，直到兩者之間的差值不超過第二允許誤差范圍，實現(xiàn)諧波電源特性試驗方法的全自動控制，提供各種需要的電源信號。
[0030]有益效果
[0031 ] 本實用新型提供了一種對電力電容器和平波電抗器進行諧波實驗的諧波電源特性試驗系統(tǒng)，本實用新型通過利用諧波變頻電源輸出所需的諧波信號，利用鐵芯為非晶材料的諧波啊變壓器對諧波信號進行升壓處理，為試品同時傳輸工頻能量和諧波能量，對一個試品進行測試時，采用電源控制系統(tǒng)實時監(jiān)控，反饋調(diào)節(jié)控制諧波變頻電源，解決了目前同類產(chǎn)品單相諧波電源不能提供多種頻率組合的諧波信號，不能滿足實際諧波實驗的需要的缺陷。同時，本實用新型所述系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、調(diào)試簡單，不用調(diào)節(jié)功放三極管的基極偏置電壓，可以輸出多達八通道頻率組合，可以在線更新輸出的諧波參數(shù)，噪音也小。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]圖1為本實用新型所述系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖一；
[0033]圖2是所述標準諧波源的結(jié)構(gòu)方框圖；
[0034]圖3是所述濾波電路部分的電路結(jié)構(gòu)圖；
[0035]圖4是所述全橋功率放大電路結(jié)構(gòu)圖。

【具體實施方式】
[0036]下面將結(jié)合附圖和實施例對本實用新型做進一步的說明。
[0037]如圖1所示，一種諧波電源特性試驗系統(tǒng)，包括諧波變頻電源、諧波變壓器、電源控制系統(tǒng)及測量裝置；
[0038]所述諧波變頻電源的輸入端與380V交流電相連，所述諧波變頻電源的輸出端與諧波變壓器的輸入端相連，所述諧波變壓器與試品相連，所述測量裝置的輸入端與試品的信號加載端相連；
[0039]所述諧波變壓器中的鐵芯為帶狀非晶材料卷繞制成的無氣隙鐵芯；
[0040]采用諧波變壓器寬頻特性好，且阻抗小；
[0041]【頻率滿足50_10kHz的能量傳遞，減少氣隙漏磁和損耗；】
[0042]所述諧波變頻電源的輸出端和測量裝置的輸出端均與電源控制系統(tǒng)的輸入端相連，所述諧波變頻電源受控于電源控制系統(tǒng)；
[0043]所述諧波變頻電源包括可調(diào)頻調(diào)幅支持多頻率組合和在線更新參數(shù)的標準諧波源及全橋功率放大電路；所述標準諧波源的輸出端與全橋功率放大電路的輸入端連接；
[0044]所述試品為試驗容量為200KVA以內(nèi)的電氣設(shè)備,包括變壓器、電抗器、電容器、套管、避雷器及互感器。
[0045]如圖2所示，標準諧波源由32位的DSP11、超大規(guī)模CPLD14、32位的存儲器I區(qū)12、32位的存儲器II區(qū)13、12位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器I 15、12位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器II 16、12位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器III17、輸出濾波器I 18、輸出濾波器II 19和輸出濾波器III10構(gòu)成,所述DSPll輸出端與超大規(guī)模CPLD14輸入端連接，存儲器I區(qū)12和32存儲器II區(qū)13均與超大規(guī)模CPLD14雙向連接；超大規(guī)模CPLD14輸出端分別與模數(shù)轉(zhuǎn)換器I 15輸入端、模數(shù)轉(zhuǎn)換器II 16輸入端、模數(shù)轉(zhuǎn)換器III17輸入端連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換器I 15輸出端與輸出濾波器I 18連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換器II 16輸出端與輸出濾波器II 19連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換器III 17輸出端與輸出濾波器III 10連接，標準諧波源包括三路輸出，每路輸出的諧波頻率可在0.1Hz-1MHz之間自由設(shè)定。
[0046]所述諧波變頻電源還包括與全橋功率放大電路輸出端相連的濾波電路。
[0047]所述全橋功率放大電路由4個橋臂構(gòu)成全橋放大矩陣，每個橋臂由一個IGBT構(gòu)成或由兩個以上相同型號的IGBT并聯(lián)構(gòu)成。
[0048]如圖3所示，濾波電路輸入端子接全橋功率放大電路2的輸出端。輸出濾波電路3為由電感L和電容C共同組成的LC濾波電路，其中電感L能選用電抗器和隔離變壓器為一體的帶氣隙的變壓器，本實施例中，電感L由電感LI和電感L2構(gòu)成。
[0049]如圖4所示，標準諧波源送出的諧波信號電壓，送入全橋功率放大電路2進行功率放大然后輸出。全橋功率放大電路由4個橋臂構(gòu)成全橋放大矩陣,每個橋臂由一個IGBT構(gòu)成，IGBT以開關(guān)方式工作，電流在開關(guān)過程中回饋到與IGBT并聯(lián)的直流濾波電容中，進行無功交換，有利于減少發(fā)熱，增強帶無功負載的能力。
[0050]所述諧波變頻電源還包括與全橋功率放大電路輸入端相連的保護電路，所述保護電路的輸入端與電源電路相連。
[0051]采用上述的諧波電源特性試驗系統(tǒng)對試品進行諧波試驗提供諧波信號的原理如下:
[0052]利用諧波變頻電源產(chǎn)生所需頻率的諧波，諧波變壓器采用電磁感應(yīng)原理將諧波變頻電源輸出的諧波升壓至所需的電壓值，將所述諧波升壓變壓器輸出的信號加載到試品上，測量裝置采集加載到試品上的信號；電源控制系統(tǒng)依據(jù)諧波電源輸出的信號和測量裝置采集的信號對諧波變頻電源進行控制，得到試品所需的諧波信號；
[0053]所述電源控制系統(tǒng)控制過程如下:
[0054]首先，利用電源控制系統(tǒng)對諧波變頻電源進行自我調(diào)節(jié)；
[0055]將電源控制系統(tǒng)采集諧波變頻電源的輸出電壓、電流信號及諧波各次諧波含量與設(shè)定的諧波變頻電源輸出信號進行比較，若兩者之間的差值超過了設(shè)定的第一允許誤差范圍，則電源控制系統(tǒng)控制諧波變頻電源，直到兩者之間的差值不超過第一允許誤差范圍；
[0056]然后，依據(jù)測量信號對諧波變頻電源進行反饋調(diào)節(jié)；
[0057]將測量裝置采集的加載到試品上的信號與試品所需的設(shè)定信號進行比較，若兩者之間的差值超過了設(shè)定的第二允許誤差范圍，則電源控制系統(tǒng)控制諧波變頻電源，直到兩者之間的差值不超過第二允許誤差范圍，實現(xiàn)諧波電源特性試驗方法的全自動控制，提供各種需要的電源信號。
[0058]諧波變頻電源輸入電壓交流380V，輸出為50Hz?2500Hz諧波電壓，最大諧波電流可超過700A，諧波以50Hz為步進調(diào)節(jié)，一次支持12種不同頻率的諧波疊加，各次諧波的大小可以單獨調(diào)節(jié)；通過諧波升壓變壓器升壓，到達試驗要求的電壓值。
【權(quán)利要求】
1.一種諧波電源特性試驗系統(tǒng)，其特征在于，包括諧波變頻電源、諧波變壓器、電源控制系統(tǒng)及測量裝置； 所述諧波變頻電源的輸入端與380V交流電相連，所述諧波變頻電源的輸出端與諧波變壓器的輸入端相連，所述諧波變壓器與試品相連，所述測量裝置的輸入端與試品的信號加載端相連； 所述諧波變壓器中的鐵芯為帶狀非晶材料卷繞制成的無氣隙鐵芯； 所述諧波變頻電源的輸出端和測量裝置的輸出端均與電源控制系統(tǒng)的輸入端相連，所述諧波變頻電源受控于電源控制系統(tǒng)； 所述諧波變頻電源包括可調(diào)頻調(diào)幅支持多頻率組合和在線更新參數(shù)的標準諧波源及全橋功率放大電路；所述標準諧波源的輸出端與全橋功率放大電路的輸入端連接； 所述試品為試驗容量為200KVA以內(nèi)的電氣設(shè)備，包括變壓器、電抗器、電容器、套管、避雷器及互感器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的諧波電源特性試驗系統(tǒng)，其特征在于，所述諧波變壓器的繞組為高壓線圈和低壓線圈間隔繞制。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的諧波電源特性試驗系統(tǒng)，其特征在于，所述諧波變壓器中的線圈繞制方式采用多槽骨架繞法分段繞制。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項所述的諧波電源特性試驗系統(tǒng)，其特征在于，所述標準諧波源由32位的DSP、超大規(guī)模CPLD、32位的存儲器、12位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、輸出濾波器構(gòu)成，所述DSP輸出端與超大規(guī)模CPLD輸入端連接，存儲器與超大規(guī)模CPLD雙向連接；超大規(guī)模CPLD輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端連接,模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出端與輸出濾波器連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的諧波電源特性試驗系統(tǒng)，其特征在于，所述諧波變頻電源還包括與全橋功率放大電路輸出端相連的濾波電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的諧波電源特性試驗系統(tǒng)，其特征在于，所述全橋功率放大電路由4個橋臂構(gòu)成全橋放大矩陣，每個橋臂由一個IGBT構(gòu)成或由兩個以上相同型號的IGBT并聯(lián)構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的諧波電源特性試驗系統(tǒng)，其特征在于，所述濾波電路為由電感L和電容C共同組成的LC濾波電路，其中電感L選用電抗器和隔離變壓器為一體的帶氣隙的變壓器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的諧波電源特性試驗系統(tǒng)，其特征在于，所述諧波變頻電源還包括與全橋功率放大電路輸入端相連的保護電路，所述保護電路的輸入端與電源電路相連。
【文檔編號】G01R1/28GK204166067SQ201420622038
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月24日
【發(fā)明者】劉睿, 萬望龍, 秦拯, 楊恒福, 陳凌 申請人:國網(wǎng)四川省電力公司電力科學(xué)研究院, 長沙三友儀器設(shè)備有限公司