本申請涉及電網(wǎng)測試技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電網(wǎng)適應(yīng)性測試裝置。

背景技術(shù)：

理想的供電電壓波形應(yīng)該是純正弦波，并且具備標(biāo)稱的幅值與頻率，但是由于供電電網(wǎng)自身的穩(wěn)定性和魯棒性不足，容易出現(xiàn)頻率偏差、電壓偏差、電壓波動于閃變、暫時或瞬態(tài)過電壓、波形畸變以及電壓暫降與短時間中斷等擾動性問題，從而導(dǎo)致用電設(shè)備故障或不能正常工作。現(xiàn)今，通常采用電網(wǎng)適應(yīng)性測試裝置來測試和提高用電設(shè)備對電網(wǎng)的適應(yīng)性。

如圖1所示，現(xiàn)有電網(wǎng)適應(yīng)性測試裝置一般包括：擾動性裝置、斷路器和旁路開關(guān)。如果對用電設(shè)備進行常規(guī)測試，則分開斷路器，并閉合旁路開關(guān)，令用電設(shè)備直接引入電網(wǎng)電能；如果對用電設(shè)備進行擾動性測試，則分開旁路開關(guān)，并閉合斷路器，令用電設(shè)備引入擾動性裝置提供的擾動性電能。

由于用電設(shè)備中存在電容等會出現(xiàn)瞬時短路的器件，因此擾動裝置中的電源通常采用軟啟動方式如可變電阻啟動或者電子式晶閘管調(diào)壓軟啟動裝置來降低沖擊電流。但是可變電阻啟動器占地面積大，增加土建費用，且不能在短時間內(nèi)多次投入使用；而電子晶閘管調(diào)壓軟啟動裝置采用相控方式調(diào)節(jié)輸出電壓，會降低電網(wǎng)功率因數(shù)，進而降低電能轉(zhuǎn)換效率，增加用電設(shè)備在測試過程中的耗能，并且會帶來諧波污染，降低電能質(zhì)量。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本申請?zhí)峁┮环N電網(wǎng)適應(yīng)性測試裝置，以解決現(xiàn)有測試裝置供電電能質(zhì)量低的問題。

根據(jù)本申請的實施例，提供一種電網(wǎng)適應(yīng)性測試裝置，包括：擾動電源裝置、擾動線路開關(guān)和旁路開關(guān)，其特征在于，所述擾動電源裝置包括：移相變壓器、四象限變流器和主控制器；

所述主控制器分別與所述移相變壓器和所述四象限變流器連接，用于產(chǎn)生控制指令并發(fā)送至所述移相變壓器與所述四象限變流器；

所述移相變壓器用于連接擾動電網(wǎng)的輸入端子；

所述移相變壓器包括：分別與所述主控制器相連接的第一電壓互感器、第一電流互感器、第二電壓互感器和第二電流互感器，用于測量常規(guī)電網(wǎng)及擾動電網(wǎng)的輸入電壓信號和輸入電流信號；

所述四象限變流器采用三相級聯(lián)式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，且每一相由30個功率變換單元級聯(lián)組成，用于根據(jù)所述控制指令，產(chǎn)生擾動性電壓和頻率，并輸出正弦波；

所述功率變換單元包括：整流端、主控端和逆變端；

所述主控端用于計算待補償無功功率，并控制所述功率變換單元輸出與所述待補償無功功率等量的無功功率；

所述整流端用于將所述移相變壓器輸出的交流電壓信號整流成直流電壓信號；

所述逆變端采用h橋式電路，用于將由所述整流端輸出的直流電壓信號逆變成交流電壓信號。

可選地，所述移相變壓器還包括：n組副邊繞組；

所述副邊繞組的輸出電壓幅值均相等，每個繞組的相位角依次相差一個移相角；

所述移相角為60°/n。

可選地，所述逆變端還包括：直流支撐電容和子控制器；

所述直流支撐電容用于穩(wěn)定直流電壓；

所述子控制器分別與直流支撐電容、h橋逆變電路及所述主控制器，用于接收所述主控制器的指令，并向所述主控制器反饋所述逆變端的狀態(tài)信息。

可選地，所述整流端的每個橋臂采用2個并聯(lián)的同型號igbt或者igct，所述逆變端的每個橋臂采用3個并聯(lián)的igbt或者igct。

可選地，所述四象限變流器采用載波移相spwm調(diào)制，用于減少輸出電壓信號的諧波含量。

可選地，所述第一電壓感應(yīng)器、所述第一電流感應(yīng)器、所述第二電壓感應(yīng)器和所述第二電流感應(yīng)器分別于所述主控制器由光纖連接。

可選地，所述裝置還包括：輸入斷路器；

所述輸入斷路器與所述擾動線路開關(guān)連接，用于控制電網(wǎng)擾動性測試裝置的通斷電。

由以上技術(shù)可知，本申請?zhí)峁┮环N電網(wǎng)適應(yīng)性測試裝置，包括：擾動電源裝置、擾動線路開關(guān)和旁路開關(guān)，其特征在于，所述擾動電源裝置包括：移相變壓器、四象限變流器和主控制器；所述主控制器分別與所述移相變壓器和所述四象限變流器連接，用于產(chǎn)生控制指令并發(fā)送至所述移相變壓器與所述四象限變流器；所述移相變壓器用于連接擾動電網(wǎng)的輸入端子；所述移相變壓器包括：分別與所述主控制器相連接的第一電壓互感器、第一電流互感器、第二電壓互感器和第二電流互感器，用于測量常規(guī)電網(wǎng)及擾動電網(wǎng)的輸入電壓信號和輸入電流信號；所述四象限變流器采用三相級聯(lián)式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，且每一相由30個功率變換單元級聯(lián)組成，用于根據(jù)所述控制指令，產(chǎn)生擾動性電壓和頻率，并輸出正弦波；所述功率變換單元包括：整流端、主控端和逆變端；所述主控端用于計算待補償無功功率，并控制所述功率變換單元輸出與所述待補償無功功率等量的無功功率；所述整流端用于將所述移相變壓器輸出的交流電壓信號整流成直流電壓信號；所述逆變端采用h橋式電路，用于將由所述整流端輸出的直流電壓信號逆變成交流電壓信號。

使用時，將擾動線路開關(guān)和擾動電源裝置串聯(lián)，與旁路開關(guān)并聯(lián)連入電網(wǎng)。如果需要對用電設(shè)備進行常規(guī)測試，則斷開所述擾動線路開關(guān)，并閉合所述旁路開關(guān)，將用電設(shè)備直接引入電網(wǎng)電能；如果需要對用電設(shè)備進行擾動性測試，則斷開所述旁路開關(guān)，并閉合所述擾動線路開關(guān)，用所述擾動電源裝置為用電設(shè)備提供電能。當(dāng)用電設(shè)備接入所述擾動電源裝置時，通過主控制器對移相變壓器發(fā)出指令，由所述移相變壓器中的第一電壓互感器、第一電流互感器、第二電壓互感器和第二電流互感器分別采集來自所述擾動電源裝置的輸出電壓/電流信號，所述輸出電壓/電流信號進入四象限變流器，再由所述主控制器對所述四象限變流器發(fā)出指令，通過所述四象限變流器調(diào)整擾動頻率及電壓波形，并同時實現(xiàn)對所述輸出電壓/電流信號的無功補償，從而提高電能轉(zhuǎn)化效率，保證擾動電源裝置提供的電能質(zhì)量。

附圖說明

為了更清楚地說明本申請的技術(shù)方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為現(xiàn)有電網(wǎng)適應(yīng)性測試裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本申請實施例提供的一種電網(wǎng)適應(yīng)性測試裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本申請實施例提供的擾動電源裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本申請實施例提供的移相變壓器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本申請實施例提供的功率變換單元的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本申請實施例提供的功率變換單元逆變端的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本申請實施例提供的四象限變流器三相級聯(lián)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為本申請實施例提供的功率變換單元內(nèi)h橋逆變電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖；

圖9為本申請實施例提供的另一種電網(wǎng)適應(yīng)性測試裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖示說明：

其中：100-擾動線路開關(guān)，200-擾動電源裝置，210-主控制器，220-移相變壓器，221-第一電壓互感器，222-第一電流互感器，223-第二電壓互感器，224-第二電流互感器，230-四象限變流器，240-功率變換單元，241-主控端，242-整流端，243-逆變端，244-子控制器，245-直流支撐電容，246-h橋逆變電路，300-旁路開關(guān)，400-輸入斷路器。

具體實施方式

參見圖2，一種電網(wǎng)適應(yīng)性測試裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

本實施例提供一種電網(wǎng)適應(yīng)性測試裝置，包括：擾動電源裝置200、擾動線路開關(guān)100和旁路開關(guān)300，其特征在于，所述擾動電源裝置200包括：移相變壓器220、四象限變流器230和主控制器210；

所述主控制器210分別與所述移相變壓器220和所述四象限變流器230連接，用于產(chǎn)生控制指令并發(fā)送至所述移相變壓器220與所述四象限變流器230；

所述移相變壓器220用于連接擾動電網(wǎng)的輸入端子；

所述移相變壓器220包括：分別與所述主控制器210相連接的第一電壓互感器221、第一電流互感器222、第二電壓互感器223和第二電流互感器224，用于測量常規(guī)電網(wǎng)及擾動電網(wǎng)的輸入電壓信號和輸入電流信號；

所述四象限變流器230采用三相級聯(lián)式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，且每一相由30個功率變換單元240級聯(lián)組成，用于根據(jù)所述控制指令，產(chǎn)生擾動性電壓和頻率，并輸出正弦波；

所述功率變換單元240包括：整流端242、主控端241和逆變端243；

所述主控端241用于計算待補償無功功率，并控制所述功率變換單元240輸出與所述待補償無功功率等量的無功功率；

所述整流端242用于將所述移相變壓器220輸出的交流電壓信號整流成直流電壓信號；

所述逆變端243采用h橋式電路，用于將由所述整流端輸出的直流電壓信號逆變成交流電壓信號。

從上述實施例可以看出，使用時，將擾動線路開關(guān)100和擾動電源裝置200串聯(lián)，與旁路開關(guān)300并聯(lián)連入電網(wǎng)。如果需要對用電設(shè)備進行常規(guī)測試，則斷開所述擾動線路開關(guān)100，并閉合所述旁路開關(guān)300，將用電設(shè)備直接引入電網(wǎng)電能；如果需要對用電設(shè)備進行擾動性測試，則斷開所述旁路開關(guān)300，并閉合所述擾動線路開關(guān)100，用所述擾動電源裝置200為用電設(shè)備提供電能。如圖3所示，當(dāng)用電設(shè)備接入所述擾動電源裝置200時，通過主控制器210對移相變壓器220發(fā)出指令，如圖4所示，由所述移相變壓器220中的第一電壓互感器221、第一電流互感器222、第二電壓互感器223和第二電流互感器224分別采集來自所述擾動電源裝置200的輸出電壓/電流信號，所述輸出電壓/電流信號進入四象限變流器230，再由所述主控制器210對所述四象限變流器230發(fā)出指令，通過所述四象限變流器230調(diào)整擾動頻率及電壓波形，并同時實現(xiàn)對所述輸出電壓/電流信號的無功補償，從而提高電能轉(zhuǎn)化效率，保證擾動電源裝置提供的電能質(zhì)量。

如圖7所示，所述四象限變流器230采用三相，30個功率變換單元240級聯(lián)，對所述輸出電壓/電流信號的頻率和波形進行調(diào)整控制，由于級聯(lián)數(shù)較多，能有效提高等效開關(guān)頻率，因此輸出的電壓波形極接近正弦波，所以不需額外使用傳統(tǒng)lcl濾波器，簡化裝置，并節(jié)約測試步驟，保證供電電能質(zhì)量的同時，提高測試效率。

如圖4和5所示，所述功率變換單元240的整流端242采用可控整流橋設(shè)計，能夠?qū)崟r檢測所述功率變換單元240的輸入電流，并進行恒壓控制，同時可對所述輸入電流進行矢量分解。

所述功率變換單元240中的主控端241采用t12407主控芯片，所述整流端242通過矢量分解技術(shù)，將輸入電流分解為有功電流和無功電流，由所述主控端241在直流電壓閉環(huán)輸出有功電流指令。所述第一電壓感應(yīng)器221和所述第一電流感應(yīng)器222設(shè)置于所述移相變壓器220的電網(wǎng)側(cè)，所述第二電壓感應(yīng)器223和所述第二電流感應(yīng)器224設(shè)置于所述移相變壓器220靠近交流電抗器輸出端一側(cè)，所述主控端241根據(jù)所述第二電壓互感器223和所述第二電流互感器224測量的所述擾動電源裝置200輸出的電壓/電流信號，計算待補償?shù)臒o功功率，并且對所述功率變換單元240發(fā)出指令，控制功率變換單元240輸出與所述待補償?shù)臒o功功率等量的無功功率，從而實現(xiàn)無功補償，保證電能質(zhì)量。

對所述第一電壓互感器221到所述功率變換單元240的所述整流端242聯(lián)絡(luò)線上的電壓ua，ub和uc進行采樣，并用鎖相環(huán)(phaselockedloop，pll)控制。提取的電網(wǎng)電壓相位為θ，對流過聯(lián)絡(luò)線的電流ia，ib和ic，計算得出有功電流id和無功電流iq。對所述整流端242與所述逆變端243之間的電壓udc進行采集，并與給定的穩(wěn)壓幅值udc^※做差，差值經(jīng)過pi控制器后得到穩(wěn)壓控制量，并根據(jù)所述移相變壓器220原邊側(cè)采集到的電壓/電流信號計算得到無功補償量δiqcomp，將δiqcomp疊加到無功電流iq的反饋控制回路中，進行無功補償控制。

可選地，所述移相變壓器220還包括：n組副邊繞組；

所述副邊繞組的輸出電壓幅值均相等，每個繞組的相位角依次相差一個移相角；

所述移相角為60°/n。

所述移相變壓器220是整流變壓器的一種，整流裝置所產(chǎn)生的單相導(dǎo)電作用，會引起所述移相變壓器220交變磁場波形畸變，但是通過對所述移相變壓器220的高壓側(cè)的繞組進行移相，令移相數(shù)增多，從而減小交變磁場波形的畸變程度，本實施例中選擇n為30，所以移相角為2°。

可選地，所述逆變端243還包括：直流支撐電容245和子控制器244；

所述直流支撐電容245用于穩(wěn)定直流電壓；

所述子控制器244分別與直流支撐電容245、h橋逆變電路246及所述主控制器210，用于接收所述主控制器210的指令，并向所述主控制器210反饋所述逆變端243的狀態(tài)信息。

所述直流支撐電容245具有耐高電壓、耐大電流、低阻抗、低電感、容量損耗小、漏電少、溫度性能好、充放電速度快、使用壽命長、安全防爆穩(wěn)定性高等優(yōu)點，在逆變電路中可以對所述整流端242的輸出電壓進行平滑濾波；吸收高幅值脈動電流，從而阻止高幅值脈動電流在阻抗上產(chǎn)生高幅值脈動電壓，令直流母線上的電壓波動保持在允許的范圍內(nèi)；同時有效防止電壓過沖和瞬時電壓對igbt(insulatedgatebipolartransistor，絕緣柵雙極型晶體管)電路的影響。

如圖6所示，所述子控制器244通過接收所述主控制器210發(fā)出的指令，指令所述直流支撐電容245工作，從而提供穩(wěn)定的直流電壓；并且控制所述h橋逆變電路246將直流電壓轉(zhuǎn)化為交流電壓，參見圖8。

可選地，所述整流端242的每個橋臂采用2個并聯(lián)的同型號igbt或者igct(integratedgatecommutatedthyristors，集成燜雞環(huán)流晶閘管)，所述逆變端的每個橋臂采用3個并聯(lián)的igbt或者igct。

系統(tǒng)的容量已達到兆瓦級，為了能夠增大電流輸出能力，對于所述整流端為三相整流，共有三個橋臂，每一相橋臂采用2個同型號的igbt或者igct并聯(lián)，能夠令流過的電流放大一倍。但是并聯(lián)個數(shù)不能過多，因為隨著并聯(lián)數(shù)目的增加，對電流的均衡程度越難控制，而且會增加故障率。

所述逆變端為單相逆變，只有兩個橋臂，為了能夠保證電流均衡通過能力，采用3個igbt或者igct并聯(lián)。

可選地，所述四象限變流器230采用載波移相spwm(sinusoidalpulsewicthmodulation，脈沖寬度調(diào)制)調(diào)制，用于減少輸出電壓信號的諧波含量。

所述載波移相spwm調(diào)制的基本原理是對n個單元模塊組成的單相變流器，各個單元模塊都采用低開關(guān)頻率的spwm調(diào)制方法。每個單元都采用同一個調(diào)制波，用n個三角波分別進行調(diào)制，各三角載波具有相同的頻率和幅值，但相位依次相差固定的角度，從而使每個單元輸出的spwm脈沖錯開一定的角度，等效開關(guān)頻率大大增加，疊加后所述四象限變流器最終輸出的波形是一個多電平的階梯波。選擇合適的移相角能夠令輸出電壓的諧波含量大大減少。本實施例中，利用載波移相spwm技術(shù)進行調(diào)制的三相變流器，三相正弦值依次相差120°，每相各單元載波的變化如前所述，調(diào)制時，可以采用單極性調(diào)制，30個載波依次移相π/30角度，使得30個spwm脈沖錯開一定的角度，等效載波頻率為2×30f(f為單個載波頻率)，輸出相電壓是將是2×30+1個電平的階梯波，線電壓是4×30+1個電平的階梯波。

可選地，所述第一電壓感應(yīng)器221、所述第一電流感應(yīng)器222、所述第二電壓感應(yīng)器223和所述第二電流感應(yīng)器224分別于所述主控制器210由光纖連接。

由于級聯(lián)式拓?fù)涞墓β首儞Q單元分布在不同的功率柜中，與所述主控制器距離較遠(yuǎn)，需要實現(xiàn)統(tǒng)一無差別的控制。光纖通訊速度快，且距離遠(yuǎn)，傳輸過程中不易被干擾，能夠?qū)崿F(xiàn)光電隔離，能夠滿足上述要求。

可選地，所述裝置還包括：輸入斷路器400；

所述輸入斷路器400與所述擾動線路開關(guān)100連接，用于控制電網(wǎng)擾動性測試裝置的通斷電。

如圖9所示，通過控制所述輸入斷路器400的分?jǐn)?，控制所述擾動電源

裝置200的啟動與暫停，減少人為操作的失誤，提升操作效率。

由以上技術(shù)方案可知，本申請?zhí)峁┝艘环N電網(wǎng)適應(yīng)性測試裝置，包括：擾動電源裝置200、擾動線路開關(guān)100和旁路開關(guān)300，其特征在于，所述擾動電源裝置200包括：移相變壓器220、四象限變流器230和主控制器210；所述主控制器210分別與所述移相變壓器220和所述四象限變流器230連接，用于產(chǎn)生控制指令并發(fā)送至所述移相變壓器220與所述四象限變流器230；所述移相變壓器220用于連接擾動電網(wǎng)的輸入端子；所述移相變壓器220包括：分別與所述主控制器210相連接的第一電壓互感器221、第一電流互感器222、第二電壓互感器223和第二電流互感器224，用于測量常規(guī)電網(wǎng)及擾動電網(wǎng)的輸入電壓信號和輸入電流信號；所述四象限變流器230采用三相級聯(lián)式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，且每一相由30個功率變換單元240級聯(lián)組成，用于根據(jù)所述控制指令，產(chǎn)生擾動性電壓和頻率，并輸出正弦波；所述功率變換單元240包括：整流端242、主控端241和逆變端243；所述主控端241用于計算待補償無功功率，并控制所述功率變換單元240輸出與所述待補償無功功率等量的無功功率；所述整流端242用于將所述移相變壓器220輸出的交流電壓信號整流成直流電壓信號；所述逆變端243采用h橋式電路，用于將由所述整流端輸出的直流電壓信號逆變成交流電壓信號。

使用時，將擾動線路開關(guān)100和擾動電源裝置200串聯(lián)，與旁路開關(guān)300并聯(lián)連入電網(wǎng)。如果需要對用電設(shè)備進行常規(guī)測試，則斷開所述擾動線路開關(guān)100，并閉合所述旁路開關(guān)300，將用電設(shè)備直接引入電網(wǎng)電能；如果需要對用電設(shè)備進行擾動性測試，則斷開所述旁路開關(guān)300，并閉合所述擾動線路開關(guān)100，用所述擾動電源裝置200為用電設(shè)備提供電能。當(dāng)用電設(shè)備接入所述擾動電源裝置200時，通過主控制器210對移相變壓器220發(fā)出指令，由所述移相變壓器220中的第一電壓互感器221、第一電流互感器222、第二電壓互感器223和第二電流互感器224分別采集來自所述擾動電源裝置200的輸出電壓/電流信號，所述輸出電壓/電流信號進入四象限變流器，再由所述主控制器210對所述四象限變流器230發(fā)出指令，通過所述四象限變流器230調(diào)整擾動頻率及電壓波形，并同時實現(xiàn)對所述輸出電壓/電流信號的無功補償，從而提高電能轉(zhuǎn)化效率，保證擾動電源裝置提供的電能質(zhì)量。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本申請并不局限于上面已經(jīng)描述并在附圖中示出的精確結(jié)構(gòu)，并且可以在不脫離其范圍進行各種修改和改變。本申請的范圍僅由所附的權(quán)利要求來限制。