一種基于并網(wǎng)逆變器的變頻器電力電子可控負(fù)載法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力電子技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于并網(wǎng)逆變器的變頻器電力電子可 控負(fù)載法。
【背景技術(shù)】
[0002] 無(wú)論是由于工藝還是節(jié)能的需要，變頻器在火力發(fā)電廠汽輪發(fā)電機(jī)組的輔機(jī)上得 到了大量的應(yīng)用。變頻器輸入電源電壓波動(dòng)會(huì)影響變頻器的穩(wěn)定運(yùn)行，為提升低壓變頻器 的高、低電壓穿越能力，目前常采用附加電壓支撐裝置方式解決晃電對(duì)變頻器穩(wěn)定運(yùn)行的 影響。
[0003] 為檢驗(yàn)一類輔機(jī)低壓變頻器本身抗電壓波動(dòng)水平和在配置附加支撐裝置后的高、 低壓穿越能力是否符合相關(guān)規(guī)范要求，需要開展輸入電源電壓波動(dòng)工況下的運(yùn)行測(cè)試。變 頻器測(cè)試時(shí)可以采用磁滯測(cè)功機(jī)、勵(lì)磁電機(jī)等模擬負(fù)載，但是耗能型負(fù)載不僅完全浪費(fèi)了 測(cè)試過(guò)程的電能量，而且受到控制響應(yīng)速度和品質(zhì)影響，難以準(zhǔn)確模擬變頻器所帶輔機(jī)的 負(fù)載特性。另一方面，耗能型負(fù)載的受到散熱等因素限制而功耗水平有限，僅限于小功率變 頻器簡(jiǎn)單測(cè)試應(yīng)用，無(wú)法應(yīng)用于大功率變頻器的測(cè)試，而且在測(cè)試過(guò)程中剩余電能不能回 饋到電網(wǎng)，造成了能源的浪費(fèi)。同時(shí)，這種測(cè)試方式難以模擬變頻器所帶輔機(jī)負(fù)載的準(zhǔn)確特 性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為準(zhǔn)確模擬變頻器實(shí)際運(yùn)行工況，滿足大功率變頻器滿額運(yùn)行時(shí)的測(cè)試負(fù)載要 求，本發(fā)明提供一種基于并網(wǎng)逆變器的變頻器電力電子可控負(fù)載法，可以模擬變頻器所帶 的實(shí)際輔機(jī)負(fù)載特性，并實(shí)現(xiàn)測(cè)試裝置功率回饋電網(wǎng)的綠色測(cè)試。
[0005] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種基于并網(wǎng)逆變器的變頻器電力電子可控負(fù)載 法，其在變頻器的輸出端直接接三相并網(wǎng)逆變器作為變頻器的模擬負(fù)載，構(gòu)成變頻器測(cè)試 用負(fù)載系統(tǒng)，其主電路結(jié)構(gòu)為從前往后依次設(shè)置的前置變壓器、不控整流器、中間直流電 容、逆變器、濾波器和后置變壓器；三相并網(wǎng)逆變器的輸出電流由電流給定信號(hào)決定，通過(guò) 給定不同的三相并網(wǎng)逆變器的電流給定信號(hào)，來(lái)模擬不同的負(fù)載電流特性；采用兩相旋轉(zhuǎn) 坐標(biāo)系中基于PI調(diào)節(jié)器的電流內(nèi)環(huán)策略來(lái)控制三相并網(wǎng)逆變器。
[0006] 電機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩與頻率有關(guān)系，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)矩與頻率的0、1、2、-1次方的某一種 成比例。而負(fù)載轉(zhuǎn)矩又與電流成正比，所以由變頻器的頻率信號(hào)經(jīng)過(guò)處理后得到不同負(fù)載 的電流給定信號(hào)，以此來(lái)模擬不同的負(fù)載特性。這個(gè)電流給定信號(hào)就是有功電流給定信號(hào)。
[0007] 無(wú)功電流給定信號(hào)可設(shè)為0,這樣三相逆變器的功率因數(shù)為1。當(dāng)然，有些場(chǎng)合需 要輸出無(wú)功功率，那么可以根據(jù)需要設(shè)定無(wú)功電流給定信號(hào)。
[0008] 傳統(tǒng)測(cè)試方法中，由于電機(jī)繞組時(shí)間常數(shù)的存在，限制了其控制響應(yīng)速度，不能快 速、準(zhǔn)確模擬各類輔機(jī)負(fù)載特性；從能量轉(zhuǎn)換的角度，變頻器直接接電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)，可以 把兩者的作用視為互相抵消。因此，本發(fā)明提出無(wú)需電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)，在變頻器的輸出端 直接接三相并網(wǎng)逆變器作為變頻器的模擬負(fù)載，從而構(gòu)成了一種新的變頻器測(cè)試用負(fù)載系 統(tǒng)。分析表明，并網(wǎng)逆變器負(fù)載可以提供可調(diào)的工作電流來(lái)模擬負(fù)載波動(dòng)，證明了采用并網(wǎng) 逆變器負(fù)載法來(lái)構(gòu)建變頻器測(cè)試系統(tǒng)的可行性。并網(wǎng)逆變器負(fù)載具有的可控性能，可以模 擬不同類型的負(fù)載特性。其中，逆變器作為能量回饋給電網(wǎng)的通道，實(shí)現(xiàn)測(cè)試裝置功率回饋 電網(wǎng)的綠色測(cè)試。
[0009] 該電力電子可控負(fù)載法可以模擬不同的負(fù)載特性，它具有負(fù)載的精確、快速和任 意負(fù)載特性的模擬能力。另外，并網(wǎng)逆變器負(fù)載也很容易提高功率等級(jí)，滿足大功率變頻器 的測(cè)試要求。
[0010] 進(jìn)一步，所述的兩個(gè)變壓器具有隔離功能，使變頻器、逆變器和電網(wǎng)三者之間隔 離，使負(fù)載系統(tǒng)的安全性得到提高并簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。
[0011] 進(jìn)一步，當(dāng)設(shè)置有功電流/|非0,且隨時(shí)間發(fā)生改變，無(wú)功電流G為0,達(dá)到穩(wěn)定時(shí) 可模擬出只有有功功率做功的負(fù)載情況，此時(shí)模擬負(fù)載從電網(wǎng)只吸收有功功率。
[0012] 進(jìn)一步，逆變器的線電壓需大于后置變壓器的二次側(cè)線電壓，克服輸出濾波器電 感上的壓降，以便逆變器返回功率給電網(wǎng)。
[0013] 進(jìn)一步，逆變器的輸入直流電壓需大于輸出線電壓幅值，否則逆變器無(wú)法輸出期 望功率給電網(wǎng)。
[0014] 進(jìn)一步，所述中間直流電容電壓允許的變化范圍如下：
[0016] 其中，Udm為中間直流電容的額定電壓，U dT為使逆變器輸出380V線電壓的輸入門檻 電壓，Us為變頻器輸出的線電壓；Kt2為后置變壓器的變比，K T2< 1，起降壓作用；考慮功率 器件的損耗和電感上的壓降（輸出功率越大，電感上的壓降越大），需要提高門檻電壓UdT， 引入比例系數(shù)k，一般k> 1。
[0017] 相比傳統(tǒng)的勵(lì)磁電機(jī)負(fù)載法和發(fā)電機(jī)負(fù)載法，本發(fā)明具有的有益效果是：可以在 測(cè)試大功率負(fù)載的同時(shí)，縮小體積、降低成本，整個(gè)變頻器測(cè)試系統(tǒng)變得非常簡(jiǎn)潔；測(cè)試中 幾乎所有能量都能回饋給電網(wǎng)；負(fù)載特性可控，具有較好的實(shí)用性。
【附圖說(shuō)明】
[0018] 圖1為本發(fā)明并網(wǎng)逆變器負(fù)載結(jié)構(gòu)圖。
[0019] 圖2為本發(fā)明三相逆變器的內(nèi)環(huán)控制框圖（abc表示a-b-c三相靜止坐標(biāo)系，dq表 示兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系；i a、ib、i。分別為網(wǎng)側(cè)A、B、C相的線電流；L為電感；I d為有功電流，I q為 無(wú)功電流；/&為有功電流參考值，沒(méi)為無(wú)功電流參考值；UgaiUgb分別為網(wǎng)側(cè)A、B相電壓；V d 為有功電壓，Vq為無(wú)功電壓；9為d-q坐標(biāo)系d軸與a-b-c坐標(biāo)系a軸的夾角，PLL表示鎖 相環(huán)，仏為中間直流電容C 2的電壓，PffM表示脈沖寬度調(diào)制）。
[0020] 圖3為本發(fā)明三相逆變器的有功電流命令給定框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 參見圖1，本發(fā)明給出一種基于并網(wǎng)逆變器的變頻器電力電子可控負(fù)載法，主電路 結(jié)構(gòu)從前到后依次分為前置變壓器、不控整流器、中間直流電容、逆變器、濾波器和后置變 壓器六個(gè)部分。其中兩個(gè)變壓器具有隔離功能，變頻器、逆變器、電網(wǎng)三者之間都隔離，使系 統(tǒng)的安全性得到提高并簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。
[0022] -般變頻器輸出線電壓有效值Usni= 380V，不接前置變壓器或前置變壓器的變比 為1時(shí)，經(jīng)不控