專(zhuān)利名稱(chēng)：一種能量回饋型柴油機(jī)試驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于柴油機(jī)臺(tái)架加載試驗(yàn)的試驗(yàn)裝置，尤其是涉及一種廣泛應(yīng)用于的船舶電源系統(tǒng)、內(nèi)燃機(jī)車(chē)供電系統(tǒng)、發(fā)電廠(chǎng)備用電源、家用汽車(chē)，以及礦山車(chē)輛驅(qū)動(dòng)中等場(chǎng)合的柴油機(jī)進(jìn)行加載試驗(yàn)時(shí)的能量回饋到電網(wǎng)的裝置。
背景技術(shù)：
柴油機(jī)組在各行各業(yè)的應(yīng)用非常廣泛，可作為電源設(shè)備與發(fā)電機(jī)配合應(yīng)用在船舶電源系統(tǒng)、內(nèi)燃機(jī)車(chē)供電系統(tǒng)、發(fā)電廠(chǎng)備用電源等場(chǎng)合，也可作為動(dòng)力設(shè)備配合直變速箱應(yīng)用在家用汽車(chē)及礦山車(chē)輛驅(qū)動(dòng)中。但是，對(duì)于柴油機(jī)組，在其應(yīng)用在上述具體場(chǎng)合前，需要通過(guò)多種試驗(yàn)。以船舶推進(jìn)用柴油機(jī)組為例，國(guó)家船舶行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)CB/T 32M就規(guī)定了數(shù)十項(xiàng)臺(tái)架試驗(yàn)。在其研制過(guò)程中以及出廠(chǎng)試驗(yàn)時(shí)均要按照其設(shè)計(jì)曲線(xiàn)在不同的轉(zhuǎn)速下加載對(duì)應(yīng)的功率進(jìn)行試驗(yàn)，通過(guò)試驗(yàn)才能提供給終端用戶(hù)使用。一般而言要配備大功率同步發(fā)電機(jī)及其他設(shè)備將柴油機(jī)輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的形式試驗(yàn)加載。以某機(jī)車(chē)用柴油機(jī)出廠(chǎng)試驗(yàn)為例，如表1所示，其出廠(chǎng)試驗(yàn)要求在400r/min時(shí)加載297kW試驗(yàn)，在900r/min時(shí)加載 1493kW試驗(yàn)，如下表所示，對(duì)應(yīng)不同的轉(zhuǎn)速加載的試驗(yàn)功率不相同，另外，二極管整流器輸出電壓變換范圍也很大，從300V 900V，這么大的電壓變化范圍是無(wú)法直接給并網(wǎng)逆變器使用的，因此采用直流升壓變換器將這些電壓變換到合適的值，如1000V，然后通過(guò)并網(wǎng)逆變器將電能饋回電網(wǎng)。
權(quán)利要求
1.一種能量回饋型柴油機(jī)試驗(yàn)裝置，其特征在于，包括整流器(1)、直流升壓變換器 (2)、并網(wǎng)逆變器(3)和并網(wǎng)變壓器(4)，所述整流器(1)的輸入端通過(guò)同步發(fā)電機(jī)(7)連接柴油機(jī)(6)，整流器(1)的輸出端與并網(wǎng)變壓器(4)相連，并網(wǎng)變壓器(4)與直流升壓變換器 (2)相連，直流升壓變換器(2)與并網(wǎng)逆變器(3)相連，并網(wǎng)逆變器(3)與并網(wǎng)變壓器(4)的輸入端相連，并網(wǎng)變壓器(4)的輸出端通過(guò)開(kāi)關(guān)柜(5)與電網(wǎng)相連，在進(jìn)行柴油機(jī)(6)試驗(yàn)時(shí)，柴油機(jī)(6)帶動(dòng)同步發(fā)電機(jī)(7)發(fā)出頻率和幅值變化的交流電，經(jīng)整流器(1)整流變?yōu)橹绷麟?，再依次通過(guò)直流升壓變換器(2)、并網(wǎng)逆變器(3)、并網(wǎng)變壓器(4)和開(kāi)關(guān)柜(5)將柴油機(jī)組輸出的功率輸送至電網(wǎng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種能量回饋型柴油機(jī)試驗(yàn)裝置，其特征在于所述的整流器(1)采用二極管不可控整流器，將同步發(fā)電機(jī)(7)輸出的大小和頻率變化的交流電壓變換成直流電壓，同時(shí)向直流升壓變換器(2)傳輸柴油機(jī)(6)輸出的能量；直流升壓變換器 (2 )為并網(wǎng)逆變器(3 )提供穩(wěn)定的直流電源；并網(wǎng)逆變器(3 )將直流升壓變換器(2 )傳遞來(lái)的柴油機(jī)(6)的輸出功率從直流電壓逆變?yōu)榻涣麟?，通過(guò)并網(wǎng)變壓器(4)回饋至電網(wǎng)，同時(shí)并網(wǎng)變壓器(4)在電網(wǎng)和試驗(yàn)裝置，以及被試的柴油機(jī)(6)之間提供電氣隔離。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種能量回饋型柴油機(jī)試驗(yàn)裝置，其特征在于所述的并網(wǎng)逆變器(3)采用多重化結(jié)構(gòu)，并網(wǎng)逆變器(3)包括兩組或兩組以上相互并聯(lián)的變流器單元(31)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種能量回饋型柴油機(jī)試驗(yàn)裝置，其特征在于所述的并網(wǎng)變壓器(4)采用多重輸入繞組結(jié)構(gòu)，并網(wǎng)變壓器(4)包括兩組或兩組以上與并網(wǎng)逆變器(3) 的變流器單元(31)數(shù)量相同的輸入繞組，所述并網(wǎng)逆變器(3)的變流器單元(31)的每個(gè)輸出端與并網(wǎng)變壓器(4)的一個(gè)對(duì)應(yīng)的輸入繞組相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種能量回饋型柴油機(jī)試驗(yàn)裝置，其特征在于所述的并網(wǎng)逆變器(3)的變流器單元(31)采用四象限電壓源型PWM變流器，所述的并網(wǎng)逆變器(3)的變流器單元(31)運(yùn)行于單位功率因數(shù)有源逆變狀態(tài)，所述的變流器單元(31)包括交流側(cè)電感和開(kāi)關(guān)器件。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的一種能量回饋型柴油機(jī)試驗(yàn)裝置，其特征在于所述的直流升壓變換器(2)采用一重或一重以上的升壓電路單元(35)并聯(lián)構(gòu)成，所述的升壓電路單元(35)采用Boost型DC/DC升壓電路，用于將二極管不可控整流器(1)輸出的幅值可變的直流電壓變換為穩(wěn)定的直流電壓供并網(wǎng)逆變器(3)使用，所述的升壓電路單元(35)包括升壓電感、續(xù)流二極管、開(kāi)關(guān)管和直流側(cè)輸出電容。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2、4、5中任一權(quán)利要求所述的一種能量回饋型柴油機(jī)試驗(yàn)裝置，其特征在于所述的能量回饋型柴油機(jī)試驗(yàn)裝置包括直流升壓變換器控制模塊，所述的直流升壓變換器控制模塊包括電壓外環(huán)控制模塊和電流內(nèi)環(huán)控制模塊，所述的電壓外環(huán)控制模塊包括第一采樣濾波單元(8)、第一 PI調(diào)節(jié)單元(9)和第一均分單元(10)，第一采樣濾波單元(8)采集直流升壓變換器(2)輸出電壓并輸出至第一 PI調(diào)節(jié)單元(9)中，并與目標(biāo)電壓在第一 PI調(diào)節(jié)單元(9)中進(jìn)行比較和PI調(diào)節(jié)后，輸出總電流給定值，經(jīng)過(guò)第一均分單元 (10)均分成η等份后輸出至直流升壓變換器(2)作為每重升壓電路單元(35)的升壓電感平均電流給定值或續(xù)流二極管平均電流給定值；所述的電流內(nèi)環(huán)控制模塊包括第二 PI調(diào)節(jié)單元(13)、限幅單元(14)、三角載波形成單元(15)、第二采樣濾波單元(11)和平均值求取單元(12)，第二采樣濾波單元(11)采集升壓電感實(shí)時(shí)電流信號(hào)輸出至平均值求取單元 (12)求取平均值后輸出至第二 PI調(diào)節(jié)單元(13)，與升壓電感平均電流給定值在第二 PI調(diào)節(jié)單元(13)中進(jìn)行比較和PI調(diào)節(jié)后輸出至限幅單元(14)得到每重升壓電路單元(35)的開(kāi)關(guān)管占空比值信號(hào)，三角載波形成單元(15)根據(jù)直流升壓變換器(2)的重?cái)?shù)產(chǎn)生與該重?cái)?shù)相同的相互移相的多路三角載波，每路三角載波送至對(duì)應(yīng)的電流內(nèi)環(huán)控制模塊，與上述開(kāi)關(guān)管占空比值信號(hào)進(jìn)行比較后，得到PWM觸發(fā)信號(hào)，作為升壓電路單元(35)開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種能量回饋型柴油機(jī)試驗(yàn)裝置，其特征在于所述的能量回饋型柴油機(jī)試驗(yàn)裝置包括并網(wǎng)逆變器控制模塊，所述的并網(wǎng)逆變器控制模塊包括有功電流給定模塊和電流內(nèi)環(huán)控制模塊，所述的有功電流給定模塊包括第一加載過(guò)渡時(shí)間設(shè)定單元(16)、有功電流穩(wěn)態(tài)給定值計(jì)算單元(17)、有功電流給定值計(jì)算單元(18)和第二均分單元(19)，試驗(yàn)所需加載功率信號(hào)輸入至第一加載過(guò)渡時(shí)間設(shè)定單元(16)，再經(jīng)過(guò)有功電流穩(wěn)態(tài)給定值計(jì)算單元(17)得到有功電流穩(wěn)態(tài)給定值信號(hào)，經(jīng)過(guò)有功電流給定值計(jì)算單元 (18)和第二均分單元(19)得到下個(gè)控制周期內(nèi)并網(wǎng)逆變器(3)每重變流器單元(31)的有功電流給定值信號(hào)；所述的電流內(nèi)環(huán)控制模塊包括第三PI調(diào)節(jié)單元(28)、第四PI調(diào)節(jié)單元(29)、坐標(biāo)變換單元(27)、鎖相環(huán)單元(26)、第三采樣濾波單元(24)、第四采樣濾波單元 (25)和載波移相正弦脈寬調(diào)制單元(30)，第三采樣濾波單元(24)采集并網(wǎng)變壓器(4)的輸入繞組的交流電流信號(hào)，并輸出至坐標(biāo)變換模塊(27)，第四采樣濾波單元(25)采集并網(wǎng)逆變器(3)的變流器單元(31)的交流電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)鎖相環(huán)單元(26)計(jì)算電壓相位角后輸出至坐標(biāo)變換單元(27)，得到電流有功分量和電流無(wú)功分量，分別與有功電流給定值和無(wú)功電流給定值進(jìn)行比較，差值分別經(jīng)過(guò)第三PI調(diào)節(jié)單元(28)和第四PI調(diào)節(jié)單元(29)進(jìn)行比較、調(diào)節(jié)及運(yùn)算后得到調(diào)制波指令值信號(hào)，調(diào)制波指令信號(hào)經(jīng)載波移相正弦脈寬調(diào)制單元 (30)后得到變流器單元(31)開(kāi)關(guān)器件的觸發(fā)脈沖信號(hào)，并將其輸出至并網(wǎng)逆變器(3)的變流器單元(31)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1、2、4、5所述的一種能量回饋型柴油機(jī)試驗(yàn)裝置，其特征在于所述的能量回饋型柴油機(jī)試驗(yàn)裝置包括直流升壓變換器控制模塊，所述的直流升壓變換器控制模塊包括平均電流給定模塊和電流內(nèi)環(huán)控制模塊，所述的平均電流給定模塊包括第二加載過(guò)渡時(shí)間設(shè)定單元(20)、平均電流穩(wěn)態(tài)給定值計(jì)算單元(21)、平均電流給定值計(jì)算單元(22)和第三均分單元(23)，試驗(yàn)所需加載功率信號(hào)輸入至第二加載過(guò)渡時(shí)間設(shè)定單元 (20)，再經(jīng)過(guò)平均電流穩(wěn)態(tài)給定值計(jì)算單元(21)得到每重直流升壓變換器(2)的平均電流穩(wěn)態(tài)給定值信號(hào)，輸出至平均電流給定值計(jì)算單元(22)，再經(jīng)過(guò)第三均分單元(23)進(jìn)行 η等分均分后，得到升壓變換器(2)每重升壓電路單元(35)的平均電流給定值信號(hào)；所述的電流內(nèi)環(huán)控制模塊包括第二 PI調(diào)節(jié)單元(13)、限幅單元(14)、三角載波形成單元(15)、 第二采樣濾波單元(11)和平均值求取單元(12)，第二采樣濾波單元(11)采集升壓電感實(shí)時(shí)電流信號(hào)輸出至平均值求取單元(12)求取平均值后輸出至第二 PI調(diào)節(jié)單元(13)，與升壓電感平均電流給定值在第二 PI調(diào)節(jié)單元(13)中進(jìn)行比較和PI調(diào)節(jié)后輸出至限幅單元 (14)得到每重升壓電路單元(35)的開(kāi)關(guān)管占空比值信號(hào)，三角載波形成單元(15)根據(jù)直流升壓變換器(2)的重?cái)?shù)產(chǎn)生與該重?cái)?shù)相同的相互移相的多路三角載波，每路三角載波送至對(duì)應(yīng)的電流內(nèi)環(huán)控制模塊，與上述開(kāi)關(guān)管占空比值信號(hào)進(jìn)行比較后，得到PWM觸發(fā)信號(hào)，作為升壓電路單元(35)開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種能量回饋型柴油機(jī)試驗(yàn)裝置，其特征在于所述的能量回饋型柴油機(jī)試驗(yàn)裝置包括并網(wǎng)逆變器控制模塊，所述的并網(wǎng)逆變器控制模塊包括電壓外環(huán)控制模塊和電流內(nèi)環(huán)控制模塊，所述的電壓外環(huán)控制模塊包括第四PI調(diào)節(jié)單元(33)、 第四均分單元(34 )和第五采樣濾波單元(32 )，第五采樣濾波單元采集并網(wǎng)逆變器(3 )的直流側(cè)輸出電壓信號(hào)并輸出至第四PI調(diào)節(jié)單元(33)中，并與目標(biāo)電壓在第四PI調(diào)節(jié)單元 (33)中進(jìn)行比較和PI調(diào)節(jié)后，輸出總電流給定值，經(jīng)過(guò)第四均分單元(34)均分成η等份后輸出至并網(wǎng)逆變器(3)作為每重變流器單元(31)的有功電流指令值信號(hào)；所述的電流內(nèi)環(huán)控制模塊包括第三PI調(diào)節(jié)單元(28)、第四PI調(diào)節(jié)單元(29)、坐標(biāo)變換單元(27)、鎖相環(huán)單元(26)、第三采樣濾波單元(24)、第四采樣濾波單元(25)和載波移相正弦脈寬調(diào)制單元 (30)，第三采樣濾波單元(24)采集并網(wǎng)變壓器(4)的輸入繞組的交流電流信號(hào)，并輸出至坐標(biāo)變換模塊(27)，第四采樣濾波單元(25)采集并網(wǎng)逆變器(3)的變流器單元(31)的交流電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)鎖相環(huán)單元(26)計(jì)算電壓相位角后輸出至坐標(biāo)變換單元(27)，得到電流有功分量和電流無(wú)功分量，分別與有功電流給定值和無(wú)功電流給定值進(jìn)行比較，差值分別經(jīng)過(guò)第三PI調(diào)節(jié)單元(28)和第四PI調(diào)節(jié)單元(29)進(jìn)行比較、調(diào)節(jié)及運(yùn)算后得到調(diào)制波指令值信號(hào)，調(diào)制波指令信號(hào)經(jīng)載波移相正弦脈寬調(diào)制單元(30)后得到變流器單元(31)開(kāi)關(guān)器件的觸發(fā)脈沖信號(hào)，并將其輸出至并網(wǎng)逆變器(3)的變流器單元(31)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種能量回饋型柴油機(jī)試驗(yàn)裝置，整流器的輸入端通過(guò)同步發(fā)電機(jī)連接柴油機(jī)，整流器的輸出端與直流升壓變換器相連，直流升壓變換器與并網(wǎng)逆變器相連，并網(wǎng)逆變器與并網(wǎng)變壓器的輸入端相連，并網(wǎng)變壓器的輸出端通過(guò)開(kāi)關(guān)柜與電網(wǎng)相連，在進(jìn)行柴油機(jī)試驗(yàn)時(shí)，柴油機(jī)帶動(dòng)同步發(fā)電機(jī)發(fā)出頻率和幅值變化的交流電，經(jīng)整流器整流變?yōu)橹绷麟?，再依次通過(guò)直流升壓變換器、并網(wǎng)逆變器、并網(wǎng)變壓器和開(kāi)關(guān)柜將柴油機(jī)組輸出的功率輸送至電網(wǎng)。該裝置占地小、電能質(zhì)量高、維護(hù)成本低，將柴油機(jī)試驗(yàn)過(guò)程中的能量送回電網(wǎng)，避免了能源浪費(fèi)和試驗(yàn)場(chǎng)所環(huán)境溫度升高帶來(lái)的環(huán)境控制等一系列問(wèn)題。
文檔編號(hào)H02J3/38GK102570507SQ201210030290
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2012年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月10日
發(fā)明者劉斐, 吳強(qiáng), 張少云, 張鐵軍, 敬華兵, 曹洋, 羅仁俊, 范偉, 陳剛, 陳廣贊, 陳雪, 馬雅青 申請(qǐng)人:株洲變流技術(shù)國(guó)家工程研究中心有限公司