大功率二极管整流变频器功率测试电路及其测试方法
【专利摘要】本发明公开了一种大功率二极管整流变频器的功率测试电路及方法，解决了现有测试电路及方法存在的较高的初始资本投入和平台搭建时间长的问题。包括大功率二极管整流变频器（1）、电网（2）、控制器（21）和变压器（8），大功率二极管整流变频器整流端通过二极管整流器滤波器（6）与电网连接，大功率二极管整流变频器的逆变端通过逆变器滤波器（7）与变压器的输入端连接，变压器的输出端与电网连接，在大功率二极管整流变频器整流端上设置有第一电流检测模块（18）的信号采集端子，在大功率二极管整流变频器的逆变端上设置有第二电流检测模块（19）的信号采集端子，在变压器的输入端连接有电压检测模块（20），特别适合测试现场使用。
【专利说明】大功率二极管整流变频器功率测试电路及其测试方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种大功率二极管整流变频器的功率测试电路及测试方法。
【背景技术】
[0002]在变频器研发生产过程中，需要检验其在额定以及过载工况下的性能，判断能否达到符合出厂标准的额定要求。所以有效的低成本的测试方法作为变频器测试手段是非常重要的。考虑到大功率变频器自身输出功率的要求，对大功率二极管整流变频器的功率测试方法应具有功率回馈特点，以减少测试成本。目前，常见二极管整流变频器功率测试方法是使用负载电机带动发电机来实现能量回馈。被测试大功率二极管整流变频器I的整流端连接电网2，被测试大功率二极管整流变频器I的逆变端连接负载电机3，负载电机3同轴连发电机4。发电机4有不同的控制方式，可以通过变频器5接入电网或者通过断路器接入电网。无论哪种接入方式，都无法避免较高的初始资本投入和平台搭建时间，同时负载电机
3、发电机4等需要定期维护.在测试时，振动大，机械噪音高，是批量生产或者研发早期硬件调试时的问题，同时，二极管整流变频器还会产生较高的五次和七次谐波电流，在测试的过程中产生对电网的严重污染。
【发明内容】
[0003]本发明提供了一种大功率二极管整流变频器功率测试电路及其测试方法，解决了现有测试电路及方法存在的较高的初始资金投入和较长的平台搭建时间以及在测试的过程中会对电网产生严重的谐波电流污染的技术问题。
[0004]一种大功率二极管整流变频器功率测试电路，包括被测试大功率二极管整流变频器、电网、控制器和变压器，被测试大功率二极管整流变频器整流端通过输入电抗器与电网连接，被测试大功率二极管整流变频器的逆变端通过逆变侧正弦滤波器与变压器的输入端连接，变压器的输出端与电网连接，在被测试大功率二极管整流变频器整流端上设置有第一电流检测模块的信号采集端子，在被测试大功率二极管整流变频器的逆变端上设置有第二电流检测模块的信号采集端子，变压器的输入端与电压检测模块的输入端连接在一起，控制器分别与第一电流检测模块的输出端、第二电流检测模块的输出端、电压检测模块的输出端和被测试大功率二极管整流变频器的控制端连接在一起；控制器根据第一电流检测模块采集到的被测试大功率二极管整流变频器整流端三相电流、第二电流检测模块采集到的被测试大功率二极管整流变频器的逆变端三相电流和电压检测模块采集到变压器的输入端的三相电压进行计算控制处理，并且用于驱动被测试大功率二极管整流变频器。
[0005]逆变侧正弦滤波器可以是一阶电抗器或高阶低通滤波器或带阻滤波器。
[0006]一种大功率二极管整流变频器功率测试方法，控制器对第一电流检测模块采集到的被测试大功率二极管整流变频器整流端三相电流、第二电流检测模块采集到的被测试大功率二极管整流变频器的逆变端三相电流和电压检测模块采集到变压器的输入端的三相电压进行计算控制处理，其特征在于: 第一电流检测模块采集被测试大功率二极管整流变频器整流端的输入电流Irec_abc，用于产生控制器的谐波补偿参考电流Idq_ref_harm ；
第二电流检测模块采集被测试大功率二极管整流变频器I的逆变端的输出电流Iinv_abc,用于产生控制器的电流反馈Idq_feedback ；
电压检测模块采集变压器输入端的电压V_abc，通过锁相环计算可得到电压幅值I Vl、电压角度Theta和旋转坐标下Vdq分量，电压幅值|V|用于功率前馈控制，电压角度Theta用于坐标转换，旋转dq坐标将和此角度保持同步，Vdq分量用于提高电流环控制性能；通过参考功率除以电压幅值|V|来获得有功参考电流Iq_ref_P0Wer，用来控制有功功率；
控制器将谐波补偿参考电流Idq_ref_harm、功率参考电流Iq_ref_P0Wer和控制器电流反馈Idq_feedback叠加可以获得误差电流，误差电流输入比例积分谐振(PIR)控制器中，通过比例积分谐振(PIR)控制器计算得到DQ参考电压，DQ参考电压与电压角度Theta通过2-3坐标变换得到控制器的三相参考电压V_abc_ref ；
被测试大功率二极管整流变频器整流端与被测试大功率二极管整流变频器的逆变端通过变压器均接入电网，在测试时有功功率从被测试大功率二极管整流变频器整流端流入，再由被测试大功率二极管整流变频器逆变端回馈给电网，以减少测试时功率损耗，降低开发成本，同时本发明的测试方法所实现的控制器可以补偿被测试试的被测试大功率二极管整流变频器测试时二极管整流侧所产生的谐波电流，对电网无污染。相比于传统的二极管整流变频器测试方法，本发明不使用负载电机以及配套发电机，最小化实验设备资金以及场地投入。
[0007]本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点:省去了负载电机、发电机以及相关驱动控制设备，成本低、占地小，测试平台搭建耗时短，测试时噪声低安全系数高；功率控制来控制基波电流，采用谐波电流控制来补偿二极管整流谐波，控制方式简单；滤波器抑制逆变器开关频率谐波并补偿二极管整流器谐波电流，电网无污染。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1是现有的大功率二极管整流变频器的功率测试电路的结构示意图；
图2是本发明大功率二极管整流变频器的功率测试电路的结构示意图；
图3是本发明控制器谐波补偿参考电流拓扑图；
图4是本发明控制器电流反馈拓扑图；
图5是本发明电压幅值I Vl、电压角度Theta和旋转坐标下Vdq分量拓扑图；
图6是本发明有功参考电流拓扑图；
图7是本发明控制器三相参考电压拓扑图。
【具体实施方式】
[0009]一种大功率二极管整流变频器功率测试电路，包括被测试大功率二极管整流变频器1、电网2、控制器21和变压器8，被测试大功率二极管整流变频器I整流端通过输入电抗器6与电网2连接，被测试大功率二极管整流变频器I的逆变端通过逆变侧正弦滤波器7与变压器8的输入端连接，变压器8的输出端与电网2连接，在被测试大功率二极管整流变频器I整流端上设置有第一电流检测模块18的信号采集端子，在被测试大功率二极管整流变频器I的逆变端上设置有第二电流检测模块19的信号采集端子，变压器8的输入端与电压检测模块20的输入端连接在一起,控制器21分别与第一电流检测模块18的输出端、第二电流检测模块19的输出端、电压检测模块20的输出端和被测试大功率二极管整流变频器I的控制端连接在一起；控制器21根据第一电流检测模块18采集到的被测试大功率二极管整流变频器I整流端三相电流、第二电流检测模块19采集到的被测试大功率二极管整流变频器I的逆变端三相电流和电压检测模块20采集到变压器8的输入端的三相电压进行计算控制处理，并且用于驱动被测试大功率二极管整流变频器I。
[0010]逆变侧正弦滤波器7可以是一阶电抗器或高阶低通滤波器或带阻滤波器或一阶电抗器、高阶低通滤波器、带阻滤波器各种混合组合实现的滤波器。
[0011]一种大功率二极管整流变频器功率测试方法，控制器21对第一电流检测模块18采集到的被测试大功率二极管整流变频器I整流端三相电流、第二电流检测模块19采集到的被测试大功率二极管整流变频器I的逆变端三相电流和电压检测模块20采集到变压器8的输入端的三相电压进行计算控制处理，其特征在于:
第一电流检测模块18采集被测试大功率二极管整流变频器I整流端的输入电流Irec_abc，通过3-2坐标变换10、带通滤波器11以及变压器8的变比增益12变换为谐波补偿参考电流Idq_ref_harm,用于产生控制器21的谐波补偿参考电流Idq_ref_harm ；
第二电流检测模块19采集被测试大功率二极管整流变频器I的逆变端的输出电流Iinv_abc,输出电流Iinv_abc作为逆变器电流反馈通过3_2坐标变换10以及低通滤波14滤除开关频率谐波变换为电流反馈Idq_feedback，用于产生控制器21的电流反馈Idq_feedback ；
电压检测模块20采集变压器输入端的电压V_abc，用于电网同步及产生电流环控制前馈量Vdq，通过锁相环9计算可得到电压幅值IV1、电压角度Theta和旋转坐标下Vdq分量，电压幅值|V|用于功率控制，电压角度Theta用于坐标转换，旋转dq坐标将和此角度保持同步，Vdq分量用于提高电流环控制性能，这三个参数作为控制器21的控制输入；
通过功率电压比13来获得有功参考电流Iq_ref_P0Wer，用来控制有功功率；
控制器21将谐波补偿参考电流Idq_ref_harm、功率参考电流Iq_ref_P0Wer和控制器电流反馈Idq_feedback叠加可以获得误差电流15,误差电流15比例积分谐振(PIR)控制器16中，通过比例积分谐振(PIR)控制器16计算得到DQ参考电压，DQ参考电压与电压角度Theta通过2-3坐标变换17等到控制器21的三相参考电压V_abc_ref。
[0012]被测试大功率二极管整流变频器I中的整流端通过输入电抗器6接入电网2。为抑制被测试大功率二极管整流变频器I中逆变器开关频率高次谐波对电网的干扰，被测试大功率二极管整流变频器I逆变端连接逆变侧正弦滤波器7。考虑二极管整流特性，直流电压不可控并且会低于电网电压。在逆变器侧，需要添加变压器8以保证逆变器的可控性，确保逆变器侧额定电压能够与电网侧额定电压相匹配。
[0013]考虑二极管整流特性，直流电压不可控并且会低于电网电压。以常见工业电机驱动应用二极管整流变频器为例，400V交流额定电压，系统功率750kW，30mF直流电容，二极管滤波电感30 μ H,最小直流电压为499V。如果逆变器最小脉宽为4 μ s,死区时间3 μ s,开关频率2500Hz，最大线性输出调制深度为0.95，逆变器最大线性输出为335V，低于400V系统电压。因此，在逆变器侧，需要添加变压器8以保证逆变器的可控性。
[0014]通常意义而言，对于六脉整流器而言，11次和13次谐波电流都可以通过输入电抗器6有效抑制达到相关电网要求。所以11次和13次谐波电流通常不需要补偿。如果无法满足要求，负序11次和正序13次电流转变为12次dq分量并且可以通过带通滤波器11获得。
[0015]有功参考电流Iq_ref_P0Wer用来控制有功功率。这种功率控制方式的准确度通常能够满足测试平台要求。如果需要进一步提高功率控制的准确性，可以通过闭环控制的方式。
[0016]为有效控制误差电流15中的交流分量，例如有谐波参考电流Idq_ref_harm引入的6次分量，这里将在传统意义的比例积分PI控制器上增加谐振控制器R，进而得到比例积分谐振(PIR)控制器16。
[0017]本发明的测试方法所实现的控制器21包含两个功能:被测试大功率二极管整流变频器I功率控制和补偿被测试大功率二极管整流变频器I测试时二极管整流侧所产生的谐波电流。
[0018]被测试大功率二极管整流变频器I功率控制的目的是将被测试大功率二极管整流变频器I的功率控制到测试要求。
[0019]补偿被测试大功率二极管整流变频器I测试时二极管整流侧所产生的谐波电流通过控制被测试大功率二极管整流变频器I输出的5、7等次谐波电流与二极管整流器产生谐波电流幅值匹配，相位相反，保证谐波电流仅在测试平台中循环，而不会流经公共电网，从而可以保证变频器试验所产生的低频谐波电流不会污染电网。
【权利要求】
1.一种大功率二极管整流变频器功率测试电路，包括被测试大功率二极管整流变频器(1)、电网(2)、控制器(21)和变压器(8)，被测试大功率二极管整流变频器(I)的整流端通过输入电抗器(6 )与电网(2 )连接在一起，被测试大功率二极管整流变频器(I)的逆变端通过逆变侧正弦滤波器(7)与变压器(8)的输入端连接在一起，变压器(8)的输出端与电网(2)连接在一起，在被测试大功率二极管整流变频器(I)的整流端上设置有第一电流检测模块(18)的信号采集端子，在被测试大功率二极管整流变频器(I)的逆变端上设置有第二电流检测模块(19)的信号采集端子，变压器(8)的输入端与电压检测模块(20)的输入端连接在一起，控制器(21)分别与第一电流检测模块(18)的输出端、第二电流检测模块(19)的输出端、电压检测模块(20)的输出端和被测试大功率二极管整流变频器(I)的控制端连接在一起。
2.根据权利要求1所述的一种大功率二极管整流变频器功率测试电路，其特征在于，逆变侧正弦滤波器(7)是一阶电抗器或高阶低通滤波器或带阻滤波器。
3.一种大功率二极管整流变频器功率测试方法，控制器(21)对第一电流检测模块(18 )采集到的被测试大功率二极管整流变频器(I)的整流端三相电流、第二电流检测模块(19)采集到的被测试大功率二极管整流变频器(I)的逆变端三相电流和电压检测模块(20)采集到变压器(8)的输入端的三相电压进行计算控制处理，其特征在于: 第一电流检测模块(18)采集被测试大功率二极管整流变频器(I)整流端的输入电流Irec_abc,用于产生控制器(21)的谐波补偿参考电流Idq_ref_harm ； 第二电流检测模块(19)采集被测试大功率二极管整流变频器(I)的逆变端的输出电流Iinv_abc,用于产生控制器(21)的电流反馈Idq_feedback ； 电压检测模块(20)采集变压器输入端的电压V_abc，通过锁相环(9)计算可得到电压幅值I V|、电压角度Theta和旋转坐标下Vdq分量，电压幅值|V|用于功率前馈控制，电压角度Theta用于坐标转换，旋转dq坐标将和此角度保持同步，Vdq分量用于提高电流环控制性能；通过参考功率除以电压幅值|V|来获得有功参考电流Iq_ref_P0Wer，用来控制有功功率; 控制器(21)将谐波补偿参考电流Idq_ref_harm、功率参考电流Iq_ref_Power和控制器电流反馈Idq_feedbaCk叠加可以获得误差电流(15)，误差电流(15)输入比例积分谐振(PIR)控制器(16)中，通过比例积分谐振(PIR)控制器(16)计算得到DQ参考电压，DQ参考电压与电压角度Theta通过2-3坐标变换(17)得到控制器(21)的三相参考电压V_abc_ref ο
【文档编号】G01R31/40GK104035050SQ201410188009
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年5月6日 优先权日:2014年5月6日
【发明者】乌云翔, 邵诗逸, 兰建军, 樊双英, 靳雁艳, 师艳平 申请人:北京赛思亿电气科技有限公司, 山西汾西重工有限责任公司