大容量智能扩展式电能质量扰动发生系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种大容量智能扩展式电能质量扰动发生系统，该电路可以模拟负荷电流特性的扰动状况，设备结构简单，并降低整体成本。本实用新型可以通过只使用一个FPGA集中控制来实现多台模块并机，克服了多个控制器之间的通信存在延迟以及可能受到干扰的缺点，增强了电能质量扰动发生系统的输出容量，提供了系统的可靠性。高功率密度电流扰动发生模块与柜体采用动静插件连接，扩容时把多个高功率密度电流扰动发生模块推进柜体内即可。
【专利说明】大容量智能扩展式电能质量扰动发生系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种电能质量扰动发生系统，特别是一种大容量智能扩展式电能质量扰动发生系统。
【背景技术】
[0002]电力实践工作中，针对电能质量技术装备水平的提高和产品的多样化，有必要研制能够产生各类电能质量扰动在内的具有一定驱动能力的电能质量扰动发生装置，在实验室中模拟各种电能质量现象，为电网电能质量的测量、分析、评估和控制建立基础平台。从而对电气设备与各类电力仪表进行相关国家标准或行业标准所要求的检测。
[0003]为更加全面有效的分析负荷对现代电力系统的影响，我们有必要研究智能型电能质量扰动发生技术，特别是对大容量可控交流电力电子负载的研究尤为重要。但目前国内外对于电能质量扰动模拟的研究并不系统，而且也没有相应的标准和规范。
【发明内容】
[0004]本实用新型的目的是提供一种大容量智能扩展式电能质量扰动发生装置，该电路可以模拟负荷电流特性的扰动状况，设备结构简单，并降低整体成本.
[0005]本实用新型采用以下技术方案实现:大容量智能扩展式电能质量扰动发生系统，其特征在于:包括高功率密度电流扰动发生模块、预充电电阻、接触器、断路器、电源变换电路、FPGA控制器以及显示输入单元；所述接触器与所述预充电电阻并联；所述断路器的一端与电网连接，所述断路器另一端与所述接触器的一端连接；所述接触器的另一端与高功率密度电流扰动发生模块的第一输出端连接；所述高功率密度电流扰动发生模块的第二输出端与所述电源变换电路的输入端连接；所述电源变换电路的输出端与所述FPGA控制器的第一输入端连接；所述高功率密度电流扰动发生模块的第三输出端与所述FPGA控制器的第二输入端连接；所述FPGA控制器的第三输入端与所述断路器的一端连接；所述FPGA控制器的第四输入端与所述接触器的另一端连接；所述FPGA控制器的第一输出端与所述高功率密度电流扰动发生模块的控制输入端连接；所述FPGA控制器的第二输出端与所述显示输入单元连接。
[0006]在本实用新型的一实施例中，所述高功率密度电流扰动发生模块包括IGBT逆变桥、滤波器以及直流母线电容；所述直流母线电容与所述IGBT逆变桥桥臂并联；所述IGBT逆变桥的一输出与所述滤波器的一端连接，所述滤波器的另一端为所述高功率密度电流扰动发生模块的第一输出端；所述IGBT逆变桥的另一输出为所述高功率密度电流扰动发生模块的第二输出端；所述直流母线电容的输出为所述高功率密度电流扰动发生模块的第三输出端；所述IGBT逆变桥的IGBT模块的栅极驱动端为所述高功率密度电流扰动发生模块的控制输入端。
[0007]在本实用新型另一实施例中，所述滤波器为LCL低通滤波器。
[0008]在本实用新型再一实施例中，所述FPGA控制器与所述高功率密度电流扰动发生模块间采用光纤连接。
[0009]在本实用新型又一实施例中，所述FPGA控制器可同时并联控制多个所述高功率密度电流扰动发生模块。
[0010]与现有技术相比本实用新型具有以下优点:通过PWM调制驱动逆变电路来控制电流扰动模拟量的输出，实现电网电流扰动的真实情况；结构简单、模块化、积木扩展式并联结构，方便扩容，维护方便；设计先进、控制灵活、功能强大、适应性好，可灵活应用于各种需要谐波电流源的并网型测试应用。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为本实用新型结构示意图。
[0012]图2为本实用新型并机结构示意图。
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图，对本实用新型的技术方案进行具体说明。
[0014]如图1-2所示本实用新型为一种大容量智能扩展式电能质量扰动发生装置，其特征在于:包括高功率密度电流扰动发生模块、预充电电阻、接触器、断路器、电源变换电路、FPGA控制器以及显示输入单元；所述接触器与所述预充电电阻并联；所述断路器的一端与电网连接，所述断路器另一端与所述接触器的一端连接；所述接触器的另一端与高功率密度电流扰动发生模块的第一输出端连接；所述高功率密度电流扰动发生模块的第二输出端与所述电源变换电路的输入端连接；所述电源变换电路的输出端与所述FPGA控制器的第一输入端连接；所述高功率密度电流扰动发生模块的第三输出端与所述FPGA控制器的第二输入端连接；所述FPGA控制器的第三输入端与所述断路器的一端连接；所述FPGA控制器的第四输入端与所述接触器的另一端连接；所述FPGA控制器的第一输出端与所述高功率密度电流扰动发生模块的控制输入端连接；所述FPGA控制器的第二输出端与所述显示输入单元连接。
[0015]所述高功率密度电流扰动发生模块包括IGBT逆变桥、滤波器以及直流母线电容；所述直流母线电容与所述IGBT逆变桥桥臂并联；所述IGBT逆变桥的一输出与所述滤波器的一端连接，所述滤波器的另一端为所述高功率密度电流扰动发生模块的第一输出端；所述IGBT逆变桥的另一输出为所述高功率密度电流扰动发生模块的第二输出端；所述直流母线电容的输出为所述高功率密度电流扰动发生模块的第三输出端；所述IGBT逆变桥的IGBT模块的栅极驱动端为所述高功率密度电流扰动发生模块的控制输入端。
[0016]所述滤波器为LCL低通滤波器。
[0017]所述FPGA控制器与所述高功率密度电流扰动发生模块间采用光纤连接。
[0018]所述FPGA控制器可同时并联控制多个所述高功率密度电流扰动发生模块。
[0019]在本实用新型具体实施例中，初始状态下，断路器和接触器均处于断开状态。当电流扰动发生系统接入电网时，先闭合断路器，接触器保持断开状态，此时的电路是经预充电电阻的，由二极管全桥不控整流电路对直流母线电容器进行充电。此充电过程持续一段时间后，当充电电压达到设定值后，控制器FPGA发出信号将接触器闭合，即把预充电电阻短路。此时，控制系统接收到显示输入单元设定的谐波电流、无功功率、叠加情况参考值，将参考值与装置实际输出的电流进行闭环控制，产生PWM调制信号后再经过驱动电路去控制换流电路IGBT的关断，保证输出谐波电流和无功功率的稳定度和精度。
[0020]另外IGBT逆变电路的输出电流经过LCL拓扑结构的滤波器，去除输出电流中IGBT高频开关产生的高次谐波，避免其注入测试系统。并且适用于任何现场电网系统阻抗，不会发生谐振，保证系统安全。
[0021]本实用新型智能化积木扩展式电能质量扰动发生系统采用高可靠性的并机方式:同一个控制器集中控制，模块内部无换流。随着变流器应用的大容量化，其容量扩展势在必行，这就需要大容量的电能质量扰动发生系统。本实用新型可以通过只使用一个FPGA(现场可编程门阵列)集中控制来实现多台模块并机，克服了多个控制器之间的通信存在延迟以及可能受到干扰的缺点，增强了电能质量扰动发生系统的输出容量，提供了系统的可靠性。在高功率密度电流扰动发生模块中的每个电气元件如都IGBT、LCL滤波器中的滤波电感和阻尼电阻都微型化和标准化，整个高功率密度电流扰动发生模块拓扑封装在一个模块内。高功率密度电流扰动发生模块与柜体采用动静插件连接，扩容时把电流扰动发生模块推进柜体内，插上光纤即可。采用模块化方式，可实现电能质量扰动发生系统的整体解决方案，能够大幅度降低成本、减少生产流程。
[0022]以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的【技术领域】，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
【权利要求】
1.大容量智能扩展式电能质量扰动发生系统，其特征在于:包括高功率密度电流扰动发生模块、预充电电阻、接触器、断路器、电源变换电路、控制器以及显示输入单元；所述接触器与所述预充电电阻并联；所述断路器的一端与电网连接，所述断路器另一端与所述接触器的一端连接；所述接触器的另一端与高功率密度电流扰动发生模块的第一输出端连接；所述高功率密度电流扰动发生模块的第二输出端与所述电源变换电路的输入端连接；所述电源变换电路的输出端与所述以控制器的第一输入端连接；所述高功率密度电流扰动发生模块的第三输出端与所述控制器的第二输入端连接；所述控制器的第三输入端与所述断路器的一端连接；所述？?以控制器的第四输入端与所述接触器的另一端连接；所述？?以控制器的第一输出端与所述高功率密度电流扰动发生模块的控制输入端连接；所述控制器的第二输出端与所述显示输入单元连接。
2.根据权利要求1所述大容量智能扩展式电能质量扰动发生系统，其特征在于:所述高功率密度电流扰动发生模块包括1681逆变桥、滤波器以及直流母线电容；所述直流母线电容与所述1681逆变桥桥臂并联；所述叩81逆变桥的一输出与所述滤波器的一端连接，所述滤波器的另一端为所述高功率密度电流扰动发生模块的第一输出端；所述1681逆变桥的另一输出为所述高功率密度电流扰动发生模块的第二输出端；所述直流母线电容的输出为所述高功率密度电流扰动发生模块的第三输出端；所述1681逆变桥的1681模块的栅极驱动端为所述高功率密度电流扰动发生模块的控制输入端。
3.根据权利要求2所述大容量智能扩展式电能质量扰动发生系统，其特征在于:所述滤波器为1X1低通滤波器。
4.根据权利要求1所述大容量智能扩展式电能质量扰动发生系统，其特征在于:所述 控制器与所述高功率密度电流扰动发生模块间采用光纤连接。
5.根据权利要求1所述大容量智能扩展式电能质量扰动发生系统，其特征在于:所述 控制器可同时并联控制多个所述高功率密度电流扰动发生模块。
【文档编号】G05B19/042GK204142867SQ201420611416
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年10月22日 优先权日:2014年10月22日
【发明者】林焱, 吴丹岳, 黄道姗, 张逸, 林国庆, 卢敬伟, 李发禄 申请人:国家电网公司, 国网福建省电力有限公司, 国网福建省电力有限公司电力科学研究院