一种带谐波补偿的能馈型电子负载系统的制作方法

本实用新型涉及电力电子的技术领域，尤其是指一种带谐波补偿的能馈型电子负载系统。

背景技术：

在电源出厂前一般需要进行带载测试以及电源老化处理，以保证出厂电源的可靠性。早期的电源测试及老化方法一般以电阻、电容、电感等无源元件为主，元件在测试过程中参数固定，调节不便，并且需要的散热器体积大重量重，同时消耗了大量的电能。现代的电源测试方法一般以mosfet，igbt等开关元件组成的电子电路作为模拟负载，模拟出各种负载特性。其一般可分为能量消耗型和能量回馈型两种。

现有的能量回馈型电子负载大多为并网逆变型，其将电子负载的能量直接逆变并网。并网逆变型电子负载虽然解决了能量回馈的问题，但是其所测试电源的输入端电流谐波仍然存在，造成对电网的谐波干扰。电网的电流谐波会造成线路损耗增加，电气设备和精密仪器的寿命缩短等一系列问题。

申请号201820025001.5的专利：一种谐波补偿式能馈电子模拟负载，提出了一种能量回馈及谐波补偿的办法，其将电子负载的能量直接逆变回馈到电源输入端，同时对电网电流进行谐波补偿。其主电路采用了两级电路结构，负载模拟级采用boost升压电路，升压效果受到实际寄生参数及开关元件的占空比限制，在对低压电源进行测试时，无法得到后级逆变电路所需的直流电压。

申请号201820854123.5的专利：一种谐波隔离型能馈电子负载，其在申请号201820025001.5的专利的基础上，加入了一级升压电路结构，虽然解决了负载模拟级升压不足的问题，但其采用了三级电路结构，相比两级电路结构增加了电路损耗，同时其在电网侧串联了一个大电感，难以保证被测电源的输入电压为正弦波，与实际应用场景下的电源接法有所出入。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提出了一种带谐波补偿的能馈型电子负载系统，不仅可以实现负载模拟、能量回馈以及谐波补偿的功能，而且相较于现有的电子负载系统更加节能，适用范围更广。

为实现上述目的，本实用新型所提供的技术方案为：一种带谐波补偿的能馈型电子负载系统，包括第一电流传感器、第二电流传感器、第三电流传感器、第一电压传感器、第二电压传感器、被测电源、电子负载模块、直流储能电容、组合逆变模块、三相lcl滤波器、dsp控制器及两路pwm驱动电路；所述第一电压传感器并联在能量回馈点a、b、c上；所述第一电流传感器串联在能量回馈点a、b、c与被测电源输入端之间；所述电子负载模块的输入端连接被测电源的输出端，所述第二电流传感器串联在被测电源的输出端与电子负载模块的输入端之间；所述组合逆变模块的输入端连接电子负载模块的输出端，所述电子负载模块的输出端与组合逆变模块的输入端之间的导线作为直流母线；所述直流储能电容并联在直流母线上；所述第二电压传感器并联在直流母线上；所述三相lcl滤波器的输入端连接组合逆变模块的输出端，所述三相lcl滤波器的输出端连接到能量回馈点a、b、c，所述第三电流传感器串联在三相lcl滤波器的输出端与能量回馈点a、b、c之间；所述第一电流传感器、第二电流传感器、第三电流传感器、第一电压传感器、第二电压传感器的输出信号送入dsp控制器，所述dsp控制器输出pwm控制信号到两路pwm驱动电路；所述两路pwm驱动电路的输出分别接到电子负载模块及组合逆变模块的开关元件的门极。

进一步，所述电子负载模块采用boost升压电路。

进一步，所述组合逆变模块由三个完全相同的单相双向电压源高频环节逆变器组合而成；该三个单相双向电压源高频环节逆变器的输入端均并联在电子负载模块的输出端，该三个单相双向电压源高频环节逆变器的输出端为星型连接；该三个单相双向电压源高频环节逆变器的输入端即为组合逆变模块的输入端，该三个单相双向电压源高频环节逆变器的输出端即为组合逆变模块的输出端。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

本实用新型采用的双向电压源高频环节逆变器组合逆变的电路结构，使电子负载系统不仅能够实现谐波补偿及能量回馈的功能，而且利用其高频环节能够实现升压的效果，在对低压电源进行测试时，能够减少一级升压电路结构，从而减少系统的损耗，与现有技术相比更加节能，适用范围更广。

附图说明

图1是本实用新型所述能馈型电子负载系统的结构图。

图2是电子负载模块的原理图。

图3是组合逆变电路结构图。

图4是直流母线电压及逆变电流控制框图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步详尽描述。

如图1所示，本实施例所提供的带谐波补偿的能馈型电子负载系统，包括三路电流传感器cs1～cs3，两路电压传感器vs1、vs2，被测电源101、电子负载模块102、直流储能电容cf、组合逆变模块103、三相lcl滤波器104、dsp控制器107及两路pwm驱动电路105、106；所述电压传感器vs1并联在能量回馈点a、b、c上；所述电流传感器cs1串联在能量回馈点a、b、c与被测电源101的输入端之间；所述电子负载模块102的输入端连接被测电源101的输出端，所述电流传感器cs2串联在电子负载模块102的输入端与被测电源101的输出端之间；所述组合逆变模块103的输入端连接电子负载模块102的输出端，所述组合逆变模块103的输入端与电子负载模块102的输出端之间的导线作为直流母线；所述直流储能电容cf并联在直流母线上；所述三相lcl滤波器104的输入端连接组合逆变模块103的输出端，三相lcl滤波器104的输出端连接到能量回馈点a、b、c，所述电流传感器cs3串联在三相lcl滤波器104的输出端与能量回馈点a、b、c之间；所述电压传感器vs2并联在直流母线上；电流传感器cs1、cs2、cs3，电压传感器vs1、vs2的输出信号送入dsp控制器107，dsp控制器107输出pwm控制信号到两路pwm驱动电路105、106；所述两路pwm驱动电路105、106的输出分别接到电子负载模块102及组合逆变模块103的开关元件的门极。

在本实施例中，图1的被测电源101的输入端为三相不控整流带电容滤波，内部采用全桥dc-dc变换器，控制方式为移相调压方式。被测电源输出电压为12v/24v等低压直流电，输出电流可达数百安培。图1的电流传感器cs1、cs2、cs3均采用霍尔电流传感器，其输入电流量程分别为0～100a、0～500a、0～100a，输出电压范围均为0～4v。输出电压信号经电阻分压后得到0～3v的电压信号送入dsp控制器107进行ad转换。图1的dsp控制器107的型号为tms320f28335。

如图2所示，电子负载模块102由电感l1、开关元件q1、二极管d1构成，其中电感l1、开关元件q1、二极管d1及直流储能电容cf共同构成了boost升压电路。通过对boost升压电路的输入电流io进行控制，即可模拟出所给定的负载特性。

如图3所示，组合逆变模块103由三个单相双向电压源高频环节逆变器组合而成，具体为a相逆变器301、b相逆变器302、c相逆变器303，每个逆变器具有相同的内部结构，以a相逆变器301为例，每相逆变器内部包括：开关元件q2～q9、二极管d2～d9、电容c2～c5、变压器xf1。其中开关元件q2～q5采用mosfet以实现较快的开关速度，开关元件q2～q5采用igbt以保证足够的耐压值。二极管d2～d9可以是开关元件内部的寄生二极管，也可以是外部反并联的二极管。电容c2～c5帮助实现软开关的功能，其电容值均为1μf。变压器xf1为次级带中心抽头的高频变压器，其初次级线圈匝比n1:n2:n3＝1:4.5:4.5。开关元件q2～q5、二极管d2～d5、电容c2～c5构成单相逆变器，将输入电压vi调制成双极性三态的电压波vef，加到高频变压器xf1的初级线圈n1，在次级线圈n2及n3上得到的电压均为4.5vef。开关元件q6～q9、二极管d6～d9构成周波变换器，将次级线圈上得到的电压进行解调，在输出端口a+a－之间得到低频成分为被测电源a相输入电流基波与谐波的pwm电压。同理可在输出端口b+b－之间得到低频成分为被测电源b相输入电流基波与谐波的pwm电压，在输出端口c+c－之间得到低频成分为被测电源c相输入电流基波与谐波的pwm电压。组合逆变模块输出的三个pwm电压经过三相lcl滤波器104滤波后，便得到三相补偿电流ia2、ib2、ic2，三相补偿电流将向被测电源提供谐波电流和部分基波电流，减小电网侧的电流谐波和能量输入。三相lcl滤波器104中，电感la1、lb1、lc1均取值为0.6mh，电感la2、lb2、lc2均取值为0.3mh，电容ca、cb、cc均取值为2μf。

图4所示为系统的直流母线电压及逆变电流控制框图，三相电网电压信号va、vb、vc输入到三相锁相环环节，三相锁相环输出a相的电压相位信号ωt作为三相旋转坐标变换的变换矩阵参数参与基波分离算法。基波分离算法采用ip-iq算法。基波分离算法将被测电源输入电流ia1、ib1、ic1的基波电流ia1f、ib1f、ic1f分离出来。直流母线电压vi与给定值进行减法运算，通过pi控制器得到基波电流的幅值系数α。幅值系数α通过与被测电源的基波电流ia1f、ib1f、ic1f相乘得到αia1f、αib1f、αic1f，然后与被测电源输入电流ia1、ib1、ic1相减得到逆变输出给定电流ia2_ref、ib2_ref、ic2_ref。给定电流ia2_ref、ib2_ref、ic2_ref与逆变输出电流ia2、ib2、ic2进行相减后送入pr控制器，pr控制器输出控制信号到pwm驱动电路106，pwm驱动电路106则驱动组合逆变模块103的开关元件导通或者关断。逆变输出电流ia2、ib2、ic2将跟踪逆变输出给定电流ia2_ref、ib2_ref、ic2_ref，直流储能电容电压vi将跟踪给定值给定电压取为100v。

以上所述实施例只为本实用新型之较佳实施例，并非以此限制本实用新型的实施范围，故凡依本实用新型之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本实用新型的保护范围内。