[实用新型]模拟非线性装置实际工况的电能质量扰动发生装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及电能质量扰动发生装置、逆变馈能技术，属于电力系统谐波检测、治理设备性能测试领域。

背景技术

电力系统中各种电力电子设备、电弧炉以及电力牵引机车等非线性负载的不断增加，使得电能质量日益恶化。随着对电能质量问题的不断研究和电力电子技术的发展，电能质量检测仪表以及各种电能质量补偿装置得到很快的发展，如何在这些设备正式投运之前方便快捷的测试它们的性能显得极为重要。

目前一些专门研究电能质量的实验室，如美国威奇托州立大学(WSU)电能质量研究室以及德克萨斯A&M大学电力系统电能质量问题的仿真以及测试实验室，都有专门的产生电能质量扰动的装置。但这些电能质量扰动装置一般是基于电压型放大器或电流型放大器原理，这些设备的输出电流或者电压很小，带负载能力极其微弱。由于产生大功率的电能质量干扰代价太高，目前电能质量补偿装置或者电能质量检测仪表的测试基本都是将待测设备运到工业现场进行实地测试。因此，测试周期长、成本高，测试环境标准难以统一。

计算机技术和电力电子技术的发展，尤其是大功率可关断器件的研制和应用，如大功率门极可关断晶闸管(GTO)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)和场控晶闸管(MCT)等器件的逐步应用，使逆变器产生大功率电流电压成为可能，为研制新型的大功率低损耗电能质量信号发生装置提供了技术基础。

发明内容

技术问题：本实用新型的目的是提供一种大功率、低损耗，能够产生谐波电流、有功电流、感性或者容性的无功电流，模拟电弧炉、中频炉、焊机、变频器等各种非线性装置实际工况的的电能质量扰动发生装置。

技术方案：本实用新型的模拟非线性装置实际工况的电能质量扰动发生装置包括谐波源、回馈环节、中间直流电容、控制终端、第一LCL滤波环节、第二LCL滤波环节；所述的控制终端采用DSP控制器实现，根据用户设定产生控制信号，控制谐波源部分产生电流扰动；谐波源和回馈环节通过中间直流电容相级联，组成AC-DC-AC拓扑结构，实现能量回馈；谐波源的交流侧通过第一LCL滤波环节与电网相连接，回馈环节的交流侧通过第二LCL滤波环节与电网相连接。

所述的谐波源包括第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂，组成三相桥式PWM变流器结构，谐波源的直流侧与中间直流电容相接，交流侧与第一LCL滤波环节的一端相接，所述的第一LCL滤波环节由第一电感、第二电感、第三电感、第四电感、第五电感、第六电感和第一阻容、第二阻容、第三阻容组成三个单相T型滤波器；其中，第一桥臂的中点与第四电感相连，第二桥臂的中点与第五电感相连，第三桥臂的中点与第六电感相连。

所述的回馈环节包括第四桥臂、第五桥臂、第六桥臂，组成三相桥式PWM变流器结构，回馈环节的直流侧与中间直流电容相接，交流侧与第二LCL滤波环节的一端相接，所述的第二LCL滤波环节由第七电感、第八电感、第九电感、第十电感、第十一电感、第十二电感和第四阻容、第五阻容、第六阻容组成三个单相T型滤波器；其中，第四桥臂的中点与第七电感相连，第五桥臂的中点与第八电感相连，第六桥臂的中点与第九电感相连。

所述的控制终端采用DSP控制器实现，根据用户设定产生控制信号，控制谐波源部分产生电流扰动。所述的谐波源部分由PWM变流器实现，采用电流跟踪控制技术，跟踪控制终端的指令信号产生要求的谐波、有功、感性或者容性无功电流。谐波源的交流侧与电网相连，中间通过第一LCL滤波环节滤除电流中的开关次的谐波。谐波源和回馈环节通过中间直流电容相级联，组成AC-DC-AC拓扑结构，实现能量回馈。所述回馈环节由逆变器实现，将谐波源产生大功率电流消耗的能量回馈至电源侧以维持直流侧电容电压稳定。回馈环节同样采用电流跟踪控制技术，其交流侧通过LCL滤波环节滤除电流中的开关次的谐波后回馈至电源。回馈点至谐波源之间的部分是电能质量检测仪表的和各种电能质量补偿装置，一般电能质量检测仪表采用串联方式，而电能质量补偿装置采用并联方式。

根据瞬时无功功率理论(又称pq理论)，对于PWM逆变器，如果不考虑各部分的损耗，则其交流侧的瞬时有功功率将全部传递到直流侧，即交流侧与直流侧的能量交换取决于瞬时有功功率，而与无功功率无关。因此，产生有功电流将使直流侧电容电压不断升高。本发明采用回馈技术将传递至直流侧的能量逆变后反馈回电网，以维持直流侧电容电压的稳定，这也是本发明的关键。