[实用新型]模拟典型非线性负载电气特性的发生装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种模拟典型非线性负载电气特性的发生装置，该装置包括谐波发生、逆变馈能，谐波电流测量与谐波电压测量，属于电力系统谐波检测领域。

背景技术

随着电力工业的持续高速发展，电力系统中的各种电力电子设备、电弧炉以及电力牵引机车等非线性负载的不断增加，电网和负荷特性发生了很大的变化，电压和电流畸变越来越明显。电力系统的无功电能的计量非常重要，它关系到供用电双方的利益，也是加强谐波管理，提高电力系统电能质量管理和安全运行的前提。使用各种无功功率测量算法如希尔伯特算法、傅里叶算法、沃尔什算法测量电网无功功率之前都需要从电网输入谐波电压和谐波电流信号，所以准确获得电网的谐波电压和谐波电流的值显得非常重要。

目前一些研究电流谐波产生的装置，如模拟非线性负载实际工况的电能质量扰动发生装置，这种装置只能检测到电流谐波而不能得到电压谐波。直接使用PWM变流器产生谐波的装置没有把电能回馈电网，不能做到节省电能。本实用新型可以同时检测到电流谐波和电压谐波，将谐波消耗的电能反馈回电网，从而节约大量的电能。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种大功率、低功耗，能够产生谐波电压和谐波电流，模拟电弧炉、中频炉、焊机、变频器等各种典型非线性负载电气特性的发生装置。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种模拟典型非线性负载电气特性的发生装置，包括谐波源、回馈环节、中间直流电容、控制终端、第一LCL(电感-电容-电感)滤波环节、第二LCL滤波环节、外置电阻，其特征在于：所述控制终端采用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，回馈环节的交流侧通过第二LCL滤波环节与电网相连接。

前述的模拟典型非线性负载电气特性的发生装置，其特征在于：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连接，交流侧与第一LCL滤波环节的一端相接，所述第一LCL滤波环节包括第一电感、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的T型滤波器；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。

前述的模拟典型非线性负载电气特性的发生装置，其特征在于：所述回馈环节包括第四桥臂、第五桥臂和第六桥臂，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连，交流侧与第二LCL滤波环节相连，所述的第二LCL滤波环节有第七电感、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项T型滤波器；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。

前述的模拟典型非线性负载电气特性的发生装置，其特征在于：所述外置电阻包括第七电阻、第八电阻、第九电阻，第七电阻的左侧与第二LCL滤波环节的第十电感相连，右侧与第一LCL滤波环节的第一电感相连；第八电阻的左侧与第二LCL滤波环节的第十一电感相连，右侧与第一LCL滤波环节的第二电感相连；第九电阻的左侧与第二LCL滤波环节的第十二电感相连，右侧与第一LCL滤波环节的第三电感相连；第七电阻、第八电阻、第九电阻分别和一个短路片并联，短路片的作用是当直流电容环节充电到一定程度时起作用，电阻短路，线路上谐波电流增大，直流电容环节继续充电到稳定值，测量电阻上的电压即为谐波电压。

所述控制终端采用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。谐波源的交流侧与电网相连，中间通过第一LCL滤波环节、外置电阻和接触器、开关、熔断器，第一LCL滤波器滤除开关次谐波，外置电阻上得到谐波电压，接触器、开关、熔断器是电路实际运行时所必须的安全器件。谐波源和回馈环节通过中间直流电容相级联，组成AC-DC-AC结构，实现能量回馈。所述的回馈环节有逆变器实现，将谐波源产生的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未定。回馈坏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谐波后回馈至电源。