CN111865102A - 一种电子式模拟负载系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电子式负载模拟系统，包括两个三相脉宽调制换流器系统，三相脉宽调制换流器系统包括，逆变或感应单元组件、传感器组件、功率单元组件、控制单元组件、滤波器单元组件、变压器单元组件、交流端口组件、直流端口组件；两台设备背靠背运行，可模拟电子负载，可模拟低压电网中常见的负荷模型如钢铁工业负荷、食品工业负荷、农村加工负荷和市政、生活用电负荷，并按这些负荷模型的有功功率日负荷曲线运行，可以模拟电力系统的综合负荷特性，可以模拟多种工业负荷的静态电压特性。
Description
技术领域
本发明及电子负载领域，特别是涉及一种电子式负载模拟系统。
背景技术
电子负载是整流器通过全控型器件调节电压与电流的相位超前或滞后来体现负载特性，可以灵活充当感性负荷也可以当容性负荷，相位大小可通过触摸屏调节。
电子负荷另一端是逆变器，可以把整流器的能量回馈电网。
电子负载是一种采用电力电子技术的新型负载，它根据给定值大小并通过控制内部功率器件(IGBT或MOSFET或SCR)的导通量(占空比大小)，可无触点控制回路输出等效阻抗大小值和电压与电流间的相位角，模拟电阻、电抗、电容伏安特性。一般大功率电源的调试检测是不可缺少的。但是传统负荷如电阻、电容都是固定参数不可调的,为满足试验需求，通常采用不同的电阻、电容串并联实现或者采用可调电阻、电抗、电容组合实现，两种方式都无法灵活实现相关参数的设定，甚至需要停电手动接线来调整电容电阻的重新组合。其次这两种方式导致电阻等负载消耗大量的电能，增加用电成本，增加电阻散热设备及场地。
电源类的产品实验需要在多个不同运行状态下进行测试，急需一种可选择多种负荷模型，按该模型有功功率日负荷曲线运行，或者模拟电力系统的综合负荷特性，模拟多种工业负荷的静态电压特性，可通过通讯实现远方控制的智能型负荷，传统的RLC负载参数范围小，调节不灵活，消耗能量大，很难满足实验要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种电子式负载模拟系统，以解决上述现有技术存在的至少一个问题，使电子负载设备可控，降低实际损耗电能，并能够模拟多场景负荷模式。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种电子式负载模拟系统，包括：第一三相脉宽调制换流器系统和第二三相脉宽调制换流器系统；
三相脉宽调制换流器系统包括：逆变或整流单元组件、传感器单元组件、功率单元组件、控制单元组件、滤波器单元组件、变压器单元组件、直流端口组件、交流端口组件；
逆变或整流单元组件与传感器单元组件、控制器单元组件连接；
传感器单元组件与逆变或整流单元组件、滤波器单元组件、交流端口组件连接；
功率单元组件与控制单元组件、逆变或整流单元组件连接；
控制单元组件与功率单元组件、直流端口组件连接；
滤波器单元组件与逆变或整流单元组件、变压器单元组件连接；
变压器单元组件与传感器组件、交流端口组件连接；
优选地，逆变或整流单元组件包括:IGBT组、第一逆变或整流滤波电容、第二逆变或整流滤波电容、直流稳压电容；
优选地，IGBT组连接所述第一逆变或整流滤波电容，第一逆变或整流滤波电容连接所述直流稳压电容，直流稳压电容连接第二逆变或整流滤波电容，第二逆变或整流滤波电容连接IGBT组，IGBT组与直流电输入端口连接；
优选地，传感器单元组件包括电流传感器元件、电压传感器元件、智能三相电参数表；
优选地，电流传感器单元元件与逆变或整流单元组件、数显电流表连接；
优选地，电压传感器与滤波器单元组件、数显电压表连接；
优选地，智能三相电参数表与电流传感器元件、交流端口组件连接；
优选地，功率单元元件为DSP控制器，DPS控制器包括第一DSP芯片、第二 DSP芯片、第三DSP芯片、第四DSP芯片；
优选地，控制单元组件包括开关单元、电流互感器单元，用于电路运行情况的信号输出和控制；
优选地，电流互感器单元与交流电输出端口连接；
优选地，控制单元组件还包括RLC负载单元，RLC负载单元用于电子模拟负载系统的性能检测。
优选地，滤波器单元组件包括滤波器滤波电容、电抗器；
优选地，滤波器滤波电容包括：第一滤波器电容、第二滤波器电容、第三滤波器电容；
优选地，电抗器包括：第一电抗器、第二电抗器、第三电抗器；
优选地，电源中还包括预充电模块，由所述预充电模块给所述直流稳压电容 C预充电，主接触器处于断开状态，主回路合上后延迟3秒再吸合主接触器把预充电电阻旁路掉，用于防止电源上电瞬间产生大的冲击电流而损坏器件；
优选地，第一三相脉宽调制换流器系统和第二三相脉宽调制换流器系统通过直流端口连接；
优选地，第一三相脉宽调制换流器系统为整流工作模式；第二三相脉宽调制换流器系统为逆变工作模式；
本发明公开了以下技术效果：
1、采用全控型IGBT功率模块，开关频率为10kHz,能够缩小滤波电抗器体积50％，降低损耗10％，提高响应速度至1ms内和输出精度达到0.5％，能够任意设置负荷的伏安特性及24小时运行曲线；
2、电路结构简单，成本低，整体电路系统稳定，电路耗能减少90％以上，便于推广应用，两台设备背靠背运行时，可模拟电子负载，属于可调节特性曲线的电子式模拟负载，装置可模拟低压电网中常见的负荷模型如钢铁工业负荷、食品工业负荷、农村加工负荷和市政、生活用电负荷，并按这些负荷模型的有功功率日负荷曲线运行，装置可以模拟电力系统的综合负荷特性，可以模拟多种工业负荷的静态电压特性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为电子负载系统图；
图2为三相脉宽调制换流器系统电路图；
其中，1为逆变单元组件，2为功率单元组件，3为控制单元组件，4为传感器组件，5为滤波器单元组件,6为变压器组件。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明提供一种电子式负载模拟系统，如图1所示，包括：两个三相脉宽调制换流器系统，两个三相脉宽调制换流器系统的直流端口相连，两个三相脉宽调制换流器系统分别运行整流工作模式和逆变工作模式，具体控制流程：测试电源 (试品)接上电子负载后，设置负载大小、相位、变化曲线，测试电源开机，输入交流电经过电子负载的整流器整流输出直流电压500V，经过电子负载的逆变器的高频逆变成三相交流电、经LC滤波和变压器隔离、能量回馈到电网上。
如图2所示，三相脉宽调制换流器系统包括逆变或整流单元组件、传感器单元组件、功率单元组件、控制单元组件、滤波器单元组件、变压器单元组件；
逆变或整流单元组件，包括:IGBT组、第一逆变滤波电容、第二逆变滤波电容、直流稳压电容；
逆变或整流单元组件中电容选择采用日本日立原装大容量电解电容，2串4 并，电容型号：HCGFA-4700MFD-450VDC，功率器件采用德国英飞凌IGBT， IGBT+IGBT驱动型号分别为：FF450R12ME4+2SP0115T2A0-12；
逆变或整流单元组件中，IGBT组由6个IGBT与6个补偿电容并联组成，所述IGBT组连接所述第一逆变或整流滤波电容，所述第一逆变或整流滤波电容连接所述直流稳压电容，所述直流稳压电容连接所述第二逆变或整流滤波电容，所述第二逆变或整流滤波电容连接所述IGBT组，所述IGBT组与直流电输出端口相连；
采用全控型IGBT功率模块，开关频率为10kHz,能够缩小滤波电抗器体积 50％，降低损耗10％，提高响应速度至1ms内和输出精度达到0.5％，能够任意设置负荷的伏安特性及24小时运行曲线。
传感器单元组件包括电流传感器元件、电压传感器元件、智能三相电参数表；
电流传感器与逆变或整流单元组件、数显电流表相连；
电压传感器与滤波器单元组件、数显电流表相连；
传感器单元组件为莱姆传感器，电流，直流电压电流莱姆传感器型号 LT108-S；
功率单元组件2为DSP控制器单元组件，采用4个TI最新DSP芯片，型号为TMS320F28335；
功率单元元件与控制单元组件、逆变或整流单元组件相连；
控制单元组件包括开关单元、RLC负载单元、电流互感器单元，用于电路运行情况的信号输出和控制；PLC负载单元为西门子200系列PLC，型号：6ES7 214-2AD23-0XB8，
滤波器单元组件包括滤波器滤波电容、电抗器；
滤波器滤波电容由第一滤波器电容CA、第二滤波器电容CB、第三滤波器电容CC组成；
电抗器由第一电抗器、第二电抗器、第三电抗器组成；
滤波器单元组件与逆变或整流单元组件、所述变压器单元组件相连；
其中主回路直流断路器型号为CM1-160C/3300-160A；
主回路交流断路器型号为CM1-100C/3300-100A；
交流接触器为_LC1-D95M7C_95A-220V-50/60Hz_施耐德；
交流侧额定电压380V，直流侧额定电压500V，直流稳压电容900V；面板上的表计显示装置直流电压、直流电流，三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、功率因素；装置带电源、运行、故障状态显示灯；带急停和复位；含PLC 可进行远程控制和系统扩展；包含预充电电路，保护接触器触点和防止上一级跳闸，含相序保护和孤岛保护，满足安全要求。
如图2所示，本发明还设计了预充电功能，由预充电模块给直流稳压电容C 预充电，主接触器处于断开状态，主回路合上后延迟3秒再吸合主接触器把预充电电阻旁路掉，这样可以防止电源上电瞬间产生大的冲击电流而损坏器件。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种电子式负载模拟系统，其特征在于，包括三相脉宽调制换流器系统，所述三相脉宽调制换流器系统包括第一三相脉宽调制换流器系统和第二三相脉宽调制换流器系统；
所述三相脉宽调制换流器系统包括：逆变或整流单元组件、传感器单元组件、功率单元组件、控制单元组件、滤波器单元组件、变压器单元组件、直流端口组件、交流端口组件；
所述逆变或整流单元组件与所述传感器单元组件、所述控制器单元组件连接；
所述传感器单元组件与所述逆变或整流单元组件、所述滤波器单元组件、所述交流端口组件连接；
所述功率单元组件与所述控制单元组件、所述逆变或整流单元组件连接；
所述控制单元组件与所述功率单元组件、所述直流端口组件连接；
所述滤波器单元组件与所述逆变或整流单元组件、所述变压器单元组件连接；
所述变压器单元组件与所述传感器组件、所述交流端口组件连接。
2.根据权利要求1所述一种电子式负载模拟系统，其特征在于：
所述逆变或整流单元组件包括:IGBT组、第一逆变或整流滤波电容、第二逆变或整流滤波电容、直流稳压电容；
所述IGBT组连接所述第一逆变或整流滤波电容，所述第一逆变或整流滤波电容连接所述直流稳压电容，所述直流稳压电容连接所述第二逆变或整流滤波电容，所述第二逆变或整流滤波电容连接所述IGBT组，所述IGBT组与所述直流电输入端口连接。
3.根据权利要求1所述一种电子式负载模拟系统,其特征在于：
所述传感器单元组件包括电流传感器元件、电压传感器元件、智能三相电参数表；
所述电流传感器单元元件与所述逆变或整流单元组件、数显电流表连接；
所述电压传感器与所述滤波器单元组件、数显电压表连接；
所述智能三相电参数表与所述电流传感器元件、交流端口组件连接。
4.根据权利要求1所述一种电子式负载模拟系统,其特征在于：
所述功率单元元件为DSP控制器，所述DPS控制器包括第一DSP芯片、第二DSP芯片、第三DSP芯片、第四DSP芯片。
5.根据权利要求1所述一种电子式负载模拟系统,其特征在于：
所述控制单元组件包括开关单元、电流互感器单元，用于电路运行情况的信号输出和控制；
所述电流互感器单元与所述交流电输出端口连接。
6.根据权利要求5所述一种电子式负载模拟系统，其特征在于：
所述控制单元组件还包括RLC负载单元，所述RLC负载单元用于所述电子模拟负载系统的性能检测。
7.根据权利要求1所述一种电子式负载模拟系统,其特征在于：
所述滤波器单元组件包括滤波器滤波电容、电抗器；
所述滤波器滤波电容包括：第一滤波器电容、第二滤波器电容、第三滤波器电容；
所述电抗器包括：第一电抗器、第二电抗器、第三电抗器。
8.根据权利要求1所述一种电子式负载模拟系统,其特征在于：
所述电源中还包括预充电模块，由所述预充电模块给所述直流稳压电容C预充电，主接触器处于断开状态，主回路合上后延迟3秒再吸合主接触器把预充电电阻旁路掉，用于防止电源上电瞬间产生大的冲击电流而损坏器件。
9.根据权利要求1所述一种电子式负载模拟系统,其特征在于：
所述第一三相脉宽调制换流器系统和所述第二三相脉宽调制换流器系统通过直流端口连接。
10.根据权利要求1所述一种电子式负载模拟系统,其特征在于：
所述第一三相脉宽调制换流器系统为整流工作模式；
所述第二三相脉宽调制换流器系统为逆变工作模式。
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