CN211089129U - 一种暂态电能质量问题模拟系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种暂态电能质量问题模拟系统，包括电网侧、电压发生装置和负载侧；所述的电网侧和所述的负载侧连接，形成主回路；所述的电压发生装置与所述的负载侧连接，形成暂态电能质量问题模拟回路；所述的电压发生装置包括双向DC/DC IGBT电路和储能电路，在正常状态下，通过主回路向负载侧供电，同时通过所述的双向DC/DC IGBT电路向所述的储能电路内充电；当进行暂态电能质量问题模拟时，所述的储能电路通过所述的双向DC/DC IGBT电路向所述的负载侧输出电能。本实用新型具有极高的动作速度以及极高的工作效率，可直接为各类负载提供多种情况的暂态电能质量问题发生模拟。

Description

一种暂态电能质量问题模拟系统

技术领域

本实用新型属于电气领域，具体地说，涉及一种暂态电能质量问题模拟系统。

背景技术

暂态电能质量发生装置主要用于各类实验室、科研机构、研究院所等单位机构实现暂态电能质量问题研究或验证暂态电能质量治理效果等场合，也可用于特殊定制化电源波形输出场合。

暂态电能质量问题根源与电网的特殊事故，对用户的直接表现为出现供电的短时故障，最常见的故障为：电压暂降、电压骤升、短时中断等。为了更好的研究暂态电能质量问题对供电设备的影响以及研究如何应对处理暂态电能质量问题，需要一些特定的装置来模拟实现电压的跌落、骤升、短时中断等特定工况。针对这种需求，目前技术领域有以下几类实现方式：

①交流调压器：通过调压器直接将电压调高、调低实现电压的升降，目前有手动、电动形式的调压器，此种方法受调压器调节速度影响，无法满足暂态电能质量对电压跌落、骤升速度的要求，电压变化过程电压属于缓升降，无法精确的控制目标电压以及持续时间，无法精确的实现特定模式的电压产生需求(如短时多次跌落或其他)；

②配合电子开关的自耦调压装置：通过电子开关，切换不同挡位的调压器输出，从而直接切换不同的电压输出。设定不同的电压跌落、骤升幅度时，需要预先调节自耦变压器的输出电压，操作时间长。由于使用电力电子器件做开关实现硬切换，开关器件的电气应力大，器件寿命低，如遇到感性类负载，容易导致切换器件损坏，特定形式的波形事件无法实现(如电压暂降后，在限定时间内缓慢恢复，或不同幅度波形连续切换等)；

③三相逆变电源：由电网通过功率整流器件、直流支撑单元、逆变单元等统一构成的三相逆变电源，通过程序设定直接调节输出电压。效率低下，为了实现骤升、暂降等宽范围电压输出，需要使用可控整流+可控逆变两级拓扑，整体效率低下，通常小于90％，设备输出受环境温度影响极大，同时设备电流过载能力低，在波形发生过程中容易过流保护，常规设计的逆变电源无法直接带风机、水泵等电机类负载启动或容易因启动而损坏，通过扩大逆变器容量可以解决部分过流、带电机类负载问题，但会导致成本成倍上升，而且无法根治无法直接产生单相电压跌落，如使用三单相桥模式，成本更高；

④变压器模拟短路实验：通过短路变压器前端供电，直接模拟真实的暂态电能质量事件。成本极高，同时由于实际进行短路实验，风险性极高，短路的断路器类部件寿命极短，虽然模拟真实情况，但很难定量的模拟各类不同幅度、不同持续事件的暂态电压波形，真实电网实验，对电网冲击极大，同时会影响供电网上的其他设备。

有鉴于此特提出本实用新型。

实用新型内容

本本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种暂态电能质量问题模拟系统。

为解决上述技术问题，本实用新型采用技术方案的基本构思是：

一种暂态电能质量问题模拟系统，其特征在于：包括电网侧、电压发生装置和负载侧；

所述的电网侧和所述的负载侧连接，形成主回路；

所述的电压发生装置与所述的负载侧连接，形成暂态电能质量问题模拟回路；

所述的电压发生装置包括双向DC/DC IGBT电路和储能电路，通过所述的双向 DC/DC IGBT电路向所述的储能电路内充电；所述的储能电路通过所述的双向DC/DC IGBT电路向所述的负载侧输出电能。

进一步，所述的暂态电能质量问题模拟系统还包括三相桥IGBT电路，所述的双向DC/DC IGBT电路包括DC IGBT电路，所述的DC IGBT电路与所述的三相桥IGBT 电路并联设置，所述的储能电路与所述的DC IGBT电路连接。

进一步，所述的DC IGBT电路包括第一三极管和第二三极管，所述的第一三极管与所述的第二三极管串联；

所述的储能电路包括电容和电感，所述的电容和所述的电感串联；

所述的电容的一端与所述的电感连接，所述的电感与所述的第二三极管的集电极连接，所述的电容的另一端与所述的第二三极管的发射极连接。

进一步，所述的电压发生装置包括DY隔离变压器，所述的DY隔离变压器分别与三相桥IGBT电路和负载侧连接；

所述的DY隔离变压器与所述的三相桥IGBT电路之间三线连接，所述的DY隔离变压器与所述的负载侧之间四线连接。

进一步，所述的三相桥IGBT电路包括第三三极管、第四三极管、第五三极管、第六三极管、第七三极管和第八三极管；

所述的第三三极管、所述的第五三极管和所述的第七三极管的发射极分别与所述的DY隔离变压器连接。

进一步，所述的DY隔离变压器与所述的负载侧之间的三项线与中性线之间分别设有电容，所述的电容与所述的DY隔离变压器的自身漏感形成LC滤波回路。

进一步，所述的DY隔离变压器与所述的负载侧之间设置有接触器及缓冲电路，所述的接触器及缓冲电路与所述的负载侧连接。

进一步，所述的主回路上设有晶闸管，所述的晶闸管分别设置在三相线上；

所述的单相线的晶闸管处设有KM旁路。

进一步，包括稳压单元，所述的稳压单元包括电容和电阻，所述的电阻与所述的电容并联，所述的稳压单元与所述的双向DC/DC IGBT电路并联。

采用上述技术方案后，本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果：

1)本实用新型利用晶闸管或其他电力电子器件将电压发生装置的稳态电压从电网提供，利用三相桥电路实现暂态电压发生，两者协同配合实现最终的暂态电能质量问题模拟发生，晶闸管及IGBT回路的动态切换，具有极高的动作速度以及极高的工作效率；

2)本实用新型通过输出变压器降低三相桥IGBT电路与用电设备之间的电流冲击，同时利用三相桥IGBT电路平时不工作的特性，充分发挥系统热余量，使得成套设备可以具有良好的冲击耐受性，可直接为各类负载提供暂态电能质量问题发生模拟；

3)本实用新型通过DY隔离变压器输出，将传统三相桥的三相线电压输出转化为四线输出，从而可以实现单相、两相、三相等多种情况的暂态电压问题；

4)本实用新型通过内置的电容以及升压电路、三相桥IGBT电路的配合，可实现各种电压幅度的暂态电压发生，从而可实现电压暂降、电压骤升、电压中断等各类暂态电能质量问题模拟。

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的描述。

附图说明

附图作为本实用新型的一部分，用来提供对本实用新型的进一步的理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，但不构成对本实用新型的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。在附图中：

图1是本实用新型系统结构示意图；

图2是本实用新型控制方法流程示意图。

图中：1、电网侧；2、负载侧；3、电压发生装置；4、DC IGBT电路；5、稳压单元；6、三相桥IGBT电路；7、接触器及缓冲电路；8、DY隔离变压器；9、LC滤波回路。

需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本实用新型的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本实用新型的概念。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1所示，一种暂态电能质量问题模拟系统，包括电网侧1、电压发生装置3和负载侧2，电网侧1和所述的负载侧2连接，形成主回路；电压发生装置3与负载侧2连接，形成暂态电能质量问题模拟回路；所述的电压发生装置3内包括双向DC/DC IGBT 电路和储能电路，通过所述的双向DC/DC IGBT电路向所述的储能电路内充电；所述的储能电路通过所述的双向DC/DC IGBT电路向所述的负载侧输出电能。可快速准确的实现各类问题波形发生，同时具备高效率(超过98％)、高过载能力、负载适应性强(可带同功率电机类负荷)等特性。

如图1所示，所述的暂态电能质量问题模拟系统还包括三相桥IGBT电路6，所述的双向DC/DC IGBT电路包括DC IGBT电路4，所述的DC IGBT电路4与所述的三相桥IGBT 电路6并联设置，所述的储能电路与所述的DC IGBT4电路连接。将电能通过双向DC/DC IGBT电路储存在储能电路中，当进行暂态电能质量问题模拟时，使用储能电路中的电能为负载侧提供所需要的电压，能够进行电压暂降、电压骤升、电压中断等各类暂态电能质量问题模拟。

如图1所示，所述的DC IGBT电路包括第一三极管和第二三极管，所述的第一三极管与所述的第二三极管串联，所述的储能电路包括电容C1和电感L，所述的电容C1和所述的电感L串联；电容C1在主回路的工作过程中进行充电，当进行暂态电能质量问题模拟时，电容C1进行放电，电感L与电容C1串联，能够电压滤波呈平滑的交流电压。

所述的电容C1的一端与所述的电感L连接，所述的电感L与所述的第二三极管的集电极连接，所述的电容C1的另一端与所述的第二三极管的发射极连接。

在另外的实施例中，储能电力中的电容也可以是储能电池。

如图1所示，所述的电压发生装置包括DY隔离变压器8，所述的DY隔离变压器8分别与三相桥IGBT电路6和负载侧2连接，所述的DY隔离变压器8与所述的三相桥IGBT电路6之间三线连接，所述的DY隔离变压器8与所述的负载侧2之间四线连接。将传统三相桥的三相线电压输出转化为四线输出，从而可以实现单相、两相、三相等多种情况的暂态电压问题的模拟。

如图1所示，所述的三相桥IGBT电路包括第三三极管、第四三极管、第五三极管、第六三极管、第七三极管和第八三极管。所述的第三三极管和第四三极管串联连接，第五三极管和第六三极管串联连接，第七三极管和第八三极管串联连接，第三三极管、所述的第五三极管和所述的第七三极管的集电极相连，第四三极管、第六三极管和第八三极管的发射极相连，所述的第三三极管、所述的第五三极管和所述的第七三极管的发射极分别与所述的DY隔离变压器8连接。

如图1所示，所述的DY隔离变压器8与所述的负载侧之间的三项线与中性线之间分别设有电容C，所述的电容C与所述的DY隔离变压器的自身漏感形成LC滤波回路。使用DY型隔离变压器8串接在三相桥IGBT电路6与负载侧2之间，利用 DY隔离变压器8自身漏感与后端的电容C构成LC滤波回路，将经三相桥IGBT电路6输出的PWM脉冲电压过滤成标准的正弦波电压输出，同时，通过串联DY隔离变压器8，大幅度降低三相桥IGBT电路6与负载侧2之间的电流冲击。

如图1所示，所述的DY隔离变压器8与所述的负载侧2之间设置有接触器及缓冲电路7，所述的接触器及缓冲电路7与所述的负载侧2连接。通过设置接触器及缓冲电路7在降低对负载侧2产生电流冲击的同时，能够在紧急情况下及时切断电压发生装置3对负载侧2的损害，大大提高了暂态电能质量问题模拟过程的安全性。

如图1所示，所述的主回路上设有晶闸管SCR，所述的晶闸管SCR分别设置在三相线上；所述的单相线的晶闸管SCR处设有KM旁路。利用晶闸管动态切换，具有极高的动作速度以及极高的工作效率。KM旁路用于装置出现特殊故障时可通过 KM实现旁路供电。

如图1所示，包括稳压单元5，所述的稳压单元包括电容和电阻R，所述的电阻 R与所述的电容并联，所述的稳压单元5与所述的双向DC/DC IGBT电路并联。稳压单元5的设置能够维持整流得到的脉动直流的稳定与平滑。

如图2所示，暂态电能质量问题模拟系统的控制方法，在正常状态下，所述的负载侧2通过主回路从电网侧1获得电力，当接收到进行暂态电能质量问题模拟的指令后，通过主回路上的晶闸管SCR切断所述的电网侧1与所述的负载侧2之间的联系，由所述的电压发生装置3向所述的负载侧2输入所需模拟的电压。当电压发生装置3的输出结束后，主回路上的晶闸管SCR闭合，仍然从电网侧1向所述的负载侧2提供电力。

由于暂态电能质量问题的波形均为很短暂的波形，成套装置的平均功耗非常小，基本只有中间的SCR通态损耗。同时由于三相桥IGBT电路只在需要发生暂态波形时工作，IGBT器件平时处于未工作状态，IGBT及其散热器具有充分的热余量，在之后的短时工作中，IGBT器件具有极大的过载能力，可应对数倍的冲击性负载功率。

以上所述仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型方案的范围内。

Claims (8)

1.一种暂态电能质量问题模拟系统，其特征在于：包括电网侧、电压发生装置和负载侧；

所述的电网侧和所述的负载侧连接，形成主回路；

所述的电压发生装置与所述的负载侧连接，形成暂态电能质量问题模拟回路；

所述的电压发生装置包括双向DC/DC IGBT电路和储能电路，通过所述的双向DC/DCIGBT电路向所述的储能电路内充电；所述的储能电路通过所述的双向DC/DC IGBT电路向所述的负载侧输出电能；

所述的暂态电能质量问题模拟系统还包括三相桥IGBT电路，所述的双向DC/DC IGBT电路包括DC IGBT电路，所述的DC IGBT电路与所述的三相桥IGBT电路并联设置，所述的储能电路与所述的DC IGBT电路连接。

2.根据权利要求1所述的一种暂态电能质量问题模拟系统，其特征在于：

所述的DC IGBT电路包括第一三极管和第二三极管，所述的第一三极管与所述的第二三极管串联；

所述的储能电路包括电容和电感，所述的电容和所述的电感串联；

所述的电容的一端与所述的电感连接，所述的电感与所述的第二三极管的集电极连接，所述的电容的另一端与所述的第二三极管的发射极连接。

3.根据权利要求1所述的一种暂态电能质量问题模拟系统，其特征在于：

所述的电压发生装置包括DY隔离变压器，所述的DY隔离变压器分别与三相桥IGBT电路和负载侧连接；

所述的DY隔离变压器与所述的三相桥IGBT电路之间三线连接，所述的DY隔离变压器与所述的负载侧之间四线连接。

4.根据权利要求3所述的一种暂态电能质量问题模拟系统，其特征在于：

所述的三相桥IGBT电路包括第三三极管、第四三极管、第五三极管、第六三极管、第七三极管和第八三极管；

所述的第三三极管、所述的第五三极管和所述的第七三极管的发射极分别与所述的DY隔离变压器连接。

5.根据权利要求3所述的一种暂态电能质量问题模拟系统，其特征在于：

所述的DY隔离变压器与所述的负载侧之间的三项线与中性线之间分别设有电容，所述的电容与所述的DY隔离变压器的自身漏感形成LC滤波回路。

6.根据权利要求3所述的一种暂态电能质量问题模拟系统，其特征在于：

所述的DY隔离变压器与所述的负载侧之间设置有接触器及缓冲电路，所述的接触器及缓冲电路与所述的负载侧连接。

7.根据权利要求1所述的一种暂态电能质量问题模拟系统，其特征在于：

所述的主回路上设有晶闸管，所述的晶闸管分别设置在三相线上；

单相线的晶闸管处设有KM旁路。

8.根据权利要求1所述的一种暂态电能质量问题模拟系统，其特征在于：

包括稳压单元，所述的稳压单元包括电容和电阻，所述的电阻与所述的电容并联，所述的稳压单元与所述的双向DC/DC IGBT电路并联。

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