CN102768338A - 一种电网电压跌落的模拟装置和模拟方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电网电压跌落的模拟装置和模拟方法，其中装置包括第一变压器和第二变压器，第一变压器的原边通过开关器件连接电网；第二变压器的原边直接连接电网；第一变压器的原边的两端并联开关器件；第一变压器和第二变压器的副边串联在一起以后连接待测设备。方法包括步骤11、控制第一开关器件断开，第二开关器件闭合，使第一变压器副边电压跌至零，形成待测设备端的电压跌落；步骤12、控制第一开关器件闭合，第二开关器件断开，第一变压器副边电压恢复，使待测设备端的电压恢复。本发明避免将大电流导入地下对电网电流造成冲击，且该模拟实现方式安全可靠，成本较低，方便在实验室实现。

Description

一种电网电压跌落的模拟装置和模拟方法

技术领域

本发明涉及低电压测试技术领域，特别涉及一种电网电压跌落的模拟装置和模拟方法。

背景技术

随着国内外风机安装容量的逐年增加，风机的低电压穿越能力越来越受到广泛关注。基于风电机机组低电压穿越能力研究和测试的需求，在实验室模拟电网电压跌落也成为研究的热点。

参见图1，该图为现有技术中电网电压跌落的模拟装置示意图。

该装置包括第一电抗器11、开关12和第二电抗器13，第一电抗器11为工作电抗器电网的正端通过依次串联的第一电抗器11和待测设备连接电网的负端。电网的正端通过依次串联的第一电抗器11、开关12和第二电抗器13接地。

模拟电网正常工作时，开关12断开，电网电流经第一电抗器11为待测设备提供电能；模拟电网电压跌落时，开关12闭合，一部分电流经第二电抗器13到地。第二电抗器13起到阻抗分压作用，模拟电网电压跌落。

但是，该模拟电网电压跌落装置将电流直接导入地，在真实模拟电网电压大幅跌落的过程中，高压的大电流直接导入地下对于电网的电流冲击较大，且模拟成本较高，不适合在实验室应用。

发明内容

本发明的目的提供电网电压跌落的模拟装置，该模拟装置安全可靠，成本较低，方便在实验室实现。

本发明提供一种电网电压跌落的模拟装置，包括第一变压器和第二变压器，第一变压器的原边通过开关器件连接电网；第二变压器的原边直接连接电网；第一变压器的原边的两端并联开关器件；第一变压器和第二变压器的副边串联在一起以后连接待测设备。

优选地，所述第一变压器和第二变压器的副边设有多个抽头。

优选地，所述第一变压器和第二变压器的电压比倒数之和为1。

优选地，所述开关器件为反向并联的晶闸管或IGBT模块。

本发明还提供一种电网电压跌落的模拟方法，包括第一变压器和第二变压器，第一变压器的原边通过开关器件连接电网；第二变压器的原边直接连接电网；第一变压器的原边的两端并联开关器件；第一变压器和第二变压器的副边串联在一起以后连接待测设备；该方法包括：

步骤11、控制第一开关器件断开，第二开关器件闭合，使第一变压器副边电压跌至零，形成待测设备端的电压跌落；

步骤12、控制第二开关器件断开，第一开关器件闭合，第一变压器副边电压恢复，使待测设备端的电压恢复。

优选地，第一变压器和第二变压器包含多个抽头，该方法还包括：

分别使用不同的抽头连接电网，依次重复步骤11和步骤12，得到不同的电压跌落幅度。

本发明还提供一种电网电压跌落的模拟装置，包括第一变压器和第二变压器，第一变压器和第二变压器分别包含三个磁路独立的分变压器，第一变压器所属的第十一、第十二、第十三分变压器的原边的一端分别经过第十一开关器件、第十二开关器件和第十三开关器件分别连接电网的A、B、C相电压，另一端连接中性点N；第二变压器所属的第二十一、第二十二、第二十三分变压器原边的一端分别连接电网A、B、C相电压，另一端连接N；原边连接同一相电网电压的分变压器的副边串联在一起连接待测设备；第十一、第十二、第十三分变压器的原边分别并联第第十一开关器件、第二十二开关器件和第二十三开关器件。

优选地，各分变压器的副边设有多个抽头。

优选地，两两并联的分变压器的电压比倒数之和为1。

本发明还提供一种电网电压跌落的模拟方法，包括第一变压器和第二变压器，第一变压器和第二变压器分别包含三个磁路独立的分变压器，第一变压器所属的第十一、第十二、第十三分变压器的原边的一端分别经过第十一开关器件、第十二开关器件和第十三开关器件分别连接电网的A、B、C相电压，另一端连接中性点N；第二变压器所属的第二十一、第二十二、第二十三分变压器原边的一端分别连接电网A、B、C相电压，另一端连接N；原边连接同一相电网电压的分变压器的副边串联在一起连接待测设备；第十一、第十二、第十三分变压器的原边分别并联第第十一开关器件、第二十二开关器件和第二十三开关器件；模拟电网某单相电压跌落步骤包括：

步骤21、控制与该正相电压连接的分变压器上的开关器件断开，该分变压器与负相连接的开关器件闭合，使该分变压器副边电压跌至零，形成待测设备端的电压跌落；

步骤22、控制该分变压器与负相连接的开关器件断开，与该正相电压连接的分变压器上的开关器件闭合，该分变压器副边电压恢复，使待测设备端的电压恢复。

本发明还提供一种电网电压跌落的模拟方法，包括第一变压器和第二变压器，第一变压器和第二变压器分别包含三个磁路独立的分变压器，第一变压器所属的第十一、第十二、第十三分变压器的原边的一端分别经过第十一开关器件、第十二开关器件和第十三开关器件分别连接电网的A、B、C相电压，另一端连接中性点N；第二变压器所属的第二十一、第二十二、第二十三分变压器原边的一端分别连接电网A、B、C相电压，另一端连接N；原边连接同一相电网电压的分变压器的副边串联在一起连接待测设备；第十一、第十二、第十三分变压器的原边分别并联第第十一开关器件、第二十二开关器件和第二十三开关器件，模拟电网某两相电压跌落步骤包括：

步骤21、控制与电网该两正相电压连接的两分变压器上的开关器件同时断开，该两分变压器与负相连接的开关器件同时闭合，使该分变压器副边电压跌至零，形成待测设备端的电压跌落；

步骤22、控制该两分变压器与负相连接的开关器件同时断开，与该两正相电压连接的两分变压器上的开关器件同时闭合，该分变压器副边电压恢复，使待测设备端的电压恢复。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明模拟装置在模拟电网电压跌落过程中，变化的电压完全由待测设备承担，这样避免将大电流导入地下对电网电流造成冲击，且该模拟实现方式安全可靠，成本较低，方便在实验室实现。

附图说明

图1为现有电网电压跌落的模拟装置示意图；

图2为本发明电网电压跌落模拟装置第一实施例示意图；

图3为本发明电网电压跌落模拟装置第二实施例示意图；

图4为本发明IGBT模块结构图；

图5为反向并联的晶闸管结构图；

图6为模拟电网对称故障时电压波形图；

图7为模拟电网对称故障时电压跌落波形图；

图8为模拟电网对称故障时电压恢复波形图；

图9为模拟电网不对称故障时电压波形；

图10为模拟电网不对称故障时电压跌落波形；

图11为模拟电网不对称故障时电压恢复波形。

具体实施方式

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。

参见图2，该图为本发明电网电压跌落模拟装置第一实施例结构图。

本实施例提供的装置包括第一变压器21和第二变压器22。

第一变压器21的原边通过开关器件K23连接电网；

第二变压器22的原边直接连接电网；

第一变压器21的原边的两端并联开关器件K24；

第一变压器21和第二变压器22的副边串联在一起以后连接待测设备。

模拟电网电压跌落的步骤为：

步骤11、模拟电网正常工作时，开关器件K23闭合、开关器件K24断开，此时，第一变压器21和第二变压器22的原边均连接在电网电压；这样可以保证待测设备端电压也正常。

模拟电网电压跌落时，控制开关器件K23断开，开关器件K24闭合，此时，第一变压器21的原边的两端被K24短路，第一变压器21的原边电压为零，因此，第一变压器21的副边电压也为零。

由于模拟电网电压跌落，因此第二变压器22的原边电压也随着跌落，从而导致待测设备端的电压也跌落。

步骤12、将开关器件K24断开，开关器件K23闭合，第一变压器21和第二变压器22的原边均连接电网电压，因此，第一变压器21副边电压随之恢复，从而使待测设备端的电压也恢复。

本发明模拟装置在模拟电网电压跌落过程中，变化的电压完全由待测设备承担，这样避免将大电流导入地下对电网电流造成冲击，且该模拟实现方式安全可靠，成本较低，方便在实验室实现。

为方便模拟电网三相电压中某一相或几相电压跌落，第一变压器21和第二变压器22可包括多个磁路独立的分变压器。

参见图3，该图为本发明电网电压跌落模拟装置第二实施例结构图。

本实施例提供的装置包括第一变压器21和第二变压器22。

第一变压器21包含三个磁路分别独立的分变压器，分别为第十一分变压器211、第十二分变压器212和第十三分变压器213。

第二变压器22包含三个磁路分别独立的分变压器，分别为第二十一分变压器221、第二十二分变压器222和第二十三分变压器223。

第十一分变压器211的原边的一端通过开关器件K11连接电网的A相电压，另一端连接中性点N；第二十一分变压器221的原边的一端直接连接电网的A相电压，另一端连接N。第十一分变压器211和第二十一分变压器221的副边串联在一起以后连接待测设备；第十一分变压器211的原边并联开关器件K12。

第十二分变压器212的原边的一端通过开关器件K21连接电网的B相电压，另一端连接N；第二十二分变压器222的原边的一端直接连接电网的B相电压，另一端连接N。第十二分变压器212和第二十二分变压器222的副边串联在一起以后连接待测设备；第十二分变压器212的原边并联开关器件K22。

第十三分变压器213的原边的一端通过开关器件K31连接电网的C相电压，另一端连接N；第二十三分变压器223的原边的一端直接连接电网的C相电压，另一端连接N，第十三分变压器213和第二十三分变压器223的副边串联在一起以后连接待测设备。第十三分变压器213的原边并联开关器件K32。

如图3所示，A相电压经过变压器以后，输出电压的两端分别为a1和a2，连接待测设备的A相。B相电压经过变压器以后，输出电压的两端分别为b1和b2，连接待测设备的B相。C相电压经过变压器以后，输出电压的两端分别为c1和c2，连接待测设备的C相。

模拟电网某单正相电压跌落步骤为：

步骤21、控制与该正相电压连接的分变压器上的开关器件断开，该分变压器与负相连接的开关器件闭合，使该分变压器副边电压跌至零，形成待测设备端的电压跌落；例如，模拟电网A相电压跌落，将开关器件K11断开，将开关器件K12闭合；

步骤22、控制与该正相电压连接的分变压器上的开关器件闭合，该分变压器与负相连接的开关器件断开，该分变压器副边电压恢复，使待测设备端的电压恢复。例如，模拟电网A相电压跌落，将开关器件K12断开，将开关器件K11闭合。

模拟电网某两相电压跌落步骤为：

步骤31、控制与电网该两正相电压连接的两分变压器上的开关器件同时断开，该两分变压器与负相连接的开关器件同时闭合，使该分变压器副边电压跌至零，形成待测设备端的电压跌落；例如，模拟电网A相和C相电压跌落，将开关器件K11和开关器件K31断开，开关器件K12和开关器件K32闭合。

步骤32、控制与该两正相电压连接的两分变压器上的开关器件同时闭合，该两分变压器与负相连接的开关器件同时断开，该分变压器副边电压恢复，使待测设备端的电压恢复。例如，模拟电网A相和C相电压跌落，将开关器件K12和开关器件K32断开，开关器件K11和开关器件K31闭合。

本发明可先将开关器件K11、开关器件K21和开关器件K31同时断开，开关器件K11、开关器件K21和开关器件K31同时闭合，再将开关器件K11、开关器件K21和开关器件K31同时断开，开关器件K11、开关器件K21和开关器件K31同时闭合，模拟电网的A、B、C三相电压同时跌落。

参见图4和图5，分别示出本发明开关器件结构。本发明开关器件为反向并联的晶闸管，通过控制脉冲信号的高低电平控制晶闸管的闭合和断开，使电压跌落和恢复的时间精确可控。

本发明各分变压器的原边可设置多个抽头，选取不同的抽头可以得到不同的电压比，从而得到不同的电压跌落幅度。电网电压跌落的幅度等于变压器21中各分变压器的电压比倒数。例如，分变压器211的电压比为1∶0.2，模拟试验中，电网的A相电压跌幅为20％。

为了保证正常时待测设备电压与电网电压相同，变压器21和变压器22的电压比倒数之和为1。

本发明模拟装置模拟电网电压跌落，电压跌落和恢复的时间都很短，而且跌落和恢复时电压相位保持不变。

参见图6、图7和图8，分别示出模拟电网对称故障时电压波形、电压跌落波形和电压恢复波形。

参见图9、图10和图11，分别示出模拟电网不对称故障时电压波形、电压跌落波形和电压恢复波形。

以上所述仅为本发明的优选实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (11)

1.一种电网电压跌落的模拟装置，其特征在于，包括第一变压器和第二变压器，第一变压器的原边通过开关器件连接电网；第二变压器的原边直接连接电网；第一变压器的原边的两端并联开关器件；第一变压器和第二变压器的副边串联在一起以后连接待测设备。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一变压器和第二变压器的副边设有多个抽头。

3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述第一变压器和第二变压器的电压比倒数之和为1。

4.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述开关器件为反向并联的晶闸管或IGBT模块。

5.一种电网电压跌落的模拟方法，其特征在于，包括第一变压器和第二变压器，第一变压器的原边通过开关器件连接电网；第二变压器的原边直接连接电网；第一变压器的原边的两端并联开关器件；第一变压器和第二变压器的副边串联在一起以后连接待测设备；该方法包括：

步骤11、控制第一开关器件断开，第二开关器件闭合，使第一变压器副边电压跌至零，形成待测设备端的电压跌落；

步骤12、控制第二开关器件断开，第一开关器件闭合，第一变压器副边电压恢复，使待测设备端的电压恢复。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，第一变压器和第二变压器包含多个抽头，该方法还包括：

分别使用不同的抽头连接电网，依次重复步骤11和步骤12，得到不同的电压跌落幅度。

7.一种电网电压跌落的模拟装置，其特征在于，包括第一变压器和第二变压器，第一变压器和第二变压器分别包含三个磁路独立的分变压器，第一变压器所属的第十一、第十二、第十三分变压器的原边的一端分别经过第十一开关器件、第十二开关器件和第十三开关器件分别连接电网的A、B、C相电压，另一端连接中性点N；第二变压器所属的第二十一、第二十二、第二十三分变压器原边的一端分别连接电网A、B、C相电压，另一端连接N；原边连接同一相电网电压的分变压器的副边串联在一起连接待测设备；第十一、第十二、第十三分变压器的原边分别并联第第十一开关器件、第二十二开关器件和第二十三开关器件。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，各分变压器的副边设有多个抽头。

9.如权利要求7或8所述的装置，其特征在于，两两并联的分变压器的电压比倒数之和为1。

10.一种电网电压跌落的模拟方法，其特征在于，包括第一变压器和第二变压器，第一变压器和第二变压器分别包含三个磁路独立的分变压器，第一变压器所属的第十一、第十二、第十三分变压器的原边的一端分别经过第十一开关器件、第十二开关器件和第十三开关器件分别连接电网的A、B、C相电压，另一端连接中性点N；第二变压器所属的第二十一、第二十二、第二十三分变压器原边的一端分别连接电网A、B、C相电压，另一端连接N；原边连接同一相电网电压的分变压器的副边串联在一起连接待测设备；第十一、第十二、第十三分变压器的原边分别并联第第十一开关器件、第二十二开关器件和第二十三开关器件；模拟电网某单相电压跌落步骤包括：

步骤21、控制与该正相电压连接的分变压器上的开关器件断开，该分变压器与负相连接的开关器件闭合，使该分变压器副边电压跌至零，形成待测设备端的电压跌落；

步骤22、控制该分变压器与负相连接的开关器件断开，与该正相电压连接的分变压器上的开关器件闭合，该分变压器副边电压恢复，使待测设备端的电压恢复。

11.一种电网电压跌落的模拟方法，其特征在于，包括第一变压器和第二变压器，第一变压器和第二变压器分别包含三个磁路独立的分变压器，第一变压器所属的第十一、第十二、第十三分变压器的原边的一端分别经过第十一开关器件、第十二开关器件和第十三开关器件分别连接电网的A、B、C相电压，另一端连接中性点N；第二变压器所属的第二十一、第二十二、第二十三分变压器原边的一端分别连接电网A、B、C相电压，另一端连接N；原边连接同一相电网电压的分变压器的副边串联在一起连接待测设备；第十一、第十二、第十三分变压器的原边分别并联第第十一开关器件、第二十二开关器件和第二十三开关器件，模拟电网某两相电压跌落步骤包括：

步骤21、控制与电网该两正相电压连接的两分变压器上的开关器件同时断开，该两分变压器与负相连接的开关器件同时闭合，使该分变压器副边电压跌至零，形成待测设备端的电压跌落；

步骤22、控制该两分变压器与负相连接的开关器件同时断开，与该两正相电压连接的两分变压器上的开关器件同时闭合，该分变压器副边电压恢复，使待测设备端的电压恢复。

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