CN102890208A - 大功率电力电子变换器的并联对推测试方法及主回路 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种大功率电力电子变换器的并联对推测试方法及主回路，所述主回路是由2n台待测变换器单元共直流母线并联而成，n≥1，每个待测变换器单元包括：交流侧滤波器、变换器、直流母线电容器组，其中：交流侧滤波器一端与三相电网相连，另一端与变换器交流侧相连，变换器的直流侧与直流母线电容器组相连；所有待测变换器单元均通过交流侧滤波器电网侧一端和直流母线电容器组并联。所述方法提供控制n个待测变换器单元作整流器运行，控制另外n个待测变换器单元作逆变器运行，通过控制逆变器单元的d轴电流给定值来实现在实验室有限电网容量条件下对变换器的大功率测试，实现测试大功率电力电子变换器的温升、效率、噪声等性能的目的。

Description

大功率电力电子变换器的并联对推测试方法及主回路

技术领域

本发明涉及用于电力电子技术领域，具体地，涉及一种大功率电力电子变换器的并联对推测试方法及主回路。

背景技术

近年来，大功率电力电子技术飞速发展，越来越多的装置和设备投入实际运行，如柔性交流输配电系统（FACTS）、高压直流输电（HVDC）、静止无功补偿（STATCOM）、有源电力滤波器（APF）、高压变频器、各种新能源并网装置等。运行实践表明，这些装置在不改变电网网架结构的情况下，提高了电网运行控制的灵活性、电网运行稳定性和电能质量水平，同时可有效降低用户能耗，对我国电网安全稳定运行及国家节能减排政策具有非常重要的意义。

随着大功率电力电子装置应用的日益广泛，有关它的测试和考核问题也得到越来越多的关注。对于大功率电力电子装置而言，除了进行完备的出厂试验和型式试验外，还需要进行整体性能测试。大功率电力电子装置的整体性能测试包括效率测试、温升测试、噪音测试等。大功率电力电子装置的整体性能和其作用的电力系统密切相关，所以要完成测试，首要问题是为大功率电力电子装置提供合适的电力系统环境。其途径，一是采用实际运行的电力系统，二是采用各种手段在实验室环境下实现实际电力系统的还原。考虑到大功率电力电子装置应用场合的重要性，前者基本无法实现。因此，如何在实验室环境下对大功率电力电子装置进行整体性能测试成为研究的重点。

文献（张永鑫，杨喜军，姜建国.永磁同步电动机互馈对拖测试平台的研究[J].电机与控制应用，2010,32（2）：47-52.）提出了一种共用直流母线伺服驱动器-PMSM的互馈对拖型测试平台，用于伺服驱动器或永磁同步电动机的性能测试，该方法可以利用小功率等级的供电电源来试验较大功率的传动系统，无需对电源进行扩容改造，且由于两套伺服驱动器-PMSM系统共用直流母线并同轴相连，能量在两者内部互馈，整个系统消耗的能量就是各个部分的总损耗，大大提高了能量利用率，但是该方法需要两台功率相同的三相交流电动机同轴相连，这种结构在只需对大功率电力电子变换器本身进行性能测试的应用场合显得有些冗余，而且增加了系统损耗。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种针对大功率电力电子变换器本身性能测试的并联对推测试方法和主回路，该方法能够在实验室有限电网容量条件下实现大功率变换器的额定功率运行，实现测试大功率电力电子变换器的温升、效率、噪声等性能的目的。

根据本发明的一个方面，提供一种大功率电力电子变换器并联对推测试方法所用主回路，是由2n(n≥1)台待测变换器单元共直流母线并联而成，每个待测变换器单元包括：交流侧滤波器、变换器、直流母线电容器组，其中：交流侧滤波器一端与三相电网相连，另一端与变换器交流侧相连，变换器的直流侧与直流母线电容器组相连。所有待测变换器单元均通过交流侧滤波器电网侧一端和直流母线电容器组并联。

所述的交流侧滤波器为L型滤波器或LCL型滤波器，且电抗L的值不能太小，否则会控制不稳定，因此在对交流侧滤波电抗较小的待测变换器进行并联对推测试时，需要在其交流侧串入大电抗。

所述的变换器为三相两电平PWM变换器。

根据本发明的另一个方面，提供一种大功率电力电子变换器的并联对推测试方法，本发明控制n个待测变换器单元作整流器运行，控制另外n个待测变换器单元作逆变器运行，通过控制逆变器单元的d轴电流给定值i_di ^*来实现在实验室有限电网容量条件下对变换器的大功率测试。

本发明上述方法包括如下步骤：

步骤1：信号采集单元采集直流母线电压Ud_c以及一台作为整流器运行的待测变换器交流侧三相电流i_ar,i_br,i_cr和一台作为逆变器运行的待测变换器交流侧三相电流i_ai,i_bi,i_ci；

步骤2：Clarke坐标变换单元将三相静止坐标系下的三相电流i_ar,i_br,i_cr和i_ai,i_bi,i_ci变换到两相静止坐标下的电流i_αr,i_βr和i_αi,i_βi，Park坐标变换单元再将两相静止坐标下的电流i_αr,i_βr和i_αi,i_βi变换到两相同步旋转坐标系下的电流i_dr,i_qr和i_di，i_qi；

步骤3：将直流母线电压给定值U_dc ^*与直流母线电压U_dc输入到直流母线电压控制器中，直流母线电压控制器产生整流器的d轴电流给定值i_dr ^*；

步骤4：将整流器的d轴电流给定值i_dr ^*与两相同步旋转坐标系下的电流i_dr输入到整流器的d轴电流控制器中，整流器的d轴电流控制器产生整流器的d轴控制电压U_dr，将整流器的q轴电流给定值i_qr ^*与两相同步旋转坐标系下的电流i_qr输入到整流器的q轴电流控制器中，整流器的q轴电流控制器产生整流器的q轴控制电压U_qr；

步骤5：Park逆坐标变换单元将整流器的两相同步旋转坐标系下的控制电压U_dr,U_qr变换到两相静止坐标下的控制电压U_αr,U_βr；

步骤6：将整流器的两相静止坐标系下的控制电压U_αr,U_βr输入到整流器的PWM调制单元中，PWM调制单元输出整流器的三相占空比信息d_ar,d_br,d_cr，将其分别作用于n个并联整流器的三相功率开关管，从而实现n个并联整流器的控制；

步骤7：将逆变器的d轴电流给定值i_di ^*与两相同步旋转坐标系下的电流i_di输入到逆变器的d轴电流控制器中，逆变器的d轴电流控制器产生逆变器的d轴控制电压U_di，将逆变器的q轴电流给定值i_qi ^*与两相同步旋转坐标系下的电流i_qi输入到逆变器的q轴电流控制器中，逆变器的q轴电流控制器产生逆变器的q轴控制电压U_qi；

步骤8：Park逆坐标变换单元将逆变器的两相同步旋转坐标系下的控制电压U_di,U_qi变换到两相静止坐标下的控制电压U_αi，U_βi；

步骤9：将逆变器的两相静止坐标系下的控制电压U_αi,U_βi输入到逆变器PWM调制单元中，PWM调制单元输出逆变器的三相占空比信息d_ai,d_bi,d_ci，将其分别作用于n个并联逆变器的三相功率开关管，从而实现n个并联逆变器的控制。

所述的PWM调制单元为SPWM调制，因为采用SVPWM调制时会产生很大的零序环流，使得电流波形畸变严重。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：本发明用于大功率电力电子变换器本身整体性能测试的并联对推测试；能够在实验室有限电网容量条件下实现大功率变换器的额定功率运行，实现测试大功率电力电子变换器的温升、效率、噪声等性能的目的；本发明测试方法简单易行，不需要额外的两台同功率的电动机互馈对拖，从电网吸收的能量只是待测变换器单元的损耗，能量利用率更高。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为变换器并联对推测试主回路连接示意图；

图2为两台变换器对推测试主回路连接示意图；

图3为两台变换器对推测试控制结构示意图；

图4为两台变换器对推测试实验波形图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

请参阅图1，一种大功率电力电子变换器并联对推测试方法所用主回路，是由2n(n≥1)台待测变换器单元共直流母线并联而成，每个待测变换器单元包括：交流侧滤波器、变换器、直流母线电容器组，其中：交流侧滤波器一端与三相电网相连，另一端与变换器交流侧相连，变换器的直流侧与直流母线电容器组相连。所有待测变换器单元均通过交流侧滤波器电网侧一端和直流母线电容器组并联。

所述的交流侧滤波器为L型滤波器或LCL型滤波器，且电抗L的值不能太小，否则会控制不稳定，因此在对交流侧滤波电抗较小的待测变换器进行并联对推测试时，需要在其交流侧串入大电抗。

所述的变换器为三相两电平PWM变换器。

所述的直流母线电容器组为若干个电容器并联而成。

实施例1

本实施例中电网电压500V/50Hz，交流侧滤波电抗L₁和L₂均为250μH，所用功率开关管的额定电流为778A，直流母线电容为17.2mF。

请参阅图2，本实施例中变换器对推测试主回路由两台待测变换器单元共直流母线并联而成，它包括：变换器CONV1的交流侧滤波电抗L₁、变换器CONV1、变换器CONV1的直流母线电容器组C₁、变换器CONV2的交流侧滤波电抗L₂、变换器CONV2、变换器CONV2的直流母线电容器组C₂。

三相电网的输出端与变换器CONV1的交流侧滤波电抗L₁和变换器CONV2的交流侧滤波电抗L₂的输入端相连，变换器CONV1的交流侧滤波电抗L₁和变换器CONV2的交流侧滤波电抗L₂在输入端并联，变换器CONV1的交流侧滤波电抗L₁的输出端与变换器CONV1的交流侧输入端相连，变换器CONV2的交流侧滤波电抗L₂的输出端与变换器CONV2的交流侧输入端相连，变换器CONV1的直流侧输出端与变换器CONV1的直流母线电容器组C₁的正负极性端相连，变换器CONV2的直流侧输出端与变换器CONV2的直流母线电容器组C₂的正负极性端相连，变换器CONV1的直流母线电容器组C₁和变换器CONV2的直流母线电容器组C₂的正负极性端分别相连。

本实施例中控制待测变换器CONV1作整流器运行，控制待测变换器CONV2作逆变器运行，通过给定待测变换器CONV2的d轴电流给定值i_d2 ^*=-1100，即可实现待测变换器CONV1和CONV2的额定电流运行，进而实现对待测变换器的温升、效率、噪声等性能测试的目的。

实施例2

请参阅图3和图4，本实施例中利用上述实施例1主回路进行的大功率电力电子变换器并联对推测试方法，包括如下步骤：

步骤1：信号采集单元采集直流母线电压U_dc以及待测变换器CONV1的交流侧三相电流i_a1,i_b1,i_c1和待测变换器CONV2的交流侧三相电流i_a2,i_b2,i_c2；

步骤2：Clarke坐标变换单元将三相静止坐标系下的三相电流i_a1,i_b1,i_c1和i_a2,i_b2,i_c2变换到两相静止坐标下的电流i_α1，i_β1和i_α2，i_β2，Park坐标变换单元再将两相静止坐标下的电流i_α1，i_β1和i_α2,i_β2变换到两相同步旋转坐标系下的电流i_d1,i_q1和i_d2,i_q2；

步骤3：将直流母线电压给定值U_dc ^*与直流母线电压U_dc输入到直流母线电压控制器中，直流母线电压控制器产生待测变换器CONV1的d轴电流给定值i_d1 ^*；

步骤4：将待测变换器CONV1的d轴电流给定值i_d1 ^*与两相同步旋转坐标系下的电流i_d1输入到待测变换器CONV1的d轴电流控制器中，待测变换器CONV1的d轴电流控制器产生待测变换器CONV1的d轴控制电压U_d1，将待测变换器CONV1的q轴电流给定值i_q1 ^*与两相同步旋转坐标系下的电流i_q1输入到待测变换器CONV1的q轴电流控制器中，待测变换器CONV1的q轴电流控制器产生待测变换器CONV1的q轴控制电压U_q1；

步骤5：Park逆坐标变换单元将待测变换器CONV1的两相同步旋转坐标系下的控制电压U_d1,U_q1变换到两相静止坐标下的控制电压U_α1,U_β1；

步骤6：将待测变换器CONV1的两相静止坐标系下的控制电压U_α1,U_β1输入到待测变换器CONV1的PWM调制单元中，PWM调制单元输出待测变换器CONV1的的三相占空比信息d_a1,d_b1,d_c1，将其作用于待测变换器CONV1的三相功率开关管，从而实现待测变换器CONV1的控制；

步骤7：将待测变换器CONV2的d轴电流给定值i_d2 ^*与两相同步旋转坐标系下的电流i_d2输入到待测变换器CONV2的d轴电流控制器中，待测变换器CONV2的d轴电流控制器产生待测变换器CONV2的d轴控制电压U_d2，将待测变换器CONV2的q轴电流给定值i_q2 ^*与两相同步旋转坐标系下的电流i_q2输入到待测变换器CONV2的q轴电流控制器中，待测变换器CONV2的q轴电流控制器产生待测变换器CONV2的q轴控制电压U_q2；

步骤8：Park逆坐标变换单元将待测变换器CONV2的两相同步旋转坐标系下的控制电压U_d2,U_q2变换到两相静止坐标下的控制电压U_α2,U_β2；

步骤9：将待测变换器CONV2的两相静止坐标系下的控制电压U_α2,U_β2输入到待测变换器CONV2的PWM调制单元中，PWM调制单元输出待测变换器CONV2的三相占空比信息d_a2,d_b2,d_c2，将其作用于待测变换器CONV2的三相功率开关管，从而实现待测变换器CONV2的控制。

图4所示为两台待测变换器并联对推测试时实验波形图。从图中可以看出，本方法能够实现待测变换器的额定电流运行，且不需要对电网进行扩容改造，实际上，由于电流是在并联的待测变换器内部流动，电网提供的能量只是待测变换器单元的损耗，能量利用率更高。

以上是本发明的部分实施例，本发明还有其他实施方式：当n=2时，即变换器对推测试主回路由四台待测变换器单元共直流母线并联而成；当n=3时，即变换器对推测试主回路由六台待测变换器单元共直流母线并联而成；依此类推……控制其中n台待测变换器作整流器运行，控制其余n台待测变换器作逆变器运行，通过设定n台逆变器的d轴电流给定值，即可实现2n台待测变换器的大功率运行，进而实现对待测变换器的温升、效率、噪声等性能测试的目的。对于2n台待测变换器单元共直流母线并联系统，因为将其中n台整流器当作一台整流器来控制，将其中n台逆变器当作一台逆变器来控制，所以，2n台待测变换器单元共直流母线并联系统对推测试方法的具体实施步骤与实施例1类似，此处不再赘述。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (6)

1.一种大功率电力电子变换器并联对推测试方法所用主回路，其特征在于，所述主回路是由2n台待测变换器单元共直流母线并联而成，n≥1，每个待测变换器单元包括：交流侧滤波器、变换器、直流母线电容器组，其中：交流侧滤波器一端与三相电网相连，另一端与变换器交流侧相连，变换器的直流侧与直流母线电容器组相连；所有待测变换器单元均通过交流侧滤波器电网侧一端和直流母线电容器组并联。

2.根据权利要求1所述的大功率电力电子变换器并联对推测试方法所用主回路，其特征在于，所述的交流侧滤波器为L型滤波器或LCL型滤波器，在对交流侧滤波电抗较小的待测变换器进行并联对推测试时，在其交流侧串入大电抗。

3.根据权利要求1所述的大功率电力电子变换器并联对推测试方法所用主回路，其特征在于，所述的变换器为三相两电平PWM变换器。

4.根据权利要求1所述的大功率电力电子变换器并联对推测试方法所用主回路，其特征在于，所述的直流母线电容器组为若干个电容器并联而成。

5.一种采用权利要求1-4所述主回路进行的大功率电力电子变换器的并联对推测试方法，其特征在于，所述方法在2n台待测变换器单元中，控制n个待测变换器单元作整流器运行，控制另外n个待测变换器单元作逆变器运行，通过控制逆变器单元的d轴电流给定值i_di ^*来实现在实验室有限电网容量条件下对变换器的大功率测试。

6.根据权利要求5所述的大功率电力电子变换器的并联对推测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：信号采集单元采集直流母线电压U_dc以及一台作为整流器运行的待测变换器交流侧三相电流i_ar,i_br,i_cr和一台作为逆变器运行的待测变换器交流侧三相电流i_ai,i_bi,i_ci；

步骤2：Clarke坐标变换单元将三相静止坐标系下的三相电流i_ar,i_br,i_cr和i_ai,i_bi,i_ci变换到两相静止坐标下的电流i_αr,i_βr和i_αi,i_βi，Park坐标变换单元再将两相静止坐标下的电流i_αr,i_βr和i_αi,i_βi变换到两相同步旋转坐标系下的电流i_dr,i_qr和i_di,i_qi；

步骤3：将直流母线电压给定值U_dc ^*与直流母线电压U_dc输入到直流母线电压控制器中，直流母线电压控制器产生整流器的d轴电流给定值i_dr ^*；

步骤4：将整流器的d轴电流给定值i_dr ^*与两相同步旋转坐标系下的电流i_dr输入到整流器的d轴电流控制器中，整流器的d轴电流控制器产生整流器的d轴控制电压U_dr，将整流器的q轴电流给定值i_qr ^*与两相同步旋转坐标系下的电流i_qr输入到整流器的q轴电流控制器中，整流器的q轴电流控制器产生整流器的q轴控制电压U_qr；

步骤5：Park逆坐标变换单元将整流器的两相同步旋转坐标系下的控制电压U_dr,U_qr变换到两相静止坐标下的控制电压U_αr,U_βr；

步骤6：将整流器的两相静止坐标系下的控制电压U_αr,U_βr输入到整流器的PWM调制单元中，PWM调制单元输出整流器的三相占空比信息d_ar,d_br,d_cr，将其分别作用于n个并联整流器的三相功率开关管，从而实现n个并联整流器的控制；

步骤7：将逆变器的d轴电流给定值i_di ^*与两相同步旋转坐标系下的电流i_di输入到逆变器的d轴电流控制器中，逆变器的d轴电流控制器产生逆变器的d轴控制电压U_di，将逆变器的q轴电流给定值i_qi ^*与两相同步旋转坐标系下的电流i_qi输入到逆变器的q轴电流控制器中，逆变器的q轴电流控制器产生逆变器的q轴控制电压U_qi；

步骤8：Park逆坐标变换单元将逆变器的两相同步旋转坐标系下的控制电压U_di,U_qi变换到两相静止坐标下的控制电压U_αi,U_βi；

步骤9：将逆变器的两相静止坐标系下的控制电压U_αi,U_βi输入到逆变器PWM调制单元中，PWM调制单元输出逆变器的三相占空比信息d_ai,d_bi,d_ci，将其分别作用于n个并联逆变器的三相功率开关管，从而实现n个并联逆变器的控制。

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