CN103837765A - 能馈型变流器功率测试系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能馈型变流器功率测试系统及其方法，系统包括：电网、隔离变压器、第一和第二平波电抗器、被试变流器。被试变流器包括第一、第二PWM变换器和直流母线电容，第一、第二PWM变换器在直流母线电容的缓冲作用下传递有功功率。第一PWM变换器模拟系统负载特性。第二PWM变换器实现系统能量回馈，通过控制第二PWM变换器输出电流与电网电压同频、同相，实现单位功率因数逆变，通过控制第一与第二PWM变换器之间的直流电压恒定，实现被试变流器输入与输出之间的有功功率平衡。本发明能够有效保证测试质量、提升测试效率、提高设备利用率、节约设备成本，同时节能减排、简化了操作入门门槛、杜绝了安全隐患。

Description

能馈型变流器功率测试系统及其方法

技术领域

本发明涉及一种电气试验系统及其方法，尤其是涉及一种以变压器作负载的能馈型变流器功率考核试验系统及其方法。

背景技术

变流器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率可调（或定频）的电能控制装置。把工频电源（50Hz或60Hz）变换成各种频率的交流电源，以实现对电机变速运行控制的或将电能并网的设备。其中，控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电变换成直流电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆变成交流电。

变流器按其供电电压等级可分为：低压变流器（110V、220V、380V、600V、690V、1140V）、中压变流器（3.3KV、4.16KV、6.6KV）和高压变流器（10KV及以上）。

按供电电源的相数可分为：直流输入变流器、交流输入变流器（包括单相输入变流器、三相输入变流器和多相输入变流器）。

按照直流电源性质可分为：电压型变流器和电流型变流器。

按照工作原理分类可分为：V/f控制变流器、转差频率控制变流器和矢量控制变流器等。

按照开关方式分类可分为：PAM控制变流器、PWM控制变流器和高载频PWM控制变流器。

随着我国变流技术的飞速发展，变流器在高压输电、工业传动、电力牵引、电能并网等领域的应用普及率已经越来越广。其功率也越来越大，目前行业中兆瓦级的变流器已经很常见。变流器的出厂功率考核主要是对变流器的主电路通一定时间的大电流（一般是额定电流），用以验证变流器（特别是大功率变流器）在通以大电流工作情况下的电流输出是否稳定以及温升情况是否稳定。为了确保产品出厂后质量和性能的稳定，制造商一般都需要对变流器进行一定时间的电流功率考核测试。

传统方式常常选用电阻、电抗等能耗型元件作为负载的方法，导致电能被无谓地消耗为热能，同时还存在参数的大小不能连续调节、自动化程度低、负载的大小不稳定、会随温度的变化而变化、体积庞大、需要专门的通风设备等缺点。此外，传统阻感负载方式还存在以下技术问题：

（1）电源系统的搭建成本高：大功率的考核，势必需要大功率电源进行供电，大功率电源系统的搭建成本很高，比如一个普通的2.5MVA电源系统，其搭建成本大概需要120万元左右；

（2）对电网的干扰大：由于是满功率考核，对电网的干扰也相对较大，所以有时需要对电网进行电能治理，这样也导致了附加成本的增加，巨大的热量散发也给实验系统的搭建成本提出了更高的要求；

（3）负载作为大功率考核负载，有时甚至是满功率考核，其发热量和对电能的浪费可想而知。

而目前市场上广泛应用的针对变流器出厂功率考核测试系统的搭建方式和考核方法虽不尽相同，但其系统的拓扑结构基本一致。下面主要通过对现有技术中两种典型的背靠背电机对拖负载试验考核系统拓扑结构图进行描述，具体如附图1和附图2所示。背靠背电机对拖负载试验考核系统主要存在以下技术问题：

（1）试验系统的搭建成本高：大功率的考核，势必需要大功率电源进行供电，以及大功率并网回馈负载系统（包括电动机、发电机、并网变流器、并网变压器等），整个试验系统的搭建成本非常的高，比如一套普通的背靠背电机对拖回馈2.5MVA试验系统，其搭建成本大概需要500万元左右；

（2）对电网的干扰大：由于是满功率考核，对电网的干扰也相对较大，同时，电能的回馈并网，也会给电网的电能质量带来一定的影响，所以有时需要对电网进行电能治理，这样也导致了附加成本的增加，如果没有绝对的利润空间作为支撑，将给企业带来很大的经济负担；

（3）通用性差：不同的变流器需要配置不同的对拖电机负载；

（4）检修和保养复杂：复杂的系统，必然给检修和保养提出了更高的要求。

基于以上现有技术中存在的技术问题，研究开发一种具有能量回馈功能并能准确模拟各种特性负载的能量回馈型负载的变流器功率测试系统，达到节约能源、减少开支和试验自动化的效果已显得十分迫切而且必要。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种能馈型变流器功率测试系统及其方法，能够有效保证测试质量、提升测试效率、提高设备利用率、节约设备投入成本，同时节能减排、简化操作入门门槛、杜绝安全隐患。

为了实现上述发明目的，本发明具体提供了一种能馈型变流器功率测试系统的技术实现方案，一种能馈型变流器功率测试系统，包括：电网、隔离变压器、第一平波电抗器、第二平波电抗器和被试变流器。所述被试变流器采用双级式PWM变换器结构，包括第一PWM变换器、第二PWM变换器和直流母线电容。所述第一PWM变换器和第二PWM变换器在所述直流母线电容的缓冲作用下传递有功功率。所述隔离变压器的原边与所述电网相连，所述隔离变压器的第一次边绕组通过所述第一平波电抗器与所述第一PWM变换器的交流侧相连，所述隔离变压器的第二次边绕组通过所述第二平波电抗器与所述第二PWM变换器的交流侧相连。所述第一PWM变换器用于模拟系统负载特性，控制所述第一PWM变换器的交流侧电流大小为试验所需值。所述第二PWM变换器用于实现系统能量回馈，通过控制所述第二PWM变换器输出电流与所述隔离变压器的第二次边电压同频、同相，实现单位功率因数逆变，通过控制所述第一PWM变换器与第二PWM变换器之间的直流电压恒定，实现所述被试变流器输入与输出之间的有功功率平衡。

优选的，所述功率测试系统还包括负载特性模拟控制单元，用于控制所述第一PWM变换器模拟系统负载特性，通过外部给定一个参考的模拟信号或数字信号控制所述第一PWM变换器的交流侧电流大小为与所述外部给定成比例关系的试验所需值。当所述系统负载特性设定为恒流性负载时，所述第一PWM变换器的交流侧电流幅值控制为恒定值。当所述系统负载特性设定为恒阻抗或恒功率负载时，所述第一PWM变换器的交流侧电流幅值与隔离变压器的第一次边的输出端电压幅值相关。当供电电源的电压确定时，所述第一PWM变换器的交流侧电流幅值、相位仅由所设定的所述系统负载特性唯一确定。

优选的，所述功率测试系统还包括系统能量回馈控制单元，用于控制所述第二PWM变换器将直流电转化为交流电，从而向所述电网供电，所述系统能量回馈控制单元控制所述第二PWM变换器输出与所述隔离变压器的第二次边电压同频、同相的稳定交流电流，并控制输送至所述供电电网和整个功率测试系统的功率因数近似为1。

优选的，所述系统能量回馈控制单元采用电压电流双闭环控制结构，包括电压控制外环和电流控制内环，所述电压控制外环用于控制所述直流母线电容两端的电压稳定；所述电流控制内环用于控制所述第二PWM变换器的输出电流与所述隔离变压器的第二次边电压同频、同相。

优选的，所述负载特性模拟控制单元包括电流参考信号合成环节、比例环节、滞环比较环节和第一隔离驱动环节。所述电流参考信号合成环节根据负载特性设定形成电流参考信号i_1ref，所述电流参考信号i_1ref与采样的所述第一PWM变换器交流侧电流信号i₁进行差值处理，产生误差信号Δi₁，再经过所述比例环节进行电流调节后送入所述滞环比较环节进行滞环比较后，经过所述第一隔离驱动环节进行隔离后输出驱动所述第一PWM变换器的功率开关器件，使得所述第一PWM变换器交流侧电流信号i₁始终精确跟踪电流参考信号i_1ref。

优选的，所述负载特性模拟控制单元还包括电压检测环节、同步信号产生环节、有效值计算环节和负载特性设定环节。所述电流参考信号合成环节根据所述负载特性设定环节的输出信号生成电流参考信号i_1ref，如果所述负载特性设定环节设定负载特性为恒流性负载，则所述电流参考信号i_1ref的幅值为负载特性设定环节所设定的电流大小成正比例关系。如果所述负载特性设定环节设定负载特性为恒阻抗或恒功率负载，则通过电压检测环节采样所述隔离变压器的第一次边电压瞬时值u₁，经过所述有效值计算环节得到所述隔离变压器的第一次边电压的有效值u_1rms，再根据所设定的负载大小或功率大小计算出所述电流参考信号i_1ref的幅值I_1ref。所述电压检测环节采样所述隔离变压器的第一次边的瞬时电压信号，经过所述同步信号产生环节进行过零检测并产生同步方波信号，得到所述隔离变压器的第一次边电压瞬时值u₁的频率和相位信号，所述电流参考信号i_1reff的频率与所述隔离变压器的第一次边输出电压瞬时值u₁的频率实时保持一致，从而得出所述电流参考信号i_1ref的角频率ω_1ref。在得到所述隔离变压器的第一次边输出电压瞬时值u₁的相位信号后，所述电流参考信号合成环节根据所设定的负载特性确定所述电流参考信号i_1ref的相位，如为纯阻性负载，则所述电流参考信号i_1ref的相位与所述隔离变压器的第一次边电压瞬时值u₁完全同步，所述电流参考信号i_1ref的相位角θ为0。如设定为其他性质负载时，则计算所需的滞后或超前的相位角θ，由所述电流参考信号合成环节得出所述电流参考信号i_1ref为i_1ref=I_1ref×sin(ω_1ref-θ)。

优选的，所述系统能量回馈控制单元包括第一比例积分环节、正弦信号发生环节、同步锁相环环节、电网电压检测环节、第二比例积分环节、电流检测转换环节、比较环节和第二隔离驱动环节。所述电压控制外环由所述直流母线电容两端的直流电压信号U_d与一直流输出电压给定信号U_d ^*的差值经所述第一比例积分环节调节后，输出电流控制内环的电流幅值给定信号I_2ref，所述电流幅值给定信号I_2ref的大小与所述第二PWM变换器交流侧输出的电流幅值成正比。所述电网电压检测环节检测所述隔离变压器的第二次边电压瞬时值，经过所述同步锁相环环节后在所述正弦信号发生环节中形成与所述隔离变压器的第二次边电压瞬时值同相的离散标准正弦值信号。所述电流幅值给定信号I_2ref在所述正弦信号发生环节中乘以所述离散标准正弦值后作为所述电流控制内环的电流离散值给定i₀ ^*，所述电流检测转换环节输出的所述第二PWM变换器交流侧电流瞬时值i₀与所述电流离散值给定i₀ ^*产生差值信号，经所述第二比例积分环节进行调节后，在所述比较环节中与三角载波信号进行比较后产生PWM信号，再经所述第二隔离驱动环节进行隔离驱动后控制所述第二PWM变换器的功率开关器件。

优选的，所述隔离变压器原边绕组的额定容量不高于所述隔离变压器次边绕组额定容量的1/6，所述隔离变压器的原边绕组采用星形接法，所述隔离变压器的次边绕组采用三角形接法。

优选的，当所述能馈型变流器功率测试系统进行轻载联调测试时，采用高阻抗小电流的阻感负载作为所述轻载联调测试的测试负载，所述阻感负载连接在所述第二PWM变换器的交流输出侧。

本发明还另外具体提供了一种能馈型变流器功率测试方法的技术实现方案，一种能馈型变流器功率测试方法，能馈型变流器功率测试系统包括：电网、隔离变压器和被试变流器。所述被试变流器采用双级式PWM变换器结构，包括直流母线电容、第一PWM变换器和第二PWM变换器，所述测试方法包括负载特性模拟过程和系统能量回馈过程；

负载特性模拟过程：所述第一PWM变换器模拟系统负载特性，控制所述第一PWM变换器的交流侧电流大小为试验所需值；

系统能量回馈过程：所述第二PWM变换器实现系统能量回馈，控制所述第二PWM变换器输出电流与所述隔离变压器的第二次边电压同频、同相，实现单位功率因数逆变；控制所述第一PWM变换器与第二PWM变换器之间的直流电压恒定，实现所述被试变流器输入与输出之间的有功功率平衡。

优选的，通过外部给定一个参考的模拟信号或数字信号控制所述第一PWM变换器的交流侧电流大小为与所述外部给定成比例关系的试验所需值，所述负载特性模拟过程进一步包括：

当所述系统负载特性设定为恒流性负载时，所述第一PWM变换器的交流侧电流幅值控制为恒定值；

当所述系统负载特性设定为恒阻抗或恒功率负载时，所述第一PWM变换器的交流侧电流幅值与所述隔离变压器的第一次边的输出端电压幅值相关，当所述隔离变压器的第一次边的输出端电压确定时，所述第一PWM变换器的交流侧电流幅值、相位仅由所设定的所述系统负载特性唯一确定。

优选的，所述系统能量回馈过程采用电压电流双闭环控制方式，控制所述第二PWM变换器将直流电转化为交流电，从而向所述隔离变压器的第二次边供电，同时进一步控制所述第二PWM变换器输出与所述隔离变压器的第二次边电压同频、同相的稳定交流电流，并控制输送至所述电网和整个功率测试系统的功率因数近似为1。

优选的，所述电压电流双闭环控制方式进一步包括电压外环控制过程和电流内环控制过程，所述电压外环控制过程控制所述直流母线电容两端的电压稳定，所述电流内环控制过程控制所述第二PWM变换器的输出电流与所述隔离变压器的第二次边电压同频、同相。

优选的，所述负载特性模拟过程进一步包括以下步骤：

S10：根据负载特性设定形成电流参考信号i_1ref；

S11：所述电流参考信号i_1ref与所述第一PWM变换器交流侧电流采样信号i₁进行差值处理，产生误差信号Δi₁；

S12：对所述误差信号Δi₁进行比例调节；

S13：对经过比例调节的所述误差信号Δi₁进行滞环比较处理；

S14：对经过滞环比较处理的信号进行隔离后输出驱动所述第一PWM变换器的功率开关器件，使得所述第一PWM变换器交流侧电流信号i₁始终精确跟踪电流参考信号i_1ref。

优选的，所述步骤S10中根据负载特性设定形成电流参考信号i_1ref的过程进一步包括以下步骤：

S100：根据所述负载特性设定生成电流参考信号i_1ref，如果所述负载特性设定为恒流性负载，则所述电流参考信号i_1ref的幅值与负载特性设定的电流大小成恒定正比例关系，如果所述负载特性设定为恒阻抗或恒功率负载，则采样所述隔离变压器的第一次边输出电压瞬时值u1，经过有效值计算得到所述隔离变压器的第一次边电压的有效值u_1rms，再根据所设定的负载大小或功率大小计算出所述电流参考信号i_1ref的幅值I_1ref；

S101：采样所述隔离变压器的第一次边输出的瞬时电压信号，进行过零检测并产生同步方波信号，得到所述隔离变压器的第一次边输出的电压瞬时值u₁的频率和相位信号，所述电流参考信号i_1ref的频率与所述隔离变压器的第一次边输出的电压瞬时值u₁的频率实时保持一致，从而得出所述电流参考信号i_1ref的角频率ω_1ref；

S102：在得到所述隔离变压器的第一次边输出的电压瞬时值u₁的相位信号后，根据所设定的负载特性确定所述电流参考信号i_1ref的相位，如为纯阻性负载，则所述电流参考信号i_1ref的相位与所述隔离变压器的第一次边输出的电压瞬时值u₁完全同步，所述电流参考信号i_1ref的相位角θ为0；如设定为其他性质负载时，则计算所需的滞后或超前的相位角θ，从而得出所述电流参考信号i_1ref为i_1ref=I_1ref×sin(ω_1ref-θ)。

优选的，所述系统能量回馈过程进一步包括电压外环控制过程和电流内环控制过程；

所述电压外环控制过程包括：

S200：直流母线电容两端的直流电压信号U_d与一直流输出电压给定信号U_d ^*进行差值处理；

S201：经过差值处理的信号进行比例积分调节后，输出作为所述电流内环控制过程的电流幅值给定信号I_2ref，所述电流幅值给定信号I_2ref的大小与所述第二PWM变换器交流侧输出的电流幅值成正比；

所述电流内环控制过程包括：

S300：检测所述隔离变压器的第二次边电压瞬时值，经过同步锁相处理后形成与所述隔离变压器的第二次边电压瞬时值同相的离散标准正弦值信号；

S301：将所述电流幅值给定信号I_2ref乘以所述离散标准正弦值后作为所述电流内环控制过程的电流离散值给定i₀ ^*；

S302：将所述第二PWM变换器的交流侧电流瞬时值i₀与所述电流离散值给定i₀ ^*进行差值处理；

S303：对经过差值处理的信号进行比例积分调节后，再与三角载波信号进行比较，并产生PWM信号；

S304：所述PWM信号经过隔离驱动后控制所述第二PWM变换器的功率开关器件。

优选的，所述测试方法进一步包括电流功率测试过程，该过程通过控制所述第一PWM变换器的交流侧输入电流和所述第二PWM变换器的交流侧输出电流，分别实现所述被试变流器负载特性模拟和所述被试变流器能量回馈。通过控制所述被试变流器的中间直流电压控制所述被试变流器输入与输出之间有功功率的平衡，以测试包括但不限于所述被试变流器中功率开关器件、感抗器件、部件连接口的电流特性，以及包括但不限于所述被试变流器中功率开关器件、容性器件、感抗器件、阻抗器件的耐压能力。

优选的，所述电流功率测试过程进一步包括以下步骤：

S40：连接所述被试变流器的相关主电路和控制电路，接通控制电路电源，并烧写控制电路调试软件；

S41：接通所述主电路电源，通过上位机控制软件对所述被试变流器的输出电流大小进行给定，逐渐将输出电流调节至通过稳定的负载大电流为止；

S42：当所述负载大电流导通稳定后，使所述被试变流器维持该工作状态一定时间，同时监测测试过程中包括但不限于所述被试变流器的输入、输出电压和输入、输出电流稳定无明显波动，各部件及部件连接口温升情况稳定、电气绝缘性能稳定在内的情况作为所述被试变流器达到出厂功率测试要求的判据。

优选的，所述测试方法进一步包括系统轻载联调测试过程，该过程以高阻抗小电流的阻感负载作为所述被试变流器的交流输出负载，为所述被试变流器的输入端输入额定电压，通过PWM方式或PAM方式控制所述被试变流器中功率开关器件的开通和关断，使所述被试变流器输出端产生变频变压的交流电，调节达到交流输出端阻感负载维持输出稳定的额定交流电压，以验证所述被试变流器的出厂程序和系统功能，以及所述被试变流器内部各器件间的变频输出电气绝缘性能。

优选的，所述系统轻载联调测试过程进一步包括以下步骤：

S50：连接所述被试变流器的相关主电路和控制电路，在所述被试变流器的输出端连接所述阻感负载作为测试负载，接通控制电路电源，并烧写控制电路调试软件；

S51：接通所述主电路电源，通过上位机控制软件对所述被试变流器的输出电流大小进行给定，通过PWM方式或PAM方式控制所述被试变流器中功率开关器件的开通和关断，使所述被试变流器输出端产生变频变压的交流电，调节达到交流输出端阻感负载维持输出稳定的额定交流电压；

S52：当所述阻感负载的电压和电流稳定后，使所述被试变流器维持该工作状态一定时间，同时监测测试过程中包括但不限于所述被试变流器的输出电压、输出电流参数稳定无明显波动，各部件的绝缘性能稳定在内的情况作为所述被试变流器达到出厂轻载联调功率测试要求的判据。

通过实施上述本发明提供的能馈型变流器功率测试系统及其方法，具有如下技术效果：

（1）本发明功能结构设计简单、成本低、可靠性高，实际应用稳定性高、通用性强；

（2）本发明能够做到极大的节能减排，降低安全隐患，并有效减少生产成本的投入；

（3）本发明能试验考核覆盖率高，系统能够确保经受试验和现场实际应用的各项考核；

（4）本发明试验过程控制的自动化程度高。

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，下面将对实施例或现有技术描述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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术1背靠背电机对拖负载试验考核系统的拓扑结构示意图；

图2是现有技术2背靠背电机对拖负载试验考核系统的拓扑结构示意图；

图3是本发明能馈型变流器功率测试系统一种具体实施方式的拓扑结构示意图；

图4是本发明能馈型变流器功率测试系统一种具体实施方式的系统结构框图；

图5是本发明能馈型变流器功率测试系统一种具体实施方式系统负载特性模拟控制单元的结构原理框图；

图6是本发明能馈型变流器功率测试系统一种具体实施方式系统能量回馈控制单元的结构原理框图；

图7是本发明能馈型变流器功率测试系统一种具体实施方式进行系统轻载联调测试的系统拓扑结构简图；

图8是本发明能馈型变流器功率测试方法一种具体实施方式中负载特性模拟和系统能量回馈的过程示意图；

图9是本发明能馈型变流器功率测试方法一种具体实施方式功率测试和系统轻载联调功能测试的过程示意图；

图中：1-电网，2-隔离变压器，3-第一PWM变换器，4-第二PWM变换器，5-直流母线电容，6-负载特性模拟控制单元，7-系统能量回馈控制单元，8-被试变流器，9-阻感负载，L1-第一平波电抗器，L2-第二平波电抗器，601-电压检测环节，602-同步信号产生环节，603-有效值计算环节，604-电流参考信号合成环节，605-负载特性设定环节，606-比例环节，607-滞环比较环节，608-第一隔离驱动环节，701-第一比例积分环节，702-正弦信号发生环节，703-同步锁相环环节，704-电网电压检测环节，705-第二比例积分环节，706-电流检测转换环节，707-比较环节，708-第二隔离驱动环节。

具体实施方式

为了引用和清楚起见，将下文中使用的技术名词、简写或缩写记载如下：

PWM：Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制的简称；

PAM：Pulse Amplitude Modulation，脉冲幅度调制的简称；

DC/AC：直流/交流变换，又称为逆变；

AC/DC：交流/直流变换，又称为整流；

V/f：电压/频率变换的简称；

ADC：模拟数字转换器；

IGBT：Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管的简称；

IGCT：Intergrated Gate Commutated Thyristors，集成门极换流晶闸管的简称。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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的一部分实施例，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作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。

如附图3至附图9所示，给出了本发明能馈型变流器功率测试系统及其方法的具体实施例，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

如附图3所示一种能馈型变流器功率测试系统的具体实施例，包括：作为被试电源的电网1、隔离变压器2、第一平波电抗器L1、第二平波电抗器L2和被试变流器8。附图3中，D处为隔离变压器2的第一次边，E处为隔离变压器2的第二次边。被试变流器8采用双级式PWM变换器结构，包括第一PWM变换器3、第二PWM变换器4和直流母线电容5。第一PWM变换器3和第二PWM变换器4在直流母线电容5的缓冲作用下传递有功功率。双级式PWM变换器可以采用核心功率开关器件为IGBT或IGCT的四象限桥式整流器结构。隔离变压器2的原边与电网1相连，隔离变压器2的第一次边绕组通过第一平波电抗器L1与第一PWM变换器3的交流侧相连，隔离变压器2的第二次边绕组通过第二平波电抗器L2与第二PWM变换器4的交流侧相连。第一PWM变换器3作为AC/DC负载模拟器，用于模拟系统负载特性，控制第一PWM变换器3的交流侧电流为的试验所需值。第二PWM变换器4作为DC/AC并网逆变器，用于实现系统能量回馈，通过控制第二PWM变换器4输出电流与隔离变压器2的第二次边电压同频、同相，实现单位功率因数逆变，通过控制第一PWM变换器3与第二PWM变换器4之间的直流电压恒定，使得整个系统稳定，实现被试变流器8输入与输出之间的有功功率平衡。其中，外接第一平波电抗器L1和第二平波电抗器L2用于进行短路阻抗补偿。作为本发明应用于三相系统的一种典型具体实施例，隔离变压器2采用三绕组隔离变压器。本发明具体实施例通过采用共直流母线的双极式PWM变换器设计的双级式能量回馈型变压器负载，不仅能够模拟阻性负载，还可以根据被试变流器8的测试需求模拟任意功率因数的感性和容性负载。

如附图4所示，功率测试系统还包括负载特性模拟控制单元6，负载特性模拟控制单元6用于控制所述第一PWM变换器3模拟系统负载特性，负载特性模拟控制单元6控制第一PWM变换器3通过外部给定一个参考的模拟信号或数字信号使交流侧电流大小为与外部给定成一定比例关系的试验所需值。当系统负载特性设定为恒流性负载时，第一PWM变换器3的交流侧电流幅值控制为恒定值。当系统负载特性设定为恒阻抗或恒功率负载时，第一PWM变换器3的交流侧电流幅值应与隔离变压器2的第一次边的输出端电压幅值呈一定关系。当隔离变压器2的第一次边的输出电压确定时，第一PWM变换器3的交流侧电流幅值、相位仅由所设定的系统负载特性唯一确定，与电路中的其他参数没有直接关系，因此采用电流环控制即可。电流控制直接影响到负载模拟的真实性，并且起到限流的作用。由于负载要模拟稳定以及突变的阻抗，因此必须采用具有较高品质电流响应的控制方法。直接电流控制技术中的滞环电流控制由于具有快速的电流响应和限幅能力，且具有简单、有效的特点，因而在功率因数校正和无功补偿等领域有着广泛的应用。本发明具体实施例以滞环电流控制方式对负载模拟器的控制策略进行说明。

如附图5所示，负载特性模拟控制单元6进一步包括电流参考信号合成环节604、比例环节606、滞环比较环节607和第一隔离驱动环节608。电流参考信号合成环节604根据负载特性设定形成电流参考信号i_1ref，电流参考信号i_1ref与采样的第一PWM变换器3交流侧电流信号i₁进行差值处理，产生误差信号Δi₁，再经过比例环节606进行电流调节后送入滞环比较环节607进行滞环比较后，经过第一隔离驱动环节608进行隔离后输出驱动第一PWM变换器3的功率开关器件，使得第一PWM变换器3交流侧电流信号i₁始终精确跟踪电流参考信号i_1ref。

负载特性模拟控制单元6还进一步包括电压检测环节601、同步信号产生环节602、有效值计算环节603和负载特性设定环节605。有效值计算环节603基于ADC（模数转换器）。电流参考信号合成环节604根据负载特性设定环节605的输出信号生成电流参考信号i_1ref，如果负载特性设定环节605设定负载特性为恒流性负载，则电流参考信号i_1ref的幅值与负载特性设定环节605所设定的电流大小成正比例关系。如果负载特性设定环节605设定负载特性为恒阻抗或恒功率负载，则通过电压检测环节601采样隔离变压器2的第一次边输出电压的瞬时值u₁，经过有效值计算环节603得到隔离变压器2的第一次边输出电压的有效值u_1rms，再根据所设定的负载大小或功率大小计算出电流参考信号i_1ref的幅值I_1ref。电压检测环节601采样隔离变压器2的第一次边输出的瞬时电压信号，经过同步信号产生环节602进行过零检测并产生同步方波信号，得到隔离变压器2的第一次边的电压瞬时值u₁的频率和相位信号，电流参考信号i_1ref的频率与隔离变压器2的第一次边输出的电压瞬时值u₁的频率实时保持一致，从而得出电流参考信号i_1ref的角频率ω_1ref。在得到隔离变压器2的第一次边输出电压瞬时值u₁的相位信号后，电流参考信号合成环节604根据所设定的负载特性确定电流参考信号i_1ref的相位，如为纯阻性负载，则电流参考信号i_1ref的相位与隔离变压器2的第一次边输出的电压瞬时值u₁完全同步，电流参考信号i_1ref的相位角θ为0；如设定为其他性质负载时，则计算所需的滞后或超前的相位角θ，由电流参考信号合成环节604得出电流参考信号i_1ref为i_1ref=I_1ref×sin(ω_1ref-θ)。

如附图4所示，功率测试系统还包括系统能量回馈控制单元7，用于控制第二PWM变换器4将直流电转化为交流电，从而向隔离变压器2的第二次边供电，系统能量回馈控制单元7控制第二PWM变换器4输出与隔离变压器2的第二次边电压同频、同相的稳定交流电流，并控制输送至电网1和整个功率试验环回系统的功率因数近似为1。系统能量回馈控制单元7采用电压电流双闭环控制结构，包括电压控制外环和电流控制内环，电压控制外环用于控制直流母线电容5两端的电压稳定。电流控制内环用于控制第二PWM变换器4的输出电流与隔离变压器2的第二次边的电压同频、同相。

如附图6所示，系统能量回馈控制单元7进一步包括第一比例积分环节701、正弦信号发生环节702、同步锁相环环节703、电网电压检测环节704、第二比例积分环节705、电流检测转换环节706、比较环节707和第二隔离驱动环节708。电压控制外环由直流母线电容5两端的直流电压信号U_d与一直流输出电压给定信号U_d ^*的差值经第一比例积分环节701调节后，输出电流控制内环的电流幅值给定信号I_2ref，电流幅值给定信号I_2ref的大小与第二PWM变换器4交流侧输出的电流幅值成正比。电网电压检测环节704检测隔离变压器2的第二次边的电压瞬时值，经过同步锁相环环节703后在正弦信号发生环节702中形成与隔离变压器2的第二次边的电压瞬时值同相的离散标准正弦值信号，电流幅值给定信号I_2ref在正弦信号发生环节702中乘以离散标准正弦值后作为电流控制内环的电流离散值给定i₀ ^*，电流检测转换环节706输出的第二PWM变换器4交流侧电流瞬时值i₀与电流离散值给定i₀ ^*产生差值信号，经第二比例积分环节705进行调节后，在比较环节707中与三角载波信号进行比较后产生PWM信号，再经第二隔离驱动环节708进行隔离驱动后控制第二PWM变换器4的功率开关器件。

隔离变压器2原边绕组的额定容量不高于隔离变压器2次边绕组额定容量的1/6。隔离变压器2的原边绕组采用星形接法，隔离变压器2的次边绕组采用三角形接法。首先，由于测试过程中的系统能量处于自环回状态，加上被试变流器8的软启动控制，测试系统对外部电网1的供电容量需求很低（容量需求大概为被试变流器8额定功率的1/20左右，有的甚至更低），这样自然也就会极大的降低测试系统供电电源的搭建成本。其次，由于测试系统对外部电网1的容量需求降低了，测试系统的体积自然也会下降，这样也就可以节约出大量的测试空间。

如附图7所示，当能馈型变流器功率测试系统进行轻载联调测试时，采用高阻抗小电流的阻感负载9作为轻载联调测试的测试负载，阻感负载9连接在第二PWM变换器4的交流输出侧。系统轻载联调测试的负载选用高阻抗小电流的阻感负载9作为轻载联调功率测试的负载，能够充分利用电阻和电感组合负载的电压和电流特性（适当模拟电机负载的相关工作特性）。

如附图8所示，一种能馈型变流器功率测试方法的具体实施例，能馈型变流器功率测试系统包括：电网1、隔离变压器2和被试变流器8。被试变流器8采用双级式PWM变换器结构，包括直流母线电容5、第一PWM变换器3和第二PWM变换器4，测试方法包括负载特性模拟过程和系统能量回馈过程；

负载特性模拟过程：第一PWM变换器3模拟系统负载特性，控制第一PWM变换器3的交流侧电流为的试验所需值；

系统能量回馈过程：第二PWM变换器4实现系统能量回馈，控制第二PWM变换器4输出电流与隔离变压器2的第二次边电压同频、同相，实现单位功率因数逆变；控制第一PWM变换器3与第二PWM变换器4之间的直流电压恒定，实现被试变流器8输入与输出之间的有功功率平衡。

控制第一PWM变换器3通过外部给定一个参考的模拟信号或数字信号使交流侧电流大小为与外部给定成一定比例关系的试验所需值，负载特性模拟过程进一步包括：

当系统负载特性设定为恒流性负载时，第一PWM变换器3的交流侧电流幅值控制为恒定值；

当系统负载特性设定为恒阻抗或恒功率负载时，第一PWM变换器3的交流侧电流幅值应与隔离变压器2的第一次边的输出端电压幅值呈一定关系，当隔离变压器2的第一次边的输出端电压确定时，第一PWM变换器3的交流侧电流幅值、相位仅由所设定的系统负载特性唯一确定。

负载特性模拟过程进一步包括以下步骤：

S10：根据负载特性设定形成电流参考信号i_1ref；

S11：电流参考信号i_1ref与第一PWM变换器3交流侧电流采样信号i₁进行差值处理，产生误差信号Δi₁；

S12：对误差信号Δi₁进行比例调节；

S13：对经过比例调节的误差信号Δi₁进行滞环比较处理；

S14：对经过滞环比较处理的信号进行隔离后输出驱动第一PWM变换器3的功率开关器件，使得第一PWM变换器3交流侧电流信号i₁始终精确跟踪电流参考信号i_1ref。

步骤S10中根据负载特性设定形成电流参考信号i_1ref的过程进一步包括以下步骤：

S100：根据负载特性设定生成电流参考信号i_1ref，如果负载特性设定为恒流性负载，则电流参考信号i_1ref的幅值与负载特性设定的电流大小成恒定正比例关系；如果负载特性设定为恒阻抗或恒功率负载，则采样隔离变压器2的第一次边输出的电压瞬时值u₁，经过有效值计算后得到隔离变压器2的第一次边输出电压的有效值u_1rms，再根据所设定的负载大小或功率大小计算出电流参考信号i_1ref的幅值I_1ref；

S101：采样隔离变压器2的第一次边输出的瞬时电压信号，进行过零检测并产生同步方波信号，得到隔离变压器2的第一次边输出的电压瞬时值u₁的频率和相位信号，电流参考信号i_1ref的频率与隔离变压器2的第一次边输出的电压瞬时值u₁的频率实时保持一致，从而得出电流参考信号i_1ref的角频率ω_1ref；

S102：在得到隔离变压器2的第一次边输出的电压瞬时值u₁的相位信号后，根据所设定的负载特性确定电流参考信号i_1ref的相位，如为纯阻性负载，则电流参考信号i_1ref的相位与隔离变压器2的第一次边输出的电压瞬时值u₁完全同步，电流参考信号i_1ref的相位角θ为0；如设定为其他性质负载时，则计算所需的滞后或超前的相位角θ，从而得出电流参考信号i_1ref为i_1ref=I_1ref×sin(ω_1ref-θ)。

第二PWM变换器4作为DC/AC并网逆变器与电网1并联运行的输出控制可以采用电压控制方式和电流控制方式。如果并网逆变器的输出采用电压控制方式，电网可视为容量无穷大的定值交流电压源，则实际上就是一个电压源与电压源并联运行的系统，这种情况下要保证系统稳定运行，必须采用锁相控制技术以实现与电网1的同步。在稳定运行的基础上，可以通过调整并网逆变器输出电压的大小及相位以控制测试系统的有功输出与无功输出。但由于锁相回路的响应较慢、并网逆变器的输出电压值不易精确控制、可能出现环流等问题，如果不采取特殊措施，同样功率等级的电压源并联运行方式不易获得优异性能。如果并网逆变器的输出采用电流控制方式，则只需控制并网逆变器的输出电流跟踪电网电压，控制逆变输出电流与电网电压同频同相，这样系统的功率因数为1，即可达到电流源与电压源并联运行的目的。由于其控制方法相对简单，因此本发明具体实施例采用此种方式。能馈型交流负载的DC/AC并网逆变器将直流电转化为正弦交流电，从而向电网供电，它实际上是一个有源逆变系统。DC/AC并网逆变器的控制目标为：控制逆逆变器输出的交流电流为稳定、高品质的正弦波，且与电网电压同频、同相，系统的功率因数为1。因此选择DC/AC并网逆变器的输出电流为被控量。

系统能量回馈过程采用电压电流双闭环控制方式，控制第二PWM变换器4将直流电转化为交流电，从而向隔离变压器2的第二次边供电，同时进一步控制第二PWM变换器4输出与隔离变压器2的第二次边电压同频、同相的稳定交流电流，并控制输送至电网和整个功率测试环回系统的功率因数近似为1。电压电流双闭环控制方式包括电压外环控制过程和电流内环控制过程，电压外环控制过程控制直流母线电容5两端的电压稳定，电流内环控制过程控制第二PWM变换器4的输出电流与隔离变压器2的第二次边的电压同频、同相。

系统能量回馈过程进一步包括电压外环控制过程和电流内环控制过程；

电压外环控制过程包括：

S200：直流母线电容5两端的直流电压信号U_d与一直流输出电压给定信号U_d ^*进行差值处理；

S201：经过差值处理的信号进行比例积分调节后，输出作为电流内环控制过程的电流幅值给定信号I_2ref，电流幅值给定信号I_2ref的大小与第二PWM变换器4交流侧输出的电流幅值成正比；

电流内环控制过程包括：

S300：检测隔离变压器2的第二次边的电压瞬时值，经过同步锁相处理后形成与隔离变压器2的第二次边的电压瞬时值同相的离散标准正弦值信号；

S301：将电流幅值给定信号I_2ref乘以所述离散标准正弦值后作为电流内环控制过程的电流离散值给定i₀ ^*；

S302：将第二PWM变换器4的交流侧电流瞬时值i₀与电流离散值给定i₀ ^*进行差值处理；

S303：对经过差值处理的信号进行比例积分调节后，再与三角载波信号进行比较，并产生PWM信号；

S304：PWM信号经过隔离驱动后控制第二PWM变换器4的功率开关器件。

如附图9所示，测试方法进一步包括电流功率测试过程，该过程通过控制第一PWM变换器3的交流侧输入电流和第二PWM变换器4的交流侧输出电流，分别实现被试变流器8负载特性模拟和被试变流器8能量回馈。通过控制被试变流器8的中间直流电压控制被试变流器8输入与输出之间有功功率的平衡，以测试包括但不限于被试变流器8中功率开关器件、感抗器件、部件连接口的电流特性（温升情况的稳定性），以及包括但不限于被试变流器8中功率开关器件、容性器件、感抗器件、阻抗器件的耐压能力（电气绝缘性能）。

电流功率测试过程进一步包括以下步骤：

S40：连接被试变流器8的相关主电路和控制电路，接通控制电路电源，并烧写控制电路调试软件；

S41：接通主电路电源，通过上位机控制软件对被试变流器8的输出电流大小进行给定，缓慢的逐渐将输出电流调节至通过稳定的负载大电流为止；作为本发明一种典型的实施例，输出电流一般控制在额定电流大小的1.1倍，当然只要被试变流器8性能允许，也可以将电流做的更大一些；

S42：当负载大电流导通稳定后，使被试变流器8维持该工作状态一定时间；作为本发明一种较佳的实施例，维持时间推荐为60分钟左右；同时监测测试过程中包括但不限于被试变流器8的输入、输出电压和输入、输出电流稳定无明显波动，各部件及部件连接口温升情况稳定、电气绝缘性能稳定在内的情况作为被试变流器8达到出厂电流功率测试要求的判据。

由于电流功率试验更多的是侧重于被试变流器产品的工艺性能的测试，使用的程序为变流器功率测试专用调试程序，因此整个测试过程中不对被试变流器产品的出厂程序和系统功能进行功能验证，特别是系统的变频逆变输出功能。而系统轻载联调测试使用程序为产品出厂程序，测试更多的则是侧重于产品的出厂功能验证。

如附图9所示，测试方法进一步包括系统轻载联调功能测试过程，该过程以高阻抗小电流的阻感负载9作为被试变流器8的交流输出负载，为被试变流器8的输入端输入额定电压，通过PWM方式或PAM方式控制被试变流器8中功率开关器件的开通和关断，使被试变流器8输出端产生变频变压的交流电，调节达到交流输出端阻感负载9维持输出稳定的额定交流电压，以验证被试变流器8的出厂程序和系统功能，以及被试变流器8内部各器件间的变频输出电气绝缘性能。

系统轻载联调功能测试过程进一步包括以下步骤：

S50：连接被试变流器8的相关主电路和控制电路，在被试变流器8的输出端连接阻感负载9作为测试负载，接通控制电路电源，并烧写控制电路出厂程序；

S51：接通主电路电源，通过上位机控制软件对被试变流器8的逆变输出进行给定，通过PWM方式或PAM方式控制被试变流器8中功率开关器件的开通和关断，使被试变流器8输出端产生变频变压的交流电，调节达到交流输出端阻感负载9维持输出稳定的额定交流电压；作为本发明一种典型的实施例，输出交流电压一般控制在最高额定输出电压值大小，当然只要被试变流器8性能允许，也可以将电压做的更高一些；同时，推荐过电流控制在30A左右为宜；

S52：当阻感负载9的电压和电流稳定后，使被试变流器8维持该工作状态一定时间，作为本发明一种较佳的实施例，维持时间推荐为10分钟左右；同时监测测试过程中包括但不限于被试变流器8的输出电压、输出电流参数稳定无明显波动，各部件的绝缘性能稳定在内的情况作为被试变流器8达到出厂轻载联调功能测试要求的判据。

本发明具体实施例描述的能馈型变流器功率测试系统及其方法通过对被试变流器8的输入、输出电压、电流进行控制，不仅能够模拟阻性负载，还可以模拟任意功率因数的感性和容性负载。本发明能馈型变流器功率测试系统主要实现两个基本功能，即被试变流器8的负载功率测试特性模拟以及将被试变流器8释放的能量进行环回回馈。相对于传统的电机对拖回馈功率测试方式，本发明具体实施例的负载系统无论从成本，还是占地需求来说都得到了数量级的降低。本发明能馈型变流器功率测试方法将被试变流器8的出厂功率测试分为电流功率考核和系统轻载联调功能测试（高压小电流系统功能验证）两个部分。从表面上来看，感觉测试方法好像变得更加繁琐了，但是从功率测试特性和细节来分析，其优点是非常明显的。首先，电流功率测试过程中，被试变流器8的工作电流和电压都达到甚至是适当的高于产品的工作额定值，且参数自动可调。这样在确保工艺质量测试覆盖率的同时，不仅可以做到平台化测试，还提高了测试过程控制的自动化控制程度，提高了测试效率。其次，由于电流功率测试使用的程序为专用调试程序，整个调试过程中没有对被试变流器8的出厂程序和系统功能进行验证，特别是系统的变频逆变输出功能。而系统轻载联调功能测试使用程序为产品出厂程序，试验更多的则是侧重于被试变流器8的出厂功能验证。本发明具体实施例的负载变压器选择隔离变压器作为电流功率测试的负载，为了节约设备成本，所选用的隔离变压器的特点是原边（电网侧）绕组额定容量可以做到次边（被试品侧）绕组额定容量的1/6左右(有的甚至更低)。同时，考虑到能馈环回系统与电网的隔离（降低试验系统工作过程中对电网的干扰），本测试系统隔离变压器通常选用原边（电网侧）为星形接法，次边（被试品侧）为三角形接法的隔离变压器。

本发明能馈型变流器功率测试系统通用性很强，只要配置负载隔离变压器2的容量和承受电压能力允许，通过外接第一平波电抗器L1和第二平波电抗器L2进行短路阻抗补偿以及被试变流器调试参数的匹配，测试系统可以实现不同电压等级和不同功率等级的多类型双极PWM变流器出厂功率测试的需要。通过对输入直流母线进行串联，本发明具体实施例同样适用于DC/AC逆变器的出厂功率测试。此外，本发明具体实施例功能结构设计简单、成本低、可靠性高、节能减排，能够有效降低安全隐患，减少生产成本投入。本发明具体实施例基于节约能源、减少开支和试验自动化的要求，具有能量回馈功能并能准确模拟各种特性负载，适用于各种交流电源的老化、寿命测试和功能性测试，有效避免了能源的浪费，变压负载将被试电源发出的电能回馈电网循环利用，具有很好的节能效果。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (20)

1.一种能馈型变流器功率测试系统，其特征在于，包括：电网（1）、隔离变压器（2）、第一平波电抗器（L1）、第二平波电抗器（L2）和被试变流器（8），所述被试变流器（8）采用双级式PWM变换器结构，包括第一PWM变换器（3）、第二PWM变换器（4）和直流母线电容（5），所述第一PWM变换器（3）和第二PWM变换器（4）在所述直流母线电容（5）的缓冲作用下传递有功功率；所述隔离变压器（2）的原边与所述电网（1）相连，所述隔离变压器（2）的第一次边绕组通过所述第一平波电抗器（L1）与所述第一PWM变换器（3）的交流侧相连，所述隔离变压器（2）的第二次边绕组通过所述第二平波电抗器（L2）与所述第二PWM变换器（4）的交流侧相连；所述第一PWM变换器（3）用于模拟系统负载特性，控制所述第一PWM变换器（3）的交流侧电流为试验所需值；所述第二PWM变换器（4）用于实现系统能量回馈，通过控制所述第二PWM变换器（4）输出电流与所述隔离变压器（2）的第二次边电压同频、同相，实现单位功率因数逆变，通过控制所述第一PWM变换器（3）与第二PWM变换器（4）之间的直流电压恒定，实现所述被试变流器（8）输入与输出之间的有功功率平衡。 

2.根据权利要求1所述的一种能馈型变流器功率测试系统，其特征在于：所述功率测试系统还包括负载特性模拟控制单元（6），用于控制所述第一PWM变换器（3）模拟系统负载特性，通过外部给定一个参考的模拟信号或数字信号控制所述第一PWM变换器（3）的交流侧电流大小为与所述外部给定成比例关系的试验所需值；当所述系统负载特性设定为恒流性负载时，所述第一PWM变换器（3）的交流侧电流幅值控制为恒定值；当所述系统负载特性设定为恒阻抗或恒功率负载时，所述第一PWM变换器（3）的交流侧电流幅值与所述隔离变压器（2）第一次边的输出端电压幅值相关；当所述隔离变压器（2）的第一次边输出电压确定时，所述第一PWM变换器（3）的交流侧电流幅值、相位仅由所设定的所述系统负载特性唯一确定。 

3.根据权利要求2所述的一种能馈型变流器功率测试系统，其特征在于：所述功率测试系统还包括系统能量回馈控制单元（7），用于控制所述第二PWM变换器（4）将直流电转化为交流电，从而向所述隔离变压器（2）的第二次边供电，所述系统能量回馈控制单元（7）控制所述第二PWM变换器（4）输出与所述隔离变压器（2）的第二次边电压同频、同相的稳定交流电流，并控制输送至所述电网（1）和整个功率测试系统的功率因数近似为1。 

4.根据权利要求3所述的一种能馈型变流器功率测试系统，其特征在于：所述系统能量回馈控制单元（7）采用电压电流双闭环控制结构，包括电压控制外环和电流控制内环，所述电压控制外环用于控制所述直流母线电容（5）两端的电压稳定；所述电流控制内环用于控制所述第二PWM变换器（4）的输出电流与所述隔离变压器（2）的第二次边电压同频、同相。 

5.根据权利要求3或4所述的一种能馈型变流器功率测试系统，其特征在于：所述负载特性模拟控制单元（6）包括电流参考信号合成环节（604）、比例环节（606）、滞环比较环节（607）和第一隔离驱动环节（608），所述电流参考信号合成环节（604）根据负载特性设定形成电流参考信号i_1ref，所述电流参考信号i_1ref与采样的所述第一PWM变换器（3）交流侧电流信号i₁进行差值处理，产生误差信号Δi₁，经过所述比例环节（606）进行电流调节后送入所述滞环比较环节（607）进行滞环比较，再经过所述第一隔离驱动环节（608）进行隔离后输出，驱动所述第一PWM变换器（3）的功率开关器件，使得所述第一PWM变换器（3）交流侧电流信号i₁始终精确跟踪电流参考信号i_1ref。 

6.根据权利要求5所述的一种能馈型变流器功率测试系统，其特征在于：所述负载特性模拟控制单元（6）还包括电压检测环节（601）、同步信号产生环节（602）、有效值计算环节（603）和负载特性设定环节（605）；所述电流参考信号合成环节（604）根据所述负载特性设定环节（605）的输出信号生成电流参考信号i_1ref，如果所述负载特性设定环节（605）设定负载特性为恒流性负载，则所述电流参考信号i_1ref的幅值与负载特性设定环节（605）所设定的电流大小成正比例关系；如果所述负载特性设定环节（605）设定负载特性为恒阻抗或恒功率负载，则通过电压检测环节（601）采样所述隔离变压器（2）的第一次边电压瞬时值u₁，经过所述有效值计算环节（603）得到所述隔离变压器（2）第一次边电压的有效值u_1rms，再根据所设定的负载大小或功率大小计算出所述电流参考信号i_1ref的幅值I_1ref；所述电压检测环节（601）采样所述隔离变压器（2）的第一次边的瞬时电压信号，经过所述同步信号产生环节（602）进行过零检测并产生同步方波信号，得到所述隔离变压器（2）的第一次边电压瞬时值u₁的频率和相位信号，所述电流参考信号i_1ref的频率与所述隔离变压器（2）的第一次边电压瞬时值u₁的频率实时保持一致，从而得出所述电流参考信号i_1ref的角频率ω_1ref；在得到所述隔离变压器（2）的第一次边电压瞬时值u₁的角频率信号后，所述电流参考信号合成环节（604）根据所设定的负载特性确定所述电流参考信号i_1ref的相位；如为纯阻性负载，则所述电流参考信号i_1ref的相位与所述隔离变压器（2）的第一次边电压瞬时值u₁完全同步，所述电流参考信号i_1ref的相位角θ为0；如设定为其他性质负载时，则计算所需的滞后或超前的相位角θ，由所述电流参考信号合成环节（604）得出所述电流参考信号i_1ref为i_1ref=I_1ref×sin(ω_1ref-θ)。 

7.根据权利要求3、4、6中任一权利要求所述的一种能馈型变流器功率测试系统，其特征在于：所述系统能量回馈控制单元（7）包括第一比例积分环节（701）、正弦信号发生环节（702）、同步锁相环环节（703）、电网电压检测环节（704）、第二比例积分环节（705）、电流检测转换环节（706）、比较环节（707）和第二隔离驱动环节（708）；所述电压控制外 环由所述直流母线电容（5）两端的直流电压信号U_d与一直流输出电压给定信号U_d ^*的差值经所述第一比例积分环节（701）调节后，输出电流控制内环的电流幅值给定信号I_2ref，所述电流幅值给定信号I_2ref的大小与所述第二PWM变换器（4）交流侧输出的电流幅值成正比；所述电网电压检测环节（704）检测所述隔离变压器（2）的第二次边电压瞬时值，经过所述同步锁相环环节（703）后在所述正弦信号发生环节（702）中形成与所述隔离变压器（2）的第二次边电压瞬时值同相的离散标准正弦值信号，所述电流幅值给定信号I_2ref在所述正弦信号发生环节（702）中乘以所述离散标准正弦值后作为所述电流控制内环的电流离散值给定i₀ ^*，所述电流检测转换环节（706）输出的所述第二PWM变换器（4）交流侧电流瞬时值i₀与所述电流离散值给定i₀ ^*产生差值信号，经所述第二比例积分环节（705）进行调节后，在所述比较环节（707）中与三角载波信号进行比较后产生PWM信号，再经所述第二隔离驱动环节（708）进行隔离驱动后控制所述第二PWM变换器（4）的功率开关器件。 

8.根据权利要求1、2、3、4、6中任一权利要求所述的一种能馈型变流器功率测试系统，其特征在于：所述隔离变压器（2）原边绕组的额定容量不高于所述隔离变压器（2）次边绕组额定容量的1/6，所述隔离变压器（2）的原边绕组采用星形接法，所述隔离变压器（2）的次边绕组采用三角形接法。 

9.根据权利要求1、2、3、4、6、8中任一权利要求所述的一种能馈型变流器功率测试系统，其特征在于：当所述能馈型变流器功率测试系统进行轻载联调测试时，采用高阻抗小电流的阻感负载（9）作为所述轻载联调测试的测试负载，所述阻感负载（9）连接在所述第二PWM变换器（4）的交流输出侧。 

10.一种能馈型变流器功率测试方法，其特征在于，能馈型变流器功率测试系统包括：电网（1）、隔离变压器（2）和被试变流器（8），所述被试变流器（8）采用双级式PWM变换器结构，包括直流母线电容（5）、第一PWM变换器（3）和第二PWM变换器（4），所述测试方法包括负载特性模拟过程和系统能量回馈过程； 

负载特性模拟过程：所述第一PWM变换器（3）模拟系统负载特性，控制所述第一PWM变换器（3）的交流侧电流为试验所需值； 

系统能量回馈过程：所述第二PWM变换器（4）实现系统能量回馈，控制所述第二PWM变换器（4）输出电流与所述隔离变压器（2）的第二次边电压同频、同相，实现单位功率因数逆变；控制所述第一PWM变换器（3）与第二PWM变换器（4）之间的直流电压恒定，实现所述被试变流器（8）输入与输出之间的有功功率平衡。 

11.根据权利要求10所述的一种能馈型变流器功率测试方法，其特征在于，通过外部给定一个参考的模拟信号或数字信号控制所述第一PWM变换器（3）交流侧电流大小为与所述外 部给定成一定比例关系的试验所需值，所述负载特性模拟过程进一步包括： 

当所述系统负载特性设定为恒流性负载时，所述第一PWM变换器（3）的交流侧电流幅值控制为恒定值； 

当所述系统负载特性设定为恒阻抗或恒功率负载时，所述第一PWM变换器（3）的交流侧电流幅值与所述隔离变压器（2）的第一次边的输出端电压幅值相关，当所述隔离变压器（2）的第一次边的输出电压确定时，所述第一PWM变换器（3）的交流侧电流幅值、相位仅由所设定的所述系统负载特性唯一确定。 

12.根据权利要求10或11所述的一种能馈型变流器功率测试方法，其特征在于：所述系统能量回馈过程采用电压电流双闭环控制方式，控制所述第二PWM变换器（4）将直流电转化为交流电，从而向所述隔离变压器（2）的第二次边供电，同时进一步控制所述第二PWM变换器（4）输出与所述隔离变压器（2）的第二次边电压同频、同相的稳定交流电流，并控制输送至所述电网（1）和整个功率测试系统的功率因数近似为1。 

13.根据权利要求12所述的一种能馈型变流器功率测试方法，其特征在于：所述电压电流双闭环控制方式包括电压外环控制过程和电流内环控制过程，所述电压外环控制过程控制所述直流母线电容（5）两端的电压稳定，所述电流内环控制过程控制所述第二PWM变换器（4）的输出电流与所述隔离变压器（2）的第二次边的电压同频、同相。 

14.根据权利要求13所述的一种能馈型变流器功率测试方法，其特征在于，所述负载特性模拟过程进一步包括以下步骤： 

S10：根据负载特性设定形成电流参考信号i_1ref； 

S11：所述电流参考信号i_1ref与所述第一PWM变换器（3）交流侧电流采样信号i₁进行差值处理，产生误差信号Δi₁； 

S12：对所述误差信号Δi₁进行比例调节； 

S13：对经过比例调节的所述误差信号Δi₁进行滞环比较处理； 

S14：对经过滞环比较处理的信号进行隔离后输出驱动所述第一PWM变换器（3）的功率开关器件，使得所述第一PWM变换器（3）交流侧电流信号i₁始终精确跟踪电流参考信号i_1ref。 

15.根据权利要求14所述的一种能馈型变流器功率测试方法，其特征在于，所述步骤S10中根据负载特性设定形成电流参考信号i_1ref的过程进一步包括以下步骤： 

S100：根据所述负载特性设定生成电流参考信号i_1ref，如果所述负载特性设定为恒流性负载，则所述电流参考信号i_1ref的幅值与负载特性设定的电流大小成恒定正比例关系，如果所述负载特性设定为恒阻抗或恒功率负载，则采样所述隔离变压器（2）的第一次边电压瞬时值u₁，经过有效值计算得到所述隔离变压器（2）的第一次边电压的有效值u_1rms，再根据所 设定的负载大小或功率大小计算出所述电流参考信号i_1ref的幅值I_1ref； 

S101：采样所述隔离变压器（2）的第一次边的瞬时电压信号，经过过零检测并产生同步方波信号，得到所述隔离变压器（2）的第一次边电压瞬时值u₁的频率和相位信号，所述电流参考信号i_1ref的频率与所述隔离变压器（2）的第一次边电压瞬时值u₁的频率实时保持一致，从而得出所述电流参考信号i_1ref的角频率ω_1ref； 

S102：在得到所述隔离变压器（2）的第一次边电压瞬时值u₁的相位信号后，根据所设定的负载特性确定所述电流参考信号i_1ref的相位，如为纯阻性负载，则所述电流参考信号i_1ref的相位与所述隔离变压器（2）的第一次边电压瞬时值u₁完全同步，所述电流参考信号i_1ref的相位角θ为0；如设定为其他性质负载时，则计算所需的滞后或超前的相位角θ，从而得出所述电流参考信号i_1ref为i_1ref=I_1ref×sin(ω_1ref-θ)。 

16.根据权利要求13、14、15中任一权利要求所述的一种能馈型变流器功率测试方法，其特征在于：所述系统能量回馈过程进一步包括电压外环控制过程和电流内环控制过程； 

所述电压外环控制过程包括： 

S200：直流母线电容（5）两端的直流电压信号U_d与一直流输出电压给定信号U_d ^*进行差值处理； 

S201：经过差值处理的信号进行比例积分调节后，输出作为所述电流内环控制过程的电流幅值给定信号I_2ref，所述电流幅值给定信号I_2ref的大小与所述第二PWM变换器（4）交流侧输出的电流幅值成正比； 

所述电流内环控制过程包括： 

S300：检测所述隔离变压器（2）的第二次边电压瞬时值，经过同步锁相处理后形成与所述隔离变压器（2）的第二次边电压瞬时值同相的离散标准正弦值信号； 

S301：将所述电流幅值给定信号I_2ref乘以所述离散标准正弦值后作为所述电流内环控制过程的电流离散值给定i₀ ^*； 

S302：将所述第二PWM变换器（4）的交流侧电流瞬时值i₀与所述电流离散值给定i₀ ^*进行差值处理； 

S303：对经过差值处理的信号进行比例积分调节后，再与三角载波信号进行比较，并产生PWM信号； 

S304：所述PWM信号经过隔离驱动后控制所述第二PWM变换器（4）的功率开关器件。 

17.根据权利要求10、13、14、15中任一权利要求所述的一种能馈型变流器功率测试方法，其特征在于：所述测试方法进一步包括电流功率测试过程，该过程通过控制所述第一PWM变换器（3）的交流侧输入电流和所述第二PWM变换器（4）的交流侧输出电流，分别实现所 述被试变流器（8）负载特性模拟和所述被试变流器（8）能量回馈；通过控制所述被试变流器（8）的中间直流电压控制所述被试变流器（8）输入与输出之间有功功率的平衡，以测试包括但不限于所述被试变流器（8）中功率开关器件、感抗器件、部件连接口的电流特性，以及包括但不限于所述被试变流器（8）中功率开关器件、容性器件、感抗器件、阻抗器件的耐压能力。 

18.根据权利要求17所述的一种能馈型变流器功率测试方法，其特征在于，所述电流功率测试过程进一步包括以下步骤： 

S40：连接所述被试变流器（8）的相关主电路和控制电路，接通控制电路电源，并烧写控制电路调试软件； 

S41：接通所述主电路电源，通过上位机控制软件对所述被试变流器（8）的输出电流大小进行给定，逐渐将输出电流调节至通过稳定的负载大电流为止； 

S42：当所述负载大电流导通稳定后，使所述被试变流器（8）维持该工作状态一定时间，同时监测测试过程中包括但不限于所述被试变流器（8）的输入、输出电压和输入、输出电流稳定无明显波动，各部件及部件连接口温升情况稳定、电气绝缘性能稳定在内的情况作为所述被试变流器（8）达到出厂电流功率测试要求的判据。 

19.根据权利要求18所述的一种能馈型变流器功率测试方法，其特征在于：所述测试方法进一步包括系统轻载联调测试过程，该过程以高阻抗小电流的阻感负载（9）作为所述被试变流器（8）的交流输出负载，为所述被试变流器（8）的输入端输入额定电压，通过PWM方式或PAM方式控制所述被试变流器（8）中功率开关器件的开通和关断，使所述被试变流器（8）输出端产生变频变压的交流电，调节达到交流输出端阻感负载（9）维持输出稳定的额定交流电压，以验证所述被试变流器（8）的出厂程序和系统功能，以及所述被试变流器（8）内部各器件间的变频输出电气绝缘性能。 

20.根据权利要求19所述的一种能馈型变流器功率测试方法，其特征在于，所述系统轻载联调测试过程进一步包括以下步骤： 

S50：连接所述被试变流器（8）的相关主电路和控制电路，在所述被试变流器（8）的输出端连接所述阻感负载（9）作为测试负载，接通控制电路电源，并烧写控制电路调试软件； 

S51：接通所述主电路电源，通过上位机控制软件对所述被试变流器（8）的输出电流大小进行给定，通过PWM方式或PAM方式控制所述被试变流器（8）中功率开关器件的开通和关断，使所述被试变流器（8）输出端产生变频变压的交流电，调节达到交流输出端阻感负载（9）维持输出稳定的额定交流电压； 

S52：当所述阻感负载（9）的电压和电流稳定后，使所述被试变流器（8）维持该工作状 态一定时间，同时监测测试过程中包括但不限于所述被试变流器（8）的输出电压、输出电流参数稳定无明显波动，各部件的绝缘性能稳定在内的情况作为所述被试变流器（8）达到出厂轻载联调功率测试要求的判据。 

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