CN104345234B - 一种谐波电源特性试验系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种谐波电源特性试验系统及方法，该系统包括谐波变频电源、谐波变压器以及电源控制系统；所述谐波变频电源的输入端与380V交流电相连，所述谐波变频电源的输出端与谐波升压变压器的输入端相连；所述谐波变频电源的输出端与电源控制系统的输入端相连，所述谐波变频电源受控于电源控制系统；运用该方法进行谐波特性试验，能够得到多种频率组合的谐波信号，满足实际谐波实验的需要的缺陷。系统结构简单、体积小、重量轻、调试简单，可以在线更新输出的谐波参数，噪音也小。利用该试验方法有利于更好地了解电网谐波特性，提高电网电能质量与安全性。

Description

一种谐波电源特性试验系统及方法

技术领域

本发明属于电气工程领域，尤其涉及一种谐波电源特性试验系统及方法。

背景技术

电力电抗器、电容器的谐波噪音是影响电力电容器、电抗器长期安全运行的世界性难题。随着谐波治理和无功补偿受重视程度的提高，以及直流输电、新能源发电的广泛应用，电力电容器和平波电抗器用量的日趋增长，对其技术要求也越来越高。受限于现有技术水平，目前市场上常见的谐波实验设备只能采用工频等效代取或采用单频中频电源多个串联，不仅操作麻烦，而且不符合实际运行情况，不能提供多种频率组合的谐波信号，难以满足实际谐波试验的需要。

在谐波电源特性试验中需要使用变压器传递工频和谐波能量，需要兼顾能量和频率响应，谐频下的输出阻抗是制约谐波能量传递的决定因素；普通的工频变压器采用的硅钢片，厚度从0.23-0.35mm，叠片使用，适用频率从50-400Hz范围，到600Hz以上后，由于涡流的增大，导致铁损增加而不能在谐波能量传递下使用。

因此，开发出一种新型的谐波电源特性试验装置势在必行。

发明内容

本发明针对已知技术中谐波实验设备操作麻烦，无法提供多种频率组合的谐波信号，且变压器无法同时传递工频和谐频能量，设计出一种多频率组合的谐波电源特性试验系统及方法，为谐波治理技术和电力设备耐谐波能力提供验证手段和技术装备。

一种谐波电源特性试验系统，包括谐波变频电源、谐波变压器、电源控制系统及测量装置；

所述谐波变频电源的输入端与380V交流电相连，所述谐波变频电源的输出端与谐波变压器的输入端相连，所述谐波变压器与试品相连，所述测量装置的输入端与试品的信号加载端相连；

所述谐波变压器中的铁芯为带状非晶材料卷绕制成的无气隙铁芯；

采用谐波变压器宽频特性好，且阻抗小；

频率满足50-10kHz的能量传递，减少气隙漏磁和损耗；

所述谐波变频电源的输出端和测量装置的输出端均与电源控制系统的输入端相连，所述谐波变频电源受控于电源控制系统；

所述谐波变频电源包括可调频调幅支持多频率组合和在线更新参数的标准谐波源及全桥功率放大电路；所述标准谐波源的输出端与全桥功率放大电路的输入端连接；

所述试品为试验容量为200KVA以内的电气设备，包括变压器、电抗器、电容器、套管、避雷器及互感器。

所述谐波变压器的绕组为高压线圈和低压线圈间隔绕制。

采用高压/低压/高压/低压间绕而成，增加耦合度；高压线圈和低压线圈采用一层绕成在铁芯上全面覆盖，减少漏磁；

所述谐波变压器中的线圈绕制方式采用多槽骨架绕法分段绕制。

便于减小分布电容，且绕制非常便捷，排线规范，工艺美观大方；

所述标准谐波源由32位的DSP、超大规模CPLD、32位的存储器、12位的模数转换器、输出滤波器构成，所述DSP输出端与超大规模CPLD输入端连接，存储器与超大规模CPLD双向连接；超大规模CPLD输出端与模数转换器的输入端连接，模数转换器的输出端与输出滤波器连接。

所述谐波变频电源还包括与全桥功率放大电路输出端相连的滤波电路。

所述全桥功率放大电路由4个桥臂构成全桥放大矩阵，每个桥臂由一个IGBT构成或由两个以上相同型号的IGBT并联构成。

所述滤波电路为由电感L和电容C共同组成的LC滤波电路，其中电感L选用电抗器和隔离变压器为一体的带气隙的变压器。

所述谐波变频电源还包括与全桥功率放大电路输入端相连的保护电路，所述保护电路的输入端与电源电路相连。

一种谐波电源特性试验方法，采用上述的谐波电源特性试验系统，利用谐波变频电源产生所需频率的谐波，谐波变压器采用电磁感应原理将谐波变频电源输出的谐波升压至所需的电压值，将所述谐波变压器输出的信号加载到试品上，测量装置采集加载到试品上的信号；电源控制系统依据谐波电源输出的信号和测量装置采集的信号对谐波变频电源进行控制，得到试品所需的谐波信号；

所述电源控制系统控制过程如下：

首先，利用电源控制系统对谐波变频电源进行自我调节；

将电源控制系统采集谐波变频电源的输出电压、电流信号及谐波各次谐波含量与设定的谐波变频电源输出信号进行比较，若两者之间的差值超过了设定的第一允许误差范围，则电源控制系统控制谐波变频电源，直到两者之间的差值不超过第一允许误差范围；

然后，依据测量信号对谐波变频电源进行反馈调节；

将测量装置采集的加载到试品上的信号与试品所需的设定信号进行比较，若两者之间的差值超过了设定的第二允许误差范围，则电源控制系统控制谐波变频电源，直到两者之间的差值不超过第二允许误差范围，实现谐波电源特性试验方法的全自动控制，提供各种需要的电源信号。

有益效果

本发明提供了一种对电力电容器和平波电抗器进行谐波实验的谐波电源特性试验系统及方法，本发明通过利用谐波变频电源输出所需的谐波信号，利用铁芯为非晶材料的谐波变压器对谐波信号进行升压处理，为试品同时传输工频能量和谐波能量，对一个试品进行测试时，采用电源控制系统实时监控，反馈调节控制谐波变频电源，解决了目前同类产品单相谐波电源不能提供多种频率组合的谐波信号，不能满足实际谐波实验的需要的缺陷。同时，本发明所述系统结构简单、体积小、重量轻、调试简单，不用调节功放三极管的基极偏置电压，可以输出多达八通道频率组合，可以在线更新输出的谐波参数，噪音也小。利用该试验方法有利于更好地了解电网谐波特性，提高电网电能质量与安全性。

附图说明

图1为本发明所述系统的结构示意图一；

图2是所述标准谐波源的结构方框图；

图3是所述滤波电路部分的电路结构图；

图4是所述全桥功率放大电路结构图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。

如图1所示，一种谐波电源特性试验系统，包括谐波变频电源、谐波变压器、电源控制系统及测量装置；

所述谐波变频电源的输入端与380V交流电相连，所述谐波变频电源的输出端与谐波变压器的输入端相连，所述谐波变压器与试品相连，所述测量装置的输入端与试品的信号加载端相连；

所述谐波变压器中的铁芯为带状非晶材料卷绕制成的无气隙铁芯；

采用谐波变压器宽频特性好，且阻抗小；

频率满足50-10kHz的能量传递，减少气隙漏磁和损耗；

所述谐波变频电源的输出端和测量装置的输出端均与电源控制系统的输入端相连，所述谐波变频电源受控于电源控制系统；

所述谐波变频电源包括可调频调幅支持多频率组合和在线更新参数的标准谐波源及全桥功率放大电路；所述标准谐波源的输出端与全桥功率放大电路的输入端连接；

所述试品为试验容量为200KVA以内的电气设备，包括变压器、电抗器、电容器、套管、避雷器及互感器。

如图2所示，标准谐波源由32位的DSP11、超大规模CPLD14、32位的存储器Ⅰ区12、32位的存储器Ⅱ区13、12位的模数转换器Ⅰ15、12位的模数转换器Ⅱ16、12位的模数转换器Ⅲ17、输出滤波器Ⅰ18、输出滤波器Ⅱ19和输出滤波器Ⅲ10构成，所述DSP11输出端与超大规模CPLD14输入端连接，存储器Ⅰ区12和32存储器Ⅱ区13均与超大规模CPLD14双向连接；超大规模CPLD14输出端分别与模数转换器Ⅰ15输入端、模数转换器Ⅱ16输入端、模数转换器Ⅲ17输入端连接，模数转换器Ⅰ15输出端与输出滤波器Ⅰ18连接，模数转换器Ⅱ16输出端与输出滤波器Ⅱ19连接，模数转换器Ⅲ17输出端与输出滤波器Ⅲ10连接，标准谐波源包括三路输出，每路输出的谐波频率可在0.1Hz—1MHz之间自由设定。

所述谐波变频电源还包括与全桥功率放大电路输出端相连的滤波电路。

所述全桥功率放大电路由4个桥臂构成全桥放大矩阵，每个桥臂由一个IGBT构成或由两个以上相同型号的IGBT并联构成。

如图3所示，滤波电路输入端子接全桥功率放大电路2的输出端。输出滤波电路3为由电感L和电容C共同组成的LC滤波电路，其中电感L能选用电抗器和隔离变压器为一体的带气隙的变压器，本实施例中，电感L由电感L1和电感L2构成。

如图4所示，标准谐波源送出的谐波信号电压，送入全桥功率放大电路2进行功率放大然后输出。全桥功率放大电路由4个桥臂构成全桥放大矩阵，每个桥臂由一个IGBT构成，IGBT以开关方式工作，电流在开关过程中回馈到与IGBT并联的直流滤波电容中，进行无功交换，有利于减少发热，增强带无功负载的能力。

所述谐波变频电源还包括与全桥功率放大电路输入端相连的保护电路，所述保护电路的输入端与电源电路相连。

一种谐波电源特性试验方法，采用所述的谐波电源特性试验系统，利用谐波变频电源产生所需频率的谐波，谐波变压器采用电磁感应原理将谐波变频电源输出的谐波升压至所需的电压值，将所述谐波升压变压器输出的信号加载到试品上，测量装置采集加载到试品上的信号；电源控制系统依据谐波电源输出的信号和测量装置采集的信号对谐波变频电源进行控制，得到试品所需的谐波信号；

所述电源控制系统控制过程如下：

首先，利用电源控制系统对谐波变频电源进行自我调节；

将电源控制系统采集谐波变频电源的输出电压、电流信号及谐波各次谐波含量与设定的谐波变频电源输出信号进行比较，若两者之间的差值超过了设定的第一允许误差范围，则电源控制系统控制谐波变频电源，直到两者之间的差值不超过第一允许误差范围；

然后，依据测量信号对谐波变频电源进行反馈调节；

将测量装置采集的加载到试品上的信号与试品所需的设定信号进行比较，若两者之间的差值超过了设定的第二允许误差范围，则电源控制系统控制谐波变频电源，直到两者之间的差值不超过第二允许误差范围，实现谐波电源特性试验方法的全自动控制，提供各种需要的电源信号。

谐波变频电源输入电压交流380V，输出为50Hz～2500Hz谐波电压，最大谐波电流可超过700A，谐波以50Hz为步进调节，一次支持12种不同频率的谐波叠加，各次谐波的大小可以单独调节；通过谐波升压变压器升压，到达试验要求的电压值。

Claims (1)

1.一种谐波电源特性试验方法，其特征在于，采用一种谐波电源特性试验系统，该系统包括谐波变频电源、谐波变压器、电源控制系统及测量装置；

所述谐波变频电源的输入端与380V交流电相连，所述谐波变频电源的输出端与谐波变压器的输入端相连，所述谐波变压器与试品相连，所述测量装置的输入端与试品的信号加载端相连；

所述谐波变压器中的铁芯为带状非晶材料卷绕制成的无气隙铁芯；

所述谐波变频电源的输出端和测量装置的输出端均与电源控制系统的输入端相连，所述谐波变频电源受控于电源控制系统；

所述谐波变频电源包括可调频调幅支持多频率组合和在线更新参数的标准谐波源及全桥功率放大电路；所述标准谐波源的输出端与全桥功率放大电路的输入端连接；

所述试品为试验容量为200KVA以内的电气设备，包括变压器、电抗器、电容器、套管、避雷器及互感器；

所述谐波变压器的绕组为高压线圈和低压线圈间隔绕制；

所述谐波变压器中的线圈绕制方式采用多槽骨架绕法分段绕制；

所述标准谐波源由32位的DSP、超大规模CPLD、32位的存储器、12位的模数转换器、输出滤波器构成，所述DSP输出端与超大规模CPLD输入端连接，存储器与超大规模CPLD双向连接；超大规模CPLD输出端与模数转换器的输入端连接，模数转换器的输出端与输出滤波器连接；

所述谐波变频电源还包括与全桥功率放大电路输出端相连的滤波电路；

所述全桥功率放大电路由4个桥臂构成全桥放大矩阵，每个桥臂由一个IGBT构成或由两个以上相同型号的IGBT并联构成；

所述滤波电路为由电感L和电容C共同组成的LC滤波电路，其中电感L选用电抗器和隔离变压器为一体的带气隙的变压器；

所述谐波变频电源还包括与全桥功率放大电路输入端相连的保护电路，所述保护电路的输入端与电源电路相连；

利用谐波变频电源产生所需频率的谐波，谐波变压器采用电磁感应原理将谐波变频电源输出的谐波升压至所需的电压值，将所述谐波变压器输出的信号加载到试品上，测量装置采集加载到试品上的信号；电源控制系统依据谐波电源输出的信号和测量装置采集的信号对谐波变频电源进行控制，得到试品所需的谐波信号；

所述电源控制系统控制过程如下：

首先，利用电源控制系统对谐波变频电源进行自我调节；

将电源控制系统采集谐波变频电源的输出电压、电流信号及谐波各次谐波含量与设定的谐波变频电源输出信号进行比较，若两者之间的差值超过了设定的第一允许误差范围，则电源控制系统控制谐波变频电源，直到两者之间的差值不超过第一允许误差范围；

然后，依据测量信号对谐波变频电源进行反馈调节；

将测量装置采集的加载到试品上的信号与试品所需的设定信号进行比较，若两者之间的差值超过了设定的第二允许误差范围，则电源控制系统控制谐波变频电源，直到两者之间的差值不超过第二允许误差范围，实现谐波电源特性试验方法的全自动控制，提供各种需要的电源信号。