CN104934963A - 一种连续脉冲非线性负载等效模拟装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种连续脉冲非线性负载的等效模拟装置，包括整流器、LC滤波器、直流开关模块、若干个串联的负载模块、触摸显示屏、驱动电路和继电器；每个负载模块包括若干个并联的绕线式电阻器，每个绕线式电阻器由继电器控制断开或导通；整流器的输出端与LC滤波器连接，整流器的输入端与外接电网连接；负载模块与LC滤波器的输出端连接；直流开关模块包括若干个并联的直流开关IGBT；LC滤波器包括若干组并联的滤波电容，直流开关IGBT控制滤波电容导通或断开；通过触摸显示屏输入电气参数使驱动电路产生触发信号来控制直流开关IGBT的导通与断开。该装置可运用于实验研究多种非线性负载的电气特性，为研究微电网的稳定性提供支撑。

Description

一种连续脉冲非线性负载等效模拟装置

技术领域

本发明涉及一种等效模拟装置，尤其涉及一种连续脉冲非线性负载的等效模拟装置。

背景技术

面对传统资源枯竭和环境污染的双重压力，以化石燃料为主的发电方式和以集中式大电网供电的模式已难以适应经济社会的发展要求。以太阳能发电、风力发电、燃料电池发电、微型燃气轮机发电等方式为主的分布式发电(Distributed Generation，DG)方式凭借其利用清洁能源、发电方式灵活、经济效益高和环境友好性高等优点得到广泛的关注和应用。为克服分布式电源单机接入成本高、控制困难和发电波动性大等问题，构建以电力电子技术为基础的微电网平台实现分布式电源与负荷间的功率匹配与平衡成为重要手段。

微电网包含大量的电力电子器件，造成负载非线性程度严重增大，如整流器、变频器、节能灯、电子计算机、UPS等，这些设备工作时产生大量的谐波注入到微电网中，造成电能质量严重下降，不但设备本身不能以额定状态工作还会影响到其他设备的正常工作；此外，这些非线性负载工作时还将引起系统运行不稳定，且其不稳定机理是当前非线性电力电子领域研究的热点。非线性负载工作时电压和电流不是呈比例变化，而是呈非线性，负载拓扑结构繁多，导通周期、占空比、功率等参数相差很大。此外，其运行机理十分复杂，负荷结构的不同将导致设备工作模式和工作状态差别较大，特别是对级联的电力电子装置，很难建立详细的数学模型。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种连续脉冲非线性负载工作特性的装置，等效简化非线性负载的拓扑结构，研究非线性负载的电气特性，进而为选择电源提供依据。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种连续脉冲非线性负载的等效模拟装置，包括整流器、LC滤波器、直流开关模块、若干个串联的负载模块、触摸显示屏、驱动电路和继电器；每个负载模块包括若干个并联的绕线式电阻器，每个绕线式电阻器由继电器控制断开或导通；所述整流器的输出端与LC滤波器连接，整流器的输入端与外接电网连接；所述负载模块与LC滤波器 的输出端连接；所述直流开关模块包括若干个并联的直流开关IGBT；通过触摸显示屏输入电气参数能够使驱动电路产生触发信号，所述触发信号控制直流开关IGBT的导通与断开；所述电气参数包括导通周期和占空比；所述LC滤波器包括若干组并联的滤波电容，直流开关IGBT控制每组滤波电容导通或断开。

进一步的，所述整流器为三相电压反馈型可控整流器。

进一步的，在三相电压反馈型可控整流器交流输入端设置交流电压电流显示表；在三相电压反馈型可控整流器直流输出侧设置直流电压电流显示表。

进一步的，滤波电容分为四组。

进一步的，所述负载模块为两个。

进一步的，所述负载模块中设置有直流断路器。

有益效果：本发明提供的一种连续脉冲非线性负载的等效模拟装置，便于实验研究非线性负载的电气特性。通过等效简化非线性负载的拓扑结构，通过配合设置滤波电容、导通周期、占空比、负载功率的大小，即可模拟其电气特性，特别是一些体积庞大、结构复杂的负载，如相控阵雷达，通过本模拟装置，为选配与其相适应的电源提供参考依据。并且该装置可运用于实验研究多种非线性负载的电气特性，进而为研究微电网的稳定性提供支撑。

附图说明

图1为非线性连续脉冲负载等效电路模型；

图2为整流器原理图；

图3为整理器柜实物样图；

图4为直流开关原理图；

图5为直流开关柜实物样图；

图6为负载结构图；

图7为负载柜实物样图；

图8为本发明装置模拟的一种雷达负载直流侧电气特性图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1所示一种连续脉冲非线性负载的等效模拟装置，包括整流器、LC滤波器、直流开关模块、两个串联的负载模块、触摸显示屏、驱动电路和继电器；每个负载模块 包括若干个并联的绕线式电阻器R，每个绕线式电阻器R由继电器控制断开或导通；如图3所示整流器为三相电压反馈型可控整流器，该整流器可以根据设定的输出直流电压自动计算可控硅的触发角。整流器的输出端与LC滤波器连接，整流器的输入端与外接电网连接；负载模块与LC滤波器的输出端连接；直流开关模块包括若干个并联的直流开关IGBT；所述LC滤波器包括四组并联的滤波电容C，直流开关IGBT控制每组滤波电容导通或断开，以达到改变滤波电容值的目的。触摸显示屏可以实现导通周期、占空比的手动设置。通过触摸显示屏输入导通周期和占空比参数，使驱动电路产生触发信号，触发信号控制直流开关IGBT的导通与断开；若干个直流开关IGBT并联，触发信号同时控制若干个直流开关IGBT可以降低每个IGBT的容量。在三相电压反馈型可控整流器交流输入端设置交流电压电流显示表；在三相电压反馈型可控整流器直流输出侧设置直流电压电流显示表。负载模块还包括直流断路器。图中ABC为三相输入端、ui显示为交流电压电流显示表、UI显示为直流电流显示表。

两个负载模块中负载的最大总功率为100kW，分十个绕线式电阻器并联，每个负载通过继电器控制运行和退出，实现对负载功率的调节。

连续脉冲非线性负载等效模拟装置，需要1个整流器柜、1个直流开关柜、2个负载柜组成，每个负载柜中负载的最大功率为50kW。即将整流器、LC滤波器安装在第一立式柜中，直流开关模块、驱动电路、触摸显示屏安装在第二立式柜中，负载模块安装在第三立式柜中；并在所有的立式柜后门下方处设置有矩形开口，方便导线的接入。第一立式柜中的整流器的三相交流主开关延伸到立式柜门外(即立式柜门上开口)，方便操作接入外网。在第三立式柜中除继电器作为开关外，另外配置一套手动开关，以提高安全性。

在第一立式柜中设置的元器件包括：三相交流开关(150A)、三相可控整流桥、抽头式滤波电感、滤波电容、交流电压电流显示表、三个交流电压互感器、三个交流电流互感器、直流电压显示表、直流电流显示表、直流电流传感器。实现三相输入电压、电流显示；直流输出电压、电流显示；直流输出电压可调。整流器柜的原理图如附图2所示，整流器柜的实物样图如附图3所示。

在第二立式柜中设置的元器件包括IGBT、一个驱动电路、触摸显示屏，通过触摸显示屏可实现直流开关IGBT的周期T与导通时间Ton可连续调节(即占空比可调)，进行编程反馈调节输出电压、电流或功率，触摸显示屏显示占空比、输出电压电流、功 率。直流开关柜的原理图如附图4所示，直流开关柜的实物样图如附图5所示。

第三立式柜中采用的元器件包括直流断路器、绕线式电阻、散热器和继电器；实现负载电阻可调、温度控制；负载由绕线式电阻器组成，每个负载的功率不大于2KW，总功率最大为100KW，通过继电器控制电阻的接入与断开。负载柜的原理图如附图6所示，负载柜的实物样图如附图7所示。

本发明关键在于直流开关参数的配合，根据雷达的工作参数(厂家提供)，通过配合设置滤波电容、导通周期、占空比、负载功率的大小，即可得到某种非线性负载的电气特性。

附图8为该装置模拟的一种雷达负载直流侧电气特性。实验条件为装置的滤波电容4000uF，导通周期56ms，占空比0.2，负载功率30kW，该装置在以50kW柴油发电机组为供电电源的实验平台下工作，得到的直流侧电气特性能够模拟实际雷达负载的电气特性。

本发明优势是运用了多种非线性负载，只需改变个别参数即可模拟不同非线性负载的电气特性，增大了研究非线性负载工作特性的便捷性。本发明提供的一种连续脉冲非线性负载的等效模拟装置，便于实验研究非线性负载的电气特性。通过等效简化非线性负载的拓扑结构，通过设置滤波电容、导通周期、占空比、负载功率的大小，即可模拟其电气特性，特别是一些体积庞大、结构复杂的负载，如相控阵雷达，通过本模拟装置，为选配与其相适应的电源提供参考依据。并且该装置可运用于实验研究多种非线性负载的电气特性，进而为研究微电网的稳定性提供支撑。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种连续脉冲非线性负载的等效模拟装置，其特征在于：包括整流器、LC滤波器、直流开关模块、若干个串联的负载模块、触摸显示屏、驱动电路和继电器；每个负载模块包括若干个并联的绕线式电阻器，每个绕线式电阻器由继电器控制断开或导通；所述整流器的输出端与LC滤波器连接，整流器的输入端与外接电网连接；所述负载模块与LC滤波器的输出端连接；所述直流开关模块包括若干个并联的直流开关IGBT；通过触摸显示屏输入电气参数能够使驱动电路产生触发信号，所述触发信号控制直流开关IGBT的导通与断开；所述电气参数包括导通周期和占空比；所述LC滤波器包括若干组并联的滤波电容，直流开关IGBT控制每组滤波电容导通或断开。

2.根据权利要求1所述的连续脉冲非线性负载的等效模拟装置，其特征在于：所述整流器为三相电压反馈型可控整流器。

3.根据权力要求1所述的连续脉冲非线性负载的等效模拟装置，其特征在于：在三相电压反馈型可控整流器交流输入端设置交流电压电流显示表；在三相电压反馈型可控整流器直流输出侧设置直流电压电流显示表。

4.根据权利要求1所述的连续脉冲非线性负载的等效模拟装置，其特征在于：滤波电容分为四组。

5.根据权利要求1所述的连续脉冲非线性负载的等效模拟装置，其特征在于：所述负载模块为两个。

6.根据权利要求1所述的连续脉冲非线性负载的等效模拟装置，其特征在于：所述负载模块中设置有直流断路器。