CN105866629B - 一种多功能电能质量污染源设备 - Google Patents

Abstract

一种多功能电能质量污染源设备，包括输入侧和输出侧，输入侧接入无穷大电网，输出侧与动模系统的任意节点的三相母线相连；输入侧由整流控制器、整流器和LCL滤波器依序连接，输出侧由逆变器控制器、逆变器和LCL滤波器依序连接，且整流器和逆变器连接；本发明的有益效果是：该设备可实现输入侧的功率因数任意可调，并且可将冲击负荷能量反馈回电网输入侧，在有效节能的同时也保证了设备自身的输入侧对电网无谐波污染；可实现多个电能质量国标的配网动模测试需求。该设备较之于传统分立的测试电能质量的设备，将极大地提高测试效率，同时减少人力和物力的投入，简化测试控制屏并减少占地。

Description

一种多功能电能质量污染源设备

技术领域

本发明涉及电力领域，尤其涉及配电网动模系统测试设备。

背景技术

非线性、冲击性和不对称负荷造成的诸如谐波、电压波动、三相电压不平衡等电能质量问题在国内外电力行业有着大量的研究与测试标准，相应的改进与补偿装置在配网中有着越来越广泛的应用。这些装置的可靠性以及实际使用效果通常需要在配网动模系统中进行测试。

过去，每个电能质量标准的试验都需要一套独立的装置来人造电能质量的“污染源”，且每做一个试验就需要重新配置负荷，而无法灵活调节注入配网各节点的谐波、有功、无功与负序电流。电网谐波和间谐波是重要电能质量指标，谐波电流注入配网后造成一些节点的谐波电压超标。过去，谐波与间谐波电流污染的注入一般通过“人造”无源整流的方法，也可以采用功放结合信号发生器的方式来实现连续调节。另外，三相可编程交流电压源可以接到某个公共节点或负载点上，来手动调节实现配网各节点的谐波电压分配，从而间接地实现谐波电流注入。三相可编程交流电流源也可以达到同样的目的。但是这些可编程电压与电流源价格昂贵，功能单一，单位体积重量下输出功率较小，且都没有与网侧基波的锁相功能，因此只能用于谐波标准测试，而无法同时实现负序电流和无功电流的注入(电子负载)。

发明内容

本发明正是为了克服上述现有技术的缺陷而提供的一种多功能电能质量污染源设备。

本发明是通过如下技术方案来实现的：

一种多功能电能质量污染源设备，包括输入侧和输出侧，输入侧接入无穷大电网，输出侧与动模系统的任意节点的三相母线相连；输入侧由整流控制器、整流器和LCL滤波器依序连接，输出侧由逆变器控制器、逆变器和LCL滤波器依序连接，且整流器和逆变器连接；其中，输入侧的AC/DC变换器采用三相PWM有源整流，将直流侧的电压逆变为可控的三相交流电压，通过LCL滤波器与无穷大电网相连，实现输入侧的功率因数任意可调，并将冲击负荷能量反馈回输入侧；输出侧的DC/AC变换器将直流侧的电压逆变为可控的三相交流电压，通过LCL滤波器接入配电网动模系统，d-q轴分解后的高性能交直轴电流控制环能实现对配电网动模系统的谐波，负序，无功，正序冲击这些电流的注入，从而物理模拟对于电网的各种电能质量的污染源。

LCL滤波器中设有电容支路，该电容支路吸收因DC/AC变换器和AC/DC变换器产生的PWM高频纹波电流，从而向动模系统注入频率和幅值连续可调的多频率、多相序、多功率因数的组合电流。

该设备中采用多坐标系分解算法，可保证在输出侧接入配网并注入较大“污染电流”时，配网电压在大幅度谐波与负序的畸变情况下对配网基波精确锁相，从而成功实现各次谐波与负序，有功和无功电流的精确可控的输出。

本发明公开的设备以三相电压型高频PWM(脉宽调制)变换器为核心，由两个环节组成:AC/DC(交直变换)，DC/AC(直交变换)。该设备的整流控制器采用三相PWM有源可控整流，可实现输入侧的功率因数任意可调，并且可将冲击负荷能量反馈回电网输入侧，在有效节能的同时也保证了设备自身的输入侧对电网无谐波污染。

PWM高频开关电压源与电网的接口是一个在广泛的输出频率范围内优化设计的大功率LCL滤波器，其中的电容支路吸收PWM高频纹波电流，输出频率和幅值连续可调的多频率，多相序，多功率因数的组合电流。

通过可选配的设备输入侧的隔离变压器，可以保证电气隔离安全并阻断高频共模干扰通路，隔离变压器的一次侧与无穷大电网相连，二次侧与LCL滤波器相连。隔离变压器变比为1：1。

本发明公开了一种基于电力电子的多功能谐波污染源设备,可满足多个电能质量国标(如谐波、电压波动、三相电压不平衡、波动和闪变)的配网动模测试需求。

本发明公开的设备与动模系统结合时，可实现5个电能质量国标的试验所需的污染源，包括:

1、向电网注入感性无功，引起供电电压偏差；

2、从电网快速吸收有功电流引起电压波动及闪变，或者在孤立或弱连接的配网中造成供电电压频率偏差；

3、向电网注入谐波电流，引起各节点的谐波和间谐波压；

4、向电网注入负序电流，引起三相不平衡；

5、该设备的技术方案决定了其多功能的特性；经过控制软件的设置，该设备也可向配网动模系统注入容性无功率，作为并联静止无功补偿器来改善供电电压偏差。

本发明的有益效果：

1、该设备的整流侧采用三相PWM有源可控整流，可实现输入侧的功率因数任意可调，并且可将冲击负荷能量反馈回电网输入侧，在有效节能的同时也保证了设备自身的输入侧对电网无谐波污染；

2、通过输出频率和幅值连续可调的多频率，多相序，多功率因数的组合电流，可实现多个电能质量国标的配网动模测试需求。该设备较之于传统分立的测试电能质量的设备，将极大地提高测试效率，同时减少人力和物力的投入，简化测试控制屏并减少占地。

附图说明

图1为本发明的流程图。

具体实施方式

一种多功能电能质量污染源设备，包括输入侧和输出侧，输入侧接入无穷大电网，输出侧与动模系统的任意节点的三相母线相连；输入侧由整流控制器、整流器和LCL滤波器依序连接，输出侧由逆变器控制器、逆变器和LCL滤波器依序连接，且整流器的直流侧和逆变器的直流侧连接；其中，输入侧的AC/DC变换器采用三相PWM有源整流，将直流侧的电压逆变为可控的三相交流电压，通过LCL滤波器与无穷大电网相连，实现输入侧的功率因数任意可调，并将冲击负荷能量反馈回输入侧；输出侧的DC/AC变换器将直流侧的电压逆变为可控的三相交流电压，通过LCL滤波器接入配电网动模系统，d-q轴分解后的高性能交直轴电流控制环能实现对配电网动模系统的谐波，负序，无功，正序冲击这些电流的注入，从而物理模拟对于电网的各种电能质量的污染源。

LCL滤波器中设有电容支路，该电容支路吸收因DC/AC变换器和AC/DC变换器产生的PWM高频纹波电流，从而向动模系统注入频率和幅值连续可调的多频率、多相序、多功率因数的组合电流。

该设备中采用多坐标系分解算法，可保证在输出侧接入配网并注入较大“污染电流”时，配网电压在大幅度谐波与负序的畸变情况下对配网基波精确锁相，从而成功实现各次谐波与负序，有功和无功电流的精确可控的输出。

Claims (2)

1.一种多功能电能质量污染源设备，其特征在于，包括输入侧和输出侧，输入侧接入无穷大电网，输出侧与动模系统的任意节点的三相母线相连；输入侧由整流控制器、整流器和LCL滤波器依序连接，输出侧由逆变器控制器、逆变器和LCL滤波器依序连接，且整流器和逆变器连接；其中，输入侧的AC/DC变换器采用三相PWM有源整流，将直流侧的电压逆变为可控的三相交流电压，通过LCL滤波器与无穷大电网相连，实现输入侧的功率因数任意可调，并将冲击负荷能量反馈回输入侧；输出侧的DC/AC变换器将直流侧的电压逆变为可控的三相交流电压，通过LCL滤波器接入配电网动模系统，d-q轴分解后的高性能交直轴电流控制环能实现对配电网动模系统的谐波、负序、无功、正序冲击这些电流的注入，从而物理模拟对于电网的各种电能质量的污染源；

LCL滤波器中设有电容支路，该电容支路吸收因DC/AC变换器和AC/DC变换器产生的PWM高频纹波电流，从而向动模系统注入频率和幅值连续可调的多频率、多相序、多功率因数的组合电流。

2.根据权利要求1所述的一种多功能电能质量污染源设备，其特征在于，该设备中采用多坐标系分解算法。