CN106443378B - 一种配网设备交直流耐压装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种配网设备交直流耐压装置，包括用户指令输入单元和主控单元的测控回路以及直流电压发生器、开关切换器和交直流逆变器的主回路；用户指令输入单元获取用户为直流、工频交流或倍频交流耐压测试的操作指令；主控单元接收用户指令输入单元的操作指令，产生不同的控制指令、调整指令和逆变指令；直流电压发生器根据调整指令产生相应的直流电；开关切换器根据控制指令实现直流耐压测试或工频及倍频交流耐压测试直流电的切换；交直流逆变器用于根据当前逆变指令，逆变交流电实现工频或倍频交流耐压测试。实施本发明，能够同时对配网设备完成直流、工频交流和倍频交流耐压试验，从而减少试验仪器及装置种类，降低购置成本及占用场地面积。

Description

一种配网设备交直流耐压装置

技术领域

本发明涉及配网设备耐压测试技术领域，尤其涉及一种配网设备交直流耐压装置。

背景技术

随着电力技术的发展，配网设备种类越来越齐备，然而为了满足国家及行业标准的要求，使得各类配网设备都需进行试验。通常，配网设备的试验项目包括绝缘电阻测量、直流电阻试验、回路电阻试验、电压变比试验和绝缘试验等等，而作为配网设备重要考核试验之一的绝缘试验，主要包括直流耐压试验、工频交流耐压试验和倍频交流耐压试验。

现有技术中，由于配网设备绝缘试验的试验仪器和试验装置的功能单一性，使得完成不同的耐压试验需要不同的仪器或装置（如直流耐压试验时需要直流高压发生器，工频交流耐压试验时需要工频交流耐压装置，倍频交流耐压试验时则需要倍频电源），因此假若需同时完成上述三项绝缘试验，将导致采用的试验仪器及装置种类繁多，购置成本高，且占用较大的试验场地。

因此，亟需一种配网设备交直流耐压装置，能够同时对配网设备完成直流耐压、工频交流耐压和倍频交流耐压试验，从而减少试验仪器及装置种类，降低购置成本及占用场地面积。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种配网设备交直流耐压装置，能够同时对配网设备完成直流耐压、工频交流耐压和倍频交流耐压试验，从而减少试验仪器及装置种类，降低购置成本及占用场地面积。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种配网设备交直流耐压装置，所述配网设备交直流耐压装置包括主回路和测控回路；其中，

所述测控回路包括用户指令输入单元和主控单元；其中，所述用户指令输入单元的一端与所述主控单元的第一端相连，用于获取用户为直流耐压测试、工频交流耐压测试或倍频交流耐压测试所设置的信息而形成的相应操作指令；所述主控单元，用于当接收到所述用户指令输入单元对应直流耐压测试形成的操作指令时，产生第一控制指令和第一调整指令；当接收到所述用户指令输入单元对应工频交流耐压测试形成的操作指令时，产生第二控制指令、第二调整指令和第一逆变指令；当接收到所述用户指令输入单元对应倍频交流耐压测试形成的操作指令时，产生第三控制指令、第三调整指令和第二逆变指令；

所述主回路包括直流电压发生器、开关切换器以及交直流逆变器；其中，所述直流电压发生器的第一端外接一交流电压源，第二端与所述开关切换器的第一端相连，第三端与所述主控单元的第二端相连，用于根据所述主控单元输出的当前调整指令，将所述外接交流电压源产生的交流电转变为相应的直流电；所述开关切换器还包括与所述主控单元第三端相连的第二端、与所述交直流逆变器第一端相连的第三端以及用于实现直流耐压测试直流电输出的第四端，所述开关切换器用于根据所述主控单元输出的当前控制指令，实现直流耐压测试、工频交流耐压测试或倍频交流耐压测试所需直流电间的切换；其中，所述当前控制指令为所述第一控制指令，所述开关切换器的第一端与第四端之间实现导通，且所述开关切换器的第一端与第三端之间关断，直接输出所述直流电压发生器转变的直流电用于实现直流耐压测试；所述当前控制指令为所述第二控制指令或所述第三控制指令时，所述开关切换器的第一端与第三端之间导通，且所述开关切换器的第二端与第四端之间关断，将所述直流电压发生器转变的直流电送入所述交直流逆变器中进行直交流逆变；所述交直流逆变器上还包括与所述控制单元第四端相连的第二端和用于实现工频交流耐压测试或倍频交流耐压测试交流电输出的第三端，用于根据所述主控单元输出的当前逆变指令，将所述直流电压发生器转变的直流电逆变成相应的交流电；其中，所述当前逆变指令为所述第一逆变指令时，所述逆变成的交流电用于实现工频交流耐压测试；所述当前逆变指令为所述第二逆变指令时，所述逆变成的交流电用于实现倍频交流耐压测试。

其中，所述直流电压发生器包括升压隔离变压器、第一驱动单元、三相三电平电压源型PWM整流器和滤波器；其中，

所述升压隔离变压器的一端外接所述交流电压源，另一端与所述三相三电平电压源型PWM整流器的第一端相连，用于所述升压隔离变压器输入侧交流电升压并与输出侧的直流电之间实现隔离；

所述第一驱动单元的一端与所述主控单元的第二端相连，另一端与所述三相三电平电压源型PWM整流器的第二端相连，用于接收所述主控单元输出的当前调整指令，并调整所述三相三电平电压源型PWM整流器所产生的直流电大小；

所述三相三电平电压源型PWM整流器的第三端与所述滤波器的一端相连，用于根据所述第一驱动单元接收到的当前调整指令，形成相应电压大小的直流电；其中，在所述第一驱动单元接收到所述第一调整指令时所述三相三电平电压源型PWM整流器形成对应直流耐压测试所需的直流电；在所述第一驱动单元接收到所述第二调整指令时所述三相三电平电压源型PWM整流器形成对应工频交流耐压测试所需的直流电；在所述第一驱动单元接收到所述第三调整指令时所述三相三电平电压源型PWM整流器形成对应倍频交流耐压测试所需的直流电；

所述滤波器的另一端与所述开关切换器的第一端相连，用于对所述三相三电平电压源型PWM整流器输出的直流电进行滤波处理。

其中，所述三相三电平电压源型PWM整流器包括第一电感、第二电感、第三电感、第一IGBT管、第二IGBT管、第三IGBT管、第四IGBT管、第五IGBT管、第六IGBT管、第七IGBT管、第八IGBT管、第九IGBT管、第十IGBT管、第十一IGBT管、第十二IGBT管、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管、第六二极管、第一直流稳压电容及第二直流稳压电容；其中，

所述第一IGBT管、所述第二IGBT管、所述第三IGBT管、所述第四IGBT管、所述第五IGBT管、所述第六IGBT管、所述第七IGBT管、所述第八IGBT管、所述第九IGBT管、所述第十IGBT管、所述第十一IGBT管及所述第十二IGBT管均由一开关晶体管与一二极管反向相并联形成；

所述第一直流稳压电容与所述第二直流稳压电容串联成第一直流稳压电容回路，且所述第一直流稳压电容回路的两端与所述第一驱动单元相连；

所述第一IGBT管、所述第四IGBT管、所述第七IGBT管与所述第十IGBT管依次串联成第一IGBT回路；所述第一电感的一端与所述升压隔离变压器的A相端相连，所述第一电感的另一端连接于所述第四IGBT管与所述第七IGBT管之间；所述第一IGBT回路与所述第一直流稳压电容回路相并联，且设置所述第一直流稳压电容的正极与所述第一IGBT管中的二极管负极相连，所述第二直流稳压电容的负极与所述第十IGBT管中的二极管正极相连；所述第一二极管与所述第四二极管串联成第一二极管回路，所述第一二极管的负极连接在所述第一IGBT管和所述第四IGBT管之间，所述第四二极管的正极连接在所述第七IGBT管和所述第十IGBT管之间；

所述第二IGBT管、所述第五IGBT管、所述第八IGBT管与所述第十一IGBT管依次串联成第二IGBT回路；所述第二电感的一端与所述升压隔离变压器的B相端相连，所述第二电感的另一端连接于所述第五IGBT管与所述第八IGBT管之间；所述第二IGBT回路与所述第一直流稳压电容回路相并联，且设置所述第一直流稳压电容的正极与所述第二IGBT管中的二极管负极相连，所述第二直流稳压电容的负极与所述第十一IGBT管中的二极管正极相连；所述第二二极管与所述第五二极管串联成第二二极管回路，所述第二二极管的负极连接在所述第二IGBT管和所述第五IGBT管之间，所述第五二极管的正极连接在所述第八IGBT管和所述第十一IGBT管之间；

所述第三IGBT管、所述第六IGBT管、所述第九IGBT管与所述第十二IGBT管依次串联成第三IGBT回路；所述第三电感的一端与所述升压隔离变压器的C相端相连，所述第三电感的另一端连接于所述第六IGBT管与所述第九IGBT管之间；所述第三IGBT回路与所述第一直流稳压电容回路相并联，且设置所述第一直流稳压电容的正极与所述第三IGBT管中的二极管负极相连，所述第二直流稳压电容的负极与所述第十二IGBT管中的二极管正极相连；所述第三二极管与所述第六二极管串联成第三二极管回路，所述第三二极管的负极连接在所述第三IGBT管和所述第六IGBT管之间，所述第六二极管的正极连接在所述第九IGBT管和所述第十二IGBT管之间；

所述第一二极管和所述第四二极管之间、所述第二二极管和所述第五二极管之间、所述第三二极管和所述第六二极管之间均连接在所述第一直流稳压电容和所述第二直流稳压电容之间相连的同一点上。

其中，所述交直流逆变器器包括单相三电平电压源型PWM逆变器和第二驱动单元；其中，

所述第二驱动单元的一端与所述主控单元的第四端相连，另一端与所述单相三电平电压源型PWM逆变器的第一端相连，用于根据所接收到所述主控单元输出的当前逆变指令，控制所述单相三电平电压源型PWM逆变器逆变交流电的大小；

所述单相三电平电压源型PWM逆变器的第二端与所述开关切换器的第三端相连，第三端用于实现工频交流测试或倍频交流测试的交流电输出，用于直流电向交流电逆变，在所述第二驱动单元接收到所述第一逆变指令时形成对应工频交流耐压测试所需的交流电，或在所述第二驱动单元接收到所述第二逆变指令时形成对应倍频交流耐压测试所需的交流电。

其中，所述单相三电平电压源型PWM逆变器包括第四电感、第五电感、第十三IGBT管、第十四IGBT管、第十五IGBT管、第十六IGBT管、第十七IGBT管、第十八IGBT管、第十九IGBT管、第二十IGBT管、第七二极管、第八二极管、第九二极管、第十二极管、第三直流稳压电容及第四直流稳压电容；其中，

所述第十三IGBT管、所述第十四IGBT管、所述第十五IGBT管、所述第十六IGBT管、所述第十七IGBT管、所述第十八IGBT管、所述第十九IGBT管及所述第二十IGBT管均由一开关晶体管与一二极管反向相并联形成；

所述第三直流稳压电容与所述第四直流稳压电容串联成第二直流稳压电容回路，且所述第二直流稳压电容回路的两端与所述第二驱动单元相连；

所述第十三IGBT管、所述第十五IGBT管、所述第十七IGBT管与所述第十九IGBT管依次串联成第四IGBT回路；所述第四电感的一端用于输出逆变后产生的工频或倍频交流电的U相端，所述第四电感的另一端连接于所述第十五IGBT管与所述第十七IGBT管之间；所述第四IGBT回路与所述第二直流稳压电容回路相并联，且设置所述第三直流稳压电容的正极与所述第十三IGBT管中的二极管负极相连，所述第四直流稳压电容的负极与所述第十九IGBT管中的二极管正极相连；所述第七二极管与所述第九二极管串联成第四二极管回路，所述第七二极管的负极连接在所述第十三IGBT管和所述第十五IGBT管之间，所述第九二极管的正极连接在所述第十七IGBT管和所述第十九IGBT管之间；

所述第十四IGBT管、所述第十六IGBT管、所述第十八IGBT管与所述第二十IGBT管依次串联成第五IGBT回路；所述第五电感的一端用于输出逆变后产生的工频或倍频交流电的V相端，所述第五电感的另一端连接于所述第十六IGBT管与所述第十八IGBT管之间；所述第五IGBT回路与所述第二直流稳压电容回路相并联，且设置所述第三直流稳压电容的正极与所述第十四IGBT管中的二极管负极相连，所述第四直流稳压电容的负极与所述第二十IGBT管中的二极管正极相连；所述第八二极管与所述第十二极管串联成第五二极管回路，所述第八二极管的负极连接在所述第十四IGBT管和所述第十六IGBT管之间，所述第十二极管的正极连接在所述第十八IGBT管和所述第二十IGBT管之间；

所述第七二极管和所述第九二极管之间、所述第八二极管和所述第十二极管之间均连接在所述第三直流稳压电容和所述第四直流稳压电容之间相连的同一点上。

其中，所述配网设备交直流耐压装置还包括直流电压传感器、交流电压传感器和信号处理单元；其中，

所述直流电压传感器的一端与所述开关切换器的第四端相连，另一端与所述信号处理单元的第一端相连，用于感应直接输出的直流电大小；

所述交流电压传感器的一端与所述交直流逆变器的第三端相连，另一端与所述信号处理单元的第二端相连，用于感应所述交直流逆变器逆变后输出的工频或倍频交流电大小；

所述信号处理单元的第三端与所述主控单元的第五端相连，用于将直流电或交流电转换成相应的数字信号并送入所述主控单元进行分析及处理。

其中，所述开关切换器由两个独立的继电器形成；其中，一个继电器用于导通或关断所述直流电压发生器直接输出的直流电，另一个继电器用于导通或关断所述直流电压发生器输出的直流电进入所述交直流逆变器中逆变成相应的工频或倍频交流电。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

1、在本发明实施例中，主控单元根据用户在用户指令输入单元设置的不同测试信息形成不同的控制指令、调整指令和逆变指令，控制直流电压发生器、开关切换器以及交直流逆变器形成相应的电压用于满足直流耐压测试、工频交流耐压测试或倍频交流耐压测试所需，因此能够同时对配网设备完成直流耐压、工频交流耐压和倍频交流耐压试验，从而减少试验仪器及装置种类，降低购置成本及占用场地面积；

2、在本发明实施例中，采用以IGBT为核心的三相三电平电压源型PWM整流器和单相三电平电压源型PWM逆变器，可根据用户要求和设置，输出不同幅值的直流电压，或者输出不同幅值和不同频率的交流电压，可对配网设备同时进行直流耐压、工频耐压、感应耐压试验，将三种功能集中在一起，功能强大，控制简单方便；

3、在本发明实施例中，采用的三相三电平电压源型PWM整流器和单相三电平电压源型PWM逆变器均为三电平的拓扑结构，克服了两电平拓扑结构的整流器/逆变器在应用于高压场合时，需要使用高反压的功率开关管或将多个功率开关管串联使用，同时克服了两电平拓扑结构的整流器/逆变器交流侧输出电压在电平切换开关频率不高时，导致谐波含量相对较大等问题，改善了交流侧波形品质；

4、在本发明实施例中，采用的隔离变压器，有效实现了电气一次侧和二次侧的隔离，可以防止电网谐波和干扰传递到电压源型PWM变流器，进而保证获得更加稳定的直流输出电压，因此具有对电网干扰小的特点。

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性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。

图1为本发明实施例提供的配网设备交直流耐压装置的一系统结构示意图；

图2为图1中直流电压发生器的系统结构示意图；

图3为图2中三相三电平电压源型PWM整流器的电路连接示意图；

图4为图1中交直流逆变器器的系统结构示意图；

图5为图4中单相三电平电压源型PWM逆变器的电路连接示意图;

图6为本发明实施例提供的配网设备交直流耐压装置的另一系统结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

如图1所示，为本发明实施例中，提供的一种配网设备交直流耐压装置，所述配网设备交直流耐压装置包括主回路1和测控回路2；其中，

测控回路2包括用户指令输入单元21和主控单元22；其中，

用户指令输入单元22的一端与主控单元21的第一端c1相连，用于获取用户为直流耐压测试、工频交流耐压测试或倍频交流耐压测试所设置的信息而形成的相应操作指令；

主控单元22，用于当接收到用户指令输入单元21对应直流耐压测试形成的操作指令时，产生第一控制指令和第一调整指令；当接收到用户指令输入单元21对应工频交流耐压测试形成的操作指令时，产生第二控制指令、第二调整指令和第一逆变指令；当接收到用户指令输入单元21对应倍频交流耐压测试形成的操作指令时，产生第三控制指令、第三调整指令和第二逆变指令；

主回路1包括直流电压发生器11、开关切换器12以及交直流逆变器13；其中，

直流电压发生器11的第一端a1外接一交流电压源，第二端a2与开关切换器12的第一端b1相连，第三端a3与主控单元22的第二端c2相连，用于根据主控单元22输出的当前调整指令，将外接交流电压源产生的交流电转变为相应的直流电；

开关切换器12还包括与主控单元22第三端c3相连的第二端b2、与交直流逆变器13第一端d1相连的第三端b3以及用于实现直流耐压测试直流电输出的第四端b4，开关切换器用于根据主控单元22输出的当前控制指令，实现直流耐压测试、工频交流耐压测试或倍频交流耐压测试所需直流电间的切换；其中，当前控制指令为第一控制指令，开关切换器12的第一端b1与第四端b4之间导通，且开关切换器12的第一端b1与第三端b3之间关断，直接输出直流电压发生器11转变的直流电用于实现直流耐压测试；当前控制指令为第二控制指令或第三控制指令时，开关切换器12的第一端b1与第三端b3之间导通，且开关切换器12的第一端b1与第四端b4之间关断，将直流电压发生器11转变的直流电送入交直流逆变器13中进行直交流逆变；

交直流逆变器13上还包括与控制单元22第四端c4相连的第二端d2和用于实现工频交流耐压测试或倍频交流耐压测试交流电输出的第三端d3，用于根据主控单元22输出的当前逆变指令，将直流电压发生器11转变的直流电逆变成相应的交流电；其中，当前逆变指令为第一逆变指令时，逆变成的交流电用于实现工频交流耐压测试；当前逆变指令为第二逆变指令时，逆变成的交流电用于实现倍频交流耐压测试。

可以理解的是，开关切换器12由两个独立的继电器形成；其中，一个继电器用于导通或关断直流电压发生器11直接输出的直流电，另一个继电器用于导通或关断直流电压发生器11输出的直流电进入交直流逆变器13中逆变成相应的工频或倍频交流电；开关切换器12也可以是具有两个常开触点的继电器，其中，一个常开触点用于导通或关断直流电压发生器11直接输出的直流电，另一个常开触点用于导通或关断直流电压发生器11输出的直流电进入交直流逆变器13中逆变成相应的工频或倍频交流电；开关切换器12也可以是双刀双掷开关。

在本发明实施例中，如图2所示，直流电压发生器11包括升压隔离变压器111、第一驱动单元112、三相三电平电压源型PWM整流器113和滤波器114；其中，

升压隔离变压器111的一端外接交流电压源，另一端与三相三电平电压源型PWM整流器113的第一端e1相连，用于升压隔离变压器111输入侧交流电升压并与输出侧的直流电之间实现隔离；

第一驱动单元112的一端与主控单元22的第二端c2相连，另一端与三相三电平电压源型PWM整流器113的第二端e2相连，用于接收主控单元22输出的当前调整指令，并调整三相三电平电压源型PWM整流器113所产生的直流电大小；

三相三电平电压源型PWM整流器113的第三端e3与滤波器114的一端相连，用于根据第一驱动单元112接收到的当前调整指令，形成相应电压大小的直流电；其中，在第一驱动单元112接收到第一调整指令时，三相三电平电压源型PWM整流器113形成对应直流耐压测试所需的直流电；在第一驱动单元112接收到第二调整指令时，三相三电平电压源型PWM整流器113形成对应工频交流耐压测试所需的直流电；在第一驱动单元112接收到第三调整指令时，三相三电平电压源型PWM整流器113形成对应倍频交流耐压测试所需的直流电；

滤波器114的另一端与开关切换器12的第一端b1相连，用于对三相三电平电压源型PWM整流器113输出的直流电进行滤波处理。

应当说明的是，为了有效实现了电气一次侧和二次侧的隔离，可以防止电网谐波和干扰传递到三相三电平电压源型PWM整流器，进而保证获得更加稳定的直流输出电压，因此升压隔离变压器111采用变比为小于1/50的隔离变压器。

在一个实施例中，如图3所示，为了使得配网设备交直流耐压装置具备输出纹波小的直流电压、输出精度高、动态瞬变性能良好等优点，因此三相三电平电压源型PWM整流器113包括第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、第一IGBT管VT1、第二IGBT管VT2、第三IGBT管VT3、第四IGBT管VT4、第五IGBT管VT5、第六IGBT管VT6、第七IGBT管VT7、第八IGBT管VT8、第九IGBT管VT9、第十IGBT管VT10、第十一IGBT管VT11、第十二IGBT管VT12、第一二极管VD1、第二二极管VD2、第三二极管VD3、第四二极管VD4、第五二极管VD5、第六二极管VD6、第一直流稳压电容C1及第二直流稳压电容C2；其中，

第一IGBT管VT1、第二IGBT管VT2、第三IGBT管VT3、第四IGBT管VT4、第五IGBT管VT5、第六IGBT管VT6、第七IGBT管VT7、第八IGBT管VT8、第九IGBT管VT9、第十IGBT管VT10、第十一IGBT管VT11、第十二IGBT管VT12均由一开关晶体管与一二极管反向相并联形成；

第一直流稳压电容C1与第二直流稳压电容C2串联成第一直流稳压电容回路，且第一直流稳压电容回路的两端（即P、N两端）与第一驱动单元112相连；

第一IGBT管VT1、第四IGBT管VT4、第七IGBT管VT7与第十IGBT管VT10依次串联成第一IGBT回路；第一电感L1的一端与升压隔离变压器111的A相端相连，第一电感L1的另一端连接于第四IGBT管VT4与第七IGBT管VT7之间；第一IGBT回路与第一直流稳压电容回路相并联，且设置第一直流稳压电容C1的正极（+）与第一IGBT管VT1中的二极管负极相连，第二直流稳压电容C2的负极（-）与第十IGBT管VT10中的二极管正极相连；第一二极管VD1与第四二极管VD4串联成第一二极管回路，第一二极管VD1的负极连接在第一IGBT管VT1和第四IGBT管VT4之间，第四二极管VD4的正极连接在第七IGBT管VT7和第十IGBT管VT10之间；

第二IGBT管VT2、第五IGBT管VT5、第八IGBT管VT8与第十一IGBT管VT11依次串联成第二IGBT回路；第二电感L2的一端与升压隔离变压器111的B相端相连，第二电感L2的另一端连接于第五IGBT管VT5与第八IGBT管VT8之间；第二IGBT回路与第一直流稳压电容回路相并联，且设置第一直流稳压电容C1的正极（+）与第二IGBT管VT2中的二极管负极相连，第二直流稳压电容C2的负极（-）与第十一IGBT管VT11中的二极管正极相连；第二二极管VD2与第五二极管VD5串联成第二二极管回路，第二二极管VD2的负极连接在第二IGBT管VT2和第五IGBT管VT5之间，第五二极管VD5的正极连接在第八IGBT管VT8和第十一IGBT管VT11之间；

第三IGBT管VT3、第六IGBT管VT6、第九IGBT管VT9与第十二IGBT管VT12依次串联成第三IGBT回路；第三电感L3的一端与升压隔离变压器111的C相端相连，第三电感L3的另一端连接于第六IGBT管VT6与第九IGBT管VT9之间；第三IGBT回路与第一直流稳压电容回路相并联，且设置第一直流稳压电容C1的正极（+）与第三IGBT管VT3中的二极管负极相连，第二直流稳压电容C2的负极（-）与第十二IGBT管VT12中的二极管正极相连；第三二极管VD3与第六二极管VD6串联成第三二极管回路，第三二极管VD3的负极连接在第三IGBT管VT3和第六IGBT管VT6之间，第六二极管VD6的正极连接在第九IGBT管VT9和第十二IGBT管VT12之间；

第一二极管VD1和第四二极管VD4之间、第二二极管VD2和第五二极管VD5之间、第三二极管VD3和第六二极管VD6之间均连接在第一直流稳压电容C1和第二直流稳压电容C2之间相连的同一点O上。

在本发明实施例中，如图4所示，交直流逆变器器13包括单相三电平电压源型PWM逆变器131和第二驱动单元132；其中，

第二驱动单元132的一端与主控单元22的第四端c4相连，另一端与单相三电平电压源型PWM逆变器131的第一端f1相连，用于根据所接收到主控单元22输出的当前逆变指令，控制单相三电平电压源型PWM逆变器131逆变交流电的大小；

单相三电平电压源型PWM逆变器131的第二端f2与开关切换器12的第三端b3相连，第三端f3用于实现工频交流测试或倍频交流测试的交流电输出，用于直流电向交流电逆变，在第二驱动单元132接收到第一逆变指令时形成对应工频交流耐压测试所需的交流电，或在第二驱动单元132接收到第二逆变指令时形成对应倍频交流耐压测试所需的交流电。

在一个实施例中，如图5所示，为了使得配网设备交直流耐压装置具备输出纹波小的直流电压、输出精度高、动态瞬变性能良好等优点，所述单相三电平电压源型PWM逆变器131包括第四电感L4、第五电感L5、第十三IGBT管VT13、第十四IGBT管VT14、第十五IGBT管VT15、第十六IGBT管VT16、第十七IGBT管VT17、第十八IGBT管VT18、第十九IGBT管VT19、第二十IGBT管VT20、第七二极管VD7、第八二极管VD8、第九二极管VD9、第十二极管VD10、第三直流稳压电容C3及第四直流稳压电容C4；其中，

第十三IGBT管VT13、第十四IGBT管VT14、第十五IGBT管VT15、第十六IGBT管VT16、第十七IGBT管VT17、第十八IGBT管VT18、第十九IGBT管VT19、第二十IGBT管VT20均由一开关晶体管与一二极管反向相并联形成；

第三直流稳压电容C3与第四直流稳压电容C4串联成第二直流稳压电容回路，且第二直流稳压电容回路的两端（即P＇、N＇）与第二驱动单元132相连；

第十三IGBT管VT13、第十五IGBT管VT15、第十七IGBT管VT17与第十九IGBT管VT19依次串联成第四IGBT回路；第四电感L4的一端用于输出逆变后产生的工频或倍频交流电的U相端，第四电感L4的另一端连接于第十五IGBT管VT15与第十七IGBT管VT17之间；第四IGBT回路与第二直流稳压电容回路相并联，且设置第三直流稳压电容C3的正极（+）与第十三IGBT管VT13中的二极管负极相连，第四直流稳压电容C4的负极（-）与第十九IGBT管VT19中的二极管正极相连；第七二极管VD7与第九二极管VD9串联成第四二极管回路，第七二极管VD7的负极连接在第十三IGBT管VT13和第十五IGBT管VT15之间，第九二极管VD9的正极连接在第十七IGBT管VT17和第十九IGBT管VT19之间；

第十四IGBT管VT14、第十六IGBT管VT16、第十八IGBT管VT18与第二十IGBT管VT20依次串联成第五IGBT回路；第五电感L5的一端用于输出逆变后产生的工频或倍频交流电的V相端，第五电感L5的另一端连接于第十六IGBT管VT16与第十八IGBT管VT18之间；第五IGBT回路与第二直流稳压电容回路相并联，且设置第三直流稳压电容C3的正极（+）与第十四IGBT管VT14中的二极管负极相连，第四直流稳压电容C4的负极（-）与第二十IGBT管VT20中的二极管正极相连；第八二极管VD8与第十二极管VD10串联成第五二极管回路，第八二极管VD8的负极连接在第十四IGBT管VT14和第十六IGBT管VT16之间，第十二极管VD10的正极连接在第十八IGBT管VT18和第二十IGBT管VT20之间；

第七二极管VD7和第九二极管VD9之间、第八二极管VD8和第十二极管VD10之间均连接在第三直流稳压电容C3和第四直流稳压电容C4之间相连的同一点O＇上。

如图6所示，为了实时调整直流耐压、工频交流耐压或倍频交流耐压测试所需的电压，因此配网设备交直流耐压装置还包括直流电压传感器3、交流电压传感器4和信号处理单元5；其中，

直流电压传感器3的一端与开关切换器12的第四端b4相连，另一端与信号处理单元5的第一端g1相连，用于感应直接输出的直流电大小；

交流电压传感器4的一端与交直流逆变器13的第三端d3相连，另一端与信号处理单元5的第二端g2相连，用于感应交直流逆变器13逆变后输出的工频或倍频交流电大小；

信号处理单元5的第三端g3与主控单元22的第五端c5相连，用于将直流电或交流电转换成相应的数字信号并送入主控单元22进行分析及处理。

本发明实施例中的配网设备交直流耐压装置的工作原理为：

1、用户通过用户指令输入单元21设置测试类型（直流耐压、工频交流耐压或倍频交流耐压测试）、测试电压、交流电压频率，并将该设置的电压类型、幅值和频率形成相应的操作指令送入主控单元22中进行分析和判定；

2、若进行直流耐压测试，主控单元22产生第一控制指令来控制开关切换器12的第一端b1和第四端b4之间导通、且开关切换器12的第一端b1与第三端b3之间关断，产生第一调整指令送入直流电压发生器11中的第一驱动单元111，由该第一驱动单元112对三相三电平电压源型PWM整流器113中各IGBT管进行开断控制，输出直流电直接用于直流耐压测试；

3、为了满足直流耐压测试电压的准确性和精确度，通过直流电压传感器3采集直流输出电压，并经信号处理单元5处理后送入主控单元22中提取直流电压与用户设置的直流电压进行比较，重新生成新的第一调整指令送入第一驱动单元112中，由该第一驱动单元112对三相三电平电压源型PWM整流器113中各IGBT管重新进行开断控制，使得三相三电平电压源型PWM整流器113输出设定的直流电压；

4、若进行工频交流耐压测试，主控单元22产生第二控制指令来控制开关切换器12的第一端b1和第四端b4之间关断、且开关切换器12的第一端b1与第三端b3之间导通，产生第二调整指令送入直流电压发生器11中的第一驱动单元111，由该第一驱动单元112对三相三电平电压源型PWM整流器113中各IGBT管进行开断控制，输出直流电进入交直流逆变器13中单相三电平电压源型PWM逆变器131，此时主控单元22产生第一逆变指令送入第二驱动单元132中，由该第二驱动单元132对单相三电平电压源型PWM逆变器131中各IGBT管进行开断控制，逆变出所需的交流电用于工频交流耐压测试；

5、为了满足工频交流耐压测试电压的准确性和精确度，通过交流电压传感器4采集交流输出电压，并经信号处理单元5处理后送入主控单元22中提取直流电压与用户设置的直流电压进行比较，重新生成新的第二调整指令送入第一驱动单元112中，由该第一驱动单元112对三相三电平电压源型PWM整流器113中各IGBT管重新进行开断控制，使得三相三电平电压源型PWM整流器113输出设定的直流电压，再经过第二驱动单元132对单相三电平电压源型PWM逆变器131中各IGBT管进行开断控制，逆变出所设定的交流电压；

6、同理，若进行倍频交流耐压测试，，主控单元22产生第三控制指令来控制开关切换器12的第一端b1和第四端b4之间关断、且开关切换器12的第一端b1与第三端b3之间导通，产生第三调整指令送入直流电压发生器11中的第一驱动单元111，由该第一驱动单元112对三相三电平电压源型PWM整流器113中各IGBT管进行开断控制，输出直流电进入交直流逆变器13中单相三电平电压源型PWM逆变器131，此时主控单元22产生第二逆变指令送入第二驱动单元132中，由该第二驱动单元132对单相三电平电压源型PWM逆变器131中各IGBT管进行开断控制，逆变出所需的交流电用于倍频交流耐压测试；

7、为了满足倍频交流耐压测试电压的准确性和精确度，通过交流电压传感器4采集交流输出电压，并经信号处理单元5处理后送入主控单元22中提取直流电压与用户设置的直流电压进行比较，重新生成新的第三调整指令送入第一驱动单元112中，由该第一驱动单元112对三相三电平电压源型PWM整流器113中各IGBT管重新进行开断控制，使得三相三电平电压源型PWM整流器113输出设定的直流电压，再经过第二驱动单元132对单相三电平电压源型PWM逆变器131中各IGBT管进行开断控制，逆变出所设定的交流电压；。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

1、在本发明实施例中，主控单元根据用户在用户指令输入单元设置的不同测试信息形成不同的控制指令、调整指令和逆变指令，控制直流电压发生器、开关切换器以及交直流逆变器形成相应的电压用于满足直流耐压测试、工频交流耐压测试或倍频交流耐压测试所需，因此能够同时对配网设备完成直流耐压、工频交流耐压和倍频交流耐压试验，从而减少试验仪器及装置种类，降低购置成本及占用场地面积；

2、在本发明实施例中，采用以IGBT为核心的三相三电平电压源型PWM整流器和单相三电平电压源型PWM逆变器，可根据用户要求和设置，输出不同幅值的直流电压，或者输出不同幅值和不同频率的交流电压，可对配网设备同时进行直流耐压、工频耐压、感应耐压试验，将三种功能集中在一起，功能强大，控制简单方便；

3、在本发明实施例中，采用的三相三电平电压源型PWM整流器和单相三电平电压源型PWM逆变器均为三电平的拓扑结构，克服了两电平拓扑结构的整流器/逆变器在应用于高压场合时，需要使用高反压的功率开关管或将多个功率开关管串联使用，同时克服了两电平拓扑结构的整流器/逆变器交流侧输出电压在电平切换开关频率不高时，导致谐波含量相对较大等问题，改善了交流侧波形品质；

4、在本发明实施例中，采用的隔离变压器，有效实现了电气一次侧和二次侧的隔离，可以防止电网谐波和干扰传递到电压源型PWM变流器，进而保证获得更加稳定的直流输出电压，因此具有对电网干扰小的特点。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (7)

1.一种配网设备交直流耐压装置，其特征在于，所述配网设备交直流耐压装置包括主回路和测控回路；其中，

所述测控回路包括用户指令输入单元和主控单元；其中，所述用户指令输入单元的一端与所述主控单元的第一端相连，用于获取用户为直流耐压测试、工频交流耐压测试或倍频交流耐压测试所设置的信息而形成的相应操作指令；所述主控单元，用于当接收到所述用户指令输入单元对应直流耐压测试形成的操作指令时，产生第一控制指令和第一调整指令；当接收到所述用户指令输入单元对应工频交流耐压测试形成的操作指令时，产生第二控制指令、第二调整指令和第一逆变指令；当接收到所述用户指令输入单元对应倍频交流耐压测试形成的操作指令时，产生第三控制指令、第三调整指令和第二逆变指令；

所述主回路包括直流电压发生器、开关切换器以及交直流逆变器；其中，所述直流电压发生器的第一端外接一交流电压源，第二端与所述开关切换器的第一端相连，第三端与所述主控单元的第二端相连，用于根据所述主控单元输出的当前调整指令，将所述外接交流电压源产生的交流电转变为相应的直流电；所述开关切换器还包括与所述主控单元第三端相连的第二端、与所述交直流逆变器第一端相连的第三端以及用于实现直流耐压测试直流电输出的第四端，所述开关切换器用于根据所述主控单元输出的当前控制指令，实现直流耐压测试、工频交流耐压测试或倍频交流耐压测试所需直流电间的切换；其中，所述当前控制指令为所述第一控制指令，所述开关切换器的第一端与第四端之间实现导通，且所述开关切换器的第一端与第三端之间关断，直接输出所述直流电压发生器转变的直流电用于实现直流耐压测试；所述当前控制指令为所述第二控制指令或所述第三控制指令时，所述开关切换器的第一端与第三端之间导通，且所述开关切换器的第二端与第四端之间关断，将所述直流电压发生器转变的直流电送入所述交直流逆变器中进行直交流逆变；所述交直流逆变器上还包括与所述主控单元 第四端相连的第二端和用于实现工频交流耐压测试或倍频交流耐压测试交流电输出的第三端，用于根据所述主控单元输出的当前逆变指令，将所述直流电压发生器转变的直流电逆变成相应的交流电；其中，所述当前逆变指令为所述第一逆变指令时，所述逆变成的交流电用于实现工频交流耐压测试；所述当前逆变指令为所述第二逆变指令时，所述逆变成的交流电用于实现倍频交流耐压测试。

2.如权利要求1所述的配网设备交直流耐压装置，其特征在于，所述直流电压发生器包括升压隔离变压器、第一驱动单元、三相三电平电压源型PWM整流器和滤波器；其中，

所述升压隔离变压器的一端外接所述交流电压源，另一端与所述三相三电平电压源型PWM整流器的第一端相连，用于所述升压隔离变压器输入侧交流电升压并与输出侧的直流电之间实现隔离；

所述第一驱动单元的一端与所述主控单元的第二端相连，另一端与所述三相三电平电压源型PWM整流器的第二端相连，用于接收所述主控单元输出的当前调整指令，并调整所述三相三电平电压源型PWM整流器所产生的直流电大小；

所述三相三电平电压源型PWM整流器的第三端与所述滤波器的一端相连，用于根据所述第一驱动单元接收到的当前调整指令，形成相应电压大小的直流电；其中，在所述第一驱动单元接收到所述第一调整指令时所述三相三电平电压源型PWM整流器形成对应直流耐压测试所需的直流电；在所述第一驱动单元接收到所述第二调整指令时所述三相三电平电压源型PWM整流器形成对应工频交流耐压测试所需的直流电；在所述第一驱动单元接收到所述第三调整指令时所述三相三电平电压源型PWM整流器形成对应倍频交流耐压测试所需的直流电；

所述滤波器的另一端与所述开关切换器的第一端相连，用于对所述三相三电平电压源型PWM整流器输出的直流电进行滤波处理。

3.如权利要求2所述的配网设备交直流耐压装置，其特征在于，所述三相三电平电压源型PWM整流器包括第一电感、第二电感、第三电感、第一IGBT管、第二IGBT管、第三IGBT管、第四IGBT管、第五IGBT管、第六IGBT管、第七IGBT管、第八IGBT管、第九IGBT管、第十IGBT管、第十一IGBT管、第十二IGBT管、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管、第六二极管、第一直流稳压电容及第二直流稳压电容；其中，

所述第一IGBT管、所述第二IGBT管、所述第三IGBT管、所述第四IGBT管、所述第五IGBT管、所述第六IGBT管、所述第七IGBT管、所述第八IGBT管、所述第九IGBT管、所述第十IGBT管、所述第十一IGBT管及所述第十二IGBT管均由一开关晶体管与一二极管反向相并联形成；

所述第一直流稳压电容与所述第二直流稳压电容串联成第一直流稳压电容回路，且所述第一直流稳压电容回路的两端与所述第一驱动单元相连；

所述第一IGBT管、所述第四IGBT管、所述第七IGBT管与所述第十IGBT管依次串联成第一IGBT回路；所述第一电感的一端与所述升压隔离变压器的A相端相连，所述第一电感的另一端连接于所述第四IGBT管与所述第七IGBT管之间；所述第一IGBT回路与所述第一直流稳压电容回路相并联，且设置所述第一直流稳压电容的正极与所述第一IGBT管中的二极管负极相连，所述第二直流稳压电容的负极与所述第十IGBT管中的二极管正极相连；所述第一二极管与所述第四二极管串联成第一二极管回路，所述第一二极管的负极连接在所述第一IGBT管和所述第四IGBT管之间，所述第四二极管的正极连接在所述第七IGBT管和所述第十IGBT管之间；

所述第二IGBT管、所述第五IGBT管、所述第八IGBT管与所述第十一IGBT管依次串联成第二IGBT回路；所述第二电感的一端与所述升压隔离变压器的B相端相连，所述第二电感的另一端连接于所述第五IGBT管与所述第八IGBT管之间；所述第二IGBT回路与所述第一直流稳压电容回路相并联，且设置所述第一直流稳压电容的正极与所述第二IGBT管中的二极管负极相连，所述第二直流稳压电容的负极与所述第十一IGBT管中的二极管正极相连；所述第二二极管与所述第五二极管串联成第二二极管回路，所述第二二极管的负极连接在所述第二IGBT管和所述第五IGBT管之间，所述第五二极管的正极连接在所述第八IGBT管和所述第十一IGBT管之间；

所述第三IGBT管、所述第六IGBT管、所述第九IGBT管与所述第十二IGBT管依次串联成第三IGBT回路；所述第三电感的一端与所述升压隔离变压器的C相端相连，所述第三电感的另一端连接于所述第六IGBT管与所述第九IGBT管之间；所述第三IGBT回路与所述第一直流稳压电容回路相并联，且设置所述第一直流稳压电容的正极与所述第三IGBT管中的二极管负极相连，所述第二直流稳压电容的负极与所述第十二IGBT管中的二极管正极相连；所述第三二极管与所述第六二极管串联成第三二极管回路，所述第三二极管的负极连接在所述第三IGBT管和所述第六IGBT管之间，所述第六二极管的正极连接在所述第九IGBT管和所述第十二IGBT管之间；

所述第一二极管和所述第四二极管之间、所述第二二极管和所述第五二极管之间、所述第三二极管和所述第六二极管之间均连接在所述第一直流稳压电容和所述第二直流稳压电容之间相连的同一点上。

4.如权利要求1所述的配网设备交直流耐压装置，其特征在于，所述交直流逆变器器包括单相三电平电压源型PWM逆变器和第二驱动单元；其中，

所述第二驱动单元的一端与所述主控单元的第四端相连，另一端与所述单相三电平电压源型PWM逆变器的第一端相连，用于根据所接收到所述主控单元输出的当前逆变指令，控制所述单相三电平电压源型PWM逆变器逆变交流电的大小；

所述单相三电平电压源型PWM逆变器的第二端与所述开关切换器的第三端相连，第三端用于实现工频交流测试或倍频交流测试的交流电输出，用于直流电向交流电逆变，在所述第二驱动单元接收到所述第一逆变指令时形成对应工频交流耐压测试所需的交流电，或在所述第二驱动单元接收到所述第二逆变指令时形成对应倍频交流耐压测试所需的交流电。

5.如权利要求4所述的配网设备交直流耐压装置，其特征在于，所述单相三电平电压源型PWM逆变器包括第四电感、第五电感、第十三IGBT管、第十四IGBT管、第十五IGBT管、第十六IGBT管、第十七IGBT管、第十八IGBT管、第十九IGBT管、第二十IGBT管、第七二极管、第八二极管、第九二极管、第十二极管、第三直流稳压电容及第四直流稳压电容；其中，

所述第十三IGBT管、所述第十四IGBT管、所述第十五IGBT管、所述第十六IGBT管、所述第十七IGBT管、所述第十八IGBT管、所述第十九IGBT管及所述第二十IGBT管均由一开关晶体管与一二极管反向相并联形成；

所述第三直流稳压电容与所述第四直流稳压电容串联成第二直流稳压电容回路，且所述第二直流稳压电容回路的两端与所述第二驱动单元相连；

所述第十三IGBT管、所述第十五IGBT管、所述第十七IGBT管与所述第十九IGBT管依次串联成第四IGBT回路；所述第四电感的一端用于输出逆变后产生的工频或倍频交流电的U相端，所述第四电感的另一端连接于所述第十五IGBT管与所述第十七IGBT管之间；所述第四IGBT回路与所述第二直流稳压电容回路相并联，且设置所述第三直流稳压电容的正极与所述第十三IGBT管中的二极管负极相连，所述第四直流稳压电容的负极与所述第十九IGBT管中的二极管正极相连；所述第七二极管与所述第九二极管串联成第四二极管回路，所述第七二极管的负极连接在所述第十三IGBT管和所述第十五IGBT管之间，所述第九二极管的正极连接在所述第十七IGBT管和所述第十九IGBT管之间；

所述第十四IGBT管、所述第十六IGBT管、所述第十八IGBT管与所述第二十IGBT管依次串联成第五IGBT回路；所述第五电感的一端用于输出逆变后产生的工频或倍频交流电的V相端，所述第五电感的另一端连接于所述第十六IGBT管与所述第十八IGBT管之间；所述第五IGBT回路与所述第二直流稳压电容回路相并联，且设置所述第三直流稳压电容的正极与所述第十四IGBT管中的二极管负极相连，所述第四直流稳压电容的负极与所述第二十IGBT管中的二极管正极相连；所述第八二极管与所述第十二极管串联成第五二极管回路，所述第八二极管的负极连接在所述第十四IGBT管和所述第十六IGBT管之间，所述第十二极管的正极连接在所述第十八IGBT管和所述第二十IGBT管之间；

所述第七二极管和所述第九二极管之间、所述第八二极管和所述第十二极管之间均连接在所述第三直流稳压电容和所述第四直流稳压电容之间相连的同一点上。

6.如权利要求1至5中任一项所述的配网设备交直流耐压装置，其特征在于，所述配网设备交直流耐压装置还包括直流电压传感器、交流电压传感器和信号处理单元；其中，

所述直流电压传感器的一端与所述开关切换器的第四端相连，另一端与所述信号处理单元的第一端相连，用于感应直接输出的直流电大小；

所述交流电压传感器的一端与所述交直流逆变器的第三端相连，另一端与所述信号处理单元的第二端相连，用于感应所述交直流逆变器逆变后输出的工频或倍频交流电大小；

所述信号处理单元的第三端与所述主控单元的第五端相连，用于将直流电或交流电转换成相应的数字信号并送入所述主控单元进行分析及处理。

7.如权利要求6所述的配网设备交直流耐压装置，其特征在于，所述开关切换器由两个独立的继电器形成；其中，一个继电器用于导通或关断所述直流电压发生器直接输出的直流电，另一个继电器用于导通或关断所述直流电压发生器输出的直流电进入所述交直流逆变器中逆变成相应的工频或倍频交流电。

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