CN107991554B - 一种电子负载装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电子负载装置，包括：整流模块、变流模块和储能斩波器接口变流模块；所述整流模块，用于接收电网端传输的交流电，将所述交流电转换为直流电，将所述直流电传输到被测系统，以使所述被测系统处于运行状态；所述变流模块，还与被测系统电连接，用于接收牵引控制信号和被测系统传输的牵引测试电流，根据所述牵引控制信号，将所述牵引测试电流调整为设定电流；所述储能斩波器接口变流模块，用于接收所述储能控制信号和被测系统储能斩波器输出的电流，根据所述储能控制信号，将储能电容的电压调整为第二设定电压。

Description

一种电子负载装置

技术领域

本发明涉及电子电路技术领域，具体而言，涉及一种电子负载装置。

背景技术

牵引储能逆变系统是电动轨道车辆如城铁、轻轨车辆上用于驱动车辆运动的电力电子逆变装置，用于驱动轨道车辆运行。牵引储能逆变系统分为交流供电和直流供电两类。直流供电多用于城铁、地铁、有轨电车等。为了提高城市美观度，避免设置接触网，很多有轨电车在车上设置储能装置，储能装置一般是超级电容或电池组。目前，要想测试牵引储能逆变系统的性能，需要直接对实际储能装置进行试验，设备体积大、造价高、功耗高，导致测试占地大、费用高等问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种电子负载装置，用于解决现有技术中直接对实际牵引储能系统进行测试时的占地面积大、造价高等的问题。

第一方面，本发明实施例提供一种电子负载装置，包括：整流模块、变流模块和储能斩波器接口变流模块，其中，所述整流模块的直流侧与所述变流模块的直流侧电连接，所述变流模块的直流侧还与所述储能斩波器接口变流模块电连接，所述储能斩波器接口变流模块还与被测系统电连接；

所述整流模块，用于接收电网端传输的交流电，将所述交流电转换为直流电，将所述直流电传输到被测系统，以使所述被测系统处于可运行状态；

所述变流模块，还与被测系统电连接，用于接收被测系统发出的电流，吸收所述被测系统的输出功率；

所述储能斩波器接口变流模块包括第三功率管组、第一电感、第二电感和第三电容。

本发明实施例所提供的电子负载装置中，整流模块的直流侧与变流模块的直流侧电连接，变流模块的直流侧还与储能斩波器接口变流模块电连接，储能斩波器接口变流模块还与被测系统电连接；整流模块，用于接收电网端传输的交流电，将交流电转换为直流电，将直流电传输到被测系统，以使被测系统处于可运行状态；变流模块，还与被测系统电连接，用于接收被测系统发出的电流，吸收所述被测系统的输出功率；储能斩波器接口变流模块包括第一电感、第二电感和第三电容，用于将储能斩波器输出的能量变换为直流电流与电子负载直流母线交换。

本发明实施例提供的电子负载装置可用于测试例如牵引储能逆变系统的牵引性能和储能性能，在测试中通过控制第三电容电压，使其模拟实际工况中储能设备(如锂电池组、超级电容等)的特性，被测系统的工作状态、各电流波形与实际工况相同。在测试过程中，功率在电子负载装置和被测系统中循环，节约了测试用电，节约了功耗。

与现有测试牵引储能逆变系统的牵引性能和储能性能的技术相比，使得测试随时随地可以进行，测试更加简洁，减少了占地面积，降低了测试成本。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本发明一实施例提供的一种电子负载装置的总体结构示意图；

图2为本发明一实施例提供的一种电子负载装置的第一种结构示意图；

图3为本发明一实施例提供的一种电子负载装置的第二种结构示意图；

图4a为本发明一实施例提供的一种泄放保护电路的结构示意图；

图4b为本发明一实施例提供的另一种泄放保护电路的结构示意图。

具体实施方式

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一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。

本发明实施例提供了一种电子负载装置，参考图1，该装置包括：整流模块11、变流模块12和储能斩波器接口变流模块13，其中，所述整流模块11的直流侧与所述变流模块12的直流侧电连接，所述变流模块12的直流侧还与所述储能斩波器接口变流模块13电连接，所述储能斩波器接口变流模块13还与被测系统电连接；

所述整流模块11，用于在电子装置工作过程中接收电网端传输的交流电，将所述交流电转换为直流电，将所述直流电传输到被测系统，以使所述被测系统处于可运行状态；

所述变流模块12，还与被测系统电连接，具体的与被测系统的牵引逆变器相连接，用于接收被测系统发出的电流，吸收所述被测系统的输出功率；

所述储能斩波器接口变流模块13，包括：第三功率管组、第一电感、第二电感和第三电容；储能斩波器接口变流模块13还与被测系统的储能斩波器电连接，用于接收所述被测系统的储能斩波器的输出电流，与其交换功率。

上述的被测系统中，包括储能斩波器；或者，上述的被测系统包括储能斩波器和牵引逆变器。

具体地，电网端为电力系统中各种电压的变电所及输配电线路组成的整体；被测系统可以为牵引储能逆变系统，牵引储能逆变系统接收到整流模块传输的直流电后处于运行状态。

以测试牵引储能逆变系统的牵引性能和储能性能为例进行说明，电网端为测试牵引储能逆变系统提供电能，通过控制器控制牵引储能逆变系统处于运行状态。

在测试牵引储能逆变系统的牵引逆变器的性能时，被测系统的牵引逆变器向电子负载的变流模块输出测试电压，电子负载控制其变流模块在其与被测系统的牵引逆变器构成的闭合回路中产生测试电流，并控制该电流为设定电流。电子负载的整流模块提供系统的损耗功率，并控制直流母线电压为设定值。

在测试牵引储能逆变系统中储能逆变器的性能时，电子负载控制其储能斩波器接口变流模块，使其滤波电容电压为设定电压，用于模拟实际系统中储能元件(如蓄电池、超级电容等)的电压，被测系统的储能斩波器向电子负载的储能斩波器接口变流模块的输出测试电流。电子负载的整流模块控制直流母线电压为设定值，并将多余的能量与电网进行交换。

本发明实施例提供的电子负载装置可用于同时或分别测试例如牵引储能逆变系统的牵引性能和储能性能，与现有测试牵引储能逆变系统的牵引性能和储能性能的技术相比，使得测试随时随地可以进行，测试更加简洁，减少了占地面积，降低了测试成本。

本发明实施例提供的电子负载装置，参考图2，所述整流模块包括：第一开关14、第一滤波器15和第一功率管组16，所述第一开关14连接电网端和第一滤波器15，所述第一滤波器15还与所述第一功率管组16的交流侧电连接，所述第一电容18与所述第一功率管组16的直流侧电连接；

所述第一开关14，用于根据接收到的第一信号，控制该第一开关14处于闭合状态，以使第一滤波器15与电网端连通；

所述第一滤波器15，用于接收所述交流电，与所述第一功率管组16相连接，对所述第一功率管组16输出的电压进行滤波；滤波器的作用是对功率管组输出的电压、电流进行滤波，降低电网电流的谐波。

所述第一功率管组16，用于根据接收到的控制信号，将接收到的交流电转换为直流电，并将所述直流电的电压调整到第一设定电压。

以测试牵引储能逆变系统的性能为例说明，参考图3，第一功率管组16可以包括至少一个第一功率管，该第一功率管可以为绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate BipolarTransistor，IGBT)，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件。例如，包括6个第一功率管时，每两个第一功率管串联(例如两个第一功率管分别为A和B)，即A的发射极与B的集电极相连，构成交流侧，与电网端连接，A的集电极和B的发射极构成直流侧，A的集电极为直流侧的正极，B的发射极为直流侧的负极，两两串联的第一功率管的直流侧再进一步并联连接，每个第一功率管与一个二极管并联连接，其中，每个第一功率管的栅极与控制器电连接，用于接收控制器发送的控制信号。此结构一般称为IGBT两电平标准三相桥结构。

进一步地，所述整流模块11还包括：预充电电路17和和第一电容18，所述预充电电路17分别与电网端、第一电容18电连接；

所述预充电电路17，用于根据接收到的第一充电信号，控制电网端为所述第一电容18充电。

其中，预充电电路17中包括有预充电电路，该预充电电路在现有技术中已有详细的介绍此处不再进行示意以及描述。该预充电电路17可在为牵引储能逆变系统供电之前，为第一电容18充电，例如，将第一电容18的电压充到预设第一电压值(如500V)。可有效防止第一开关14在接通电网端的瞬间电流过大造成器件损坏。

进一步地，所述储能斩波器接口变流模块13包括第三功率管组20、第一电感、第二电感和第三电容；所述第一电感与所述第二电感串联，所述第电容的一端连接至第一电感与第二电感的连接处。

进一步地，所述变流模块12包括第二功率管组19，所述第二功率管组19的直流端与所述第三功率管组20的直流端并联；

所述第二功率管组19，用于接收被测系统发出的电流，吸收输出的其有功功率和无功功率；

所述第三功率管组20，用于接收所述被测系统的制动斩波器的输出电流，吸收其输出功率。

典型的所述第二功率管组19的拓扑结构为IGBT两电平标准三相桥结构，即与所述第一功率管组16相同。

典型的所述第三功率管组20的拓扑结构为IGBT两电平标准单相桥结构，即为所述第一功率管组16的一相，即一对串联的功率管结构相同。

进一步地，所述变流模块12还包括第二电容21，所述第二电容21与所述第一电容18并联，用于为变流模块12提供就近电压支撑。

进一步地，参照图2所示的实施例，本实施例中采用隔离变压器作为牵引逆变接口隔离滤波器；具体的，上述电子负载装置还包括：变压器22(即为隔离变压器)和第二开关23，所述变压器22与所述第二功率管组19电连接，所述第二开关23连接所述变压器22和被测系统；

所述第二开关23，用于根据接收到的第二信号，控制该第二开关23处于闭合状态；具体的，该第二开关在电子装置故障时断开电路。

具体地，第二开关一般为机械开关，可以为接触器、断路器等开关设备；通过第二信号可以控制该第二开关处于闭合状态或者断开状态，该第二开关处于闭合状态时，形成包括电流模块12、变压器22和被测系统的闭合回路。

进一步地，本发明实施例提供的电子负载装置，参考图3，本实施例中，采用隔离变压器和LC滤波器共同构成的LCL隔离滤波器，作为牵引逆变接口隔离滤波器；具体的，本实施例提供的电子负载装置还包括第二滤波器25，该第二滤波器25与变压器22共同构成LCL隔离滤波器，所述第二滤波器25分别与第二功率管组19、变压器22连接，用于对第二功率管组19传输的电压进行滤波；进而使被测系统的输出电流波形更接近实际工作波形。

进一步地，还包括第三开关24，所述第三开关24连接储能斩波器接口变流模块13和被测系统，用于根据接收到第三信号，控制该第三开关24处于闭合状态，使得被测系统的直流母线得电，并使得储能斩波器接口变流模块13与被测系统连通。

具体地，第三开关24在接收到第三信号后，可以使得第三开关处于闭合状态，形成包括储能斩波器接口变流模块13和被测系统的闭合回路，通过控制第三功率管组20输出的电流，将储能斩波器接口变流模块中第三电容电压调整到第二设定电压。

本发明实施例提供的电子负载装置，还包括：监控模块，所述监控模块与所述整流模块11、变流模块12电连接，用于向第三开关发送第三信号，监控所述第一电容和所述第二电容的电压，在确定第一电容的电压为第一预充电电压后，向第一开关发送第一信号，以及向第二开关发送第二信号，启动整流模块和储能斩波器接口变流模块，在确定第三电容的电压为第一设定电压后，向被测系统发送储能测试信号，以使被测系统向储能斩波器接口变流模块发送储能测试电流。以及检测电子负载装置中各个电子器件的电流、电压，在确定电子负载装置发生异常后，对电子负载装置中的能量进行释放，同时，通过控制器向电子负载装置发送急停指令，停止测试，保护各个电子器件以及设备的安全。

被测系统中包括有第四电容、第四功率管组、第五功率管组，第四电容分别与第四功率管组的直流侧、第五功率管组的直流侧并联(图3或图4并未示出)。第四功率管组可以包括至少一个第四功率管，第四功率管组的典型结构为的拓扑结构为IGBT两电平标准三相桥结构，即与所述第一功率管组16相同。

第五功率管组可以包括至少一个第五功率管，该第五功率管可以为绝缘栅双极型晶体管。第四功率管组的典型结构为的拓扑结构为IGBT两电平标准单相桥结构，即与所述第三功率管组20相同。

本发明实施例中，整流模块、储能斩波器接口变流模块通过直流母线进行连接。由于电子负载有时工作在从被试牵引储能变流系统吸收能量的状态，在其直流母线上并联设置紧急泄放保护电路，在电子负载工作异常、保护停机、电子负载电网端保护开关跳闸等原因导致其无法将能量足量送至电网，进而导致其直流母线电压过高时，对其进行能量泄放，保护设备安全泄放保护电路参照图4a和图4b所示。

参照4a所示，该泄放保护电路包括：泄放电阻R、第一二极管D1、以及绝缘栅双极晶体管Q1；

上述泄放电阻R与上述第一二极管D1并联连接，形成并联电路；上述并联电路的一端与上述直流电容C的一端连接，另一端与以及上述绝缘栅双极晶体管Q1的集电极连接；

上述绝缘栅双极晶体管Q1的发射极与上述直流电容C的另一端连接；

上述泄放保护电路，用于在上述直流电容C上的电压高于上述预设电压时，对上述直流电容C上传输的能量进行泄放。

参见图4b所示的另一种泄放保护电路的结构，包括：第二泄放电阻R2、第三二极管D3、以及第二绝缘栅双极晶体管Q2。

上述第二泄放电阻R2与上述第三二极管D3并联连接，形成第二并联电路；上述第二并联电路的一端与上述直流电容C的一端连接，另一端与上述第二绝缘栅双极晶体管Q2的发射极连接。

上述第二绝缘栅双极晶体管Q2的集电极还与上述直流电容C的另一端连接。

上述第二泄放保护电路，用于在上述直流电容C上的电压高于上述预设电压时，对上述直流电容C上传输的能量进行泄放。

参考图3，以被测系统为牵引储能逆变系统为例进行说明，

对本发明实施例所提公的电子装置的工作流程进行说明，该过程包括如下步骤：

步骤(1)、初始状态，电子负载装置中的各个电子器件的为断开状态，各储能元件无能量。

步骤(2)、收到开机指令后，闭合第三开关，然后启动第一预充电电路，开始对第一电容进行充电。

步骤(3)、检测第一电容在充电过程中的电压，当电压达到第一电压阈值以后，控制第一开关闭合；具体的，由监控模块监控第一电容的电压，在监控模块监控到第一电容的电压达到第一电压阈值后。通过控制器向第一开关发送第一信号，使得第一开关处于闭合状态。

步骤(4)、闭合第二开关；具体的，通过控制器向第二开关发送第二信号，使得第二开关处于闭合状态。

步骤(5)、启动整流模块，整流模块内各开关管输出PWM脉宽调制电压，通过控制电压的基波部分与电网电压之差，来控制从电网流入整流器的电流的大小和相位，进而控制功率流的大小和方向，将第一电容(直流母线)电压控制为设定值；

步骤(6)、启动储能斩波器负载变流模块的IGBT，对第三电容进行充电。

步骤(7)、启动各IGBT，建立电流和功率。使被测系统的输出与实际工况一致。

在被测系统处于运行状态，且测试被测系统的牵引性能时，控制被测系统向变流模块中的第二功率管组传输第三设定电压，通过控制器向第二功率管组输送牵引控制信号，使得变压器两端形成压降，从而使得第二功率管组输出的电流为设定电流，此时，通过设置在牵引储能逆变系统中的传感器测试各个电子器件的如温度等信息。

在具体应用时，可以采用SVPWM(空间矢量脉宽调制)等调制方式，控制所述功率管组导通或关断，以输出上述设定电压。

被测系统在被测系统处于运行状态，且测试被测系统的储能性能时，如，测试第三电容的电压从300V升到500V过程中，被测系统中电子器件的性能，首先，通过第三功率管组实现给第三电容充电，使其模拟实际系统中储能元件(如锂电池组、超级电容)的初始电压状态。通过控制器控制牵引储能逆变系统中第五功率管组为储能斩波器接口变流模块中的第三电容充电，在给第三电容充电时，监控模块可以实时检测第三电容的电压，在检测到第三电容的电压大于第二设定电压后，通过控制器控制包括第三功率管组、第一电感、第三电容的闭合回路导通，将第三电容中多余电量输送到直流母线中，进而可以通过整流模块反馈到电网端，减少整个电子负载装置中的电量损失。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明提供的实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种电子负载装置，其特征在于，包括：整流模块、变流模块和储能斩波器接口变流模块，其中，所述整流模块的直流侧与所述变流模块的直流侧电连接，所述变流模块的直流侧还与所述储能斩波器接口变流模块电连接，所述储能斩波器接口变流模块还与被测系统电连接；

所述整流模块，用于接收电网端传输的交流电，将所述交流电转换为直流电，将所述直流电传输到被测系统，以使所述被测系统处于可运行状态；

所述变流模块，还与被测系统电连接，用于接收被测系统发出的电流，吸收所述被测系统的输出功率；

所述储能斩波器接口变流模块包括：第三功率管组、第一电感、第二电感和第三电容；

所述整流模块包括：第一开关、第一滤波器、第一功率管组和第一电容，所述第一开关连接电网端和第一滤波器，所述第一滤波器还与所述第一功率管组的交流侧电连接，所述第一电容与所述第一功率管组的直流侧电连接；

所述第一开关，用于根据接收到的第一信号，控制该第一开关处于闭合状态，以使第一滤波器与电网端连通；

所述第一滤波器，用于对所述第一功率管组输出的电压进行滤波；

所述第一功率管组，用于根据接收到的控制信号，向其交流侧输出基波为工频交流电压的脉宽调制脉冲电压，从交流电网接收功率传递到直流侧，并将直流电的电压调整到第一设定电压。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述整流模块还包括：预充电电路，所述预充电电路分别与电网端、所述第一功率管组的直流端电连接；

所述预充电电路，用于根据接收到的第一充电信号，从电网端为所述第一电容充电。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述变流模块包括第二功率管组，所述第二功率管组的直流侧与所述储能斩波器接口变流模块的第三功率管组的直流侧并联；

所述第二功率管组，用于接收被测系统发出的电流，与其进行有功功率和无功功率交换；

所述储能斩波器接口变流模块的第三功率管组，用于接收所述被测系统的储能斩波器的输出电流，与其进行功率交换。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，还包括：变压器和第二开关，所述变压器与所述第二功率管组电连接，所述第二开关连接所述变压器和被测系统，

所述第二开关，用于根据接收到的第二信号，控制该第二开关处于闭合状态。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，还包括第二滤波器，所述第二滤波器分别与第二功率管组、变压器连接，用于对第二功率管组传输的电压进行滤波。

6.如权利要求2所述的装置，其特征在于，还包括第三开关，所述第三开关连接储能斩波器接口变流模块和被测系统，用于根据接收到第三信号，控制该第三开关处于闭合状态，使得储能斩波器接口变流模块与被测系统的储能斩波器连通。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括：监控模块，所述监控模块与所述整流模块、变流模块、储能斩波器接口变流模块电连接，用于向第三开关发送第三信号，监控所述第一电容和所述第三电容的电压，在确定第一电容的电压为第一预充电电压后，向第一开关发送第一信号，以及向第二开关发送第二信号，以及启动整流模块、储能斩波器接口变流模块，在确定第三电容的电压为第二电压后，向被测系统发送储能测试信号，以使被测系统向储能斩波器接口变流模块输出电流。