CN108445311B - 一种电容器噪声试验回路及其试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电容器噪声试验回路及其试验方法，试验回路由一台移相整流变压器、两台单相电压源发生器、两台高频电抗器、串并联模式切换电路和试品电容器组成。本发明可同时满足交流滤波电容器、高压并联电容器和直流滤波电容器等不同类型电容器噪声试验要求，通过控制策略，当试品电容为直流电容时，试验回路主输出电压为直流电压；当试品电容器C为交流电容或并联电容时，试验回路主输出电压为基频电压，且基频频率可根据需要在45Hz～65Hz之间连续可调。根据噪声试验要求，在输出直流电压或基频电压时，通过闭环控制既可单独输出基波或2～50次任意谐波电流又可同时输出基波电流和2～50次谐波中1‑12种频率谐波的任意谐波电流组合。

Description

一种电容器噪声试验回路及其试验方法

技术领域

本发明属于电容器试验检测技术领域，具体涉及一种电容器噪声试验回路及其试验方法。

背景技术

随着我国高压直流输电技术的迅速发展，电容器作为滤波与无功补偿装置被大量广泛地用于换流站中，成为高压直流输电系统的关键设备之一。有关文献表明，电容器是换流站中最主要的可听噪声源之一，已经严重影响到换流站周围居民的正常生活，同时，随着人们环保意识的增强，对设备的噪声要求越来越高。因此电容器噪声测量已成为换流站建设中必须考量的因素，目前南方电网公司和国家电网公司已对电容器噪声有明确的技术要求，并要求各厂家对电容器噪声进行相关的试验。

目前，国内已有的电容器噪声试验装置多采用合成试验方法，利用独立的工频电源施加电容器运行的额定电压、电流，利用谐波电源施加噪声试验要求的谐波，两个电源之间相互独立，叠加在试品电容器上。

发明内容

本发明提供了一种电容器噪声试验回路及其试验方法，用于等效实际工况下交流滤波电容器、高压并联电容器和直流滤波电容器等不同类型电容器所产生的谐波，并对谐波产生的噪声进行试验检测。

为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案予以实现：

一种电容器噪声试验回路，包括移相整流变压器T、单相电压源发生器S1、单相电压源发生器S2和试品电容器C；移相整流变压器T的一次侧连接母线，移相整流变压器T二次侧的多个相互隔离的三相绕组分别对应连接一个功率模块的输入端；其中，一部分功率模块的输出端顺次串接组成单相电压源发生器S1，另一部分功率模块的输出端顺次串接组成单相电压源发生器S2，单相电压源发生器S1输出端串接高频电抗器L1，单相电压源发生器S2输出端串接高频电抗器L2，高频电抗器L1和高频电抗器L2对应的出线端和接地点通过并联模式切换开关K1和串联模式切换开关K2连接试品电容器C两端。

作为本发明的进一步改进，所述的移相整流变压器T二次侧的48个相互隔离的三相绕组对应连接48个功率模块的输入端，24个功率模块的输出端顺次串接组成单相电压源发生器S1，24个功率模块的输出端顺次串接组成单相电压源发生器S2。

作为本发明的进一步改进，每个功率模块的输入采用三相不控整流，输出为H桥单相逆变。

作为本发明的进一步改进，所述单相电压源发生器S1和单相电压源发生器S2的中点均接地。

作为本发明的进一步改进，当闭合并联模式切换开关K1时，单相电压源发生器S1、高频电抗器L1和单相电压源发生器S2、高频电抗器L2成为并联模式为试品电容器C供电；当闭合串联模式切换开关K2时，单相电压源发生器S1、高频电抗器L1和单相电压源发生器S2、高频电抗器L2成为串联模式为试品电容器C供电。

作为本发明的进一步改进，当试品电容器C为直流电容时，单相电压源发生器S1、单相电压源发生器S2主输出电压为直流电压；当试品电容器C为交流电容或并联电容时，单相电压源发生器S1、单相电压源发生器S2的主输出电压为基频电压，且基频频率在45Hz～65Hz之间连续可调。

一种电容器噪声试验回路的试验方法，包括以下步骤：

1)根据试品电容器C类型、额定参数和噪声试验要求计算试验装置的运行参数：

当试品电容器C为直流滤波电容器时，计算得出总电流有效值I、直流电压峰值U_peak；

当试品电容器C为并联和交流滤波电容器时，分别计算得出总电流有效值I和总电压有效值U；

2)根据计算得出的电压、电流值并通过并联模式切换开关K1、串联模式切换开关K2来选择试验回路的串并联工作模式；

3)通过上位机设定试验要求的运行参数，包括电容值、直流电压、基波电流和频率、各次谐波电流和谐波次数，启动电源，进行加载并完成噪声测试；

4)切断电源，对试品电容器C进行放电，试验结束。

与现有技术相比，本发明的具有以下有益效果：

本发明试验回路由一台移相整流变压器、两台单相电压源发生器、两台高频电抗器、串并联模式切换电路和试品电容器组成。移相整流变压器T将一次侧电源变换为多个相互隔离的三相电源分别为功率模块供电，将移相变压器二次侧电源进行整流并逆变为单相电源；通过投切开关来选择试验回路的串、并联工作模式，电路结构灵活、操作方便且易于实现，试验效率高。单相电压源发生器不受串联功率模块数量的限制，可根据需求进行扩容，同时，试验回路不需要额外的无功补偿设备，输出容量可为输入容量的数倍。本发明回路能够同时满足交流滤波电容器、高压并联电容器和直流滤波电容器等不同类型电容器试品的噪声试验要求，且试验回路输出容量大，可将需要的基波电压、电流和各次谐波电压、电流同时施加于试品电容器之上。本发明则使用一套电源将需要的基波、谐波分量同时施加于电容器，在同样的设备容量的基础上，具有设备投资少、占地面积小、试验过程简明、快速等明显特点。

进一步，单相电压源发生器S1和S2的中点接地，能够限制S1、S2对地最大电压，降低绝缘要求。

进一步，通过投切K1、K2来改变电路结构以实现不同电压、电流的输出。

进一步，单相电压源发生器S1、S2分别串接高频电抗器L1、L2，能够抑制输出电流的高频分量和两路电压源并联时的环流。

进一步，试验回路可同时满足交流滤波电容器、高压并联电容器和直流滤波电容器等不同类型试品电容器的噪声试验要求。

本发明试验方法采用直接试验方法，将试品电容器安装于半消声室中，利用基于电力电子技术的大功率电源同时施加电容器噪声试验所要求的工频基波和谐波，噪声测量采用工程法；能够在等效电容器产品实际运行工况条件下，施加试验要求的谐波，符合相关标准规定的电容器噪声试验要求，通过该试验方法及试验回路能够准确有效地测量电容器噪声。根据噪声试验要求，在输出直流电压或基频电压时，通过闭环控制既可单独输出基波或2～50次任意谐波电流又可同时输出基波电流和2～50次谐波中1-12种频率谐波的任意谐波电流组合。

附图说明

图1为本发明所述电容器噪声试验回路电路原理图；

图2为本发明所述电容器噪声试验回路串、并联工作模式等效电路图；

图3为本发明所述电容器噪声试验方法步骤流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述。

本发明提供的电容器噪声试验回路，可同时满足交流滤波电容器、高压并联电容器和直流滤波电容器等不同类型电容器噪声试验要求。

如图1所示，本实施例提供一种电容器噪声试验回路，包括移相整流变压器T、单相电压源发生器S1、单相电压源发生器S2、高频电抗器L1、高频电抗器L2、并联模式切换开关K1、串联模式切换开关K2和试品电容器C。其中：380V母线连接移相整流变压器T的一次侧，移相整流变压器T二次侧的48个相互隔离的三相绕组分别连接对应功率模块PM1、PM2……PM47、PM48的输入端，功率模块PM1～PM24的输出端顺次串接组成单相电压源发生器S1，功率模块PM25～PM48的输出端顺次串接组成单相电压源发生器S2，单相电压源发生器S1和S2的中点接地，单相电压源发生器S1输出端串接高频电抗器L1，单相电压源发生器S2输出端串接高频电抗器L2，高频电抗器L1、L2出线端和接地点通过并联模式切换开关K1、串联模式切换开关K2连接试品电容器C两端。

所述移相整流变压器T将一次侧电源变换为48个相互隔离的三相电源分别为功率模块PM1、PM2……PM47、PM48供电。

所述单相电压源发生器S1和S2分别由24个功率模块串联组成，每个功率模块的输入采用三相不控整流，输出为H桥单相逆变，其作用是将移相变压器二次侧电源进行整流并逆变为单相电源。

所述单相电压源发生器S1和S2的中点接地，S1、S2分别串接高频电抗器L1、L2，如图2(a)所示，当闭合K1时，单相电压源发生器S1、高频电抗器L1和单相电压源发生器S2、高频电抗器L2成为并联模式为试品电容器C供电；如图2(b)所示，当闭合K2时，单相电压源发生器S1、高频电抗器L1和单相电压源发生器S2、高频电抗器L2成为串联模式为试品电容器C供电。

所述试验回路可同时满足交流滤波电容器、高压并联电容器和直流滤波电容器等不同类型试品电容器的噪声试验要求，通过控制策略，当试品电容器C为直流电容时，单相电压源发生器S1、S2主输出电压为直流电压；当试品电容器C为交流电容或并联电容时，单相电压源发生器S1、S2的主输出电压为基频电压，且基频频率可根据需要在45Hz～65Hz之间连续可调。

根据噪声试验要求，在输出直流电压或基频电压时，通过闭环控制既可单独输出基波或2～50次任意谐波电流又可同时输出基波电流和2～50次谐波中1-12种频率谐波的任意谐波电流组合。

本发明一种试验方法采用直接试验方法，将试品电容器安装于半消声室中，利用基于电力电子技术的大功率电源同时施加电容器噪声试验所要求的工频基波和谐波，噪声测量采用工程法；如图3所示，为了对本发明进一步了解，现对其具体的试验步骤做如下说明：

1)根据试品电容器类型、额定参数和噪声试验要求计算试验回路的运行参数，即当试品电容为直流滤波电容器时，由公式(1-1)、(1-2)分别计算得出总电流有效值I、直流电压峰值U_peak。如下：

上式中：I_n为要求施加的n次谐波电流值；ω_n为第n次谐波的角频率，且ω_n＝nω₁；C为试品电容器的电容值；U_DC为规定的直流电压。

当试品电容为并联和交流滤波电容器时，由公式(1-3)、(1-4)分别计算得出总电流有效值I和总电压有效值U。如下：

上式中：I₁为要求施加的基波电流值；I_n为要求施加的n次谐波电流值；ω₀为基波角频率；ω_n为第n次谐波的角频率，且ω_n＝nω₀；C为试品电容器的电容值。

2)根据计算得出的电压、电流值并通过投切开关K1、K2来选择试验回路的串并联工作模式。

3)通过上位机设定试验要求的运行参数，包括电容值、直流电压、基波电流和频率、各次谐波电流和谐波次数等，启动电源，进行加载并完成噪声测试。

4)切断电源，对试品电容器进行放电，试验结束。

本发明所述试验回路的一个实施例。试品为并联电容器，试验回路运行在并联工作模式下，试验回路输出基波电流100A，输出各次谐波电流均为40A，数据结果详见表1。

表1试验数据

可以看出：试验回路能够同时输出基波叠加5、7、11、13、23、25次六种频率谐波组合的电压电流。

本发明不但适用于高压直流滤波电容器，同时也适用于高压交流滤波电容器、高压并联电容器、串联电容器、电力电子电容器；本发明使用电力电子器件组成的单相电压源(功率单元)为试品电容器同时施加基波及谐波电压。

特别说明上述实施例是为更好对本发明进行说明而非对其进行限制。本发明所属技术领域的技术人员参照本发明进行的修改或变更均在本发明申请的权利要求保护范围之内。

Claims (5)

1.一种电容器噪声试验回路，其特征在于：包括移相整流变压器T、单相电压源发生器S1、单相电压源发生器S2和试品电容器C；移相整流变压器T的一次侧连接母线，移相整流变压器T二次侧的多个相互隔离的三相绕组分别对应连接一个功率模块的输入端；其中，一部分功率模块的输出端顺次串接组成单相电压源发生器S1，另一部分功率模块的输出端顺次串接组成单相电压源发生器S2，单相电压源发生器S1输出端串接高频电抗器L1，单相电压源发生器S2输出端串接高频电抗器L2，高频电抗器L1和高频电抗器L2对应的出线端和接地点通过并联模式切换开关K1和串联模式切换开关K2连接试品电容器C两端；

所述的移相整流变压器T二次侧的48个相互隔离的三相绕组对应连接48个功率模块的输入端，24个功率模块的输出端顺次串接组成单相电压源发生器S1，24个功率模块的输出端顺次串接组成单相电压源发生器S2；

每个功率模块的输入采用三相不控整流，输出为H桥单相逆变，将移相变压器二次侧电源进行整流并逆变为单相电源。

2.根据权利要求1所述电容器噪声试验回路，其特征在于：所述单相电压源发生器S1和单相电压源发生器S2的中点均接地。

3.根据权利要求1所述电容器噪声试验回路，其特征在于：当闭合并联模式切换开关K1时，单相电压源发生器S1、高频电抗器L1和单相电压源发生器S2、高频电抗器L2成为并联模式为试品电容器C供电；当闭合串联模式切换开关K2时，单相电压源发生器S1、高频电抗器L1和单相电压源发生器S2、高频电抗器L2成为串联模式为试品电容器C供电。

4.根据权利要求3所述电容器噪声试验回路，其特征在于：当试品电容器C为直流电容时，单相电压源发生器S1、单相电压源发生器S2主输出电压为直流电压；当试品电容器C为交流电容或并联电容时，单相电压源发生器S1、单相电压源发生器S2的主输出电压为基频电压，且基频频率在45Hz～65Hz之间连续可调。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述电容器噪声试验回路的试验方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)根据试品电容器C类型、额定参数和噪声试验要求计算试验装置的运行参数：

当试品电容器C为直流滤波电容器时，计算得出总电流有效值I、直流电压峰值U_peak；

当试品电容器C为并联和交流滤波电容器时，分别计算得出总电流有效值I和总电压有效值U；

2)根据计算得出的电压、电流值并通过并联模式切换开关K1、串联模式切换开关K2来选择试验回路的串并联工作模式；

3)通过上位机设定试验要求的运行参数，包括电容值、直流电压、基波电流和频率、各次谐波电流和谐波次数，启动电源，进行加载并完成噪声测试；

4)切断电源，对试品电容器C进行放电，试验结束。

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