CN109738678B - 一种电压暂降发生单元及电压暂降发生器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种电压暂降发生单元，包括：三电平PWM整流模块、双向DC‑DC变换模块以及三电平逆变模块；双向DC‑DC变换模块包括均为隔离型的第一双向DC‑DC变换器与第二双向DC‑DC变换器；第一双向DC‑DC变换器的原边负极与第二双向DC‑DC变换器的原边正极连接形成双向DC‑DC变换模块原边的零电平端；第一双向DC‑DC变换器的副边负极与第二双向DC‑DC变换器的副边正极连接形成双向DC‑DC变换模块副边的中性点端；双向DC‑DC变换模块的原边与三电平PWM整流模块连接，双向DC‑DC变换模块的副边与三电平逆变模块连接；解决了现有的大功率电压暂降发生器笨重、体积巨大，且面对单相电压暂降测试显得小题大做的技术问题。本申请还公开了一种电压暂降发生器。

Description

一种电压暂降发生单元及电压暂降发生器

技术领域

本申请涉及电力试验技术领域，尤其涉及一种电压暂降发生单元及电压暂降发生器。

背景技术

随着电力的发展，电能质量问题也逐渐受到人们的关注，其中，电压暂降是电能质量问题中的一个重要部分。电压暂降是指输出电压的有效值在某个时间段突然下降，并维持一段时间后，最终恢复到正常的输出电压的情况。显然，这种情况一旦发生，都将对电力设备的正常运行带来影响和冲击。为此，有必要对电力设备进行电压暂降的模拟测试。

现有的大功率电压暂降发生器通常在整流侧设置有工频变压器以形成故障隔离，但工频变压器的加入使得整个发生器变得笨重，在对某些设备进行测试时，甚至由于体积太大无法进入工业电梯，测试过程很不方便。此外，现有发生器通常是针对三相三线制测试设计，而某些设备却有进行单相或者两相电压暂降测试的需求，这样，即使在某一次作业中仅计划进行单相电压暂降测试，但也只能将笨重的针对三相三线制设计的发生器整个运至现场，耗费大量人力，是一种小题大做的做法。

发明内容

本申请提供了一种电压暂降发生单元及电压暂降发生器，解决了现有的大功率电压暂降发生器笨重、体积巨大，且面对单相电压暂降测试显得小题大做的技术问题。

有鉴于此，本申请第一方面提供了一种电压暂降发生单元，包括：三电平PWM整流模块、双向DC-DC变换模块以及三电平逆变模块；

所述双向DC-DC变换模块包括均为隔离型的第一双向DC-DC变换器与第二双向DC-DC变换器；

所述第一双向DC-DC变换器的原边负极与所述第二双向DC-DC变换器的原边正极连接形成所述双向DC-DC变换模块原边的零电平端；

所述第一双向DC-DC变换器的副边负极与所述第二双向DC-DC变换器的副边正极连接形成所述双向DC-DC变换模块副边的中性点端；

所述双向DC-DC变换模块的原边与所述三电平PWM整流模块连接，所述双向DC-DC变换模块的副边与所述三电平逆变模块连接。

优选地，所述第一双向DC-DC变换器与所述第二双向DC-DC变换器内均设置有用于隔离的高频变压器。

优选地，所述第一双向DC-DC变换器与所述第二双向DC-DC变换器具体为双有源全桥双向DC-DC变换器。

优选地，所述三电平逆变模块具体为三电平半桥逆变模块。

优选地，所述三电平半桥逆变模块具体包括三电平二极管钳位式逆变器。

优选地，所述三电平PWM整流模块、所述双向DC-DC变换模块以及所述三电平逆变模块中的开关器件均为IGBT。

优选地，具体包括三个所述双向DC-DC变换模块以及三个所述三电平逆变模块；

所述三电平PWM整流模块分别连接三个所述双向DC-DC变换模块的原边，每个所述双向DC-DC变换模块的副边连接一个所述三电平逆变模块。

本申请第二方面提供一种电压暂降发生器，包括多个上述第一方面所述的任一种电压暂降发生单元；

多个所述电压暂降发生单元并联。

优选地，具体包括四个所述电压暂降发生单元。

从以上技术方案可以看出，本申请具有以下优点：

本申请中，提供了一种电压暂降发生单元，包括三电平PWM整流模块、双向DC-DC变换模块以及三电平逆变模块。其中，双向DC-DC变换模块包括均为隔离型的第一双向DC-DC变换器与第二双向DC-DC变换器。可见，本申请中采用双向DC-DC变换器代替现有大功率电压暂降发生器中的工频变压器，从而使得中间级能够采用模块化设计，后级也能采用模块化的设计，因此能够大幅度减少电压暂降发生器的体积与重量。

并且，本申请提供的电压暂降发生单元，以单相电压暂降测试需求为单位设计，若只需要进行单相电压暂降测试，只需要运输一个三电平PWM整流模块、一个双向DC-DC变换模块以及一个三电平逆变模块到现场即可接线测试，不需要如原来将整套针对三相电压暂降测试的发生器搬去，大大提高了电压暂降发生器在适应不同需求时的灵活性。

另一方面，本申请提供电压暂降发生单元，前级、中间级与后级均对应三电平，其中后级可以设置中性点端，通过多个电压暂降发生单元的组合后使用，可以满足三相四线制的接线要求，因而也提高了发生器的适应不同测试需求的能力。

附图说明

图1为本申请提供的一种实现方式下的电压暂降发生单元的结构示意图；

图2为本申请提供的一种实现方式下的双向DC-DC变换模块的结构示意图；

图3为本申请提供的一种实现方式下的三电平逆变模块的结构示意图；

图4为本申请提供的一种实现方式下的三电平PWM整流器的结构示意图；

图5为本申请提供的另一种实现方式下的电压暂降发生单元的结构示意图；

附图标记：三电平PWM整流模块1，双向DC-DC变换模块2，三电平逆变模块3。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

现有的大功率电压暂降发生器，通常设置有工频变压器，工频变压器的加入使得整个发生器变得笨重，在对某些设备进行测试时，甚至由于体积太大无法进入工业电梯，测试过程很不方便。

另一方面，对于不同设备测试敏感向量的不同导致被测试设备对电压暂降发生器产生的电压暂降程度不一，例如：对于交流接触器，除了暂降幅值、暂降持续时间外，相位跳变以及暂降起始点对其影响较为严重，而对于变频调速系统，除了暂降幅值、暂降持续时间外，还需要对不同类型的电压跌落分类，如三相、两相以及单相故障等。而现有发生器均是针对三相电压暂降测试设计，其在用于单相电压暂降测试时显得小题大做；此外，现有发生器只是针对三相三线制设计，难以满足有三相四线制的测试需求的设备。

本申请提供了一种电压暂降发生单元，包括：三电平PWM整流模块1、双向DC-DC变换模块2以及三电平逆变模块3。其中，双向DC-DC变换模块2包括均为隔离型的第一双向DC-DC变换器与第二双向DC-DC变换器。

为与三电平的前级和后级连接，作为中间级的双向DC-DC变换模块2，其第一双向DC-DC变换器的原边负极可以与第二双向DC-DC变换器的原边正极连接，在该连接处可以设置一接线端，该接线端即为双向DC-DC变换模块2在整流侧的零电平端。

相应的，第一双向DC-DC变换器的副边负极可以与第二双向DC-DC变换器的副边正极连接，该连接处也引出一接线端，作为双向DC-DC变换模块2在逆变侧的中性点端。

此时，双向DC-DC变换模块2的原边可以与三电平PWM整流模块1连接，双向DC-DC变换模块2的副边可以与三电平逆变模块3连接。具体的，可以参考图1，在整流侧，双向DC-DC变换模块2的高电平端与三电平PWM整流模块1的高电平端连接，双向DC-DC变换模块2的零电平端与三电平PWM整流模块1的零电平端连接，双向DC-DC变换模块2的低电平端与三电平PWM整流模块1的低电平端连接。在逆变侧，双向DC-DC变换模块2的正极端与三电平逆变模块3的正极端连接，双向DC-DC变换模块2的中性点端与三电平PWM整流模块1的中性点端连接，双向DC-DC变换模块2的负极端与三电平PWM整流模块1的负极端连接。

可以理解，本申请提供的电压暂降发生单元，其前级、中间级与后级均采用三电平结构，可以有效降低输出波形的谐波成分。

双向DC-DC变换模块2中的第一双向DC-DC变换器与第二双向DC-DC变换器均为隔离型变换器，具体的，其内设置有用于隔离的高频变压器。

而隔离型的双向DC-DC变换器有多种，本申请中提供的优选的是双有源全桥双向DC-DC变换器，第一双向DC-DC变换器与第二双向DC-DC变换器均选用双有源全桥双向DC-DC变换器，两者通过连接构成双向DC-DC变换模块2。双向DC-DC变换模块2的具体电路结构可以参见图2。

三电平逆变模块3同样有多种可以使用的逆变电路，本申请提供一种优选的实现方式，采用三电平半桥逆变电路，具体为三电平二极管钳位式逆变器，其具体的电路结构可以参见图3。

三电平PWM整流器的电路结构可以参见图4。

三电平PWM整流模块1、双向DC-DC变换模块2以及三电平逆变模块3中的开关器件可以统一选择IGBT，统一后有利于电路参数的标准化设计，降低制造成本。

参见图1至图4可知，三电平PWM整流模块1、双向DC-DC变换模块2以及三电平逆变模块3在级联后可以形成适用单相电压暂降测试的发生单元。而在面对三相电压暂降测试的需求时，可以设置三个双向DC-DC变换模块2以及三个三电平逆变模块3。如图5所示，其中，三电平PWM整流模块1分别连接三个双向DC-DC变换模块2的原边，每个双向DC-DC变换模块2的副边连接一个三电平逆变模块3。

通过上述设置形成的发生单元可以适应三相电压暂降测试的需求，并且，后级的三电平逆变模块3具有中性点端，因此可以满足三相三线/三相四线的工作需求。而另一方面，中间级包括六个双向DC-DC变换器，六个双向DC-DC变换器并联可以均分整流部分的输出功率，使得加载在功率开关管上的电流大为减小，降低了对功率开关管的要求，中间级模块的体积可以减小，功率密度也可以显著提高。

以上是对本申请提供的电压暂降发生单元的详细说明。本申请提供的电压暂降发生单元，采用双向DC-DC变换器代替现有大功率电压暂降发生器中的工频变压器，从而使得中间级能够采用模块化设计，后级也能采用模块化的设计，因此能够大幅度减少电压暂降发生器的体积与重量。与此同时，模块化后，电压暂降发生单元对不同测试需求的适应灵活性也大大提高。

例如，可以通过设置三个双向DC-DC变换模块2以及三个三电平逆变模块3，组合成适用三相电压暂降试验的发生单元，并且能够满足三相三线/三相四线的需求。又例如，在进行单相电压暂降测试时，可以只搬运一个三电平PWM整流模块1、一个双向DC-DC变换模块2以及一个三电平逆变模块3到现场即可接线测试，不需要如原来将整套针对三相电压暂降测试的发生器搬去。

本申请还提供了一种电压暂降发生器，以适应通常需要大功率输出的电压暂降测试。具体的，本申请提供的电压暂降发生器，包括多个上述任一种实现方式下的电压暂降发生单元，多个电压暂降发生单元之间采用并联。

电压暂降发生单元并联后，可以提高发生器的输出功率。比如对于单一的电压暂降发生单元，其输出功率可达50KVA，但在四个电压暂降发生单元并联后，整机的输出功率可达200KVA。

当然，需要注意的是，输出功率的叠加可以适用单相电压暂降也可以适用两相、三相等电压暂降测试，具体取决于所选择的电压暂降发生单元。比如，当选择多个适用单相电压暂降测试的发生单元(即一个三电平PWM整流模块1、一个双向DC-DC变换模块2以及一个三电平逆变模块3级联形成的电压暂降发生单元)并联时，电压暂降发生器适用大功率的单相电压暂降测试。而选择多个适用三相电压暂降测试的发生单元(即一个三电平PWM整流模块1、三个双向DC-DC变换模块2以及三个三电平逆变模块3级联形成的电压暂降发生单元)并联时，电压暂降发生器可以适用大功率的三相电压暂降测试。

本申请的说明书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

应当理解，在本申请中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：只存在A，只存在B以及同时存在A和B三种情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。

以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种电压暂降发生单元，其特征在于，包括：三电平PWM整流模块、双向DC-DC变换模块以及三电平逆变模块；

所述双向DC-DC变换模块包括均为隔离型的第一双向DC-DC变换器与第二双向DC-DC变换器；

所述第一双向DC-DC变换器的原边负极与所述第二双向DC-DC变换器的原边正极连接形成所述双向DC-DC变换模块原边的零电平端；

所述第一双向DC-DC变换器的副边负极与所述第二双向DC-DC变换器的副边正极连接形成所述双向DC-DC变换模块副边的中性点端；

所述双向DC-DC变换模块的原边与所述三电平PWM整流模块连接，所述双向DC-DC变换模块的副边与所述三电平逆变模块连接，具体包括：

在整流侧，所述双向DC-DC变换模块的高电平端与所述三电平PWM整流模块的高电平端连接，所述双向DC-DC变换模块的零电平端与所述三电平PWM整流模块的零电平端连接，所述双向DC-DC变换模块的低电平端与所述三电平PWM整流模块的低电平端连接；

在逆变侧，所述双向DC-DC变换模块的正极端与所述三电平逆变模块的正极端连接，所述双向DC-DC变换模块的中性点端与所述三电平逆变模块的中性点端连接，所述双向DC-DC变换模块的负极端与所述三电平逆变模块的负极端连接；

所述三电平PWM整流模块、所述三电平逆变模块和所述双向DC-DC变换模块均采用三电平结构，用于降低输出波形的谐波成分。

2.根据权利要求1所述的电压暂降发生单元，其特征在于，所述第一双向DC-DC变换器与所述第二双向DC-DC变换器内均设置有用于隔离的高频变压器。

3.根据权利要求2所述的电压暂降发生单元，其特征在于，所述第一双向DC-DC变换器与所述第二双向DC-DC变换器具体为双有源全桥双向DC-DC变换器。

4.根据权利要求1所述的电压暂降发生单元，其特征在于，所述三电平逆变模块具体为三电平半桥逆变模块。

5.根据权利要求4所述的电压暂降发生单元，其特征在于，所述三电平半桥逆变模块包括三电平二极管钳位式逆变器。

6.根据权利要求1所述的电压暂降发生单元，其特征在于，所述三电平PWM整流模块、所述双向DC-DC变换模块以及所述三电平逆变模块中的开关器件均为IGBT。

7.根据权利要求1至6任一项所述的电压暂降发生单元，其特征在于，具体包括三个所述双向DC-DC变换模块以及三个所述三电平逆变模块；

所述三电平PWM整流模块分别连接三个所述双向DC-DC变换模块的原边，每个所述双向DC-DC变换模块的副边连接一个所述三电平逆变模块。

8.一种电压暂降发生器，其特征在于，包括多个如权利要求1至7任一项所述的电压暂降发生单元；

多个所述电压暂降发生单元并联。

9.根据权利要求8所述的电压暂降发生器，其特征在于，具体包括四个所述电压暂降发生单元。