CN111478330A - 一种交直流混合波的生成方法 - Google Patents

Abstract

一种交直流混合波的生成方法，包括以下步骤：直流波生成：(S11)在t0时刻，开始直流回路充能，在t1时刻前完成直流回路充能；(S12)在t1时刻，直流回路内开始电能与磁能转换；交流波生成：(S21)在t01时刻，开始交流回路充能，在t02时刻完成交流回路充能，(S22)在t02时刻，交流回路开始释放电能；混合波生成：(S31)在t3时刻，直流回路的电能与磁能转换达到预设的起始状态，将直流回路产生的直流波接入测试品；控制交流回路将产生的交流波接入测试品；其中：t0<t01<t02<t1<t3。本发明通过控制直流回路和交流回路分别产生了直流波和交流波，并将直流波和交流波进行混合的方式产生了交直流混合波，该方法控制逻辑简单、产生的混合波的混合效果更为突出。

Description

一种交直流混合波的生成方法

技术领域

本发明属于远程输电领域，具体涉及一种交直流混合波的生成方法。

背景技术

目前，柔性直流输电相比于传统直流输电日益显示出自身的优势，但柔性直流输电技术目前也存在一些较为明显的问题，其中最明显的是发生短路故障时，工作稳定性很难得到保障。

目前，为了解决这一问题，大家主要通过交直流混合波的技术，来模拟电网短路电流，但目前的交直流混合波的技术存在着产生方法复杂、混合效果差等缺点。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种交直流混合波的生成方法，所述交直流混合波的生成方法过程简单，并解决了产生交直流混合波的过程复杂和混合效果差的问题。

根据本发明实施例的交直流混合波的生成方法，包括以下步骤：直流波生成：(S11)在t0时刻，开始直流回路充能，在t1时刻前完成所述直流回路充能；(S12)在t1时刻，所述直流回路内开始电能与磁能转换；交流波生成：(S21)在t01时刻，开始交流回路充能，在t02时刻完成所述交流回路充能，(S22)在t02时刻，所述交流回路开始释放电能；混合波生成：(S31)在t3时刻，所述直流回路的电能与磁能转换达到预设的起始状态，将所述直流回路产生的直流波接入测试品；控制所述交流回路将产生的交流波接入测试品；其中：t0<t01<t02<t1<t3。

根据本发明实施例的交直流混合波的生成方法，至少具有如下技术效果：通过控制直流回路和交流回路分别产生了直流波和交流波，并将直流波和交流波进行混合的方式产生了交直流混合波，该方法控制逻辑简单。同时，通过对直流回路和交流回路充能、放电等步骤进行严格的时间控制，使产生的交直流混合波的混合效果更为突出。

根据本发明的一些实施例，所述直流波生成过程还包括以下步骤：在t2时刻，所述直流回路内电能完全转换为磁能；t1<t2<t3。

根据本发明的一些实施例，在t3时刻，所述直流回路内的第一电容上的反向电压在60V～240V。

根据本发明的一些实施例，所述直流回路完成充能的判断条件：当设置于所述直流回路内的第一电容的电压大于等于预设的第一充能电压V1和/或所述第一电容的充能时间大于等于预设的第一充能时长T1时，所述第一电容完成充能。

根据本发明的一些实施例，所述第一充能时长T1采用的是3.5倍所述直流回路中预设的充电时间常数。

根据本发明的一些实施例，所述交流回路完成充能的判断条件：当设置于所述交流回路内的第二电容的电压大于等于预设的第二充能电压V2和/或所述第二电容的充能时间大于等于预设的第二充能时长T2时，所述第二电容完成充能。

根据本发明的一些实施例，所述第二充能时长T2采用的是3.5倍所述交流回路中预设的充电时间常数。

根据本发明的一些实施例，上述交直流混合波的生成方法还包括以下步骤：在t3时刻后，经过预设的安保时长T3才能对所述直流回路和交流回路再次开始充能。

根据本发明的一些实施例，上述交直流混合波的生成方法还包括以下步骤：在t0时刻前，实时检测设置于所述直流回路内的第一电容的电压和设置于所述交流回路内的第二电容的电压，如果所述第一电容的电压和所述第二电容的电压皆未降至预设的初始安全电压V3以下，所述第一电容和第二电容禁止开始充能。

根据本发明的一些实施例，所述直流回路的放电时间常数τ1和所述交流回路的放电时间常数τ2皆不小于25s。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的说明。

图1是本发明实施例的直流回路原理图；

图2是本发明实施例的直流回路流程框图；

图3是本发明实施例的第一电容的电压与时间曲线图；

图4是本发明实施例的交流回路原理图；

图5是本发明实施例的交流回路流程框图；

图6是本发明实施例的第二电容的电压与时间曲线图；

图7是本发明实施例的原理图；

图8是本发明实施例的流程框图；

图9是图3和图6的复合图；

图10是本发明实施例的交流回路连接排的结构示意图。

附图标记：

直流回路100、第一供电单元110、第一调压器111、第一主接触器112、第一软启动单元113、第一整流桥114、第一接触器120、第一电容130、第一放电电阻140、第二电子开关组件150、第一电感160、

第一电子开关组件200、

交流回路300、第二供电单元310、第二调压器311、第二主接触器312、第二软启动单元313、第二整流桥314、第二接触器320、第二电容330、第二放电电阻340、第二电感350、第三电子开关组件360、

上铜排410、下铜排420、绝缘子430。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，如果有描述到第一、第二等等只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

下面参考图1至图10描述根据本发明实施例的交直流混合波的生成方法。

在说明本方法之前，这里先描述一下应用了本发明实施例的方法生成混合波的装置，以便于对本发明实施例的方法的理解。

一种生成混合波的装置包括:直流回路100、第一电子开关组件200、交流回路300、控制单元。直流回路100包括第一供电单元110、第一接触器120、第一电容130、第一放电电阻140、第二电子开关组件150、第一电感160。

直流回路100包括：第一供电单元110、第一接触器120、第一电容130、第一放电电阻140、第二电子开关组件150、第一电感160。第一供电单元110，其输入端用于连接外部三相电源，其正极输出端与测试品的第一连接端连接；第一接触器120，其一端与第一供电单元110的负极输出端连接；第一电容130，正极与第一供电单元110的正极输出端连接，负极与第一接触器120的另一端连接；第一放电电阻140，其与第一电容130并联；第二电子开关组件150，其第二连接端与第一电容130的负极连接；第一电感160，其一端与第二电子开关组件150的第一连接端连接，另一端与第一电容130的正极连接。参考图1，在一些实施例中，第一供电单元110包括依次连接第一调压器111、第一主接触器112、第一软启动单元113、第一整流桥114；第一调压器111的输入端用于连接外部电源；第一整流桥114的正输出端连接第一电容130的正极，负极与第一接触器120的一端连接。通过控制第一接触器120的通断和第一主接触器112的通断可以实现对第一电容130的充能与停止充能的操作。通过第二电子开关组件150可以控制第一电容130与第一电感160的能量交换。此外，在需要实现高压短路模拟时，可以通过在第一主接触器112、第一软启动单元113增加第一升压变压器进行升压。

交流回路300包括：第二供电单元310、第二接触器320、第二电容330、第二放电电阻340、第三电子开关组件360、第二电感350。第二供电单元310，其输入端用于连接外部三相电源，负极输出端与测试品的第一连接端连接；第二接触器320，其一端与第二供电单元310的正极输出端连接；第二电容330，正极与第二接触器320的另一端连接，负极与第二供电单元310的负极输出端连接；第二放电电阻340，其与第二电容330并联；第二电感350，其一端与第二电容330的正极连接；第三电子开关组件360，其第一连接端与第二电感350的另一端连接，其第二连接端与第一电子开关组件200的第一连接端连接。在一些实施例中，参考图4，第二供电单元310包括依次连接第二调压器311、第二主接触器312、第二软启动单元313、第二整流桥314；第二调压器311的输入端用于连接外部电源；第二整流桥314的正输出端连接第二电容330的正极，负极与第二接触器320的一端连接。通过控制第二接触器320的通断和第二主接触器312的通断可以实现对第二电容330的充能与停止充能的操作。此外，在需要实现高压短路模拟时，可以通过在第二主接触器312、第二软启动单元313增加第二升压变压器进行升压。

下面描述根据本发明实施例的交直流混合波的生成方法。

根据本发明实施例的交直流混合波的生成方法，包括以下步骤：

直流波生成：(S11)在t0时刻，开始直流回路100充能，在t1时刻前完成直流回路100充能；(S12)在t1时刻，直流回路100内开始电能与磁能转换；

交流波生成：(S21)在t01时刻，开始交流回路300充能，在t02时刻完成交流回路300充能，(S22)在t02时刻，交流回路300开始释放电能；

混合波生成：(S31)在t3时刻，直流回路100的电能与磁能转换达到预设的起始状态，将直流回路100产生的直流波接入测试品；控制交流回路300将产生的交流波接入测试品；

其中：t0<t01<t02<t1<t3。

在试验开始之前，首先需要确定试验要求模拟的交直流混合波中直流波和交流波的大小，再根据直流波的大小反推出需要对直流回路100充能的多少，在一些实施例中，就是确定直流回路100中的第一电容130需要的电压值；同理，对交流回路300的充能也采用同样的方式进行确定。

参考图1至图3，t0时刻，直流回路100充能，在t1时刻前，充能需要完成，直流回路100内部在t1时刻就开始了将电能转换为磁能，在t3时刻，直流回路100中电能和磁能的转换达到了预设的起始状态，此时将直流回路100产生的直流波输入到测试品。起始状态的确定需要根据不同试验的要求进行设定，结合图1至图3，在t0时刻前对直流回路100中的第一电容130的电压的控制主要通过调整第一调压器111的输出完成。第一调压器111调整结束后，在t0时刻，通过接通第一主接触器112和第一接触器120，便可以开始对第一电容130进行充电。充电完成后断开第一主接触器112和第一接触器120即完成直流回路100的充电过程。

参考图4至图6，t01时刻，交流回路300充能，在t02时刻需要完成交流回路300的充能，并在t3时刻将交流回路300接入到测试品。结合图4至图6，在t01时刻前对交流回路300中的第二电容330的电压的控制主要通过调整第二调压器311的输出完成。第二调压器311调整结束后，在t01时刻，通过接通第二主接触器312和第二接触器320，便可以开始对第二电容330进行充电。充电完成后断开第二主接触器312和第二接触器320即完成交流回路300的充电过程。参考图4，在实际操作中，在充电完成断开第二接触器320后，第二电容330便开始放电，但是此时距离t3时刻还有一定的时间差，为了保证交流回路300接入测试品时电压还能满足试验的需求，因此在充能时，会将第二电容330上的电压充高一些，以弥补时间差内放电带来的电压损失。参考图6，可以看出第二电容330上的电压实际充电到V2+△V。此外需要说明，t02时刻越接近t1时刻越好，此时需要考虑的电压损失就越小。在实际操作中，通过控制t02时刻与t1时刻之间的时间间隔，同时，再增加交流回路300的放电时间常数τ2，这样可以有效减少电压损失，极大的提高最后的交直流混合波的模拟效果。

进一步结合图7至图9。直流回路100在t1时刻开始电能与磁能的转换通过第二电子开关组件150完成，在t3时刻直流回路100产生的直流波接入测试品通过第一电子开关组件200完成。交流回路300产生的交流波在t3时刻接入测试品通过第三电子开关组件360完成。t3时刻，直流波和交流波同时接入测试品，实现了试验所需的交直流混合波效果。

根据本发明实施例的交直流混合波的生成方法，通过控制直流回路100和交流回路300分别产生了直流波和交流波，并将直流波和交流波进行混合的方式产生了交直流混合波，该方法控制逻辑简单。同时，通过对交流波和直流波的产生时间进行了严格的控制，使产生的交直流混合波的混合效果更为突出。

在本发明的一些实施例中，上述直流波生成过程还包括以下步骤：在t2时刻，直流回路100内电能完全转换为磁能；t1<t2<t3。参考图3，t1时刻至t2时刻，直流回路100中第一电容130电压从最大值变为了0，此时直流回路100中的电能已经转换为了磁能，在t2时刻之后，第一电感160开始反过来向第一电容130充电，此时第一电容130两端的电压与开始的电压方向相反，当第一电容130上的反向电压达到试验要求时，会将直流回路100产生的直流波接入测试品，特别说明的是，反向之后的电压达到试验要求的时刻即是t3时刻。在一些实施例中，第一电容130上的反向电压在60V～240V区间时即可开通第一电子开关组件200，将直流波接入测试品。

在本发明的一些实施例中，直流回路100完成充能的判断条件：当设置于直流回路100内的第一电容130的电压大于等于预设的第一充能电压V1和/或第一电容130的充能时间大于等于预设的第一充能时长T1时，第一电容130完成充能。参考图1至图3。第一充能电压V1的设定根据试验的需求设定的，实验需要多大的直流波，则根据所需反推出第一电容130所需要充入的最大电压。第一充能时长T1是根据直流回路100中的充电时间常数来确定的，在一些实施例中，第一充能时长T1采用的是3.5倍充电时间常数。而时间常数是根据第一软启动单元113中的软启动电阻和第一电容130的大小来确定，通过改变软启动电阻和第一电容130的大小可以改变第一充能时长T1的大小。此外，因为直流回路100中的软启动电阻的引入，因此在设置第一充能电压V1需要考虑到软启动电阻带来的压降。

在本发明的一些实施例中，交流回路300完成充能的判断条件：当设置于交流回路300内的第二电容330的电压大于等于预设的第二充能电压V2和/或第二电容330的充能时间大于等于预设的第二充能时长T2时，第二电容330完成充能。参考图4至图6。第二充能电压V2的设定根据试验的需求设定的，实验需要多大的交流波，则根据所需反推出第二电容330所需要充入的最大电压。第二充能时长T2是根据交流回路300中的充电时间常数来确定的，在一些实施例中，第二充能时长T2采用的是3.5倍充电时间常数。而时间常数是根据第二软启动单元313中的软启动电阻和第二电容330的大小来确定，通过改变软启动电阻和第二电容330的大小可以改变第二充能时长T2的大小。此外，因为交流回路300中的软启动电阻的引入，因此在设置第二充能电压V2需要考虑到软启动电阻带来的压降。

在本发明的一些实施例中，上述交直流混合波的生成方法还包括以下步骤：在t3时刻后，经过预设的安保时长T3才能对直流回路100和交流回路300再次开始充能。因为实验设备不是属于一次性设备，因此依次试验结束后可能进行第二次试验。此时需要考虑到，因为模拟出的短路电流幅值高，能量大，必须让电流发生设备完全冷却后，才能进行下一次实验，因此需要在上一次实验开始放电后经过安保时长T3才能进行下一次操作。在一些实施例中，安保时长T3采用0.5小时。

在本发明的一些实施例中，上述交直流混合波的生成方法还包括以下步骤：在t0时刻前，实时检测设置于直流回路100内的第一电容130的电压和设置于交流回路300内的第二电容330的电压，如果第一电容130的电压和第二电容330的电压皆未降至预设的初始安全电压V3以下，第一电容130和第二电容330禁止开始充能。除了时间的要求以外，为了保证试验的安全，还需要考虑电压的影响，在实验开始之前检测第一电容130和第二电容330的两端的电压，只有两者的电压都在初始安全电压V3以下时，才能够开始试验。在一些实施例中，初始安全电压V3采用50V，足以满足绝大多数试验的需求。

在本发明的一些实施例中，直流回路100的放电时间常数τ1和交流回路300的放电时间常数τ2皆不小于25s。以交流回路300为例，假设第二充能电压V2是U₀，第二电感350大小是L₀，第二电容330大小是C₀，忽略整个交流回路300寄生电阻的影响，进行以下说明，如果在交流回路300充能完成后立刻投入使用，那么交流回路300根据第二充能电压V2得到的目标电流峰值的理论值是：

但，实际情况是：交流回路300中的接触器闭合、电子开关闭合等措施都会产生延时，如果再存在一些切换的等待时间，那么在t1时刻，发生振荡时，第二电容330两端的电压已经从U₀降低至U₁，U₁的大小与第二放电电阻340的大小R₀、第二电容330大小C₀直接相关：

电压U₁对应的电流峰值是：

以i₀为基准电流，因为电路设计，时序逻辑，时间消耗所产生的电流偏差是：

当ε＝2％或者ε＝5％时，在固定的时间消耗下，对应的时间常数τ是不同的。下面可以参考表1的对趋势有所了解：

表1

因此可以得出结论，较大的时间常数，目标电流对时间消耗带来的影响不敏感，所以建议选择大的时间常数进行设计，例如：25s，而25s基本可以满足绝大部分试验的要求。

在本发明的一些实施例中，交流回路300的连接通过采用上下叠放的铜排进行。因为串联回路中的电容和电感振荡会产生一定频率的交流电流，当电容和电感量一定时，外电路的电感的大小会直接影响到频率偏差，要满足±0.5Hz的波动尤其困难。采用回路铜排上下叠放方式，使两者之间的电气间隙不大于30mm，能大大降低线路外电感，降低了频率偏差。参考图10，以一根连接铜排为例，连接铜排包括上铜排410、下铜排420、两个绝缘子430，上铜排410与下铜排420两端通过绝缘子430隔开。通过连接铜排连接各部件就可以有效的降低频率偏差。

在本发明的一些实施例中，控制单元包含了DSP、FPGA。DSP具体采用了TMS32C6713BZDPA200。FPGA同时采用了EP4CGX30CF23I7N。

在一些实施例中，对于电压的采集通过电压传感器完成。电压传感器可以较好检测电子开关组件的通断情况。通过对电子开关组件两端电压的升降来判断电子开关组件是断开还是开通。电压传感器的量程可以根据需要灵活采用。在一些实施例中，电压传感器采用的量程皆是5kV，型号皆是CHV-5KV。

在本发明的一些实施例中，第一电子开关组件200应优选能耐受较大电流变化率的器件，或者在低的正向电压时就能正常触发的器件。

在本发明的一些实施例中，第一电子开关组件200采用单向晶闸管组件，第二电子开关组件150采用单向晶闸管组件，第三电子开关组件360采用两组反并联的晶闸管组件。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上述结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种交直流混合波的生成方法，其特征在于，包括以下步骤：

直流波生成：(S11)在t0时刻，开始直流回路充能，在t1时刻前完成所述直流回路充能；(S12)在t1时刻，所述直流回路内开始电能与磁能转换；

交流波生成：(S21)在t01时刻，开始交流回路充能，在t02时刻完成所述交流回路充能，(S22)在t02时刻，所述交流回路开始释放电能；

混合波生成：(S31)在t3时刻，所述直流回路的电能与磁能转换达到预设的起始状态，将所述直流回路产生的直流波接入测试品；控制所述交流回路将产生的交流波接入测试品；

其中：t0<t01<t02<t1<t3。

2.根据权利要求1所述的交直流混合波的生成方法，其特征在于，所述直流波生成过程还包括以下步骤：

在t2时刻，所述直流回路内电能完全转换为磁能；t1<t2<t3。

3.根据权利要求1所述的交直流混合波的生成方法，其特征在于，在t3时刻，所述直流回路内的第一电容上的反向电压在60V～240V。

4.根据权利要求1所述的交直流混合波的生成方法，其特征在于，所述直流回路完成充能的判断条件：

当设置于所述直流回路内的第一电容的电压大于等于预设的第一充能电压V1和/或所述第一电容的充能时间大于等于预设的第一充能时长T1时，所述第一电容完成充能。

5.根据权利要求1所述的交直流混合波的生成方法，其特征在于，所述第一充能时长T1采用的是3.5倍所述直流回路中预设的充电时间常数。

6.根据权利要求1所述的交直流混合波的生成方法，其特征在于，所述交流回路完成充能的判断条件：

当设置于所述交流回路内的第二电容的电压大于等于预设的第二充能电压V2和/或所述第二电容的充能时间大于等于预设的第二充能时长T2时，所述第二电容完成充能。

7.根据权利要求1所述的交直流混合波的生成方法，其特征在于，所述第二充能时长T2采用的是3.5倍所述交流回路中预设的充电时间常数。

8.根据权利要求1所述的交直流混合波的生成方法，其特征在于，还包括以下步骤：

在t3时刻后，经过预设的安保时长T3才能对所述直流回路和交流回路再次开始充能。

9.根据权利要求1或8所述的交直流混合波的生成方法，其特征在于，还包括以下步骤：

在t0时刻前，实时检测设置于所述直流回路内的第一电容的电压和设置于所述交流回路内的第二电容的电压，如果所述第一电容的电压和所述第二电容的电压皆未降至预设的初始安全电压V3以下，所述第一电容和第二电容禁止开始充能。

10.根据权利要求1所述的交直流混合波的生成方法，其特征在于，所述直流回路的放电时间常数τ1和所述交流回路的放电时间常数τ2皆不小于25s。

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