CN111983501A - 一种模块化的能馈式交直流虚拟负载 - Google Patents

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杜婉琳
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Abstract

本发明提供了一种模块化的能馈式交直流虚拟负载，所述虚拟负载包括三电平PWM整流器、双向隔离DC/DC变换器和并网逆变器，通过所述三电平PWM整流器将三相交流电压转变直流电压分别输入到三个双向隔离DC/DC变换器内，各双向隔离DC/DC变换器均分三电平PWM整流器的输出功率，使得加载在功率开关管上的电流大为减小，单个双向隔离DC/DC变换器的体积小，功率密度显著提高，同时实现了输入端与输出端的电气隔离，阻止一部分的谐波传输，提高了波形质量，并降低了人身和设备风险以及能够实现高效率的输出，提高了虚拟负载对实际负载精确模拟的精度，双向隔离DC/DC变换器输出至对应的并网逆变器将直流电压逆变成交流电压后反馈到电网中。

Description

一种模块化的能馈式交直流虚拟负载
技术领域
本发明属于电路负载的测试领域，尤其涉及一种模块化的能馈式交直流虚拟负载。
背景技术
虚拟负载是利用电子元件吸收电能并将其消耗的一种负载。其中的电子元件一般为功率场效应管(POWER MOS)、绝缘栅型双极型晶体管(IGBT)等功率半导体器件。由于采用了功率半导体器件替代电阻等作为电能消耗的载体，使得负载的调节和控制易于实现，能达到很高的调节精度和稳定性。同时通过灵活多样的调节和控制方法，不仅可以模拟普通负载的情况，还可以模拟一些特殊的负载波形曲线，测试电源设备的动态和瞬态特性，这是电阻等负载形式所不能实现的功能。
虚拟负载不仅可以模拟真实环境中的负载，还能够准确检测出负载电压，精确调整负载电流，同时可以实现模拟负载短路、负载的阻性或容性、容性负载电流上升时间等。虚拟负载已经成为设计研发、生产线及检测等方面的有力工具。现有技术中当将虚拟负载应用于大功率场合时，因为有工频隔离变压器，随着功率等级的增加，工频隔离变压器的体积和重量会成倍增长，无法满足通过人工装卸搬运来满足实验室和工业现场移动的需求。
发明内容
本发明提供了一种模块化的能馈式交直流虚拟负载，解决了现有技术中存在的当将虚拟负载应用于大功率场合时，因为有工频隔离变压器，随着功率等级的增加，工频隔离变压器的体积和重量会成倍增长，无法满足通过人工装卸搬运来满足实验室和工业现场移动的需求的技术问题。
本发明提供的一种模块化的能馈式交直流虚拟负载，所述虚拟负载包括三电平PWM整流器、双向隔离DC/DC变换器和并网逆变器，三个所述双向隔离DC/DC变换器的第一输入端均接入到三电平PWM整流器的第一输出端，所述三个双向隔离DC/DC变换器的第二输入端均接入到三电平PWM整流器的第二输出端，各双向隔离DC/DC变换器的输出端分别连接对应的并网逆变器。
优选地，三个所述双向隔离DC/DC变换器内的开关器件均为同一型号的开关器件。
优选地，三个所述并网逆变器内的开关器件均为同一型号的开关器件。
优选地，所述三电平PWM整流器内的与各所述并网逆变器内的开关器件均为同一型号的开关器件。
优选地，所述三电平PWM整流器为二极管箝位三电平PWM整流器。
优选地，所述双向隔离DC/DC变换器为CLLLC型双向隔离变换器。
优选地，所述三电平PWM整流器的输入端接入三相电压。
优选地，所述三个双向隔离DC/DC变换器分别为第一双向隔离DC/DC变换器、第二双向隔离DC/DC变换器和第三双向隔离DC/DC变换器；所述三个并网逆变器分别为第一并网逆变器、第二并网逆变器和第三并网逆变器；所述第一双向隔离DC/DC变换器的输出端连接第一并网逆变器的输入端，所述第二双向隔离DC/DC变换器的输出端连接第二并网逆变器的输入端，所述第三双向隔离DC/DC变换器的输出端连接第三并网逆变器的输入端。
优选地，所述第一并网逆变器的第一输出端输出A相电压，第二输出端输出零相；所述第二并网逆变器第一输出端输出B相电压，第二输出端输出零相；所述第三并网逆变器第一输出端输出C相电压，第二输出端输出零相。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
本发明提供了一种模块化的能馈式交直流虚拟负载，所述虚拟负载包括三电平PWM整流器、双向隔离DC/DC变换器和并网逆变器，通过所述三电平PWM整流器将三相交流电压转变直流电压分别输入到三个双向隔离DC/DC变换器内，各双向隔离DC/DC变换器均分三电平PWM整流器的输出功率，使得加载在功率开关管上的电流大为减小，单个双向隔离DC/DC变换器的体积小，功率密度显著提高，同时实现了输入端与输出端的电气隔离，阻止一部分的谐波传输，提高了波形质量，并降低了人身和设备风险以及能够实现高效率的输出，提高了虚拟负载对实际负载精确模拟的精度，双向隔离DC/DC变换器输出至对应的并网逆变器将直流电压逆变成交流电压后反馈到电网中，从而实现了在大功率的场合，能够减小工频隔离变压器重量以及体积，进而解决了现有技术中存在的当将虚拟负载应用于大功率场合时，因为有工频隔离变压器，随着功率等级的增加，工频隔离变压器的体积和重量会成倍增长，无法满足通过人工装卸搬运来满足实验室和工业现场移动的需求的技术问题。
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，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例提供的一种模块化的能馈式交直流虚拟负载的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种模块化的能馈式交直流虚拟负载的三电平PWM整流器的电路图；
图3为本发明实施例提供的一种模块化的能馈式交直流虚拟负载的双向隔离DC/DC变换器的电路图；
图4为本发明实施例提供的一种模块化的能馈式交直流虚拟负载的并网逆变器的电路图。
对应说明书附图内的附图标记参考如下：
1、三电平PWM整流器；2、双向隔离DC/DC变换器；21、第一双向隔离DC/DC变换器；22、第二双向隔离DC/DC变换器；23、第三双向隔离DC/DC变换器；3、并网逆变器；31、第一并网逆变器；32、第二并网逆变器；33、第三并网逆变器。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种模块化的能馈式交直流虚拟负载，用于解决现有技术中存在的当将虚拟负载应用于大功率场合时，因为有工频隔离变压器，随着功率等级的增加，工频隔离变压器的体积和重量会成倍增长，无法满足通过人工装卸搬运来满足实验室和工业现场移动的需求的技术问题。
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明实施例提供的一种模块化的能馈式交直流虚拟负载，所述虚拟负载包括三电平PWM整流器1、双向隔离DC/DC变换器2和并网逆变器3，三个所述双向隔离DC/DC变换器2的第一输入端均接入到三电平PWM整流器1的第一输出端，所述三个双向隔离DC/DC变换器2的第二输入端均接入到三电平PWM整流器1的第二输出端，各双向隔离DC/DC变换器2的输出端分别连接对应的并网逆变器3。
本发明的实施例提供了一种模块化的能馈式交直流虚拟负载，所述虚拟负载包括三电平PWM整流器1、双向隔离DC/DC变换器2和并网逆变器3，通过所述三电平PWM整流器1将三相交流电压转变直流电压分别输入到三个双向隔离DC/DC变换器2内，各双向隔离DC/DC变换器2均分三电平PWM整流器1的输出功率，使得加载在功率开关管上的电流大为减小，单个双向隔离DC/DC变换器2的体积小，功率密度显著提高，同时实现了输入端与输出端的电气隔离，阻止一部分的谐波传输，提高了波形质量，并降低了人身和设备风险以及能够实现高效率的输出，提高了虚拟负载对实际负载精确模拟的精度，双向隔离DC/DC变换器2输出至对应的并网逆变器3将直流电压逆变成交流电压后反馈到电网中，所述三电平PWM整流器1、双向隔离DC/DC变换器和并网逆变器都是可以直接拆装移动的器件，实现了在大功率的场合，能够减小工频隔离变压器重量以及体积，接线方式灵活、拆卸安装灵活，节约了大量人力财力和时间成本，进而解决了现有技术中存在的当将虚拟负载应用于大功率场合时，因为有工频隔离变压器，随着功率等级的增加，工频隔离变压器的体积和重量会成倍增长，无法满足通过人工装卸搬运来满足实验室和工业现场移动的需求的技术问题。如图2所述，所述三电平PWM整流器1优选为二极管箝位三电平PWM整流器1。所述三电平PWM整流器1除了二极管箝位三电平PWM整流器1外也适用于各种三电平PWM整流器1。三电平PWM整流器1的每个主开关器件关断时所承受的电压仅为直流侧电压的一半，因此，三电平PWM整流器1特别适合于高电压大容量的应用场合。另外，采用三电平PWM整流器1使得模拟负载的输入电流或者输入电压特性时正弦度更高，波形质量更好。所述三电平PWM整流器1的输入端接入三相电压。通过三电平PWM整流器1整流后输出直流电压至双向DC/DC变换器。
如图3所示，所述双向隔离DC/DC变换器2优选为CLLLC型双向隔离变换器，双向隔离DC/DC变换器2除了CLLLC型双向隔离变换器外也适用于各种双向的隔离变换器拓扑，通过三个双向隔离DC/DC变换器2均分三电平PWM整流器1输出功率，使得加载在三个双向隔离DC/DC变换器2上的功率开关管上的电流大为减小，从而使得各个的双向隔离DC/DC变换器2体积小，能够便于人为的进行移动，而且功率密度显著提高；同时三个双向隔离DC/DC变换器2实现了输入端与输出端的电气隔离，阻止一部分的谐波传输，提高了波形质量，并降低了人身和设备风险；另外，通过双向隔离DC-DC变换器本身通过控制可以实现高效率的输出，提高了虚拟负载对实际负载精确模拟的精度。
其中，所述三个所述双向隔离DC/DC变换器2内的功率开关管均为同一型号的功率开关管。采用同一型号的功率开关管是为了更好的进行更替。
如图4所示，所述三个并网逆变器3分别为第一并网逆变器31、第二并网逆变器32和第三并网逆变器33；所述三个双向隔离DC/DC变换器2分别为第一双向隔离DC/DC变换器21、第二双向隔离DC/DC变换器22和第三双向隔离DC/DC变换器23；所述第一双向隔离DC/DC变换器21的输出端连接第一并网逆变器31的输入端，所述第二双向隔离DC/DC变换器22的输出端连接第二并网逆变器32的输入端，所述第三双向隔离DC/DC变换器23的输出端连接第三并网逆变器33的输入端。所述第一并网逆变器31的第一输出端输出A相电压，第二输出端输出零相；所述第二并网逆变器32第一输出端输出B相电压，第二输出端输出零相；所述第三并网逆变器33第一输出端输出C相电压，第二输出端输出零相。三个并网逆变器3的第一输出端和第二输出端均可以灵活接线，满足三相三线/三相四线工作需要，同时使虚拟负载能够向电网回馈能量。
本发明实施例中一种模块化的能馈式交直流虚拟负载的不仅能模拟阻性、感性、容性以及阻性+感性+容性不同比例的综合负载，还能模拟谐波源负载、电机负载等。
其中，三个所述并网逆变器3内的开关器件均为同一型号的开关器件。设置为同一型号的开关器件便于进行更换。
其中，所述三电平PWM整流器1内的与各所述并网逆变器3内的开关器件均为同一型号的开关器件。便于维修和组装，降低成本。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，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，仅仅为一种模块化的能馈式交直流虚拟负载逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，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，在本发明各个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。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元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全部或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-OnlyMemory)、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。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；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：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发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种模块化的能馈式交直流虚拟负载，其特征在于，所述虚拟负载包括三电平PWM整流器、双向隔离DC/DC变换器和并网逆变器，三个所述双向隔离DC/DC变换器的第一输入端均接入到三电平PWM整流器的第一输出端，所述三个双向隔离DC/DC变换器的第二输入端均接入到三电平PWM整流器的第二输出端，各双向隔离DC/DC变换器的输出端分别连接对应的并网逆变器。
2.根据权利要求1所述的一种模块化的能馈式交直流虚拟负载，其特征在于，三个所述双向隔离DC/DC变换器内的功率开关管均为同一型号的功率开关管。
3.根据权利要求2所述的一种模块化的能馈式交直流虚拟负载，其特征在于，三个所述并网逆变器内的开关器件均为同一型号的开关器件。
4.根据权利要求3所述的一种模块化的能馈式交直流虚拟负载，其特征在于，所述三电平PWM整流器内的与各所述并网逆变器内的开关器件均为同一型号的开关器件。
5.根据权利要求4所述的一种模块化的能馈式交直流虚拟负载，其特征在于，所述三电平PWM整流器为二极管箝位三电平PWM整流器。
6.根据权利要求5所述的一种模块化的能馈式交直流虚拟负载，其特征在于，所述双向隔离DC/DC变换器为CLLLC型双向隔离变换器。
7.根据权利要求6所述的一种模块化的能馈式交直流虚拟负载，其特征在于，所述三电平PWM整流器的输入端接入三相电压。
8.根据权利要求7所述的一种模块化的能馈式交直流虚拟负载，其特征在于，所述三个双向隔离DC/DC变换器分别为第一双向隔离DC/DC变换器、第二双向隔离DC/DC变换器和第三双向隔离DC/DC变换器；所述三个并网逆变器分别为第一并网逆变器、第二并网逆变器和第三并网逆变器；所述第一双向隔离DC/DC变换器的输出端连接第一并网逆变器的输入端，所述第二双向隔离DC/DC变换器的输出端连接第二并网逆变器的输入端，所述第三双向隔离DC/DC变换器的输出端连接第三并网逆变器的输入端。
9.根据权利要求8所述的一种模块化的能馈式交直流虚拟负载，其特征在于，所述第一并网逆变器的第一输出端输出A相电压，第二输出端输出零相；所述第二并网逆变器第一输出端输出B相电压，第二输出端输出零相；所述第三并网逆变器第一输出端输出C相电压，第二输出端输出零相。
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