CN203617708U - 能量反馈型电子负载 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种能量反馈型电子负载，包括用于产生电流的整流模块及用于能量反馈的逆变模块，整流模块与逆变模块相连，整流模块内设有有功电流整流单元、无功电流整流单元和谐波电流整流单元，逆变模块内设有有功电流逆变单元、无功电流逆变单元和谐波电流逆变单元。本实用新型通过整流模块能够模拟出电网中同时存在的有功电流、无功电流、谐波电流和三相不平衡度，也可以模拟出电网中的各种极限条件，用于检测电网中的各种条件对用电设备的影响及进行老化测试；通过逆变模块对整流模块产生的有功电流、无功电流和谐波电流进行能量回收，对三相不平衡度进行补偿，避免了有功电流、无功电流和谐波电流等接入电网，能量回收率高，节能环保。

Description

能量反馈型电子负载
技术领域
本实用新型涉及输配电系统中电能质量测试技术领域，尤其涉及一种能量反馈型电子负载。
背景技术
目前，各种电力电器、民用电器以及非线性负荷大量接入电网，造成大量的无功电流、谐波电流注入到电网当中，电网的工作环境错综复杂，相互影响和干扰。这些影响不但造成了电网输电损耗的大大增加，而且会让各种用电设备工作失常。
在现有技术中，也存在着用于模拟电网质量、对用电设备进行测试的电子负载，这类电子负载主要采用开环测试方式，也就是采用单一变量，其它参数在额定的情况下，对用电设备的一些性能或是设备的二次回路进行检测，如，仅测试系统内谐波电流的含量，或仅测试系统内三相不平衡度等等，上述测试中，谐波电流和三相不平衡度是单一变量，而其它的功率因素等均处于额定范畴内。然而，输配电系统中往往是谐波电流、功率因素、三相电流不平衡等因素共存的，上述方法的检测及监测结果均过于理想，检测的数据也难以满足配电系统实际的需求，更难以真正模拟到配电系统的现场运行环境。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述问题，提供了一种用于模拟电网中各种极限条件、具有无功电流、有功电流、谐波电流反馈功能的能量反馈型电子负载。
为解决上述问题，本实用新型的一种技术方案是：
一种能量反馈型电子负载，所述电子负载包括用于产生电流的整流模块及用于能量反馈的逆变模块，整流模块与逆变模块相连，整流模块和逆变模块上均设有用于与控制器相连的控制端；所述整流模块内设有用于产生有功电流的有功电流整流单元、用于产生无功电流的无功电流整流单元和用于产生谐波电流的谐波电流整流单元，逆变模块内设有用于吸收有功电流整流单元产生的有功电流的有功电流逆变单元、用于吸收无功电流整流单元产生的无功电流的无功电流逆变单元和用于吸收谐波电流整流单元产生的谐波电流的谐波电流逆变单元，有功电流逆变单元与有功电流整流单元相连，无功电流逆变单元与无功电流整流单元相连，谐波电流逆变单元与谐波电流整流单元相连。
优选地，所述有功电流整流单元包括顺次相连的三相四线开关S1、四相电抗器L1和整流器MK1，三相四线开关S1分别与三相线和中性线相连，所述有功电流逆变单元包括顺次相连的三相四线开关S2、四相电抗器L2和整流器MK2，三相四线开关S2分别与三相线和中性线相连，整流器MK1与整流器MK2的直流侧共用一个电容器C，所述整流器MK1和整流器MK2为电压型半桥式PWM整流器；所述无功电流整流单元和谐波电流整流单元共用有功电流整流单元的电路，所述无功电流逆变单元和谐波电流逆变单元共用有功电流逆变单元的电路。
优选地，所述整流器MK1和整流器MK2均包括A相整流器、B相整流器、C相整流器和N相整流器，各相整流器分别包括两个桥臂，每个桥臂均包括一个绝缘栅双极型晶体管和反向并联在绝缘栅双极型晶体管的发射极和集电极之间的整流二级管，每个绝缘栅双极型晶体管的栅极为控制端。
相比较于现有技术，本实用新型的能量反馈型电子负载通过整流模块能够模拟出电网中同时存在的有功电流、无功电流、谐波电流和三相不平衡度，也可以模拟出电网中的各种极限条件，用于检测电网中的各种条件对用电设备的影响及进行老化测试；本实用新型通过逆变模块对整流模块产生的有功电流、无功电流和谐波电流进行能量回收，对三相不平衡度进行补偿，避免了有功电流、无功电流和谐波电流等接入电网，能量回收率高，节能环保。
附图说明
图1是本实用新型能量反馈型电子负载的电路原理框图。
图2是本实用新型能量反馈型电子负载的电路图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例进一步详细说明本实用新型，但本实用新型的保护范围并不限于此。
参照图1，本实用新型的能量反馈型电子负载，包括整流模块和逆变模块，整流模块与逆变模块相连，整流模块和逆变模块上均设有用于与控制器相连的控制端，控制器用于控制整流模块和逆变模块的输出。整流模块用于产生各类谐波电流、三相负荷不平衡度负荷、有功电流和无功电流等，逆变模块用于吸收整流模块产生的各类电流，由逆变模块逆变后将80%以上的电能循环利用。
所述整流模块内设有用于产生有功电流的有功电流整流单元、用于产生无功电流的无功电流整流单元和用于产生谐波电流的谐波电流整流单元。谐波电流整流单元输出的谐波电流次数及谐波含量连续可调，负载谐波范围为1-25次，可以研究谐波对用电设备产生影响的机理及治理措施。逆变模块内设有有功电流逆变单元、无功电流逆变单元和谐波电流逆变单元，有功电流逆变单元用于吸收有功电流整流单元产生的有功电流，无功电流逆变单元用于吸收无功电流整流单元产生的无功电流，谐波电流逆变单元用于吸收谐波电流整流单元产生的谐波电流，有功电流逆变单元与有功电流整流单元相连，无功电流逆变单元与无功电流整流单元相连，谐波电流逆变单元与谐波电流整流单元相连。
参照图2，有功电流整流单元包括顺次相连的三相四线开关S1、四相电抗器L1和整流器MK1，三相四线开关S1分别与三相线a、b、c和中性线n相连，各相上的电压在图2中分别标记为Ua、Ub、Uc和Un，四相电抗器L1为交流侧所附加的电抗器，在整流器MK1的电路中起到平衡电压、支撑无功功率的作用。所述有功电流逆变单元包括顺次相连的三相四线开关S2、四相电抗器L2和整流器MK2，三相四线开关S2分别与三相线a′、b′、c′和中性线n′相连，各相上的电压在图2中分别标记为Ua′、Ub′、Uc′和Un′，整流器MK1与整流器MK2的直流侧共用一个电容器C，电容器C为整流器MK1与整流器MK2之间的支撑电容，所述整流器MK1和整流器MK2为电压型半桥式PWM整流器。整流器MK1包括A相整流器K01、B相整流器K02、C相整流器K03和N相整流器K04，整流器MK2包括A相整流器K11、B相整流器K12、C相整流器K13和N相整流器K14，各相整流器分别包括两个桥臂，每个桥臂均包括一个绝缘栅双极型晶体管IGBT和反向并联在绝缘栅双极型晶体管的发射极和集电极之间的整流二级管，每个绝缘栅双极型晶体管的栅极为控制端。
其中，无功电流整流单元和谐波电流整流单元共用有功电流整流单元的电路，即有功电流整流单元的电路同时完成有功电流、无功电流和谐波电流的整流，无功电流逆变单元和谐波电流逆变单元共用有功电流逆变单元的电路，即有功电流逆变单元的电路同时完成有功电流、无功电流和谐波电流的逆变。
电子负载以三相四线接入系统，也可以将用电设备安装可控制温度和湿度的空间呢，用于不同温度和湿度情况的损耗特性测试。本实用新型的能量反馈型电子负载在工作时，由控制器实时监测电网电流、电压信号，将采样到的模拟电压信号通过转换为数字信号，由控制器对送入的数字信号进行处理，产生控制信号到电子负载中，控制整流模块产生有功电流、无功电流和谐波电流，并以脉宽调制信号形式对每个绝缘栅双极型晶体管IGBT进行控制。电子负载在运行过程中，桥臂的交流输入端Ua和Ub就会产生PWM波Uab，PWM波Uab中含有与输入正弦信号波同频率且幅值成比例的基波分量，以及与三角载波有关的频率很高的谐波。PWM波Uab与电网电压Us共同作用于四相电抗器L1上，即产生了正弦输入电流Is。当电网电压Us一定时，正弦输入电流Is的幅值与相位仅由PWM波Uab决定，通过控制整流模块交流侧的电压Uab的幅值与相位，就可以得到所需大小和相位的输入电流Is。
当正弦输入电流Is与电网电压Us同相时，电路作为整流运行，反之，电路作为逆变运行。整流器MK1和整流器MK2具有能量双向传输功能的AC/DC转换功能，当整流器从电网吸取能量时，该整流器运行于整流工作状态，而当PWM整流器向电网传输电能时，其运行于有源逆变工作状态。本实用新型中整流器MK1作为电子负载主要工作在整流器模式，根据需求实现各种电流波形，包括有功电流、无功电流、谐波电流等的产生。整流器MK2主要工作在有源逆变模式，其主要工作是将整流器MK1吸收的能量回馈到电网，与此同时，滤除进入电网的谐波电流，从而实现能量循环利用。
本实用新型的逆变模块可以将整流模块产生的谐波电流和无功功率进行有源滤波和无功补偿并且加以回收，再将回收的能量逆变后返回到电网，经测试整个系统的能量回收率在95%以上，功率因数≥0.99，电流的谐波畸变率低。
本实用新型的能量反馈型电子负载在工作时具体包括如下步骤：
a）电子负载接入电网，电子负载开始工作；
b）利用电流电压采样模块实时采集电子负载输入端的电流和电压，并将采集到的电流和电压输入到控制器中处理，由控制器输出控制信号到电子负载中；
c）在控制器的控制下，整流模块中的有功电流整流单元、无功电流整流单元和谐波电流整流单元分别产生用于测试用电设备的有功电流、无功电流和谐波电流并输入到需要检测的输配电设备中；
d）在控制器的控制下，逆变模块根据整流模块中产生的有功电流、无功电流和谐波电流，输出相应的电流以抵消整流模块产生的有功电流、无功电流和谐波电流，经过滤后的三相电循环反馈到电网中。具体为在控制器的控制下，有功电流逆变单元产生反向的有功电流，无功电流逆变单元产生反向的无功电流，谐波电流逆变单元产生反向的谐波电流，使有功电流整流单元产生的有功电流与反向的有功电流相抵消，无功电流整流单元产生的无功电流与反向的无功电流相抵消，谐波电流整流单元产生的谐波电流与反向的谐波电流相抵消。
上述说明中，凡未加特别说明的，均采用现有技术中的技术手段。

Claims (3)

1.一种能量反馈型电子负载，其特征在于，所述电子负载包括用于产生电流的整流模块及用于能量反馈的逆变模块，整流模块与逆变模块相连，整流模块和逆变模块上均设有用于与控制器相连的控制端；所述整流模块内设有用于产生有功电流的有功电流整流单元、用于产生无功电流的无功电流整流单元和用于产生谐波电流的谐波电流整流单元，逆变模块内设有用于吸收有功电流整流单元产生的有功电流的有功电流逆变单元、用于吸收无功电流整流单元产生的无功电流的无功电流逆变单元和用于吸收谐波电流整流单元产生的谐波电流的谐波电流逆变单元，有功电流逆变单元与有功电流整流单元相连，无功电流逆变单元与无功电流整流单元相连，谐波电流逆变单元与谐波电流整流单元相连。
2.根据权利要求1所述的能量反馈型电子负载，其特征在于，所述有功电流整流单元包括顺次相连的三相四线开关S1、四相电抗器L1和整流器MK1，三相四线开关S1分别与三相线和中性线相连，所述有功电流逆变单元包括顺次相连的三相四线开关S2、四相电抗器L2和整流器MK2，三相四线开关S2分别与三相线和中性线相连，整流器MK1与整流器MK2的直流侧共用一个电容器C，所述整流器MK1和整流器MK2为电压型半桥式PWM整流器；所述无功电流整流单元和谐波电流整流单元共用有功电流整流单元的电路，所述无功电流逆变单元和谐波电流逆变单元共用有功电流逆变单元的电路。
3.根据权利要求2所述的能量反馈型电子负载，其特征在于，所述整流器MK1和整流器MK2均包括A相整流器、B相整流器、C相整流器和N相整流器，各相整流器分别包括两个桥臂，每个桥臂均包括一个绝缘栅双极型晶体管和反向并联在绝缘栅双极型晶体管的发射极和集电极之间的整流二级管，每个绝缘栅双极型晶体管的栅极为控制端。
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