CN204228854U - 一种电压暂降模拟装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电压暂降模拟装置；包括依次连接的输入开关、输入变压器、电抗、功率单元、输出电抗和输出开关；所述的输入变压器采用三个单相变压器结构，原边采用三角形接法，每相副边通过电抗接一个功率单元输入侧，所述的三个功率单元输出侧采用三相四线的Yn连接方式；所述的输出电抗接于功率单元的三相输出；本实用新型可详细模拟电网电压暂降的全过程，实现方式安全灵活可靠。

Description

一种电压暂降模拟装置

技术领域

本实用新型涉及低电压测试领域，特别涉及一种电压暂降模拟装置。

背景技术

电网中某处发生故障或负荷突然出现大的变化，都将导致整个电网出现大面积不同程度的电压暂降，对用电设备以及电网本身造成不同程度的危害。为了研究用电设备以及电网本身在电压暂降下的运行特性，模拟电网的任意电压暂降具有重要意义。

已有较多专利公布了电网电压暂降模拟技术，具有代表性的如下：

一、采用阻抗分压法模拟电网电压暂降。此方法虽然原理简单，但存在诸多问题，由于阻抗在正常运行或电压跌落时流过功率，因此会产生能量损耗，采用电抗分压可解决这一问题；阻抗匹配关系复杂，电压暂降深度难以有效控制；由于电抗器的投切是固定的，电压暂降的深度非连续可调。

二、采用变压器切换方式模拟电网电压暂降。申请号为200710122400.X的中国发明专利《一种变压器切换方法》，设备简单，控制容易。但由于该结构中的晶闸管的过零关断特性，决定了暂降时间必须为输入电压周期值的一半的整数倍，且当晶闸管同时处于导通状态时，会造成降压变压器原副边直接短路，在其绕组中感应出很大的冲击电流，该冲击电流会对变压器造成损坏。该专利和申请号为201020125733.5的实用新型专利申请《一种电网电压跌落源》和201120154118.1的实用新型专利申请《一种电网电压跌落的模拟装置》均采用变压器切换方式产生电压暂降，由于通过选择变压器副边的抽头决定电压暂降的深度，因此电压暂降幅度非连续可调。

三、采用电力电子装置模拟电网电压暂降。申请号为201010188565.9的发明专利《三相电压暂降发生器》采用两个三相PWM电压型变流器通过“背靠背”连接方式构成三相电压暂降发生器，该专利通过预设电压暂降类型、故障相电压值以及故障持续时间模拟在电网故障情形下公共连接点的故障电压。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型提出了一种电压暂降模拟装置，包括依次连接的输入开关、输入变压器、电抗、功率单元、输出电抗和输出开关；所述的输入变压器采用三个单相变压器结构，原边采用三角形接法，每相副边通过电抗接一个功率单元输入侧，所述的三个功率单元输出侧采用三相四线的Yn连接方式；所述的输出电抗接于功率单元的三相输出。

所述的功率单元采用两个H桥背靠背连接方式，还包括两个H桥并联的储能电容C。

所述的H桥采用全控半导体器件，采用硅材质IGBT、碳化硅材质IGBT或其他全控半导体器件。

所述的H桥包括反并有续流二极管的IGBT构成的整流侧H桥，还包括反并有续流二极管的IGBT构成的逆变侧H桥。

所述的整流侧H桥由4个反并有续流二极管的IGBT构成，所述的逆变侧H桥由4个反并有续流二极管的IGBT构成。

所述的反并有续流二极管的IGBT是硅器件或碳化硅器件。

所述的输入变压器每个单相变压器连接一个输入开关；所述的输出电抗每相连接一个输出开关。

本实用新型提出的一种电压暂降模拟装置，可以模拟电网的任意电压暂降深度、持续时间、三相电压之间的复杂相位、幅值关系、非周期分量。

附图说明

图1是本实用新型一种电压暂降模拟装置结构示意图；

图2是图1所示装置中功率单元的结构示意图；

图3是待模拟电压暂降的稳态分量；

图4是待模拟电压暂降的非周期分量；

图中：101—输入开关、102—输入变压器、103—功率单元、104—输出电抗、105—输出开关、106—电抗。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步说明。

一种电压暂降模拟装置，包括依次连接的输入开关101、输入变压器102、电抗106、功率单元103、输出电抗104和输出开关105；所述的输入变压器102采用三个单相变压器结构，原边采用三角形接法，每相副边通过电抗106接一个功率单元103输入侧，所述的三个功率单元103输出侧采用三相四线的Yn连接方式；所述的输出电抗104接于功率单元103的三相输出；中线N不接输出电抗104。

所述的功率单元103采用两个H桥背靠背连接方式，还包括两个H桥并联的储能电容C107。

所述的H桥采用全控半导体器件，采用硅材质IGBT、碳化硅材质IGBT或其他全控半导体器件。

所述的H桥包括反并有续流二极管的IGBT构成的整流侧H桥，还包括反并有续流二极管的IGBT构成的逆变侧H桥。

所述的整流侧H桥由4个反并有续流二极管的IGBT构成，所述的逆变侧H桥由4个反并有续流二极管的IGBT构成。

所述的反并有续流二极管的IGBT是硅器件或碳化硅器件。

所述的输入变压器102每个单相变压器连接一个输入开关101；所述的输出电抗104每相连接一个输出开关105。

本实用新型采用电力电子变流技术，模拟电网电压暂降。具体包括电压暂降过程中的稳态分量和非周期分量。一种电压暂降模拟装置由输入开关101、输入变压器102、功率单元103、输出电抗104、输出开关105组成。输入变压器102采用三个单相变压器结构，原边采用三角形接法，每相副边接功率单元103输入侧，功率单元103输出侧采用三相四线的Yn连接方式。其主回路结构示意图如图1所示。

功率单元103采用两个H桥背靠背连接方式，还包括联络电抗106、储能电容107。H桥采用全控半导体器件，可以是硅材质IGBT，也可以是碳化硅材质IGBT或其他全控半导体器件。背靠背的全控模块可以实现能量的双向流动，并与变压器一起实现能量回馈。

图2是功率单元103的内部结构。G1，G2，G3，G4，G5，G6，G7，G8是反并有续流二极管的IGBT，此IGBT可以是硅器件也可以是碳化硅器件。G1，G2，G3，G4构成整流侧H桥，G5，G6，G7，G8构成逆变侧H桥。106是联络电抗L，与输入变压器副边绕组串联相接。107是储能电容C，与两个H桥并联。

图3是待模拟电压暂降的A相稳态分量。

图4是待模拟电压暂降的A相非周期分量。

在模拟电压暂降时，除了可以对装置设置暂降深度、暂降持续时间等参数，如图3，即确定电压暂降的稳态分量外，如图4，还可以人为设置电压暂降的非周期分量，将这两部分叠加作为装置逆变侧的调制波即可更准确模拟电压暂降波形。逆变侧H桥存在公式如下：

$\frac{M_{t\max }}{M_{z\max }}=\frac{U_{n\max }}{U_c}$

其中，M_tmax为调制波峰值，M_zmax为载波峰值，U_nmax为逆变侧输出电压峰值，U_c为直流电压。载波峰值一般不变，直流电压通过整流侧控制可稳压，则逆变侧输出电压可通过改变调制波来改变。可见，根据逆变器原理，以包含稳态分量和非周期分量的调制波对载波进行调制，能够使本实用新型装置输出和调制波一致的电压波形。

上述实施例考虑了电网电压暂降的模拟，采用稳态分量和非周期分量分别计算并叠加作为调制波，以此调制波对装置的逆变侧进行调制，为电网中暂降的精确模拟给出参考。

Claims (7)

1.一种电压暂降模拟装置，其特征在于：包括依次连接的输入开关(101)、输入变压器(102)、电抗(106)、功率单元(103)、输出电抗(104)和输出开关(105)；所述的输入变压器(102)采用三个单相变压器结构，原边采用三角形接法，每相副边通过电抗(106)接一个功率单元(103)输入侧，所述的三个功率单元(103)输出侧采用三相四线的Yn连接方式；所述的输出电抗(104)接于功率单元(103)的三相输出。

2.根据权利要求1所述的一种电压暂降模拟装置，其特征在于：所述的功率单元(103)采用两个H桥背靠背连接方式，还包括两个H桥并联的储能电容C(107)。

3.根据权利要求2所述的一种电压暂降模拟装置，其特征在于：所述的H桥采用全控半导体器件，采用硅材质IGBT、碳化硅材质IGBT或其他全控半导体器件。

4.根据权利要求2所述的一种电压暂降模拟装置，其特征在于：所述的H桥包括反并有续流二极管的IGBT构成的整流侧H桥，还包括反并有续流二极管的IGBT构成的逆变侧H桥。

5.根据权利要求4所述的一种电压暂降模拟装置，其特征在于：所述的整流侧H桥由4个反并有续流二极管的IGBT构成，所述的逆变侧H桥由4个反并有续流二极管的IGBT构成。

6.根据权利要求4或5所述的一种电压暂降模拟装置，其特征在于：所述的反并有续流二极管的IGBT是硅器件或碳化硅器件。

7.根据权利要求1所述的一种电压暂降模拟装置，其特征在于：所述的输入变压器(102)每个单相变压器连接一个输入开关(101)；所述的输出电抗(104)每相连接一个输出开关(105)。