CN205160379U - 一种大功率交直一体模拟测试电源系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种大功率交直一体模拟测试电源系统，包括至少两个相互隔离的直流电源单元，各直流电源单元包括相互串联的AC/DC模块和DC/DC模块，各AC/DC模块输入端分别连接三相输入电源，各AC/DC模块输出端分别并联一个电容，各DC/DC模块输出端分别连接第一接线方式选择单元，各DC/DC模块输出端的正极分别与第一接线方式选择单元之间串联一个二极管及与二极管并联的开关，各直流电源单元中分别并联一个逆变单元模块，各逆变单元模块的输出端连接变压器。用来解决目前测试电源系统测试成本高，功率等级和功能相对比较单一、单次只能测试一种设备等问题，以满足更多的测试需求。

Description

一种大功率交直一体模拟测试电源系统

技术领域

本实用新型属于变流设备测试技术领域，具体涉及一种大功率交直一体模拟测试电源系统。

背景技术

在当今能源短缺和环境污染日益严重形式下，世界各国争相发展各种新能源技术用来解决上述问题。其中包括光伏发电、电动汽车、油电混合式汽车、储能设备等等，而在这些应用领域内，各种逆变变流设备大量的被应用，这些设备的性能关系到各系统的功能、利用率、可靠性等技术指标。因此需要一个综合性的测试平台，能够检测各种DC/AC、AC/DC等单元的各项性能指标，保证这些逆变变流设备的性能符合相关标准和用户要求。

但是目前市场上对变流设备测试时，均存在一些缺点。以较为常见的逆变器测试为例，较为常见的拓扑结构如图1，图2所示。对逆变器进行测试时，图1所示的第一种常用逆变器测试系统，逆变器输出侧的负载通常采用大功率电阻和交流稳压源组成，交流稳压源可以模拟并网逆变器在不同的电网电能质量下（如电压暂降，电压闪变）的工作性能，但是该装置是电压源，无法将逆变器的输出电能逆变送入电网，而是通过电阻直接消耗掉，不利于降低测试所需的电力能耗，同时也无法对逆变器的回馈功能进行测试。图2所示的第二种常用逆变器测试系统，可以将逆变器的输出电能逆变送入电网，但由于采用共交流回馈的方式，不仅增加了变压器容量，还使得网侧可控整流设备容量也增加。最终使得设备成本也随之增加。图3所示的第三种常用逆变器测试系统为单相交直流一体结构。该结构采用共直流回馈的方式，不仅可以测试逆变器在不同电网电能质量情形下的工作性能，还能回馈逆变器输出电能至电网。但其存在电源容量较小、不易扩充，不满足被检测产品多路隔离直流输入的要求。

现有技术的缺点：现有的测试平台均为专用系统，即只能测试单一功能的设备（如逆变器测试系统）。逆变器测试系统常使用独立的直流电源装置和交流电源装置分别提供测试所需的直流电压和交流电压，其存在的缺点主要如下：

1、由于直流电源和交流电源装置的市场价格较高，导致逆变器的测试成本较高；

2、直流电源和单向交流电源装置所输出的电能都直接靠电阻消耗掉，这样一方面会造成很大的电能浪费，另一方面也无法检测逆变器的回馈功能。

上述几种现有逆变器测试平台的功率等级和功能相对比较单一，且单次只能测试一种设备。使得设备的利用率不高，间接提高了测试成本。

发明内容

为解决上述问题，本实用新型公开了一种大功率交直一体模拟测试电源系统，用来解决目前测试电源系统测试成本高，功率等级和功能相对比较单一、单次只能测试一种设备等问题，以满足更多的测试需求。

为了达到以上目的，本实用新型提供如下技术方案：一种大功率交直一体模拟测试电源系统，包括至少两个相互隔离的直流电源单元，各直流电源单元包括相互串联的一个AC/DC模块和一个DC/DC模块，各AC/DC模块输入端分别连接三相输入电源，各AC/DC模块输出端分别并联一个电容，各DC/DC模块输出端分别连接第一接线方式选择单元，所述各DC/DC模块输出端的正极分别与第一接线方式选择单元之间串联一个二极管，各二极管两端分别并联一个开关，所述各直流电源模块中的DC/DC模块输入端和电容之间还分别并联一个逆变单元模块，各逆变单元模块的输出端连接变压器。

作为本实用新型的进一步改进，所述每一个逆变单元模块的输出端对应连接一个独立变压器，各独立变压器的输出端与第二接线方式选择单元相连。

作为本实用新型的进一步改进，所述各逆变单元模块的输出端共同连接一个多绕组变压器。

作为本实用新型的进一步改进，所述AC/DC模块由三相PWM可控整流模块或不可控整流模块组成。

作为本实用新型的进一步改进，所述DC/DC模块采用两相交错式Buck型双向DC/DC结构或多相并联交错Buck型双向DC/DC结构。

作为本实用新型的进一步改进，所述DC/DC模块包含LCL型滤波电路，其前级电感采用耦合电感。

作为本实用新型的进一步改进，所述各DC/DC模块的输出端的输出方式包括独立、并联、串联三者中的至少一种，所述各逆变单元模块的输出端的输出方式包括独立、并联、串联三者中的至少一种。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

1.本实用新型提供的一种大功率交直一体模拟测试电源系统，其中AC/DC模块、电容、逆变单元模块组成交流电源单元，本实用新型电源系统应用领域广泛，一方面可以做模拟交直测试电源使用，另一方面可供交直流设备的输入电源使用。

2.交流部分的能量通过直流母线的方式馈能，充分利用电网能量，降低损耗，使得硬件结构更加的简单。

3.该系统可根据被测设备的功率等级和应用场合来进行模块和控制策略的选择，即可完成不同测试功能之间的转换，第一可作为光伏用逆变器性能的测试；第二可作为交直流电网（比如地铁直流电网、工业用交流电网）的模拟设备；第三可作为模拟光伏电池和化学能电池的电源使用（如模拟太阳能电池板阵列伏安特性曲线和NaS电池、超级电容充放电曲线）；第四可作为可充电式化学能电池（铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、锂电池）的充放电设备使用。

4.多路交直流输出的配合使用，使得几路模拟正常电压输出，另几路模拟干扰电压输出，可以在最贴近实际工况下测试设备。

5.直流电源和交流电源部分中，多相交错并联技术运用可以减小输出纹波，从而减小输出滤波器的尺寸，降低功率器件的电流应力，容易引入一些优秀的控制方法，以提高变换器效率。

6.直流电源单元和交流电源单元输出部分均可工作在串联、并联和独立输出状态，可以满足多种不同功率等级的逆变器测试需求，使得应用范围更加广泛，减小电能的损耗，从而降低测试成本。

7.本实用新型的每个直流模拟电源单元的后端DC/DC采用多路双向小功率DC/DC通过磁耦合的LCL滤波电感并联输出，实现了直流电感的解耦磁集成和交流电感的耦合磁集成，在每个IGBT开关频率不变的条件下，提高了等效开关频率，大大降低了输出的电流纹波和噪声。

8.本实用新型的每个直流模拟电源单元的输出端正极上串接二极管和与二极管并接的旁路开关，串接二极管一方面可以防止线路正负端接反，损坏被测设备；另一方面是被测试设备需要防反时，可以防止功率反向流动；不需要防反或者需要功率双向流动时，将旁路开关闭合即可。

附图说明

图1是第一种常用逆变器测试系统结构图；

图2是第二种常用逆变器测试系统结构图；

图3是第三种常用逆变器测试系统结构图；

图4是本实用新型大功率交直一体模拟测试电源系统结构图；

图5是三相PWM整流模块拓扑结构图；

图6是不可控整流模块拓扑结构图；

图7是两相交错式Buck型双向DC/DC变换器结构图；

图8是多相并联交错Buck型双向DC/DC变换器结构图；

图9是逆变单元拓扑结构图；

图10是直流电源端连接方案结构图；

图11是交流电源端连接方案结构图；

图12是本实用新型大功率交直一体模拟测试电源系统另一种实施方式结构图。

附图标记列表：

1-AC/DC模块，2-DC/DC模块，3-逆变单元模块，4-大功率交直一体模拟测试电源系统，5-第一接线方式选择单元，6-第二接线方式选择单元，7-被测光伏或储能逆变器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本实用新型，应理解下述具体实施方式仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。

一种大功率交直一体模拟测试电源系统，包括至少两个相互隔离的直流电源单元，各直流电源单元包括相互串联的一个AC/DC模块1和一个DC/DC模块2，各AC/DC模块1输入端分别连接三相输入电源，各AC/DC模块1输出端分别并联一个电容，各DC/DC模块2输出端分别连接第一接线方式选择单元5，各DC/DC模块2输出端的正极分别与第一接线方式选择单元5之间串联一个二极管，各二极管两端分别并联一个开关，各直流电源模块中的DC/DC模块2输入端和电容之间还分别并联一个逆变单元模块3，各逆变单元模块3的输出端连接变压器。

具体地说，AC/DC模块1既可以采用三相PWM可控整流模块，其拓扑结构如图5所示，也可以采用不可控整流模块，其拓扑结构如图6所示。DC/DC模块2采用的是两相交错式Buck型双向DC/DC结构，其拓扑结构如图7所示。若负载需求功率进一步加大，则可采用多相并联交错Buck型双向DC/DC结构，其拓扑结构如图8所示。从图7和图8中可看出，DC/DC模块2采用LCL滤波结构，且前级电感选用的是耦合电感，即将拓扑结构中主要电感集中在一起，用一个磁器件来实现，从而提高该电源模块的功率密度。逆变单元模块3，其拓扑结构如图9所示，该模块将直流电逆变成交流电，根据实际所需电压的要求，控制逆变器输出频率、幅值和相位一定的交流电压。

该系统中AC/DC模块1、电容、逆变单元模块3组成交流电源单元。直流电源单元与交流电源单元在直流侧实现共母线设计，方便各变流单元调用直流母线上的能量，从而减小了电能损耗，使得AC/DC模块1的功率小于DC/DC模块2的功率，在提高整机效率的同时，也节约了设备成本。

如图10，图11所示，本实用新型的直流电源和交流电源均为多路输出，通过第一接线方式选择单元5和第二接线方式选择单元6，可根据实际被测试设备需求进行调整，既可单独输出，也可串、并联使用。图10和图11中所示的接法只为部分接法，也可根据实际被测逆变器功率等级和电压等级，串并联混合输出使用。直流或交流电源串联使用时不仅能增加输出电压，还能模拟交直流电网可能出现的电能质量问题，即几路模拟正常输出，另几路模拟常见的干扰输出（如电压暂降，电压闪变，谐波畸变），从而可在各种实际电网可能出现的情况测试设备，便于及时发现问题，解决问题。每路直流单元的输出端正极上串接二极管和与二极管并接的开关，串接二极管一方面可以防止线路正负端接反，损坏被测设备；另一方面是被测试设备需要防反时，可以防止功率反向流动；不需要防反或者需要功率双向流动时，将开关闭合即可。

该系统大致可工作在三种工作状态：逆变器测试状态；直流电源测试状态；功率及谐波补偿测试状态。当测试平台用于测试逆变器时AC/DC模块1、DC/DC模块2、逆变单元模块3均工作，此时可通过改变DC/DC模块2和逆变单元模块3的控制策略来分别匹配被测试逆变器的输入输出电压等级和功率等级，使得逆变器输出的交流电直接回馈至直流母线的电容处，理论上所消耗的能量仅为开关损耗和线路损耗；当工作于功率补偿设备测试时，AC/DC模块1、逆变单元模块3工作，其中几路交流输出用来模拟电网输出，另几路则模拟谐波输出，将这多路串联输出后，即可模拟在多种非线性负载下，测试有源电力滤波器的补偿效果；当工作于直流电源设备测试时，AC/DC模块1、DC/DC模块2工作。可根据被测设备的功率和性能要求来选择直流输出端的连接方式和控制策略，以提高该系统的总体利用率。

该系统在用于逆变器测试时，可同时测试多台小功率的逆变器设备，这些设备的功率等级可以相同也可以不同；也可利用串联和并联各模块单元的方式测量多种功率等级的逆变器设备。该系统一方面可以满足多种不同功率等级的逆变器测试需求，另一方面也可以减小电能的损耗。

该系统有两种连接方式，第一种连接方式如图4所示，每一个逆变单元模块3的输出端对应连接一个独立变压器，各独立变压器的输出端与第二接线方式选择单元6相连；第二种连接方式如图12所示，各逆变单元模块3的输出端共同连接一个多绕组变压器。如图4、12所示，本实用新型一种大功率交直一体模拟测试电源系统4与被测光伏或储能逆变器7等负载相连，从而对其进行测试。

本实用新型方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种大功率交直一体模拟测试电源系统，其特征在于：包括至少两个相互隔离的直流电源单元，各直流电源单元包括相互串联的一个AC/DC模块和一个DC/DC模块，各AC/DC模块输入端分别连接三相输入电源，各AC/DC模块输出端分别并联一个电容，各DC/DC模块输出端分别连接第一接线方式选择单元，所述各DC/DC模块输出端的正极分别与第一接线方式选择单元之间串联一个二极管，各二极管两端分别并联一个开关，所述各直流电源单元中的DC/DC模块输入端和电容之间还分别并联一个逆变单元模块，各逆变单元模块的输出端连接变压器。

2.根据权利要求1所述的大功率交直一体模拟测试电源系统，其特征在于：所述每一个逆变单元模块的输出端对应连接一个独立变压器，各独立变压器的输出端与第二接线方式选择单元相连。

3.根据权利要求1所述的大功率交直一体模拟测试电源系统，其特征在于：所述各逆变单元模块的输出端共同连接一个多绕组变压器。

4.根据权利要求1所述的大功率交直一体模拟测试电源系统，其特征在于：所述AC/DC模块由三相PWM可控整流模块或不可控整流模块组成。

5.根据权利要求1所述的大功率交直一体模拟测试电源系统，其特征在于：所述DC/DC模块采用两相交错式Buck型双向DC/DC结构或多相并联交错Buck型双向DC/DC结构。

6.根据权利要求5所述的大功率交直一体模拟测试电源系统，其特征在于：所述DC/DC模块包含LCL型滤波电路，其前级电感采用耦合电感。

7.根据权利要求1所述的大功率交直一体模拟测试电源系统，其特征在于：所述各DC/DC模块的输出端的输出方式包括独立、并联、串联三者中的至少一种，所述各逆变单元模块的输出端的输出方式包括独立、并联、串联三者中的至少一种。