CN212586509U - 能馈式负载测试系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种能馈式负载测试系统，包括：三相外接端子，用于外接发电机组或用电设备；第一变压器，其初级三相端与三相外接端子相接；变流器柜，其电网侧和发电机侧均为四象限变流器，其中发电机侧四象限变流器的三相交流侧连接至第一变压器的次级三相端，电网侧四象限变流器的三相交流侧作为变流器柜的三相出线端，电网侧四象限变流器和发电机侧四象限变流器的直流侧相接；第二变压器，其初级三相端与变流器柜的三相出线端相接，次级三相端用于连接至外界的工厂内部电网；逻辑处理单元，其用于驱动四象限变流器工作。本实用新型既能将发电机组发出的大部分电能得以经回馈到厂区内部电网，又能作为移动式岸电电源装置使用，具有泛用性。

Description

能馈式负载测试系统

技术领域

本实用新型涉及一种发电机测试装置，尤其涉及一种能馈式负载测试系统。

背景技术

发电机需做负荷测试，传统的负荷测试方法是在发电机的输出端加设纯阻型负载，该方法对于发电机所发的电能无法实现再利用，因此，现有技术研发出用工厂设备来模拟负载的构思，如专利文献201710554979.0，其通过将发电机所发的电能进行先变压再变流后，送至工厂内部电网供设备使用，既实现发电机负荷测试，又实现发电机电能的再利用。

然而，上述方案亦存在有多处不足，如：

(1)测试系统仅能用于负荷测试，存在泛用性不强的缺陷；

(2)使用测试系统进行负荷测试时，需严格控制发电机的发电功率低于厂内设备的负荷功率，否则存在电能经工厂内部电网倒灌至工业电网的危险，造成电网污染，但严格控制发电机的发电功率又对发电机的测试范围造成限制，实用性不强，导致在市场上无法推广。

实用新型内容

本实用新型为改善或部分改善现有技术的不足之处，而提供一种能馈式负载测试系统的硬件结构，其供软件人员编程后，既能将发电机组发出的大部分电能得以经回馈到厂区内部电网，用于内部消耗，又能作为移动式岸电电源装置使用，具有泛用性。

为达到上述目的，本实用新型通过以下技术方案来实现：

提供一种能馈式负载测试系统，包括：

三相外接端子，用于外接发电机组或用电设备；

第一变压器，其初级三相端与三相外接端子相接；

变流器柜，其电网侧和发电机侧均为四象限变流器，其中发电机侧四象限变流器的三相交流侧连接至第一变压器的次级三相端，电网侧四象限变流器的三相交流侧作为变流器柜的三相出线端，电网侧四象限变流器和发电机侧四象限变流器的直流侧相接；

第二变压器，其初级三相端与变流器柜的三相出线端相接，次级三相端用于连接至外界的工厂内部电网；

逻辑处理单元，其用于驱动四象限变流器工作。

上述能馈式负载测试系统中，电网侧四象限变流器工作于PWM整流方式，主要用于稳定直流侧电压，将直流侧能量送到工厂内部电网或从工厂内部电网吸收能量送到直流侧；发电机侧四象限变流器主要用于控制三相电流，从而模拟阻性或感性负载。在模拟负载时，将发电机的能量送到直流侧，在岸电应用情况下，则用于逆变出所需要的交流电压，为外部船舶供电。

本实用新型的能馈式负载测试系统通过将变流器柜中的电网侧和发电机侧均设为四象限变流器来双向变流，并配合变压-变流-变压架构，供软件人员编程后，实现既能将发电机组发出的大部分电能得以经回馈到厂区内部电网，用于内部消耗，又能作为移动式岸电电源装置使用，具有泛用性。

进一步地，为避免负荷过剩导致工厂内部电网往工业电网反送电，测试系统还设有负载箱与电连接所述逻辑处理单元的开关柜C，所述负载箱内部具有多套功率负载，每一套功率负载均设有三个大功率电阻器，每一套功率负载中三个电阻器的一端分别连接至三相外接端子的三条相线上，三个电阻器的另一端经开关柜C的电控开关共同连接至地。

进一步地，设置各套纯阻性功率负载的阻值互不相同从而分档可选配，实现多档位匹配。

进一步地，设置所述功率负载均为纯阻性功率负载，以保障其加载时不会引起系统中的无功功率变化。

进一步地，为实现变压器独立关断控制，所述第一变压器、第二变压器的初级三相端及次级三相端均串联有电连接所述逻辑处理单元的电控开关。

进一步地，为提升系统的变压器容量，并与变流器多柜配套，所述第一变压器和第二变压器由多台相同的变压器并联而成。

进一步地，为提升系统的变流容量，所述变流器柜具有多个且相互间并联，每个变流器柜的电网侧和发电机侧均有多个四象限变流器，各电网侧四象限变流器相互并联，各发电机侧四象限变流器相互并联。

进一步地，为确保变流器的稳定运行，在电网侧四象限变流器和发电机侧四象限变流器相接的直流侧上设置开关管及冲击接地电阻Rch，开关管串联冲击接地电阻Rch所形成支路的两端分别跨接在所述直流侧的正负母线上从而实现过压保护。

进一步地，所述变流器柜中所有的控制电路、信号采集电路的连接均采用圆形铜插头、端子排进行对接，以避免尖端放电。

进一步地，还包括多个电压传感器、电流传感器，用于采集工厂内部电网电压、变流器柜的输出电流及四象限变流器的直流侧电压给所述逻辑处理单元。

进一步地，为实现便于移动，将第一变压器、变流器柜、第二变压器集成在可移动的集装箱内。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本实用新型的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了本实用新型的能馈式负载测试系统的系统框图；

图2示出了系统变流器柜内部的电路图；

图3示出了本实用新型的能馈式负载测试系统作为移动式岸电电源装置使用时的状态示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本实施例旨在满足下述目标：

1.满足正常的船用发电机基本的负荷测试，船用发电机电压为AC400V、50Hz；

2.满足将发电机组发出的大部分电能得以经回馈到厂区内部电网，用于内部消耗；

3.满足使用时的可靠性要求，排除干式负载箱使用后低绝缘等问题；

4.作为移动式岸电电源装置使用。

为此，本实施例的能馈式负载测试系统主要由以下几部分组成，包括400V/690V箱式变压器、系统变流器柜、690V/10KV箱式变压器、3MW负载箱和作为逻辑处理单元的上位机。400V/690V箱式变压器、系统变流器柜、690V/10KV箱式变压器及配套的开关柜装在可移动的集装箱内，便于实现移动式岸电电源。

见图1，系统最前端为一台装在可移动集装箱内的400V/690V箱式变压器，整体容量为6MVA，用于将发电机G1、G2输出的AC400V升压至AC690V，以满足变流器的额定工作电压范围。其中，400V/690V箱式变压器内部由两台并联的3150KVA干式变压器T1、T2和一台开关柜A(为简化图示，本实施例中开关柜均不作图示)组成，变压器T1、T2并联后，其初级三相端(A、B、C三相)经开关柜A的其中3个电控开关连接至用于外接发电机组或用电设备的三相外接端子，次级三相端经开关柜A的另外3个电控开关连接至系统变流器柜的三相进线端。

系统变流器柜由两路并联的变流器A1、A2组成，见图2，变流器A1、A2分两个电柜，其中A1为主控柜，A2为从控柜，主控柜和从控柜的内部电气和机械结构完全相同，整体上均可划分为功率模块、控制模块、散热模块和带滚轮可移动的柜体。

功率模块的主体为三桥臂的四象限变流器，其电网侧和发电机侧各由三个四象限变流器并联构成，其中，发电机侧四象限变流器的三相交流侧连接至400V/690V箱式变压器的次级三相端，电网侧四象限变流器的三相交流侧作为系统变流器柜的三相出线端，电网侧四象限变流器和发电机侧四象限变流器的直流侧相接，从而用以实现双向变流。

进一步地，为实现电网侧滤波，在电网侧四象限变流器的三相交流侧上串联LCL滤波器；为实现独立可控关断，在发电机侧四象限变流器及电网侧四象限变流器的三相交流侧上均串联断路器K1、Q1，断路器K1、Q1与控制模块连接从而实现关断控制；为限制通电瞬间对四象限变流器内电容器的短路电流，以保护系统变流器柜上的元件不会因电容器瞬间的短路电流而损坏，在电网侧四象限变流器和发电机侧四象限变流器相接的直流侧上设置常规预充电回路；为实现过压保护，在电网侧四象限变流器和发电机侧四象限变流器相接的直流侧上设置过压保护电路，过压保护电路由开关管串联冲击接地电阻Rch所形成，其两端分别跨接在所述直流侧的正负母线上，正负母线上还跨接有电压检测器SV1，用于采集所述直流侧的电压给控制模块，供控制模块在过压时导通开关管从而接入冲击接地电阻Rch。

控制模块包括三个数字控制器(DCU)，其中主控柜分配两个，分别为电网侧DCU和发电机侧DCU，从控柜分配一个，为电网侧DCU。主控柜的电网侧DCU控制主控柜的电网侧四象限变流器，从控柜的电网侧DCU控制从控柜的电网侧四象限变流器，主控柜和从控柜的发电机侧电网侧四象限变流器都由主控柜的发电机侧DCU控制。

控制模块还包括多个电压传感器、电流传感器，控制模块通过电压传感器、电流传感器采集工厂内部电网电压、系统变流器柜的输出电流及四象限变流器的直流侧电压，控制直流侧电压的恒定，从而在正常发电情况下控制发电机的等效能馈型负载，发电能量向工厂内部电网输送，而在岸电电源模式时，控制电网能量通过电网侧变流器，经原发电机侧变流器逆变输出电压，停泊船舶供电。

进一步地，由于工作于大电流环境，系统变流器柜中所有的控制电路、信号采集电路的连接均采用圆形铜插头端子排进行对接，以避免尖端放电，而通信则使用光纤和Profibus总线等通信接口方式，以保障通信信号可靠。

散热模块采用水冷方式，其具体结构及柜体结构可参照现有设置，此处不再赘述。

见图1，系统变流器柜的三相出线端连接的是装在可移动集装箱内的690V/10KV箱式变压器，其整体容量为6MVA，用于将系统变流器柜输出的AC690V升压至AC10KV。690V/10KV箱式变压器内部同样由两台并联的3150KVA干式变压器T3、T4和一台开关柜B，变压器T3、T4并联后，其初级三相端经开关柜B的其中3个电控开关连接至系统变流器柜的三相出线端，变压器T3、T4并联后的次级三相端经开关柜B的另外3个电控开关连接至工厂内部电网。

3MW负载箱由一台AC400V-3MW干式负载箱和一台开关柜C组成，干式负载箱内部为多套纯阻性功率负载，各套纯阻性功率负载的阻值互不相同，每一套纯阻性功率负载均由三个大功率电阻器组成，每一套纯阻性功率负载中三个电阻器的一端分别连接至三相外接端子的三条相线上，三个电阻器的另一端经开关柜C的其中3个电控开关共同连接至地。

上位机为整个系统的控制中枢，其分别与开关柜A、B、C及系统变流器柜中的控制模块连接，通过读取各开关柜中仪表的电参数，对系统变流器柜进行加载、减载操作，并通过工厂内部电网送电给厂内的用电设备(负荷1、负荷2……)消耗。

本实施例的能馈式负载测试系统可作为负载使用，也可作为移动式岸电电源装置使用。

用作负载时，如图1所示，将发动机G1、G2连接至三相外接端子，控制系统变流器柜正向输出，为工厂内部电网送电。

在该模式下，需要注意的是：

(1)可通过控制系统变流器柜调节工厂内部电网的负载功率及功率因数，具体调节方法参照现有技术中变流器调节功率因数及功率数值的方法，此处不作赘述；

(2)当上位机检测到工厂内部电网的负荷需求低于需要做的负荷测试需求时，上位机自动计算工厂内部电网的负荷需求与需要做的负荷测试需求之间的差值，然后通过开关柜C控制3MW负载箱中选择性接入负载，从而将所述差值消耗掉，实现弥补作用，避免负荷过剩导致工厂内部电网往工业电网反送电。

当不进行负荷测试时，测试系统可作为移动式岸电电源装置使用，此时如图3所示，控制系统变流器柜反向输出AC440V、60Hz岸电，经三相外接端子向外送电。

同样，在该模式下，当工厂内部电网的功率因数偏低时，可通过控制变流器实现功率因数补偿。

需要声明的是，本实用新型内容及具体实施方式意在证明本实用新型所提供技术方案的实际应用，不应解释为对本实用新型保护范围的限定。本领域技术人员在本实用新型的精神和原理启发下，可作各种修改、等同替换、或改进。但这些变更或修改均在申请待批的保护范围内。

Claims (10)

1.能馈式负载测试系统，其特征在于，包括：

三相外接端子，用于外接发电机组或用电设备；

第一变压器，其初级三相端与三相外接端子相接；

变流器柜，其电网侧和发电机侧均为四象限变流器，其中发电机侧四象限变流器的三相交流侧连接至第一变压器的次级三相端，电网侧四象限变流器的三相交流侧作为变流器柜的三相出线端，电网侧四象限变流器和发电机侧四象限变流器的直流侧相接；

第二变压器，其初级三相端与变流器柜的三相出线端相接，次级三相端用于连接至外界的工厂内部电网；

逻辑处理单元，其用于驱动四象限变流器工作。

2.根据权利要求1所述的能馈式负载测试系统，其特征在于：还包括负载箱与电连接所述逻辑处理单元的开关柜C，所述负载箱内部具有多套功率负载，每一套功率负载均设有三个大功率电阻器，每一套功率负载中三个电阻器的一端分别连接至三相外接端子的三条相线上，三个电阻器的另一端经开关柜C的电控开关共同连接至地。

3.根据权利要求2所述的能馈式负载测试系统，其特征在于：各套纯阻性功率负载的阻值互不相同；且/或所述功率负载均为纯阻性功率负载。

4.根据权利要求1所述的能馈式负载测试系统，其特征在于：所述第一变压器、第二变压器的初级三相端及次级三相端均串联有电连接所述逻辑处理单元的电控开关。

5.根据权利要求1所述的能馈式负载测试系统，其特征在于：所述第一变压器和第二变压器由多台相同的变压器并联而成。

6.根据权利要求1或5所述的能馈式负载测试系统，其特征在于：所述变流器柜具有多个且相互间并联，每个变流器柜的电网侧和发电机侧均有多个四象限变流器，各电网侧四象限变流器相互并联，各发电机侧四象限变流器相互并联。

7.根据权利要求6所述的能馈式负载测试系统，其特征在于：电网侧四象限变流器和发电机侧四象限变流器相接的直流侧上设置开关管及冲击接地电阻Rch，开关管串联冲击接地电阻Rch所形成支路的两端分别跨接在所述直流侧的正负母线上。

8.根据权利要求6所述的能馈式负载测试系统，其特征在于：所述变流器柜中所有的控制电路、信号采集电路的连接均采用圆形铜插头、端子排进行对接。

9.根据权利要求1所述的能馈式负载测试系统，其特征在于：还包括多个电压传感器、电流传感器，用于采集工厂内部电网电压、变流器柜的输出电流及四象限变流器的直流侧电压给所述逻辑处理单元。

10.根据权利要求1所述的能馈式负载测试系统，其特征在于：第一变压器、变流器柜、第二变压器集成在可移动的集装箱内。

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