CN213125858U - 大功率基波电流或基波电流与谐波电流发生装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种大功率基波电流或基波电流与谐波电流发生装置，包括共用直流母线的整流部分和逆变部分、与整流部分连接的第一控制器，与逆变部分连接的第二控制器、以及与第一控制器和第二控制器连接的逻辑命令发生装置；所述逆变部分包括六个分别与三相桥式整流单元相连接的单相逆变单元、与各个单相逆变单元相对应连接的输出滤波单元和隔离单元，各个所述单相逆变单元的输出经输出滤波单元和隔离单元后构成三相输出。本实用新型输入功率因数高，并突破大功率电源逆变开关频率不高、带宽较低的限制，以输出基波电流或基波电流+高次谐波电流，是一种节能型大功率基波电流或基波电流与谐波电流发生装置。
Description
技术领域
本实用新型涉及电力设备技术领域，具体是一种大功率基波电流或基波电流与谐波电流发生装置。
背景技术
传统基波电流通常由阻性负载形成，谐波电流通常由电力电子装置产生。在需要基波+谐波电流的应用场合时，需要多台装置才能满足使用要求，且阻性负载为耗能性负载，在大功率场合散热难以处理。当功率较大时，电源输出带宽低，不能满足客户对高次谐波的要求。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种大功率、高带宽、高谐波的电流发生装置。
为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：
一种大功率基波电流或基波电流与谐波电流发生装置，其特征在于：包括共用直流母线的整流部分和逆变部分、与整流部分连接的第一控制器，与逆变部分连接的第二控制器、以及与第一控制器和第二控制器连接的逻辑命令发生装置，所述整流部分包括与各相电网相连接的输入滤波单元、与所述滤波单元相连接并由全控型器件构成的三相桥式整流单元；所述逆变部分包括六个分别与三相桥式整流单元相连接的单相逆变单元、与各个单相逆变单元相对应连接的输出滤波单元和隔离单元，各个所述单相逆变单元的输出经输出滤波单元和隔离单元后构成三相输出，第一控制器采用包含锁相环的电压外环、电感电流内环的双闭环控制装置来控制输入电流的幅值和波形以及直流母线电压，第二控制器采用包括电感电流瞬时值环控制逆变的电流幅值和波形，所述逻辑命令发生装置用于产生控制第一控制器和第二控制器的通讯及逻辑命令。
进一步的，所述输入滤波单元包括与各相电网相连接的输入滤波电感和输入滤波电容。
进一步的，所述三相桥式整流单元包括六个全控型器件，六个全控型器件两两一组而分别与三相电网相连接。
进一步的，所述第一控制器包括电压外环控制器、电感电流内环控制器、软锁相电路、abc/DQ变换器、DQ/abc变换电路以及驱动电路，所述电压外环控制器包括电压检测电路、第一PI调节器以及第一输出限幅电路第一PI调节器根据电压检测电路检测的母线电压值与直流母线电压给定值进行调节，经过第一输出限幅电路后，作为电流环的给定作用于电流环，再经过第二PI调节器、第二输出限幅电路输出给DQ/abc变换电路；软锁相电路与abc/DQ变换器、DQ/abc 变换电路连接；所述电感电流内环控制器包括第二PI调节器、第二输出限幅电路、第三PI调节器、第三输出限幅电路，电流内环采用将三相电感电流经过abc/DQ变换电路后，对D、Q值分别采用第二 PI调节器、第三PI调节器单独控制的控制方式，abc/DQ变换电路的输出经过第二PI调节器、第二输出限幅电路和第三PI调节器、第三输出限幅电路后与DQ/abc变换电路连接，DQ/abc变换电路与驱动电路连接，驱动电路用于产生驱动信号来控制全控型器件的开通与关断。
进一步的，所述整流部分还包括连接于所述三相桥式整流单元的直流侧的平滑缓冲电容。
进一步的，所述逆变部分还包括多个连接于各个所述单相逆变单元的直流侧的母线支撑电容。
进一步的，各个单相逆变单元均由若干个全控型器件构成。
进一步的，所述输出滤波单元包括输出滤波电感和输出滤波电容。
进一步的，所述隔离单元包括隔离变压器。
进一步的，所述全控型器件选用MOSFET或IGBT。
由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：本实用新型输入功率因数高，逆变部分等效开关频率高，可输出高次谐波电流，是一种节能型大功率基波电流或基波电流与谐波电流发生装置。
附图说明
图1为本实用新型大功率基波电流或基波电流与谐波电流发生装置的电路原理框图；
图2为本实用新型中整流部分和逆变部分的电路图；
图3为本实用新型中第一控制器的电路框图；
图4为本实用新型中第二控制器的电路框图。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
参见图1所示，本实用新型实施例提供一种大功率基波电流或基波电流与谐波电流发生装置，其包括共用直流母线的整流部分和逆变部分、与整流部分1连接的第一控制器3，与逆变部分2连接的第二控制器4、以及与第一控制器3和第二控制器4连接的逻辑命令发生装置5。
所述整流部分包括与各相电网相连接的输入滤波单元、与滤波单元相连接并由全控型器件构成的三相桥式整流单元。其中，输入滤波单元包括与电网的各相，即U、V、W相连接的输入滤波电感L1、 L2和输入滤波电容C1-C3。三相桥式整流单元包括六个全控型器件Q1-Q6，六个全控型器件Q1-Q6两两一组而分别与电网的三相相连接。该全控型器件Q1-Q6可选用MOSFET或IGBT。在整流部分的三相桥式整流单元的直流侧还连接有平滑缓冲电容C4。
电网经过输入滤波电感L1、L2连接至由全控型器件Q1-Q6组成的三相桥式整流单元。输入滤波电感L1、L2和输入滤波电容C1-C3 的主要作用是抑制由全控型开器件Q1-Q6开关过程中产生的高次谐波电流，使输入电流波形光滑，避免对电网产生影响。直流侧的平滑缓冲电容C4的主要作用为平滑直流侧电压和缓冲能量。而整流部分这一整体的主要作用是通过开关器件Q1-Q6的高频开关将输入电流控制为所期望的波形，并将直流母线稳定到预期的电压值。
所述逆变部分包括六个分别与三相桥式整流单元相连接的单相逆变单元、与各个单相逆变单元相对应连接的输出滤波单元和隔离单元。各个单相逆变单元的直流侧均连接母线电压支撑电容C5-C10。各个单相逆变单元均由若干个全控型器件Q7-Q30构成，该全控型器件Q7-Q30可选用MOSFET或IGBT。输出滤波单元包括输出滤波电感L3-L8和输出滤波电容C11-C13，隔离单元包括隔离变压器T1-T6。各个单相逆变单元的输出经输出滤波单元和隔离单元后构成三相输出，具体的，两个单相逆变单元的输出侧经隔离变压器T1和T4，再经输出滤波电感L3和L6，最后经输出滤波电容C11而构成A相；两个单相逆变单元的输出侧经隔离变压器T2和T5，再经输出滤波电感L4和L7，最后经输出滤波电容C12而构成B相；两个单相逆变单元的输出侧经隔离变压器T3和T6，再经输出滤波电感L5和L8，最后经输出滤波电容C13而构成C相；
母线电压支撑电容C5-C10的主要作用是起到直流母线电压支撑。输出滤波电感L3-L8和输出滤波电容C11-C13的主要作用是滤除由开关器件Q7-Q30开关过程中产生的高次谐波，使输出波形光滑并达到预期设定波形，起到输出滤波作用。隔离变压器T1-T6实现被测设备与测试系统之间的电气隔离。逆变部分这一整体的主要作用是通过开关器件Q7-Q30的高频开关将输出电流波形控制为所设定的波形。
该电路中，整流部分的输入滤波电感L1、L2可分别为3个单相电感器；逆变部分的输出滤波电感L3-L8可由隔离变压器T1-T6的漏感提供；整流部分的平滑缓冲电容C4也可分别平分到逆变部分的母线电压支撑电容C5-C10中，或将母线电压支撑电容C5-C10合并为平滑缓冲电容C4；全控型器件Q1-Q30和二极管D1-D30可为单独器件也可为集成器件(Q1和D1对应，Q2和D2对应，依此类推)；隔离变压器T1和T4、T2和T5、T3和T6也可合并为一体变压器。故图1中所有器件只表示器件种类，不表示器件个数。
上述大功率基波电流或基波电流与谐波电流发生装置采用的控制方法为整流部分和逆变部分相互独立控制。
参照图1和图3所示，第一控制器3采用包含锁相环的电压外环、电感电流内环的双闭环控制装置来控制输入电流的幅值和波形以及直流母线电压。具体的，所述第一控制器3包括电压外环控制器、电感电流内环控制器、软锁相电路11、abc/DQ变换器12、DQ/abc变换电路13以及驱动电路14。
所述电压外环控制器包括电压检测电路6、第一PI调节器7以及第一输出限幅电路8，第一PI调节器7根据电压检测电路6检测的母线电压值与直流母线电压给定值进行调节，经过第一输出限幅电路8 后，作为电流环的给定作用于电流环，再经过第二PI调节器9、第二输出限幅电路10输出给DQ/abc变换电路13。电压外环采用PI调节器对瞬时值进行控制，可提高直流母线动态及稳态性能。
软锁相电路11与abc/DQ变换器12、DQ/abc变换电路13连接，其采用单同步坐标系锁相环技术有效地适应于电网平衡时频率、相位及幅值检测。
所述电感电流内环控制器包括第二PI调节器9、第二输出限幅电路10、第三PI调节器15、第三输出限幅电路16，电流内环采用将三相电感电流经过abc/DQ变换电路后，对D、Q值分别采用第二PI调节器9、第三PI调节器15单独控制的控制方式，abc/DQ变换电路 12的输出经过第二PI调节器9、第二输出限幅电路10和第三PI调节器15、第三输出限幅电路16后与DQ/abc变换电路13连接，其中第三PI调节器15的Qref＝0的控制可以使系统消耗纯有功功率并消除谐波电流，提高系统的功率因数。
电压外环和电流内环分别经过PI调节器后，经过DQ/abc变换经后生成PWM_A、PWM_B、PWM_C再经驱动电路14产生Q1-Q6驱动信号来控制Q1-Q6的开通与关断。
参照图1和图3(A相控制，B、C相控制方法相同)所示，第二控制器4采用包括电感电流瞬时值环控制逆变的电流幅值和波形。
具体的，环路为电感电流瞬时值环，调节器为比例调节器，电流环的控制是采集的三相电感电流。A相、B相、C相分别采用相同且相互独立的的控制方式，每相分为两个模块独立的电感电流环，实时调整输出占空比。经驱动电路产生Q7-Q30的驱动信号来控制Q7-Q30的开通与关断。该逆变部分采用串联多重化电路设计提高装置的等效开关频率。
所述逻辑命令发生装置5用于产生控制第一控制器3和第二控制器4的通讯及逻辑命令，使整个电源按照故障检测、整流部分启动、逆变部分启动的先后逻辑顺序进行整个电源的启动。
该大功率基波电流或基波电流与谐波电流发生装置可通过本地触摸屏及远程上位机设定输出基波电流，向高速数字信号处理器发出指令，使装置输出电流按照设定的时序逻辑进行变化，包括：频率、相位以及变化的速度及维持时间等，或叠加2-50次谐波电流。
上述大功率基波电流或基波电流与谐波电流发生装置利用H桥串联技术提高装置逆变部分的等效开关频率，以提高输出的带宽来满足装置的动态特性，及2-50次谐波电流叠加的能力，且输入功率因数高，对电网无污染。本实用新型装置突破大功率装置开关频率不高、带宽较低的限制，满足客户叠加高次谐波的要求。
以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种大功率基波电流或基波电流与谐波电流发生装置，其特征在于：包括共用直流母线的整流部分和逆变部分、与整流部分连接的第一控制器，与逆变部分连接的第二控制器、以及与第一控制器和第二控制器连接的逻辑命令发生装置，所述整流部分包括与各相电网相连接的输入滤波单元、与所述滤波单元相连接并由全控型器件构成的三相桥式整流单元；所述逆变部分包括六个分别与三相桥式整流单元相连接的单相逆变单元、与各个单相逆变单元相对应连接的输出滤波单元和隔离单元，各个所述单相逆变单元的输出经输出滤波单元和隔离单元后构成三相输出，第一控制器采用包含锁相环的电压外环、电感电流内环的双闭环控制装置来控制输入电流的幅值和波形以及直流母线电压，第二控制器采用包括电感电流瞬时值环控制逆变的电流幅值和波形，所述逻辑命令发生装置用于产生控制第一控制器和第二控制器的通讯及逻辑命令。
2.如权利要求1所述大功率基波电流或基波电流与谐波电流发生装置，其特征在于：所述输入滤波单元包括与各相电网相连接的输入滤波电感和输入滤波电容。
3.如权利要求1所述大功率基波电流或基波电流与谐波电流发生装置，其特征在于：所述三相桥式整流单元包括六个全控型器件，六个全控型器件两两一组而分别与三相电网相连接。
4.如权利要求3所述大功率基波电流或基波电流与谐波电流发生装置，其特征在于：所述第一控制器包括电压外环控制器、电感电流内环控制器、软锁相电路、abc/DQ变换器、DQ/abc变换电路以及驱动电路；
所述电压外环控制器包括电压检测电路、第一PI调节器以及第一输出限幅电路，第一PI调节器根据电压检测电路检测的母线电压值与直流母线电压给定值进行调节，经过第一输出限幅电路后，作为电流环的给定作用于电流环，再经过第二PI调节器、第二输出限幅电路输出给DQ/abc变换电路；
软锁相电路与abc/DQ变换器、DQ/abc变换电路连接；
所述电感电流内环控制器包括第二PI调节器、第二输出限幅电路、第三PI调节器、第三输出限幅电路，电流内环采用将三相电感电流经过abc/DQ变换电路后，对D、Q值分别采用第二PI调节器、第三PI调节器单独控制的控制方式，abc/DQ变换电路的输出经过第二PI调节器、第二输出限幅电路和第三PI调节器、第三输出限幅电路后与DQ/abc变换电路连接，DQ/abc变换电路与驱动电路连接，驱动电路用于产生驱动信号来控制全控型器件的开通与关断。
5.如权利要求1所述大功率基波电流或基波电流与谐波电流发生装置，其特征在于：所述整流部分还包括连接于所述三相桥式整流单元的直流侧的平滑缓冲电容。
6.如权利要求1所述大功率基波电流或基波电流与谐波电流发生装置，其特征在于：所述逆变部分还包括多个连接于各个所述单相逆变单元的直流侧的母线支撑电容。
7.如权利要求1所述大功率基波电流或基波电流与谐波电流发生装置，其特征在于：各个单相逆变单元均由若干个全控型器件构成。
8.如权利要求1所述大功率基波电流或基波电流与谐波电流发生装置，其特征在于：所述输出滤波单元包括输出滤波电感和输出滤波电容。
9.如权利要求1所述大功率基波电流或基波电流与谐波电流发生装置，其特征在于：所述隔离单元包括隔离变压器。
10.如权利要求3或6中所述大功率基波电流或基波电流与谐波电流发生装置，其特征在于：所述全控型器件选用MOSFET或IGBT。
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|---|---|---|---|---|
| CN115498896A (zh) * | 2022-06-02 | 2022-12-20 | 中国南方电网有限责任公司超高压输电公司检修试验中心 | 一种真空有载分接开关测试系统及谐波电流源 |
| CN115498896B (zh) * | 2022-06-02 | 2024-06-04 | 中国南方电网有限责任公司超高压输电公司检修试验中心 | 一种真空有载分接开关测试系统及谐波电流源 |
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| CN115498896B (zh) * | 2022-06-02 | 2024-06-04 | 中国南方电网有限责任公司超高压输电公司检修试验中心 | 一种真空有载分接开关测试系统及谐波电流源 |
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