CN214953999U

CN214953999U - 一种多模式电力电子负载系统

Info

Publication number: CN214953999U
Application number: CN202120753157.7U
Authority: CN
Inventors: 李文娟; 李明秋; 左桢权
Original assignee: Harbin University of Science and Technology
Current assignee: Harbin University of Science and Technology
Priority date: 2021-04-14
Filing date: 2021-04-14
Publication date: 2021-11-30
Anticipated expiration: 2031-04-14

Abstract

本实用新型公开了一种多模式电力电子负载系统。包括：负载模拟模块，用于进行单相或三相负载端口特性的模拟；能量处理模块，包含能量耗散电路和并网逆变电路；信号采集模块，对受测电源输出侧、共用母线、并网逆变侧、三相电网侧的电压电流参数、电网侧电压相位等信息进行采集；微处理器模块，采用DSP微处理器对参数进行计算并控制整个系统工作，与人机交互控制器相连；驱动控制模块，接收处理器模块的控制信号对系统内的电力电子器件发送驱动信号。本系统兼具多种工作模式，可进行单相直流电源、单相交流电源、三相交流电源的测试，能量处理方式由系统计算自动切换最绿色经济的模式。本系统结构泛用性强，经济性好，可靠性高，自动化操作便利。

Description

一种多模式电力电子负载系统

技术领域：

本实用新型涉及电力电子负载领域，具体涉及一种的兼具有多种测试模式和两种能量处理模式的电力电子负载系统。

背景技术：

为了保证电源的品质优良，各种电源或电池在出厂前需要进行带载实验以测试其电气性能，电力电子负载通过控制电力电子电路模拟各种性质的负载，弥补了电源的传统带载放电测试无法灵活调节负载、通用性不强和成本高等缺点，能够适应越来越丰富的测试要求。可以替代传统负载满足小功率小电流、大功率大电流或高电压电池组的测试工作。馈能式电力电子负载通过馈网逆变将电源测试放出的能量回馈给三相电网，实现能量回收，更加绿色节能。但是一方面，电源的种类较多，需要模拟的负载类型也众多，如何更好的兼具各类电源的测试和负载模拟是电力电子负载的发展制约，另一方面，进行小功率电源测试时，一味追求馈能而不现实的考虑电路的能量消耗和器件损耗会导致馈能成本入不敷出，因此如何更合理的进行能量处理也是一个问题。

实用新型内容：

本实用新型提供了一种多模式电力电子负载系统。兼具单相直流、单相交流、三相交流三类电源的测试模式和能量耗散、馈网回收两种能量处理方式。

本实用新型的技术方案如下：

一种多模式电力电子负载系统，其特征在于：包括负载模拟模块，能量处理模块，信号采集调理模块，处理器模块，驱动控制模块。所述负载模拟模块有五个输入端口依测试模式选取与受测电源相连，输出端通过共用直流母线与能量处理模块相连；所述能量处理模块输出端与三相电网相连；所述信号采集调理模块信号采集端口与负载模拟模块输入端、共用母线侧、能量处理模块输出端以及三相电网连接，输出端和微处理器模块相连；所述微处理器模块与人机交互控制器相连，输出端与驱动控制模块相连；所述驱动控制模块与负载模拟模块、能量处理模块的IGBT控制端相连。

进一步地，所述负载模拟模块进行单相直流电源测试时，工作电路结构为Buck-Z源 Boost电路结构，通过控制Buck电路开关管通断进行电流断续的模拟，使用Z源BOOST电路得到了高升压比保证了后级并网馈能的实现，对三相交流电源进行测试时，工作电路结构采用三相桥式电路模拟三相负载。进行单相交流源测试时，工作电路结构利用三相桥式电路的两个桥臂工作进行单相交流负载的模拟。

进一步地，所述能量处理模块的并网逆变部分采用三相桥式逆变电路，耗能电路采用可控电阻组成的能耗电路，所述能量处理模块的能量处理方式由微处理器模块进行计算后控制切换。

进一步地，所述信号采集模块分别对被测电源侧、共用母线侧、逆变并网侧、三相电网的电压电流信息进行采集调理，采集调理模块结构包括传感器，电压调理电路，电流调理电路，过零检测电路，电网相位检测电路，保护电路。

进一步地，所述的一种多模式电力电子负载系统其工作模式包括：单相直流电源测试模式；单相交流电源测试模式；三相交流电源测试模式；能量处理包括耗能模式和并网馈能模式。

进一步地，所述的处理器模块采用TI公司生产的TMS320F28335作为主控芯片。

进一步地，所述驱动控制模块采用IGBT专用驱动光耦HCPL316J。

进一步地，所述多模式电力电子负载系统主电路的开关器件选用富士公司生产的型号为 IMBH50-060的IGBT。

相对于现有技术，本实用新型提出的一种多模式电力电子负载系统具有以下效果：

本实用新型运用少量的电力电子器件兼并了单相直流、单相交流、三相交流三种常用电源的测试模式，能够依照测试人员的需求提供匹配的负载端口特性，泛用性强，成本更低，兼具耗能和并网馈能两种能量处理方式，能量处理更加灵活，由处理器自动控制切换能量处理方式使电力电子负载系统长久处于最环保节能的能量处理状态。

附图说明：

图1是本实用新型所述的一种多模式电力电子负载系统的结构框图；

图中：1-被测电源；2-负载模拟模块；3-共用直流母线；4-能量处理模块；5-耗能电路； 6-并网逆变器；7-驱动控制模块；8-微处理器模块，9-人机交互控制器，10-信号采集调理模块。

图2是本实用新型所述的一种多模式电力电子负载系统的主电路图；

图中：1-单相直流负载模拟电路；2-交流负载模拟电路；3-直流母线电容及启动电路；4- 能量处理电路。

具体实施方式：

下面结合附图对本实用新型作进一步的描述。为了清除和简明起见，在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本实用新型，在附图中仅仅示出了与根据本实用新型的方案密切相关的装置结构，而省略了与本实用新型关系不大的其他细节。

如图1，本实用新型中可模拟谐波负载的多模式电力电子负载系统包括：被测电源(1)、负载模拟模块(2)、共用直流母线(3)、能量处理模块(4)、耗能电路(5)、并网逆变器(6)、驱动控制模块(7)、微处理器模块(8)、人机交互控制器(9)、信号采集调理模块(10)。

所述负载模拟模块有五个输入端口依测试模式选取与受测电源相连，输出端通过共用直流母线与能量处理模块相连；所述能量处理模块输出端与三相电网相连；所述信息采集模块信息采集端口与负载模拟模块输入端、共用母线侧、能量处理模块输出端以及三相电网连接，输出端和微处理器模块相连；所述微处理器模块与人机交互控制器相连，输出端与驱动控制模块相连；所述驱动控制模块与负载模拟模块、能量处理模块的IGBT控制端相连。

如图2，进行单相直流电源测试时，单相直流负载模拟电路(1)结构为Buck-Z源Boost电路结构，通过控制Buck电路开关管S1通断进行电流断续或连续的切换，Z源Boost电路采用两个参数相同的电容和两个参数相同的电感构成Z源拓扑，利用Z源BOOST电路一方面进行直流电源放电电流的控制，另一方面优秀的升压能力有益于后级的并网馈能，交流负载模拟电路 (2)对三相交流电源进行测试时，工作电路结构采用三相桥式电路模拟三相负载，进行单相交流源测试时，使用三相桥式电路的两个桥臂构成H桥进行单相交流负载的模拟。

如图2所示，当选择单相直流源测试模式时，电源连接DE两端口，开关S2闭合，交流负载模拟电路的三相桥式电路的六个IGBT均保持关断，选择三相交流源测试模式时，开关S2 打开，电源连接ABC三个端口，选择单相交流源测试模式时，电源连接AB端口，此时三相桥式电路C相桥臂上的两IGBT保持关断。

如图2所示，直流母线电容及启动电路(3)，系统启动时需要由三相电网对电容进行充电，为了使启动安全平滑，加入由开关S3控制切换的限流启动电路，避免了启动时电力电子负载主电路出现较大的过冲电流。

如图2所示，耗能处理电路(5)和并网逆变器(6)组成能量处理模块，耗能处理电路(4)由开关管S4和可变电阻构成，并网逆变器(6)电路结构为三相桥式电路，当微处理器选择并网馈能时，开关管S4保持关断，并网逆变器(6)将直流侧母线的电能逆变为与电网同相同频向电网馈能，当微处理器选择耗能时，开关管S4保持导通，并网逆变器(6)上的六个IGBT均关断。

此外，所述微处理器模块，具体是接收信号采集模块传递来的信息，将采集的受测电源输入端的电压电流与计算得到的参考信号进行比较，运用PR控制器进行调节控制负载模拟模块的PWM波，以改变模拟负载的特性实现电流跟踪，所述微处理器模块实时计算受测电源的放电功率，与内部设定好的一个功率阈值比较，该阈值综合考虑并网的开关管损耗和能量消耗而得出，如果电源放电功率小于该阈值则控制开关管S4切换到耗能处理方式。

此外，所述信息采集模块检测三相电网电压送入微处理器内的数字锁相环，电压与给定参考电压值的差值进行PI调节后与三相电网电压相位相乘得到三相并网电流指令，该电流指令与检测到的电流的差值进行PI调节后由微处理器生成PWM控制信号。

通过以上描述可知，本实用新型的一种多模式电力电子负载系统的工作过程如下：启动装置时,图2，S3接入电阻进行启动限流，馈网逆变器工作于二极管整流状态，由电网电压通过馈网逆变器向母线电容充电，当检测到直流母线电容电压大于电网电压峰值后，启动限流电阻退出，馈网逆变器进入逆变状态，在人机交互控制器上输入测试模式和模拟负载参数后接入受测电源，微处理器与驱动控制器由内部算法计算产生控制负载模拟模块进行相应负载模拟和控制能量处理模块进行馈能或耗能的PWM波，并且检测受测电源输出的电压电流矢量参数一方面通过PR控制器调整控制波形以实现快速电流跟踪以模拟真实负载，一方面计算受测电源的输出功率，与设定阈值比较选择能量处理方式，微处理器还需检测电网电压以及逆变并网侧的输出信号构成数字锁相环实现相位跟踪，馈网输出与电网同相同频的电能。

Claims

1.一种多模式电力电子负载系统，其特征在于，包括:负载模拟模块，可以进行单相或三相负载端口特性的模拟；能量处理模块，包括能量耗散电路和并网逆变电路，兼具能量耗散和能量并网回收两种能量处理模式；信号采集模块，对电源侧、共用母线、并网逆变输出侧、三相电网侧的电压电流参数进行采集和调理；微处理器模块，采用DSP微处理器进行计算并控制整个系统工作，与人机交互控制器相连，可手动控制系统工作于不同模式；驱动控制模块，接收处理器模块的控制信号对负载模拟模块或能量处理模块的开关管发送驱动信号。

2.根据权利要求1所述的一种多模式电力电子负载系统，所述负载模拟模块输入侧与待测电源连接，输出侧与所述能量处理模块输入侧共用一直流母线，所述能量处理模块内置耗能电路和并网逆变电路，并网逆变电路与三相电网连接。

3.根据权利要求1所述的一种多模式电力电子负载系统，其特征在于：所述负载模拟模块对单相负载模拟进行单相直流源测试时，工作电路结构为BUCK-Z源BOOST电路，通过控制Buck电路工作进行电流断续或电流连续的切换，采用Z源BOOST电路具备高升压比进行升压以用于后级的并网处理，对三相交流电源进行测试时，工作电路结构采用三相桥式电路模拟三相负载，进行单相交流源测试时，工作电路结构采用三相桥式电路的两个桥臂构成H桥进行单相交流负载的模拟。

4.根据权利要求1所述的一种多模式电力电子负载系统，其特征在于：所述能量处理模块的并网逆变部分采用三相桥式逆变电路，耗能处理部分采用由可控电阻组成的耗能电路，所述能量处理模块的能量处理方式由微处理器进行计算和控制切换，微处理器实时监测被测电源侧的电能参数计算功率，与设定的阈值比较，若功率低于该值，则认为馈能方式其回报低于反馈电路的能量消耗和器件损耗，由驱动控制模块切换电路至耗能方式。

5.根据权利要求1所述的一种多模式电力电子负载系统，其特征在于：所述信号采集模块分别对受测电源输出侧，共用母线，并网逆变输出侧、三相电网侧的电压电流信息进行采集调理；所述信号采集模块结构包括传感器，电压调理电路，电流调理电路，过零检测电路，电网相位检测电路，保护电路。

6.根据权利要求1所述的一种多模式电力电子负载系统，其特征在于：所述的一种多模式电力电子负载系统的工作模式包括：单相直流电源测试模式，包括恒流模式，恒阻模式，恒功率模式，动态电流连续模式和脉冲电流断续模式；单相交流电源测试模式；三相交流电源测试模式；能量处理包括耗能模式和并网馈能模式。

7.根据权利要求1所述的一种多模式电力电子负载系统，其特征在于：所述的处理器模块采用TI公司生产的TMS320F28335作为主控芯片；所述的多模式电力电子负载系统主电路的开关器件选用富士公司生产的型号为IMBH50-060的IGBT；所述驱动控制模块采用IGBT专用驱动光耦 HCPL316J。