CN215498427U - 一种通过高速光纤并联的四象限电网模拟器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种通过高速光纤并联的四象限电网模拟器，包括第一电网模拟器和第二电网模拟器，输入端均连接AC10kV进线母线，输出端均各自连接一个被测系统；电网模拟器包括输入断路器、移相变压器、级联变频功率单元、输出滤波器、输出断路器和降压变压器；两个电网模拟器的级联变频功率单元的控制端通过高速光纤相互连接；两个电网模拟器的输出滤波器的输出端通过输出并联断路器QF3相连。采用两个电网模拟器并联运行，设备功率加倍，满足了大功率试验的需求，节约了成本；并且进一步地，将两个电网模拟器中的级联的多个功率单元进行集中的光纤连接方式，只需要两根光纤即可实现并联，适用于高压级联变频功率单元的并联运行结构。
Description
技术领域
本实用新型涉及电网模拟器技术领域，特别涉及一种通过高速光纤并联的四象限电网模拟器。
背景技术
电网模拟器是配合并网逆变器试验用的测试设备。分布式发电设备，比如光伏发电、风力发电等小型并网逆变器，接入电网时，如果稳定性不够，会影响电网质量，设备输出能力也会随着外部环境的变化而变化，另外电网波动时，会影响分布式设备的正常工作，导致分布式系统不稳定。因此各国均制订了针对分布式设备的技术规范，以求达到分布式设备更稳定可靠的运行。针对分布式设备的试验设备需求也相应增加。各生产商均需要一种能对光伏/风电等设备进行电网故障模拟的电网模拟器，对设备进行全面的功能测试。对分布式并网设备的试验主要包括：电压适应性，频率适应性，谐波适应性，间谐波适应性，闪变适应性，不平衡适应性，高电压穿越，低电压穿越，相位突变等。本方案的电网模拟器是基于H桥级联技术的高压变频四象限电网模拟器，能满足多项试验需求，是当前最便捷功能最多的试验技术。
公开号为CN112886828A的中国专利公开了一种电网模拟器拓扑结构及其控制方法，是单个的电网模拟器的结构，而针对大容量等级的被试设备，有时需要将多台电网模拟器并联使用，相比单独采购一台大容量电网模拟器可以节省大量成本，提高现有设备利用率。
目前针对变频电源的并联技术，有集中控制方式、主从控制方式，分布式控制方式等，这些控制方式均需要连接大量电缆，公开号为CN102983754A的中国专利公开了一种并联的大功率高压试验用变频电源，但这种利用光纤直接传输IGBT驱动信号进行并联控制的方案，只适用于IGBT数量很少的低压变频电源。
发明内容
为了解决背景技术提出的技术问题，本实用新型提供一种通过高速光纤并联的四象限电网模拟器，采用两个电网模拟器并联运行，设备功率加倍，满足了大功率试验的需求，节约了成本；并且进一步地，将两个电网模拟器中的级联的多个功率单元进行集中的光纤连接方式，只需要两根光纤即可实现并联，适用于高压级联变频功率单元的并联运行结构。
为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案实现：
一种通过高速光纤并联的四象限电网模拟器，包括第一电网模拟器和第二电网模拟器，第一电网模拟器和第二电网模拟器的输入端均连接AC10kV进线母线，第一电网模拟器和第二电网模拟器的输出端均各自连接一个被测系统；
第一电网模拟器和第二电网模拟器的电路结构相同，均包括由输入端至输出端依次连接的输入断路器、移相变压器、级联变频功率单元、输出滤波器、输出断路器和降压变压器；
第一电网模拟器的级联变频功率单元与第二电网模拟器的级联变频功率单元通过高速光纤相互连接；第一电网模拟器的输出滤波器的输出端通过输出并联断路器QF3与第二电网模拟器的输出滤波器的输出端相连。
进一步地，所述的级联变频功率单元的结构包括多组三相功率单元；每个功率单元的输入端均连接至移相变压器的不同二次绕组，各相功率单元的输出端串联，串联后进行三相星形连接，构成级联变频功率单元的输出端。
进一步地，所述的第一电网模拟器的级联变频功率单元中的每个功率单元的控制端均连接至第一中央控制箱，第二电网模拟器的级联变频功率单元中的每个功率单元的控制端均连接至第二中央控制箱，第一中央控制箱与第二中央控制箱通过高速光纤相互连接。
进一步地，所述的第一中央控制箱和第二中央控制箱的结构相同，均包括CPU模块和与CPU端口相连接的高速光纤接口模块，第一中央控制箱的CPU模块和第二中央控制箱的CPU模块通过高速光纤接口模块和高速光纤相互连接。
进一步地，每个所述的功率单元结构相同，均包括输入端的三相可控桥式整流电路和输出端的桥式逆变电路，三相可控桥式整流电路以及桥式逆变电路均由多个IGBT连接构成，由多个IGBT连接构成的三相可控桥式整流电路使级联变频功率单元能够四象限运行。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
本方案将多台电网模拟器并联，设备功率加倍，满足了大功率试验的需求，节约了成本。将两个电网模拟器中的级联的多个功率单元进行集中的光纤连接方式，只需要两根光纤即可实现并联，适用于高压级联变频功率单元的并联运行结构，省去了复杂的线缆连接。每台电网模拟器均可以作为单独设备运行，进行小容量设备试验。也可以将两套并联运行，实现大容量设备试验。并且每一台都可作为主机或者从机。
附图说明
图1为实用新型的一种通过高速光纤并联的四象限电网模拟器的整体结构图；
图2为实用新型的级联变频功率单元的连接结构图；
图3为实用新型的四象限功率单元电路图；
图4为实用新型的光纤连接结构图；
图5为实用新型的高速光纤接口模块电路图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型提供的具体实施方式进行详细说明。
如图1所示，一种通过高速光纤并联的四象限电网模拟器，包括第一电网模拟器和第二电网模拟器，第一电网模拟器和第二电网模拟器的输入端均连接AC10kV进线母线，第一电网模拟器和第二电网模拟器的输出端均各自连接一个被测系统(被测系统见背景技术)；第一电网模拟器的输出滤波器的输出端通过输出并联断路器QF3与第二电网模拟器的输出滤波器的输出端相连，第一电网模拟器的级联变频功率单元与第二电网模拟器的级联变频功率单元通过高速光纤相互连接；实现并联运行结构，当输出并联断路器QF3断开时，为每台单独运行，当输出并联断路器QF3闭合时，为两套并联运行，实现大容量设备试验。并且每一台都可作为主机或者从机。
第一电网模拟器和第二电网模拟器的电路结构相同，均包括由输入端至输出端依次连接的输入断路器1-QF1/2-QF1、移相变压器YT1/YT2、级联变频功率单元G1/G2、输出滤波器L1/L2、输出断路器1-QF2/2-QF2和降压变压器T1/T2；
如图2所示，所述的级联变频功率单元的结构包括多组三相功率单元(功率单元U1功率单元、V1、功率单元W1～功率单元U10、功率单元V10、功率单元W10)；每个功率单元的输入端均连接至移相变压器的不同二次绕组，各相功率单元的输出端串联，串联后进行三相星形连接，构成级联变频功率单元的输出端U、V、W。
如图3所示，所述的级联变频功率单元为可以四象限运行的变频功率单元，每个所述的功率单元结构相同，均包括输入端的三相可控桥式整流电路和输出端的桥式逆变电路，三相可控桥式整流电路以及桥式逆变电路均由多个IGBT连接构成，由多个IGBT连接构成的三相可控桥式整流电路使级联变频功率单元具备电能回馈功能，能够四象限运行。
如图4所示，所述的第一电网模拟器的级联变频功率单元中的每个功率单元的控制端(IGBT的控制端)均连接至第一中央控制箱，第二电网模拟器的级联变频功率单元中的每个功率单元的控制端(IGBT的控制端)均连接至第二中央控制箱，第一中央控制箱与第二中央控制箱通过高速光纤相互连接。所述的第一中央控制箱和第二中央控制箱的结构相同，均包括CPU模块和与CPU端口相连接的高速光纤接口模块，第一中央控制箱的CPU模块和第二中央控制箱的CPU模块通过高速光纤接口模块和高速光纤相互连接。CPU模块选择FPGA或DSP均可，图4的实施例的CPU模块为FPGA，高速光纤接口模块可以选择图5的AFBR-5710APZ。第一电网模拟器的级联变频功率单元中的功率单元的控制端与第一中央控制箱的CPU模块的端口直接连接。第二电网模拟器的级联变频功率单元中的功率单元的控制端与第二中央控制箱的CPU模块的端口直接连接。
本实用新型中两台电网模拟器的光纤通讯过程原理为：两台电网模拟器通过高速光纤进行通信，此通信只在中央控制箱之间进行，每台电网模拟器的功率单元之间不进行任何通信。两台电网模拟器之间只连接两根高速光纤，一根负责发送数据，一根负责接收数据。中央控制箱中的CPU发出各个功率单元的三相电压调制信号，进行并/串转换后将数据通过光纤发送到从机光纤接收端口，从机CPU读取光纤端口数据并进行串/并转换得到主机数据。
以上实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于上述的实施例。上述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。
Claims (5)
1.一种通过高速光纤并联的四象限电网模拟器，其特征在于，包括第一电网模拟器和第二电网模拟器，第一电网模拟器和第二电网模拟器的输入端均连接AC10kV进线母线，第一电网模拟器和第二电网模拟器的输出端均各自连接一个被测系统；
第一电网模拟器和第二电网模拟器的电路结构相同，均包括由输入端至输出端依次连接的输入断路器、移相变压器、级联变频功率单元、输出滤波器、输出断路器和降压变压器；
第一电网模拟器的级联变频功率单元与第二电网模拟器的级联变频功率单元通过高速光纤相互连接；第一电网模拟器的输出滤波器的输出端通过输出并联断路器QF3与第二电网模拟器的输出滤波器的输出端相连。
2.根据权利要求1所述的一种通过高速光纤并联的四象限电网模拟器，其特征在于，所述的级联变频功率单元的结构包括多组三相功率单元；每个功率单元的输入端均连接至移相变压器的不同二次绕组，各相功率单元的输出端串联，串联后进行三相星形连接，构成级联变频功率单元的输出端。
3.根据权利要求2所述的一种通过高速光纤并联的四象限电网模拟器，其特征在于，所述的第一电网模拟器的级联变频功率单元中的每个功率单元的控制端均连接至第一中央控制箱，第二电网模拟器的级联变频功率单元中的每个功率单元的控制端均连接至第二中央控制箱，第一中央控制箱与第二中央控制箱通过高速光纤相互连接。
4.根据权利要求3所述的一种通过高速光纤并联的四象限电网模拟器，其特征在于，所述的第一中央控制箱和第二中央控制箱的结构相同，均包括CPU模块和与CPU端口相连接的高速光纤接口模块，第一中央控制箱的CPU模块和第二中央控制箱的CPU模块通过高速光纤接口模块和高速光纤相互连接。
5.根据权利要求2所述的一种通过高速光纤并联的四象限电网模拟器，其特征在于，每个所述的功率单元结构相同，均包括输入端的三相可控桥式整流电路和输出端的桥式逆变电路，三相可控桥式整流电路以及桥式逆变电路均由多个IGBT连接构成，由多个IGBT连接构成的三相可控桥式整流电路使级联变频功率单元能够四象限运行。
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- 2021-07-15 CN CN202121609302.0U patent/CN215498427U/zh active Active
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