WO2023231272A1 - 升压注入式谐波电流源的实现方法及装置 - Google Patents

升压注入式谐波电流源的实现方法及装置 Download PDF

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吕金壮
夏谷林
周海滨
张良
谢志成
黎卫国
潘志成
杨旭
张晋寅
王海军
陈蔚
李士杰
陈伟
张怿宁
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Abstract

一种升压式注入谐波电流源的实现方法及装置。方法包括：获取由第一预设算法控制谐波产生装置确定的第一谐波电流（S101）。再利用升压变压器调整第一谐波电流，获得高压试验条件下的第二谐波电流（S102）。通过第二预设算法进行高压试验条件下的第二谐波电流和基波电流的叠加，进行真空有载分接开关谐波电流切换试验（S103）。通过调整谐波电流的幅值和与基波电流叠加的相位，实现开合电流零点的斜率满足换流变压器真空有载分接开关谐波电流切换试验的验证要求。

Description

升压注入式谐波电流源的实现方法及装置
相关申请的交叉引用
本申请要求于2022年6月2日提交中国专利局、申请号为202210622277.2、发明名称为“一种升压注入式谐波电流源的实现方法及装置”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。
技术领域
本申请涉及大容量试验技术领域，特别是涉及一种升压注入式谐波电流源的实现方法及装置。
背景技术
换流变压器作为保证电力系统稳定性的核心部件，真空有载分接开关开关具有切换操作频率高的特点，约为6000次/年。此外，完成一次开关切换需要全部零部件(约为400个)精密配合。任意1个出现问题，都会导致换流变故障。因此，需要对换流变压器真空有载分接开关的切换能力进行验证，以保证真空有载分接开关的可靠性。
目前，往往采用工频电流和工频电压对真空有载分接开关进行切换试验验证。然而，换流变压器在实际运行中可能存在高次谐波的工况。高次谐波的叠加会增加开合电流零点的斜率，从而影响真空有载分接开关中真空灭弧室的转移电流能力。所以，仅在工频条件下，无法进行换流变压器真空有载分接开关切换试验正常验证。
因此，如何实现换流变压器真空有载分接开关谐波电流切换试验验证，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
根据本申请的各种实施例，提供了一种升压注入式谐波电流的实现方法和装置，实现换流变压器真空有载分接开关谐波电流切换试验的验证。
第一方面，本申请实施例提供了一种升压注入式谐波电流的实现方法，所述方法包括：
获取第一谐波电流；所述第一谐波电流由第一预设算法控制谐波产生装置获取；所述第一预设算法与所述第一谐波电流相对应，用于控制所述第一谐波电流的幅值和频率；
利用升压变压器调整所述第一谐波电流，生成第二谐波电流；所述第二谐波电流与调整之后的所述第一谐波电流对应；
利用第二预设算法叠加所述第二谐波电流与基波电流，进行真空有载分接开关谐波电流切换试验；所述基波电流由基波电源提供；所述第二预设算法用于控制所述第二谐波电流和所述基波电流的相位。
第二方面，本申请实施例提供了一种升压注入式谐波电流的实现装置，所述装置包括：
获取模块，用于获取第一谐波电流；所述第一谐波电流由第一预设算法控制谐波产生装置获取；所述第一预设算法与所述第一谐波电流相对应，用于控制所述第一谐波电流的幅值和频率；
升压模块，用于利用升压变压器调整所述第一谐波电流，生成第二谐波电流；所述第二谐波电流与调整之后的所述第一谐波电流对应；
叠加模块，用于利用第二预设算法叠加所述第二谐波电流与基波电流，进行真空有载分接开关谐波电流切换试验；所述基波电流由基波电源提供；所述第二预设算法用于控制所述第二谐波电流和所述基波电流的相位。
本申请的一个或多个实施例的细节在下面的附图和描述中提出。本申请的其它特征、目的和优点将从说明书、附图以及权利要求书变得明显。
附图说明
为了更好地描述和说明这里公开的那些发明的实施例和/或示例，可以参考一幅或多幅附图。显而 易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。用于描述附图的附加细书或示例不应当被认为是对所公开的发明、目前描述的实施例和/或示例以及目前理解的这些发明的最佳模式中的任何一者的范围的限制。
图1为一些申请实施例中升压注入式谐波电流源的方法流程图；
图2为一些实施例中单相H桥电路的结构示意图；
图3为另一些实施例中升压注入式谐波电流源的实现方法流程图；
图4为一些实施例中的前期准备电路；
图5为一些实施例中升压式注入谐波电流源的实现装置的结构框架图；
图6为一些实施例中计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
正如前文描述，目前常用于真空有载分接开关切换试验的验证主要在工频条件下进行试验。然而，由于换流变压器在实际运行中存在含有高次谐波的工况，会导致开合电流零点的斜率增大。开合电流零点的斜率增大，会导致恢复电压上升较快，从而需要验证真空灭弧室转移电流的能力。真空灭弧室是真空有载分接开关切换的关键部件，较低的真空灭弧室转移电流能力，会导致无法实现真空有载分接开关正常切换。
因此，发明人提出了一种升压注入式谐波电流源的方式。首先调整谐波电流的幅值和频率。然后利用变压器升压实现与高压试验回路中的基波电流叠加的等效方式，模拟实际工况，达到调整试验电流零点斜率，以使其满足开关切换的等价性要求。
本申请可应用于10kV高压试验系统中，也可以用于超过10kV高压试验系统中。本申请可以由计算机与硬件电路共同执行。硬件电路可以为产生高压状态和电流波形的电路。计算机可以为安装控制电路产生电流波形的单片机或嵌入式软件。
图1为本申请实施例提供的一种升压注入式谐波电流源的方法流程图，应用于换流变压器真空有载分接开关谐波电流切换试验。在一个实施例中，该方法至少包括以下步骤：
S101：获取第一谐波电流。
为模拟实际换流变压器真空有载分接开关谐波电流切换试验，首先需要第一谐波电流。在本申请实施例中，第一谐波电流由第一预设算法通过控制谐波产生装置确定。在本申请实施例中，谐波产生装置可以为由IGBT组成的单相H桥电路。图2为本申请实施例提供的一种单相H桥电路的结构示意图。由4个IGBT组成H桥，其中1管和2管互补，3管和4管互补。直流输入电压通过控制单相H桥电路中4个IGBT的关断和开通，可以实现控制同一端口PN端口的输出电压。
在本申请实施例中，直流输入电压可以由市电380V经过隔离变压器后再经过三相全桥整流获得。第一预设算法与第一谐波电流对应，其目的用于调整第一谐波电流的幅值和频率。在本申请实施例中，第一预设算法可以通过控制IGBT的开通时间和关断时间，确定第一输出电压的工作时间和第二输出电压的工作时间。其中，第一输出电压和第二输出电压均为直流输入电压，且为单相H桥电路中同一端口PN端口的输出电压。根据上述端口的输出电压，就可以从而满足要求的第一谐波电流。在本申请实施例中第一谐波电流的幅值和频率，可以根据试验需要进行设置。
此外，在本申请实施例中，为了获得稳定的谐波电流，可以经过低通滤波器进行电流滤波。
在本申请实施例中，谐波产生装置可以采用多个单相H桥电路并联的方式，并且每个单相H桥电路对应不同的升压变压器。谐波产生装置包括第一单相H桥电路和第二单相H桥电路。其中第一单相H桥电路与第二单相H桥电路并联，与第一升压器串联。第二单相H桥电路与第二升压变压器串联。
谐波产生装置还可以包括第三单相H桥电路。其中，第三单相H桥电路与第一单相H桥电路和第二单相H桥电路并联，与第三升压变压器串联，以此类推。如此，各模块电路可独立运行，单个电路模块故障不影响其他运行，即运行可靠性高。并且仅仅增加单相H桥电路就可以实现平滑扩容。在本申请实施例中，配置单相H桥电路的个数需要根据试验电压和试验电流的要求确定。
另外，在本申请实施例中，采用单相H桥电路属于低压电力电子器件。相对于高压模块，低压模块的电力电子器件算法和硬件技术成熟，且安全性高，成本低。此外，计算机通过预设算法控制谐波电流的幅值和频率易于调节，试验等价性高。
S102：利用升压变压器调整第一谐波电流，生成第二谐波电流。
计算机获得满足要求的第一谐波电流之后，由于此时第一谐波电流的电压较低，直接与基波电流叠加不符合实际情况。因此需要先利用升压变压器调整第一谐波电流。在本申请实施例中，升压变压器需要进行特殊设计。其变比需要根据实际情况进行预先设定。变比是指电压的升压比例，比如升压比为1：5，则假设输入电压为1kV，则输出电压为5kV。计算机通过特定变比调整第一谐波电流，可以获得第二谐波电流。其中，第二谐波电流对应的电压高于第一谐波电流对应的电压。如此，可以实现多次谐波与基波电流的叠加是在高压试验回路中进行的，试验波形贴近实际运行工况。
在本申请实施例中，预设升压变压器的变比，除考虑实际情况外，还需要通过适当容量冗余设计，满足后续的扩容。可选的，在本申请实施例中，获取预设变比，其中，预设变比取决于试验时的容量需求，考虑适当的冗余。
S103：利用第二预设算法叠加所述第二谐波电流与基波电流，进行真空有载分接开关谐波电流切换试验。
计算机获得第二谐波电流之后，若要实现在高压试验回路中，与基波电流进行叠加，第二谐波电流的相位必须与基波电流的相位满足对应关系。在本申请实施例中，计算机通过第二预设算法调整第二谐波的幅值和与基波电流叠加的相位关系，从而获得满足要求的电流过零点斜率要求。
比如，调整后的第二谐波电流为i x＝i x0cos(nwt)(n＞1，n为正整数)，其中，i x0为高压谐波电流的幅值，w为角速度，t为时间。基波电流为i b＝i b0sin(wt)，i b0为基波电流的幅值。叠加基波电流和第二谐波电流，获得叠加后的电流模型为：i＝i x0cos(nwt)+i b0sin(wt)。因此：
Figure PCTCN2022126127-appb-000001
由此可知，在电流过零点时，即t＝0时，
Figure PCTCN2022126127-appb-000002
只和基波电流有关，与谐波电流无关。
如果调整后的第二谐波电流为
Figure PCTCN2022126127-appb-000003
(n＞1，n为正整数)，基波电流为i b＝i b0sin(wt)，叠加后的基波电流和第二谐波电流为：
Figure PCTCN2022126127-appb-000004
则：
Figure PCTCN2022126127-appb-000005
当t＝0时，
Figure PCTCN2022126127-appb-000006
综上，计算机通过调整谐波电流的幅值和与基波电流叠加的相位关系，可以使得电流过零点斜率满足不同试验条件下真空有载分接开关真空灭弧室的过零点斜率的要求。
在本申请实施例中，首先获取由第一预设算法控制谐波产生装置确定的第一谐波电流。然后利用升压变压器调整第一谐波电流，获得高压试验条件下的第二谐波电流。计算机通过第二预设算法进行高压试验条件下的第二谐波电流和基波电流的叠加，实现进行真空有载分接开关谐波电流切换试验。即计算机通过第一预设算法控制谐波产生装置中谐波电流的幅值和频率，再通过升压变压升压。计算机利用第二预设算法控制第二谐波电流的相位，最后与高压试验回路的基波电流叠加。进而计算机通过调整谐波电流的幅值和与基波电流叠加的相位，实现开合电流零点的斜率满足换流变压器真空有载分接开关谐波电流切换试验的验证要求。
在本申请实施例中，上述图1所述的步骤存在多种可能的实现方式，下面进行介绍。需要说明的是，下文介绍中给出的实现方式仅作为示例性说明，并不代表本申请实施例的全部实现方式。图3为另一些实施例中升压注入式谐波电流源的实现方法流程图。
S301：前期准备。
(1)根据试验电压和试验电流的要求，配置三个变流器部分，每个变流器都由单相H桥电路组成。(2)配置三个对应的升压变压器。升压变压器的升压比为1:10倍，充分考虑一定的冗余用于扩容。(3)配置基波电源用于产生基波试验参数。如图4所述为本申请实施例提供的一种前期准备电路。包括隔离变压器401，三相全桥整流402，变流器部分403、404和405，升压变压器406、407和408，基波电源409，最后与真空有载分接开关连接。
在本申请实施例中，变流器部分403与升压变压器406串联，变流器部分404与升压变压器407串联，变流器部分405与升压变压器408串联。变流器部分403、404和405则相互并联。分别受同一直流电压Vdc控制。隔离变压器401，三相全桥整流402，变流器部分403、404和405，升压变压器406、407和408组成的谐波电流源与基波电流源409并联。
在本申请实施例中，变流器部分可以平滑扩容。即增加新变流器部分，只需要将新变流器部分与其他变流器部分并联即可。此外，需要注意的，如果增加变流器部分，就可能还需要增加相应的升压变压器进行升压。
S302：ECU(Electronic Control Unit，电子控制单元)预设控制算法，控制变流器部分403、404和405的IGBT的关断时间和开通时间，以及控制谐波电流与基波电流叠加的相位。
具体来讲，预设算法预先存储在ECU中。预设算法设置为预设算法A和预设算法B，其中预设算法A控制IGBT的关断时间和开通时间，从而控制经过单相H桥电路中同一PN输出端口的输出电压Vdc和-Vdc的作用时间。进而控制谐波电流的流向，达到控制谐波电流的幅值和频率的目的。预设算法B根据基波电流的相位，调整谐波电流的相位，使两者叠加后满足试验要求。当具体执行时，可以在ECU界面执行启动预设算法操作。
S303：电路接通380V市电，实现基波电流和谐波电流的叠加操作。
准备电路接通380V市电，经过隔离变压器401和三相全桥整流402，获得1000V的直流电压。1000V直流电压同时流经三个变流器部分403、404和405，在计算机通过预设算法控制下，获得满足相应幅值和频率要求的谐波电流i A、i B和i C。谐波电流i A、i B和i C经过升压变压器升压获得10kV高压下的谐波电流i A、i B和i C，与基波电源409产生的基波电流叠加，获得满足要求的叠加后的试验电流。通过微分求解上述叠加电流，则可以获得满足要求的过零点斜率。
S304：将叠加后的试验电流与真空有载分接开关串联。进行真空有载分接开关开关谐波电流切换试验的验证。
本申请另一些实施例提供的升压注入式谐波电流源的实现方法，利用传统的低压电力电子元件作为10kV高压试验系统的谐波电流源开展试验，风险小且成本低、结构简单。此外，通过预设算法改变试验参量，设置简单，易于调节。升压变压器变比充分考虑容量冗余设计，可满足后续的扩容需求。
在一个实施例中，提供了一种升压式注入谐波电流源的实现装置的结构框架图。如图5所示。该装置500包括：
获取模块501，用于获取第一谐波电流；第一谐波电流由第一预设算法控制谐波产生装置获取；第一预设算法与第一谐波电流相对应，用于控制第一谐波电流的幅值和频率。
升压模块502，用于利用升压变压器调整第一谐波电流，生成第二谐波电流；第二谐波电流与调整之后的第一谐波电流对应。
叠加模块503，用于利用第二预设算法叠加第二谐波电流与基波电流，进行真空有载分接开关谐波电流切换试验；基波电流由基波电源提供；第二预设算法用于控制第二谐波电流和基波电流的相位。
可选的，谐波产生装置包括单相H桥电路，单相H桥电路由IGBT组成；单相H桥电路与升压变压器对应。
可选的，装置还包括：谐波电流生成模块，用于获取单相H桥电路的输入直流电压；还用于通 过预设算法控制IGBT的开通时间和关断时间，确定第一输出电压和第二输出电压的工作时间；还用于第一输出电压和第二输出电压为单相H桥电路中同一端口的输出电压；还用于根据第一输出电压和第二输出电压的工作时间，生成第一谐波电流
在其中一个实施例中，升压模块还包括：
预设单元，用于预设升压变压器的变比，变比为电压的升压比例。
需要说明的是，本申请提供的升压注入式谐波电流源实现方法不仅可以用于进行真空有载分接开关的谐波电流切换试验，也可以通过调节控制算法和低压模块开展其他相关的与谐波电流和电压相关的试验。
本申请实施例还提供了对应的设备以及计算机存储介质，用于实现本申请实施例提供的方案。
其中，设备包括存储器和处理器，所述存储器用于存储指令或代码，所述处理器用于执行所述指令或代码，以使所述设备执行本申请任一实施例所述的升压式注入谐波电流源的实现方法。
所述计算机存储介质中存储有代码，当所述代码被运行时，运行所述代码的设备实现本申请任一实施例所述的升压式注入谐波电流源的实现方法。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是终端，其内部结构图可以如图6所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、通信接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的通信接口用于与外部的终端进行有线或无线方式的通信，无线方式可通过WIFI、移动蜂窝网络、NFC(近场通信)或其他技术实现。该计算机程序被处理器执行时以实现一种运营商网络切换方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
本领域技术人员可以理解，图6中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
本申请实施例中提到的“第一”、“第二”(若存在)等名称中的“第一”、“第二”只是用来做名字标识，并不代表顺序上的第一、第二。
通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法中的全部或部分步骤可借助软件加通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如只读存储器(英文：read-only memory，ROM)/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者诸如路由器等网络通信设备)执行本申请各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
以上所述仅是本申请示例性的实施方式，并非用于限定本申请的保护范围。

Claims (10)

  1. 一种升压注入式谐波电流源的实现方式，应用于换流变压器真空有载分接开关谐波电流切换试验，所述方法包括：
    获取第一谐波电流；所述第一谐波电流由第一预设算法控制谐波产生装置获取；所述第一预设算法与所述第一谐波电流相对应，用于控制所述第一谐波电流的幅值和频率；
    利用升压变压器调整所述第一谐波电流，生成第二谐波电流；所述第二谐波电流与调整之后的所述第一谐波电流对应；
    利用第二预设算法叠加所述第二谐波电流与基波电流，进行真空有载分接开关谐波电流切换试验；所述基波电流由基波电源提供；所述第二预设算法用于控制所述第二谐波电流和所述基波电流的相位。
  2. 根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述谐波产生装置为单相H桥电路，所述单相H桥电路由绝缘栅双极型晶体管IGBT组成；所述单相H桥电路与所述升压变压器对应。
  3. 根据权利要求2所述方法，其特征在于，所述获取第一谐波电流之前，还包括：
    获取单相H桥电路的输入直流电压；
    通过所述第一预设算法控制IGBT的开通时间和关断时间，确定第一输出电压和第二输出电压的工作时间；所述第一输出电压和所述第二输出电压为所述单相H桥电路中同一端口的输出电压；
    根据所述第一输出电压和所述第二输出电压的所述工作时间，生成所述第一谐波电流。
  4. 根据权利要求2所述方法，其特征在于，所述谐波产生装置包括第一单相H桥电路和第二单相H桥电路，所述第一单相H桥电路和所述第二单相H桥电路并联；其中，所述第一单相H桥电路与第一升压变压器串联，所述第二单相H桥电路与所述第二升压变压器串联。
  5. 根据权利要求3所述方法，其特征在于，所述谐波产生装置还包括第三单相H桥电路；所述第三单相H桥电路与所述第一单相H桥电路和所述第二单相H桥电路并联；其中，所述第三单相H桥电路与第三升压器串联。
  6. 根据权利要求2所述方法，其特征在于，利用升压变压器调整所述第一谐波电流，生成第二谐波电流，包括：
    预设升压变压器的变比，所述变比为电压的升压比例；
    根据所述升压变压器的所述变比，调整所述第一谐波电流，生成第二谐波电流。
  7. 一种升压注入式谐波电流源的实现装置，应用于换流变压器真空有载分接开关谐波电流切换试验，所述装置包括：
    获取模块，用于获取第一谐波电流；所述第一谐波电流由第一预设算法控制谐波产生装置获取；所述第一预设算法与所述第一谐波电流相对应，用于控制所述第一谐波电流的幅值和频率；
    升压模块，用于利用升压变压器调整所述第一谐波电流，生成第二谐波电流；所述第二谐波电流与调整之后的所述第一谐波电流对应；
    叠加模块，用于利用第二预设算法叠加所述第二谐波电流与基波电流，进行真空有载分接开关谐波电流切换试验；所述基波电流由基波电源提供；所述第二预设算法用于控制所述第二谐波电流和所述基波电流的相位。
  8. 根据权利要求7所述装置，其特征在于，所述谐波产生装置包括单相H桥电路，所述单相H桥电路由绝缘栅双极型晶体管IGBT组成；所述单相H桥电路与所述升压变压器对应。
  9. 根据权利要求8所述装置，其特征在于，所述装置还包括：谐波电流生成模块，用于获取单相H桥电路的输入直流电压；还用于通过所述预设算法控制IGBT的开通时间和关断时间，确定第一输出电压和第二输出电压的工作时间；还用于所述第一输出电压和所述第二输出电压为所述单相H桥电路中同一端口的输出电压；还用于根据所述第一输出电压和所述第二输出电压的所述工作时间，生成所述第一谐波电流。
  10. 根据权利要求7所述装置，其特征在于，所述升压模块还包括：
    预设单元，用于预设升压变压器的变比，所述变比为电压的升压比例。
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