專利名稱：一種動態(tài)電壓恢復(fù)器實驗室測試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種測試裝置，特別是關(guān)于一種動態(tài)電壓恢復(fù)器(DVR)實驗室測試裝置。
背景技術(shù)：
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電腦、變頻器和各種精密自動化設(shè)備獲得了廣泛應(yīng)用。在提高生產(chǎn)效率的同時，它們對供電電源的電能質(zhì)量也提出了更高的要求。相關(guān)調(diào)研表明，由于電壓暫降導(dǎo)致的對電能質(zhì)量的投訴問題在配電系統(tǒng)占有很大的比例，高科技園區(qū)、大型醫(yī)院、軍工單位和重要政府部門表現(xiàn)得尤為突出。DVR是一種靜態(tài)串聯(lián)型電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置，主要用來在供電電壓發(fā)生跌落、閃變、間斷等電能質(zhì)量問題時保證用戶側(cè)電壓穩(wěn)定。通過檢測供電電源側(cè)電壓，給出指令信號，DVR產(chǎn)生補償電壓，與電源電壓疊加后供給負(fù)載，從而保證用戶側(cè)電壓不變。
目前，國外瑞士的ABB公司、美國的GE公司、德國的西門子公司等都已經(jīng)推出了DVR或類似產(chǎn)品，并發(fā)布了應(yīng)用報告，但對研制過程和方法鮮有提及；國內(nèi)則更多集中在拓?fù)?、控制策略和小容量原理樣機研究方面，真正投入實際運行的則少之又少。DVR產(chǎn)品饋電回路的電壓等級多為380V或10kV，為了便于區(qū)分，分別稱之為低壓DVR和高壓DVR。高壓DVR主電路拓?fù)渲饕胁捎霉β势骷?lián)的兩電平、二極管中性點鉗位多電平、采用串聯(lián)變壓器的注入模式和功率單元級聯(lián)多電平。其中功率級聯(lián)多電平在高壓變頻器中已經(jīng)獲得了成熟應(yīng)用，因此該拓?fù)潆m然功率單元較多，但是由于不需要采用串聯(lián)注入變壓器，而且技術(shù)成熟，故在高壓DVR中獲得廣泛應(yīng)用。高壓大容量DVR的研制，對于試驗條件要求非常高，以容量較小的2MVA為例，進行現(xiàn)場工況模擬，需要有高壓三相大容量交流電源，大容量三相交流負(fù)載，以及配套的高低壓幵關(guān)和各種保護設(shè)備，試驗成本非常高。尋求一種簡單、可靠、低成本的試驗方法，已經(jīng)成為研究DVR或類似裝置的當(dāng)務(wù)之急。發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本實用新型的目的是提供一種簡單、可靠、低成本的動態(tài)電壓恢復(fù)器實驗室測試裝置。
為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采取以下技術(shù)方案 一種動態(tài)電壓恢復(fù)器實驗室測試裝置，其特征在于它包括一單線制主電路，所述電路的輸入信號分為三路并聯(lián)信號第一路通過一避雷器接地；第二路信號通過旁路幵關(guān)連接到電路輸出端；第三路信號與一隔離刀閘串聯(lián)后分為兩路并聯(lián)輸出信號， 一路輸出信號直接與一起保護作用的晶閘管的輸入端連接，另一路輸出信號通過串聯(lián)一 DVR投切開關(guān)后與一起保護作用的熔斷器串聯(lián)，所述熔斷器通過串聯(lián)一隔離用變壓器與另一起保護作用的熔斷器串聯(lián)，該所述熔斷器的輸出端與功率模塊串聯(lián)，所述功率模塊輸出端串聯(lián)一個由電容組成的濾波電路，所述濾波電路與晶閘管并聯(lián)，第三路中的兩路輸出信號并聯(lián)后與另一隔離刀閘串聯(lián)后輸出，第三路信號的輸出端與第二路信號中旁路開關(guān)的輸出端并聯(lián)連接在電路輸出端。所述的濾波電路中還包括一與所述電容并聯(lián)的電感。
所述功率模塊是由多個功率單元構(gòu)成，每個功率單元是由一交流 直流轉(zhuǎn)換電路通過并聯(lián)一極性電容連接到另 一直流 交流轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成。
所述每個功率單元包括以三相繞組通過連接六個二極管組成的三相整流電路，所述三相整流電路的共陰端串聯(lián)一由一軟啟動晶閘管與軟啟動電阻并聯(lián)組成的軟啟動電路，所述軟啟動電路與整流電路的共陽端并聯(lián)一直流電容，所述直流電容的輸出端并聯(lián)一由一制動電阻串聯(lián)一制動IGBT模塊組成制動電路，所述制動電路的輸出端并聯(lián)一由一半橋IGBT模塊和一半橋IGBT模塊組成的單相全橋逆變拓?fù)潆娐?，制動IGBT模塊包括一 IGBT絕緣柵極功率管和一回流二極管并聯(lián)構(gòu)成IGBT模塊，IBGT模塊串聯(lián)一二極管；半橋IGBT模塊包括兩個IGBT模塊。
所述功率模塊為串聯(lián)使用的三個，每個所述功率模塊分別包括三個串聯(lián)的功率單元，每個所述功率單元均以隔離變壓器供電為輸入信號，將三個功率模塊的輸出端串聯(lián)后形成三相電。
所述功率模塊中包括兩個功率單元，其中一所述功率單元作為逆變電源，用來模擬實際供電電壓的跌落，其中另一所述功率單元作為單相DVR使用。
本實用新型由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點1、本實用新型利用DVR本身的功率單元，外配單相變壓器和單相負(fù)載，實現(xiàn)了在實驗室對DVR的全工況試驗考核，降低了研發(fā)成本，保證了DVR在各種工況下長時間運行的可靠性。2、本實用新型將三相DVR轉(zhuǎn)換為單相DVR進行研究，可以簡化試驗線路和負(fù)載，降低研制、測試成本。3、本實用新型通過交直交轉(zhuǎn)換，可以實現(xiàn)DVR裝置與實際電網(wǎng)的隔離，防止試驗過程中由于誤操作對電網(wǎng)和并聯(lián)其余回路負(fù)荷所造成的損壞。4、本實用新型充分利用軟件編程的靈活性，將兩個功率單元， 一個作為單相幅值相位頻率可調(diào)的電壓跌落模擬電源，另一模塊作為單相DVR來進行電壓跌落補償控制，可以精確模擬系統(tǒng)電壓跌落和DVR補償工況。5、本實用新型通過用單相DVR
5進行測試，使負(fù)載數(shù)量和容量降低為DVR三相功率單元的1/3，節(jié)省了電能耗費，
采用電感或電容作為負(fù)載，可以進一步降低試驗成本。本實用新型可以廣泛用于
各種自動化設(shè)備中。


圖1是本實用新型DVR的單線制主電路示意圖圖2是本實用新型功率模塊的功率單元示意圖圖3是本實用新型高壓DVR的功率模塊示意圖圖4是本實用新型全工況模擬測試系統(tǒng)示意圖
圖5是本實用新型單相DVR工作在零電壓模式時的用戶供電回路示意圖圖6是本實用新型單相DVR工作在補償模式時的負(fù)載供電回路示意圖圖7是本實用新型補償模式時的電路仿真波形示意圖圖8是本實用新型單相DVR工作在旁路模式時的供電回路示意圖具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進行詳細(xì)的描述。
DVR裝置功率單元的拓?fù)渲饕腥喟霕蚝腿嗳珮颉Ｈ喟霕蛲負(fù)溥m用于三相電網(wǎng)平衡系統(tǒng)；當(dāng)三相電網(wǎng)不平衡時，其控制性能變差，甚至?xí)l(fā)生故障，考慮高壓DVR裝置的容量較大且供電電源大部分時間三相不平衡，實際裝置多采用三相全橋結(jié)構(gòu)。本實用新型也是采用三相全橋結(jié)構(gòu)。
如圖1所示，本實用新型包括適用于高壓、低壓DVR的單線制主電路，單線制主電路的輸入信號分為三路并聯(lián)信號第一路通過一保護作用的避雷器F接地;第二路信號通過旁路開關(guān)QF1連接到電路輸出端；第三路信號與一隔離刀閘QS1串聯(lián)后分為兩路并聯(lián)輸出信號， 一路輸出信號直接與一保護作用的晶閘管Pscr的輸入端連接，另一路輸出信號通過串聯(lián)一 DVR投切開關(guān)QF2后與一保護作用的熔斷器Fs串聯(lián)，熔斷器Fs通過串聯(lián)一隔離用變壓器T與另一起保護作用的熔斷器Fr串聯(lián)，熔斷器Fr的輸出端與功率模塊串聯(lián)，功率模塊的輸出端串聯(lián)一個由一電感L和一電容C并聯(lián)組成的濾波電路LC，濾波電路LC與晶閘管Pscr并聯(lián)，兩路輸出信號并聯(lián)后與另一隔離刀閘QS2串聯(lián)組成完整的第三路信號的輸出，第三路信號的輸出端與第二路信號的旁路開關(guān)QF1的輸出端并聯(lián)連接在主電路輸出端。
上述電路適用于低壓DVR裝置，如果用于高壓DVR裝置中，通?？梢允∪ル姼蠰。
上述實施例中，功率模塊是由多個功率單元構(gòu)成，每個功率單元是由一交流 直流轉(zhuǎn)換電路通過并聯(lián)一極性電容連接到另 一直流 交流轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成。如圖2所示，功率單元包括以三相繞組al、 bl、 cl通過連接六個二極管D1 D6組成三相整流電路，三相整流電路的共陰端串聯(lián)一由一軟啟動晶閘管Sl與軟啟動電阻R1并聯(lián)組成的軟啟動電路，軟啟動電路與整流電路的共陽端并聯(lián)一直流電容，直流電容的輸出端并聯(lián)一由一制動電阻R2串聯(lián)一制動IGBT模塊S3組成的制動電路，制動電路的輸出端并聯(lián)一由一半橋IGBT模塊S2和一半橋IGBT模塊S4組成的單相全橋逆變拓?fù)潆娐?。在本實施例中，制動IGBT模塊S3包括一 IGBT絕緣柵極功率管S3和一回流二極管D8并聯(lián)構(gòu)成IGBT模塊，IBGT模塊串聯(lián)一二極管D7;半橋IGBT模塊S2包括兩個IGBT模塊S21、 S22,半橋IGBT模塊S4包括兩個IGBT模塊S41、 S42。
上述實施例中，當(dāng)用作高壓DVR時，本實用新型利用低壓DVR的功率單元構(gòu)造高壓DVR，高壓DVR的功率模塊中每相串聯(lián)的功率單元數(shù)目取決于用戶電壓等級，如圖3所示，以三個功率模塊串聯(lián)為例，每個功率模塊各包括三個功率單元，
每個功率模塊的三個功率單元串聯(lián)后輸出，各功率模塊均包括以隔離變壓器供電為輸入信號，輸入信號al、 bl、 cl， a2、 b2、 c2和a3、 b3、 c3均與各功率單元的三個功率單元輸入端連接，將三個功率模塊的輸出端串聯(lián)后形成U、 V、 W三相電，U、 V、 W三相電與供電電壓串聯(lián)后給用戶供電。在本實施例中，所有的功率單元均相同。
上述實施例中，無論是高壓DVR還是低壓DVR，核心部分均為功率單元部分，因此對DVR裝置的研制和測試也就主要演變?yōu)楣β蕟卧M行研制和測試。
如圖2所示，分析功率單元示意圖可知，這是一個廣泛采用的單相逆變電源電路。其工作流程為變壓器隔離后的三相繞組al、 bl、 cl通過二極管D1 D6構(gòu)成的三相整流橋完成交 直流轉(zhuǎn)換，三相整流橋和由軟啟動晶閘管S1、軟啟動電阻Rl構(gòu)成的軟啟動電路后對直流電容Cl進行充電，以提供進入補償模式時需要的能量。制動IGBT模塊S3和制動電阻R2構(gòu)成了制動電路，以防止DVR補償啟動時，發(fā)生能量倒灌現(xiàn)象，損壞功率單元。半橋IGBT模塊S2和半橋IGBT模塊S4構(gòu)成了單相全橋逆變拓?fù)潆娐?，完成?交流轉(zhuǎn)換后輸出。
本實用新型的DVR的使用方法包括的工作模式主要有零電壓模式、補償模式、旁路模式。功率單元工作在零電壓模式和補償模式的區(qū)別主要表現(xiàn)在兩半橋IGBT模塊S2、 S4上，零電壓模式時，兩半橋IGBT模塊S2、 S4的兩支上管或下管同時導(dǎo)通，兩半橋IGBT模塊S2、 S4逆變輸出電壓為零；補償模式時，兩半橋IGBT模塊S2、 S4逆變輸出電壓為補償電壓，與跌落后的供電電壓相加后保證用戶側(cè)電壓不變。當(dāng)DVR工作在補償模式時，供電電壓必須要能夠產(chǎn)生電壓跌落現(xiàn)象，因此，本實用新型利用功率單元(如圖2所示)，通過軟件調(diào)整，將功率單元分別設(shè)
計為單相幅值相位頻率可調(diào)的電壓跌落模擬電源和單相DVR來進行電壓跌落補償控制。
如圖4所示，本實施例的功率模塊中設(shè)置了兩個功率單元1、 2，功率單元l和功率單元2完全相同，利用功率單元l，通過軟件調(diào)整，將其設(shè)計為電壓幅值和跌落時間可調(diào)的逆變電源，用來模擬實際供電電壓的跌落，由三相供電電壓經(jīng)整流逆變后產(chǎn)生；利用功率單元2，通過軟件編程設(shè)計為單相DVR使用，通過實現(xiàn)DVR的三種工作模式，對單相用戶負(fù)載Z供電，完成對功率單元2的測試。從而構(gòu)成了既可以模擬供電電壓跌落，又能夠?qū)ψ鳛閱蜗郉VR的功率單元進行全工況模擬測試的系統(tǒng)。在全工況模擬測試系統(tǒng)中，由于功率單元2的供電是由功率單元1逆變產(chǎn)生的單相電源，為提高其補償能力，增設(shè)單相變壓器T1， 一方面實現(xiàn)了功率單元2與功率單元1的電氣隔離，另一方面提升了功率單元2的供電電壓，保證了功率單元2的直流電壓與三相整流時具有相同的幅值。
零電壓模式如圖5所示，當(dāng)旁路開關(guān)QF1斷開，兩個隔離刀閘QS1、 QS2和一 DVR投切開關(guān)QF2閉合時，若供電電壓沒有發(fā)生跌落，此時DVR投切開關(guān)QF2閉合為保證功率模塊中直流側(cè)電容兩端維持穩(wěn)定的直流電壓，提供補償時必需的能量，功率模塊中直流 交流部分的交流側(cè)處于短路狀態(tài)，DVR功率模塊輸出電壓為零，DVR工作在零電壓模式。功率單元1輸出的電壓一方面經(jīng)一隔離刀閘QS1、一電感L、短路后的功率單元2和另一隔離刀閘QS2給單相負(fù)載Z供電；另一方面，DVR投切開關(guān)QF2閉合，通過單相變壓器Tl給功率單元2的直流電容提供直流電壓，保證該直流電容兩端維持穩(wěn)定的直流電壓，提供進入補償模式時需要的能量。
補償模式如圖6所示，當(dāng)旁路開關(guān)QF1斷開，兩個隔離刀閘QS1、 QS2和DVR投切開關(guān)QF2閉合時，若供電電壓發(fā)生跌落，DVR進入補償模式。功率單元l輸出跌落電壓經(jīng)一隔離刀閘QS1、 一電感L，疊加功率單元2的單相DVR輸出的電壓后，經(jīng)另一隔離刀閘QS2給單相負(fù)載Z供電，保證用戶側(cè)電壓不發(fā)生變化。
對補償模式進行電路仿真，如圖7所示，電路仿真的波形為，Usys是對應(yīng)功率單元1輸出的帶有短時供電電壓發(fā)生跌落時的電壓波形；U—dvr是對應(yīng)功率單元2的輸出電壓波形，當(dāng)供電電壓沒有發(fā)生跌落時，功率單元2的輸出電壓為零，當(dāng)供電電壓發(fā)生跌落時，功率單元2的輸出電壓為補償電壓，供電電壓恢復(fù)后，功率單元2的輸出電壓又變成零，即U一dvr輸出電壓波形表現(xiàn)為零電壓、補償電壓、零電壓；Uload是負(fù)載兩端的電壓波形，即用戶側(cè)電壓波形，為功率單元l輸出的帶有短時跌落的電壓與功率單元2提供的跌落電壓之和，保證了用戶側(cè)電壓波形
8不發(fā)生變化。
旁路模式如圖8所示，當(dāng)旁路開關(guān)QF1閉合，兩隔離刀閘QS1和QS2斷開時，DVR工作在旁路模式，由模擬供電電源即功率單元1直接給負(fù)載Z供電。此時可以對DVR進行定期維護和檢修，而不會影響到用戶側(cè)供電。
從上述介紹可以看出，利用DVR的一個功率單元作為模擬電壓跌落的供電電源， 一個功率單元作為單相DVR裝置，可以實現(xiàn)三相全橋DVR裝置的全工況模擬，并且可以對DVR功率單元進行相關(guān)的電氣性能試驗、老化試驗和散熱試驗，實現(xiàn)了功率模塊在出廠前的全工況考核。
權(quán)利要求1、一種動態(tài)電壓恢復(fù)器實驗室測試裝置，其特征在于它包括一單線制主電路，所述電路的輸入信號分為三路并聯(lián)信號第一路通過一避雷器接地；第二路信號通過旁路開關(guān)連接到電路輸出端；第三路信號與一隔離刀閘串聯(lián)后分為兩路并聯(lián)輸出信號，一路輸出信號直接與一起保護作用的晶閘管的輸入端連接，另一路輸出信號通過串聯(lián)一DVR投切開關(guān)后與一起保護作用的熔斷器串聯(lián)，所述熔斷器通過串聯(lián)一隔離用變壓器與另一起保護作用的熔斷器串聯(lián)，該所述熔斷器的輸出端與功率模塊串聯(lián)，所述功率模塊輸出端串聯(lián)一個由電容組成的濾波電路，所述濾波電路與晶閘管并聯(lián)，第三路中的兩路輸出信號并聯(lián)后與另一隔離刀閘串聯(lián)后輸出，第三路信號的輸出端與第二路信號中旁路開關(guān)的輸出端并聯(lián)連接在電路輸出端。
2、 如權(quán)利要求1所述的一種動態(tài)電壓恢復(fù)器實驗室測試裝置，其特征在于 所述的濾波電路中還包括一與所述電容并聯(lián)的電感。
3、 如權(quán)利要求1所述的一種動態(tài)電壓恢復(fù)器實驗室測試裝置，其特征在于 所述功率模塊是由多個功率單元構(gòu)成，每個功率單元是由一交流 直流轉(zhuǎn)換電路 通過并聯(lián)一極性電容連接到另一直流 交流轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成。
4、 如權(quán)利要求2所述的一種動態(tài)電壓恢復(fù)器實驗室測試裝置，其特征在于-所述功率模塊是由多個功率單元構(gòu)成，每個功率單元是由一交流 直流轉(zhuǎn)換電路 通過并聯(lián)一極性電容連接到另一直流 交流轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成。
5、 如權(quán)利要求3或4所述的一種動態(tài)電壓恢復(fù)器實驗室測試裝置，其特征在 于所述每個功率單元包括以三相繞組通過連接六個二極管組成的三相整流電路， 所述三相整流電路的共陰端串聯(lián)一由一軟啟動晶閘管與軟啟動電阻并聯(lián)組成的軟 啟動電路，所述軟啟動電路與整流電路的共陽端并聯(lián)一直流電容，所述直流電容 的輸出端并聯(lián)一由一制動電阻串聯(lián)一制動IGBT模塊組成制動電路，所述制動電路 的輸出端并聯(lián)一由一半橋IGBT模塊和一半橋IGBT模塊組成的單相全橋逆變拓?fù)?電路，制動IGBT模塊包括一 IGBT絕緣柵極功率管和一回流二極管并聯(lián)構(gòu)成IGBT 模塊，IBGT模塊串聯(lián)一二極管；半橋IGBT模塊包括兩個IGBT模塊。
6、 如權(quán)利要求1或2或3或4所述的一種動態(tài)電壓恢復(fù)器實驗室測試裝置， 其特征在于所述功率模塊為串聯(lián)使用的三個，每個所述功率模塊分別包括三個 串聯(lián)的功率單元，每個所述功率單元均以隔離變壓器供電為輸入信號，將三個功率模塊的輸出端串聯(lián)后形成三相電。
7、 如權(quán)利要求5所述的一種動態(tài)電壓恢復(fù)器實驗室測試裝置，其特征在于 所述功率模塊為串聯(lián)使用的三個，每個所述功率模塊分別包括三個串聯(lián)的功率單元，每個所述功率單元均以隔離變壓器供電為輸入信號，將三個功率模塊的輸出 端串聯(lián)后形成三相電。
8、 如權(quán)利要求1或2或3或4所述的一種動態(tài)電壓恢復(fù)器實驗室測試裝置，其特征在于所述功率模塊中包括兩個功率單元，其中一所述功率單元作為逆變電源，用來模擬實際供電電壓的跌落，其中另一所述功率單元作為單相DVR使用。
9、 如權(quán)利要求5所述的一種動態(tài)電壓恢復(fù)器實驗室測試裝置，其特征在于所述功率模塊中包括兩個功率單元，其中一所述功率單元作為逆變電源，用來模擬實際供電電壓的跌落，其中另一所述功率單元作為單相DVR使用。
專利摘要本實用新型涉及一種動態(tài)電壓恢復(fù)器實驗室測試裝置，它包括一單線制主電路，電路的輸入信號分為三路并聯(lián)信號第一路通過一避雷器接地；第二路信號通過旁路開關(guān)連接到電路輸出端；第三路信號與一隔離刀閘串聯(lián)后分為兩路并聯(lián)輸出信號，一路輸出信號直接與一晶閘管的輸入端連接，另一路輸出信號通過串聯(lián)一DVR投切開關(guān)后與一熔斷器串聯(lián)，熔斷器通過串聯(lián)一變壓器與另一熔斷器串聯(lián)，該熔斷器的輸出端與功率模塊串聯(lián)，功率模塊輸出端串聯(lián)一濾波電路，濾波電路與晶閘管并聯(lián)，第三路中的兩路輸出信號并聯(lián)后與另一隔離刀閘串聯(lián)后輸出，第三路信號的輸出端與第二路信號中旁路開關(guān)的輸出端并聯(lián)連接在電路輸出端。本實用新型可以廣泛用于各種自動化設(shè)備中。
文檔編號G01R31/00GK201331556SQ20082012364
公開日2009年10月21日 申請日期2008年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月13日
發(fā)明者喬爾敏, 柯 張, 蔣曉春, 波 趙, 趙小英, 鄧占鋒, 韓天緒 申請人:中國電力科學(xué)研究院;中電普瑞科技有限公司