專(zhuān)利名稱(chēng)：基于疊加原理的大功率測(cè)試用可編程諧波電壓源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電能質(zhì)量研究中的測(cè)試用實(shí)驗(yàn)設(shè)備，特別涉及一種基于疊加原理的大功率測(cè)試用可編程諧波電壓源。
背景技術(shù)：
經(jīng)申請(qǐng)人進(jìn)行的資料檢索，截止目前為止，現(xiàn)有技術(shù)中還沒(méi)有提出對(duì)電壓質(zhì)量問(wèn)題研究中所使用的大功率可編程諧波電壓源。目前主要存在基準(zhǔn)電壓源和直流標(biāo)準(zhǔn)電壓源兩類(lèi)，基準(zhǔn)電壓源主要向著高精度、低功耗帶隙基準(zhǔn)電壓源發(fā)展，該類(lèi)電壓源為整體電路提供基準(zhǔn)電壓，其值在幾毫伏、幾伏和幾十伏這幾個(gè)等級(jí)。直流標(biāo)準(zhǔn)電壓源主要為電路提供實(shí)驗(yàn)用直流電源。但是對(duì)于大容量電能質(zhì)量控制設(shè)備在實(shí)驗(yàn)中所需要的大功率諧波電壓目前還沒(méi)有產(chǎn)品。
近年來(lái)，電能質(zhì)量問(wèn)題越來(lái)越受到人們的重視，電力科研工作者們已經(jīng)開(kāi)始將電能質(zhì)量問(wèn)題進(jìn)行分類(lèi)整理和研究，國(guó)外已經(jīng)有較成熟的成果，對(duì)電壓質(zhì)量問(wèn)題的研究也是國(guó)內(nèi)電力電子領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。國(guó)內(nèi)許多高等院校及科研單位分別投入了大批的電力科技工作者對(duì)電壓質(zhì)量問(wèn)題進(jìn)行開(kāi)拓性和研究型工作，為了對(duì)電壓質(zhì)量問(wèn)題進(jìn)行研究和治理，必然會(huì)涉及到檢驗(yàn)電壓質(zhì)量理論分析的正確性、檢測(cè)電壓質(zhì)量補(bǔ)償裝置的性能、檢驗(yàn)電能質(zhì)量控制設(shè)備的有效性等問(wèn)題，因此研制電壓質(zhì)量模擬裝置是十分必要的，同時(shí)，為了對(duì)一些電壓質(zhì)量敏感的裝置進(jìn)行評(píng)估，也需要用到電壓質(zhì)量模擬裝置。
隨著研究的深入，國(guó)內(nèi)的電壓質(zhì)量補(bǔ)償裝置的功率也越來(lái)越大，為了對(duì)這些裝置進(jìn)行測(cè)試和實(shí)驗(yàn)研究，其測(cè)試平臺(tái)的功率也必須提高。因此對(duì)大功率電壓質(zhì)量模擬裝置的研制也有著非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。
在對(duì)電壓質(zhì)量治理裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究和測(cè)試時(shí)，人們通常用可編程電源來(lái)模擬電網(wǎng)中的電壓質(zhì)量問(wèn)題，隨著治理裝置容量的不斷增加，可編程電源已經(jīng)很難滿(mǎn)足這些裝置的實(shí)驗(yàn)測(cè)試需求。
以下是申請(qǐng)人檢索的相關(guān)文獻(xiàn)1一種基于新的偏置電路的低電壓帶隙基準(zhǔn)電壓源設(shè)計(jì)；張朵云，羅嵐，唐守龍，吳建輝；電子器件，2006年3月，第29卷，第1期。
2一種低電壓低功耗帶隙基準(zhǔn)電壓源的設(shè)計(jì)；劉紅霞；現(xiàn)代電子技術(shù)，2005年，第28卷，第24期，第10-11頁(yè)。
3高精度低功耗帶隙電壓源設(shè)計(jì)；徐勇，關(guān)宇，趙斐，肖紅軍，閻小靜；解放軍理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2006年8月，第7卷，第4期。
410V直流電壓標(biāo)準(zhǔn)研究；胡毅飛，唐庚如，王路，趙桂芬；計(jì)量學(xué)報(bào)，2000年7月，第21卷，第3期。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在地缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于，提供一種新型的基于疊加原理的大功率測(cè)試用可編程諧波電壓源。該可編程諧波電壓源能夠模擬多種電壓質(zhì)量問(wèn)題，并具備過(guò)流、過(guò)壓、過(guò)熱及故障保護(hù)功能，能夠滿(mǎn)足大功率電壓質(zhì)量補(bǔ)償裝置如串聯(lián)型電能質(zhì)量控制器(SPQC)、通用電能質(zhì)量控制器(UPQC)、動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器(DVR)等的測(cè)試需求。
為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采取如下的技術(shù)解決方案一種基于疊加原理的大功率測(cè)試用可編程諧波電壓源，其特征在于，該諧波電壓源包括三相整流橋，該三相整流橋通過(guò)三個(gè)進(jìn)線(xiàn)電感與電網(wǎng)三相連接；逆變器，用于提供諧波電壓，逆變器直流側(cè)與整流橋直流側(cè)相連，在整流橋和電容之間串入電阻，以減小投入時(shí)刻的充電電流，電阻上并有開(kāi)關(guān)，當(dāng)充電結(jié)束后閉合開(kāi)關(guān)；
逆變器的交流側(cè)經(jīng)過(guò)無(wú)源濾波器濾波之后經(jīng)串聯(lián)型變壓器將諧波電壓藕合到負(fù)載側(cè)，通過(guò)與基波電壓的疊加，使負(fù)載的波形達(dá)到預(yù)定值，逆變器的結(jié)構(gòu)形式為三個(gè)單相H橋，每個(gè)單相H橋由4個(gè)開(kāi)關(guān)管組成，每個(gè)單相H橋的直流側(cè)并聯(lián)有兩個(gè)電容作為開(kāi)關(guān)管的吸收電容，在三個(gè)單相H橋的直流側(cè)并聯(lián)有兩個(gè)相互串連的電解電容，作為H橋的儲(chǔ)能電容；串聯(lián)型變壓器，用于提供基波電壓，該串聯(lián)型電壓波形變壓器的原邊串連在電網(wǎng)上，并分別與旁路開(kāi)關(guān)并聯(lián)，當(dāng)旁路開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，該串聯(lián)型變壓器不工作，當(dāng)旁路開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)，串聯(lián)型變壓器工作，串聯(lián)變壓器的副邊與逆變器的輸出端相連接；三相阻容回路，用于濾除電網(wǎng)中的高頻分量，該三相阻容回路一端連接在串聯(lián)型電壓波形變壓器之后的三相電網(wǎng)，另一端與地線(xiàn)連接；一個(gè)電流跟蹤控制電路，用于完成數(shù)據(jù)的采集、指令諧波電壓的計(jì)算、電壓跌落程序的控制、PWM脈寬調(diào)制，并兼顧故障保護(hù)和信號(hào)的傳輸，該電流跟蹤控制電路一端連接在三相電網(wǎng)側(cè)和進(jìn)線(xiàn)電感上，另一端分別連接在儲(chǔ)能電容兩端和待測(cè)設(shè)備的輸入端。
本發(fā)明的基于疊加原理的大功率測(cè)試用可編程諧波電壓源，采用基波成分和諧波成分分開(kāi)處理的原理，由電網(wǎng)來(lái)提供基波電壓，由諧波電壓源來(lái)提供諧波電壓，兩者結(jié)合使被測(cè)試設(shè)備得到所要實(shí)驗(yàn)的電壓波形，諧波通過(guò)控制逆變器的輸出來(lái)產(chǎn)生。這種控制方式可以減小逆變器中電流的大小，提高系統(tǒng)容量，在大多數(shù)情況下，可以替代可編程電源。
本發(fā)明的基于疊加原理的大功率測(cè)試用可編程諧波電壓源，可以為電能質(zhì)量相關(guān)設(shè)備提供測(cè)試電壓平臺(tái)，試驗(yàn)過(guò)程中不僅對(duì)其各實(shí)現(xiàn)功能進(jìn)行了仿真模擬，而且搭建了額定功率為100kVA的三相實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，通過(guò)該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)系統(tǒng)的各項(xiàng)功能進(jìn)行了測(cè)試和驗(yàn)證。從仿真及實(shí)驗(yàn)結(jié)果中可以看到，本發(fā)明能夠很好的模擬多種電壓質(zhì)量問(wèn)題，能夠?yàn)檠兄齐娔苜|(zhì)量相關(guān)設(shè)備提供測(cè)試用電壓平臺(tái)。


圖1是本發(fā)明的基于疊加原理的大功率測(cè)試用可編程諧波電壓源的電路結(jié)構(gòu)圖；圖2是電流跟蹤控制電路原理框圖；圖3是程序流程圖；其中(a)為主程序流程圖，(b)為諧波指令信號(hào)生成子程序流程圖。
圖4是疊加3次諧波電壓的負(fù)載仿真波形及FFT分析圖；其中(a)為疊加3次諧波后的電壓波形，(b)為疊加3次諧波后對(duì)電壓波形進(jìn)行的FFT分析圖。
圖5是模擬方波的仿真波形及FFT分析圖；其中(a)為模擬方波的電壓波形圖，(b)為對(duì)模擬出的方波進(jìn)行的FFT分析圖。(c)為DFT程序流程圖。
圖6是模擬電壓跌落的仿真波形圖；圖7是加3次諧波電壓的負(fù)載實(shí)驗(yàn)波形及電源電壓波形圖；圖8是模擬方波輸出時(shí)負(fù)載和電源電壓的實(shí)驗(yàn)波形圖；圖9是模擬電壓突升、突降時(shí)負(fù)載電壓和電源電壓的實(shí)驗(yàn)波形圖。
以下結(jié)合附圖和發(fā)明人給出的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
具體實(shí)施例方式
參見(jiàn)圖1，本發(fā)明的基于疊加原理的大功率測(cè)試用可編程諧波電壓源連接在電網(wǎng)與待測(cè)設(shè)備之間，包括三相整流橋，該三相整流橋通過(guò)進(jìn)線(xiàn)電感L1、L2、L3，及三相開(kāi)關(guān)BF分別和電網(wǎng)連接；逆變器，逆變器的結(jié)構(gòu)形式為三個(gè)單相H橋，每個(gè)單相H橋由4個(gè)開(kāi)關(guān)管IGBT組成，每組H橋之間并聯(lián)有兩個(gè)吸收電容(圖中的C1、C2，C3、C4，C5、C6)在三個(gè)單相H橋的直流側(cè)并聯(lián)有相互串連的兩個(gè)電解電容(圖中的CD1、CD2)；逆變器的輸出端連接無(wú)源濾波器(CF1、LF1、RF1，CF2、LF2、RF2，CF3、LF3、RF3)用來(lái)濾除開(kāi)關(guān)次諧波；串聯(lián)型變壓器，該串聯(lián)型電壓波形變壓器的原邊串連在電網(wǎng)上，并分別與旁路開(kāi)關(guān)KM并聯(lián)，當(dāng)旁路開(kāi)關(guān)KM閉合時(shí)，該串聯(lián)型變壓器不工作，當(dāng)旁路開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)，串聯(lián)型變壓器工作，串聯(lián)變壓器的副邊與逆變器的輸出端相連接；三相阻容回路，該三相阻容回路一端連接在串聯(lián)型電壓波形變壓器之后的三相電網(wǎng)，另一端與地線(xiàn)連接，用來(lái)濾除電網(wǎng)中的高頻分量。
一個(gè)電流跟蹤控制電路，用于完成數(shù)據(jù)的采集、指令諧波電壓的計(jì)算、電壓跌落程序的控制、PWM脈寬調(diào)制，并兼顧故障保護(hù)和信號(hào)的傳輸，該電流跟蹤控制電路一端連接在三相電網(wǎng)側(cè)和進(jìn)線(xiàn)電感上，另一端分別連接在儲(chǔ)能電容兩端和待測(cè)設(shè)備的輸入端。
電流跟蹤控制電路包括DSP控制板、模擬跟蹤板和繼電保護(hù)板以及三個(gè)驅(qū)動(dòng)板(A、B、C)，DSP控制板分別與模擬跟蹤板和繼電保護(hù)板連接，并與上位機(jī)通訊，模擬跟蹤板和繼電保護(hù)板連接，模擬跟蹤板分別連接三個(gè)驅(qū)動(dòng)板，其中的一個(gè)驅(qū)動(dòng)板C與繼電保護(hù)板連接。
三相整流橋前的進(jìn)線(xiàn)電感L1、L2、L3可以減小裝置對(duì)電網(wǎng)的沖擊，考慮到單相負(fù)載和三相電壓不平衡的情況，逆變器采用了三個(gè)單相H橋來(lái)實(shí)現(xiàn)。
諧波電壓源的控制系統(tǒng)要完成數(shù)據(jù)的采集、指令諧波電壓的計(jì)算、電壓跌落程序的控制、PWM脈寬調(diào)制，又要兼顧故障保護(hù)和信號(hào)的傳輸?shù)葐?wèn)題。本發(fā)明采用了基于DSP控制器為核心的數(shù)?；旌峡刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)，其中指令運(yùn)算是通過(guò)數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的，而PWM生成、電壓瞬時(shí)反饋則采用模擬電路實(shí)現(xiàn)，數(shù)模混合的控制結(jié)構(gòu)便于實(shí)現(xiàn)模塊化擴(kuò)展，以提高裝置容量，該電流跟蹤控制電路主要功能有1)通過(guò)接收計(jì)算機(jī)輸入的諧波指令，生成指令信號(hào)。完成電壓電流信號(hào)的調(diào)理，并進(jìn)行采樣，完成相應(yīng)的數(shù)值運(yùn)算并對(duì)控制信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)，最終生成變流器的調(diào)制信號(hào)；2)通過(guò)模擬反饋信號(hào)進(jìn)一步對(duì)調(diào)制信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)，然后通過(guò)與模擬三角波比較，生產(chǎn)相應(yīng)的PWM脈寬調(diào)制信號(hào)，由光纖將PWM信號(hào)送至專(zhuān)用的驅(qū)動(dòng)模塊，驅(qū)動(dòng)變流器中的開(kāi)關(guān)器件動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)對(duì)主電路的控制；3)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)主回路中的電壓電流出現(xiàn)異常情況或者開(kāi)關(guān)管IGBT故障時(shí)，立即封鎖PWM脈沖輸出，完成對(duì)系統(tǒng)的保護(hù)。
參見(jiàn)圖2，主電路電壓電流信號(hào)(us、uL、ic、udc)通過(guò)適當(dāng)?shù)恼{(diào)理以后，送至DSP控制板中進(jìn)行運(yùn)算，生成相應(yīng)的控制系數(shù)及相位偏移量(uca、ucb、ucc、啟/停)等，參與對(duì)調(diào)制信號(hào)的控制，最后由DSP控制專(zhuān)用的D/A芯片輸出初步的調(diào)制信號(hào)。調(diào)制信號(hào)送入到模擬跟蹤板以后，經(jīng)反饋信號(hào)的調(diào)節(jié)后，與ICL8038芯片生成的三角波進(jìn)行比較，產(chǎn)生PWM波，該波形不能直接用于對(duì)IGBT器件的驅(qū)動(dòng)，由于本發(fā)明的工作于常壓大功率狀態(tài)，為了減小主電路電流電壓對(duì)控制信號(hào)的干擾，光電轉(zhuǎn)換模塊將PWM信號(hào)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，由光纖送到驅(qū)動(dòng)板，經(jīng)驅(qū)動(dòng)板放大后完成對(duì)IGBT的控制。
當(dāng)出現(xiàn)過(guò)流過(guò)壓故障時(shí)，模擬跟蹤板會(huì)檢測(cè)到故障信號(hào)，并將故障信號(hào)送至繼電保護(hù)板，控制接觸器和繼電器動(dòng)作，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)，此故障信號(hào)還會(huì)送往DSP控制板，封鎖DSP信號(hào)的輸出。當(dāng)IGBT出現(xiàn)故障時(shí)，故障信號(hào)會(huì)直接送至繼電保護(hù)板，從而控制系統(tǒng)的故障保護(hù)。
控制系統(tǒng)采用了雙DSP控制板，其中一片采用TMS320C32(32位浮點(diǎn)型)，用于浮點(diǎn)計(jì)算和數(shù)據(jù)處理(浮點(diǎn)計(jì)算可以提高精度和動(dòng)態(tài)范圍)；另一片采用TMS320F240，用于輸出采集和大量的邏輯操作控制，兩片通過(guò)16K×16bit的雙口RAM(IDT7026)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，它具有兩組數(shù)據(jù)總線(xiàn)和地址總線(xiàn)，可以同時(shí)訪問(wèn)不同的存儲(chǔ)器單元，使得兩塊DSP可以方便快速地進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，大大提高了兩塊DSP芯片間的并行處理能力。TMS320C32 DSP芯片具有串行通訊功能，為了實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的串行通訊，本發(fā)明通過(guò)UART專(zhuān)用集成電路PC16552和RS485接口芯片MAX1480和MAX1468來(lái)實(shí)現(xiàn)，再通過(guò)RS485轉(zhuǎn)RS232的轉(zhuǎn)換器來(lái)實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的連接。PC16C552內(nèi)含兩個(gè)PC16C550單元，PC16C550是一種普遍使用的UART，與8250向下兼容，但比8250多了16字節(jié)的FIFO，因此減輕了C32的負(fù)擔(dān)?？刂葡到y(tǒng)中還選用了一片ALTERA公司的可編程邏輯器件EPM7128STC100，CPLD有較強(qiáng)的邏輯處理能力和豐富的I/O接口。同時(shí)CPLD還用來(lái)協(xié)調(diào)兩片DSP以及A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器之間的邏輯。系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集通過(guò)AD公司的A/D轉(zhuǎn)換器-AD7892-1來(lái)實(shí)現(xiàn)，最后的指令輸出通過(guò)MAXIM公司的D/A轉(zhuǎn)換器-MAX547實(shí)現(xiàn)。
本裝置的PWM信號(hào)采用了三角波異步調(diào)制的方法，三角波由ICL8038芯片產(chǎn)生，其輸出頻率和波形可以通過(guò)外圍電路來(lái)調(diào)節(jié)。模擬跟蹤板不僅要實(shí)現(xiàn)PWM信號(hào)的生成，還需要由電壓瞬時(shí)反饋的接口電路，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載電壓和濾波電容電流的反饋信號(hào)的輸入，在調(diào)制信號(hào)與三角波比較之前，留有信號(hào)疊加輸入端口，反饋信號(hào)的大小可以通過(guò)與信號(hào)串聯(lián)的電阻來(lái)調(diào)節(jié)。
本裝置采用了混合集成驅(qū)動(dòng)模塊M57962AL，該模塊的驅(qū)動(dòng)信號(hào)延遲最大僅1.3μs；最高工作頻率可達(dá)40kHz；內(nèi)裝用于主電路和驅(qū)動(dòng)電路之間隔離的光耦，可承受1分鐘2500V的交流電壓(有效值)；內(nèi)置保護(hù)電路，能在短路和過(guò)流情況下做出迅速的反應(yīng)。
保護(hù)電路主要有以下幾個(gè)部分1)直流母線(xiàn)過(guò)壓保護(hù)，當(dāng)直流母線(xiàn)電壓大于給定參考電壓時(shí)，保護(hù)電路應(yīng)該動(dòng)作，給出過(guò)壓信號(hào)并保持。只有在直流母線(xiàn)電壓降為設(shè)定電壓以下并且有復(fù)位信號(hào)時(shí)才能復(fù)位；2)過(guò)流保護(hù)，除了基于M57962AL厚膜驅(qū)動(dòng)電路中的過(guò)流保護(hù)電路外，在系統(tǒng)中還設(shè)有過(guò)流集中保護(hù)電路，采用霍爾電流傳感器檢測(cè)該相輸出電流，當(dāng)被檢電流超出設(shè)定的閥值，保護(hù)電路動(dòng)作，封鎖驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，保障IGBT的安全；3)過(guò)熱保護(hù)，當(dāng)IGBT模塊的工作溫度過(guò)高時(shí)，其散熱器上的溫度繼電器立即動(dòng)作，并將IGBT過(guò)熱故障信號(hào)傳遞至控制板和繼電保護(hù)板，控制板立即封鎖PWM脈沖使變流器停止工作，繼電保護(hù)板立即控制繼電器動(dòng)作，最終控制接觸器動(dòng)作，完成系統(tǒng)的故障停機(jī)。
本裝置的軟件設(shè)計(jì)主程序采用循環(huán)的方式，首先進(jìn)行初始化，然后判斷是否啟動(dòng)諧波電壓源，如果為未啟動(dòng)則開(kāi)通訊中斷，此時(shí)可進(jìn)行通訊，接收數(shù)據(jù)，裝置啟動(dòng)后，程序則要判斷相應(yīng)的中斷標(biāo)志，進(jìn)入相應(yīng)的中斷程序。主程序流程如圖3中(a)所示。由于主程序只需在開(kāi)始的時(shí)候啟動(dòng)相應(yīng)的中斷即可，后面在每個(gè)中斷服務(wù)子程序處理完后會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)這些中斷。計(jì)數(shù)器1是用來(lái)啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換的，它每次周期匹配后就會(huì)發(fā)出啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換的脈沖信號(hào)。主程序所要完成的主要功能是在每次直流側(cè)調(diào)節(jié)標(biāo)志位為1時(shí)運(yùn)行直流側(cè)調(diào)節(jié)程序，該標(biāo)志位在過(guò)零中斷服務(wù)子程中被置1。程序的其他功能也是采用中斷的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的。程序中共有兩個(gè)中斷，即過(guò)零中斷(對(duì)應(yīng)DSP的INT0中斷引腳)和A/D中斷(對(duì)應(yīng)DSP的INT1中斷引腳)。過(guò)零中斷主要任務(wù)是置直流側(cè)調(diào)節(jié)標(biāo)志位，以便使主程序能以工頻為周期運(yùn)行直流側(cè)調(diào)節(jié)程序；A/D中斷的主要任務(wù)是讀相應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果，并按控制策略和指令進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算，最后將結(jié)果輸出到外部D/A，生成初步PWM調(diào)制信號(hào)。
指令生成子程序主要是要根據(jù)DSP接收到的指令信號(hào)，按照指令生成所需要的初始調(diào)制信號(hào)波形。由于接收的諧波指令信號(hào)為各次諧波的百分含量和相位信息，而且指令是25次以?xún)?nèi)各次諧波的組合，為了方便指令的生成，在設(shè)計(jì)時(shí)，預(yù)先在程序中加入了標(biāo)準(zhǔn)的正弦表，采用了指令循環(huán)查表的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)初始指令的生成，程序流程圖如圖3(b)所示。系統(tǒng)為了模擬電壓跌落、電壓突升和電壓切痕等電壓質(zhì)量問(wèn)題，需要改變指令的生成方式，但是其基本原理與諧波指令信號(hào)生成子程序類(lèi)似，主要區(qū)別在于在模擬電壓跌落和電壓突升時(shí)，需要加入定時(shí)器環(huán)節(jié)，因?yàn)樵谀M電壓跌落時(shí)，諧波指令需要根據(jù)設(shè)置的跌落時(shí)長(zhǎng)和跌落幅度進(jìn)行周期性變化。
在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字反饋時(shí)，需要用到DFT分析，計(jì)算負(fù)載電壓中的諧波含量，經(jīng)F240A/D轉(zhuǎn)換輸入的采樣數(shù)據(jù)，以有符號(hào)整數(shù)形式存放在指定的內(nèi)存單元中，C32首先將整數(shù)轉(zhuǎn)換為浮點(diǎn)數(shù)，然后根據(jù)公式X(k)=DFT[x(n)]=Σn=0509x(n)WNkn]]>其中WN＝e-j2π/N即可得到直流分量、基波分量和各次諧波分量，其中k為指定傅立葉變換的諧波次數(shù)，n為A/D轉(zhuǎn)換輸入的采樣數(shù)據(jù)數(shù)，DFT程序流程圖如圖3(c)所示。K取值范圍0≤k≤25，取0值時(shí)對(duì)應(yīng)直流分量，取1至25則對(duì)應(yīng)為基波至25次諧波，N為采樣點(diǎn)數(shù)。
在對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣時(shí)，對(duì)每個(gè)周期采510個(gè)點(diǎn)，在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行DFT分析時(shí)，也是采用循環(huán)尋址的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。在進(jìn)行DFT分析前，首先需要將存放結(jié)果的510個(gè)單元清零，然后根據(jù)諧波的次數(shù)和計(jì)算的點(diǎn)數(shù)進(jìn)行循環(huán)判斷，根據(jù)式5-1計(jì)算k次諧波的DFT變換的值。
在對(duì)負(fù)載電壓中的諧波進(jìn)行DFT變換以后，還需要計(jì)算負(fù)載電壓中的基波DFT變換后的值，通過(guò)諧波電壓和基波電壓的比值來(lái)計(jì)算負(fù)載中的諧波含量，通過(guò)和輸入的指令進(jìn)行比較來(lái)調(diào)節(jié)指令的幅值系數(shù)，從而完成基于DFT的數(shù)值反饋。
圖4、5、6給出了諧波電壓源應(yīng)用到系統(tǒng)中的仿真波形，分別為疊加3次諧波電壓、產(chǎn)生方波電壓和模擬電壓跌落的仿真波形，從給出的FFT分析棒圖中可以看出該裝置能夠很好的模擬指定的電壓?jiǎn)栴}。
圖7、8、9給出了實(shí)際搭建的容量為100kVA的諧波電壓源模擬電壓質(zhì)量問(wèn)題時(shí)的波形，實(shí)驗(yàn)波形分別為模擬3次諧波電壓、模擬方波電壓及模擬電壓突升的實(shí)驗(yàn)波形。從波形中可以看出裝置很好的模擬了要求的電壓?jiǎn)栴}。
權(quán)利要求
1.一種基于疊加原理的大功率測(cè)試用可編程諧波電壓源，其特征在于，該諧波電壓源包括三相整流橋，該三相整流橋通過(guò)三個(gè)進(jìn)線(xiàn)電感與電網(wǎng)三相連接；逆變器，用于提供諧波電壓，逆變器直流側(cè)與整流橋直流側(cè)相連，在整流橋和電容之間串入電阻，以減小投入時(shí)刻的充電電流，電阻上并有開(kāi)關(guān)，當(dāng)充電結(jié)束后閉合開(kāi)關(guān)；逆變器的交流側(cè)經(jīng)過(guò)無(wú)源濾波器濾波之后經(jīng)串聯(lián)型變壓器將諧波電壓藕合到負(fù)載側(cè)，通過(guò)與基波電壓的疊加，使負(fù)載的波形達(dá)到預(yù)定值，逆變器的結(jié)構(gòu)形式為三個(gè)單相H橋，每個(gè)單相H橋由4個(gè)開(kāi)關(guān)管組成，每個(gè)單相H橋的直流側(cè)并聯(lián)有兩個(gè)電容作為開(kāi)關(guān)管的吸收電容，在三個(gè)單相H橋的直流側(cè)并聯(lián)有兩個(gè)相互串連的電解電容，作為H橋的儲(chǔ)能電容；串聯(lián)型變壓器，用于提供基波電壓，該串聯(lián)型電壓波形變壓器的原邊串連在電網(wǎng)上，并分別與旁路開(kāi)關(guān)并聯(lián)，當(dāng)旁路開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，該串聯(lián)型變壓器不工作，當(dāng)旁路開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)，串聯(lián)型變壓器工作，串聯(lián)變壓器的副邊與逆變器的輸出端相連接；三相阻容回路，用于濾除電網(wǎng)中的高頻分量，該三相阻容回路一端連接在串聯(lián)型電壓波形變壓器之后的三相電網(wǎng)，另一端與地線(xiàn)連接；一個(gè)電流跟蹤控制電路，用于完成數(shù)據(jù)的采集、指令諧波電壓的計(jì)算、電壓跌落程序的控制、PWM脈寬調(diào)制，并兼顧故障保護(hù)和信號(hào)的傳輸，該電流跟蹤控制電路一端連接在三相電網(wǎng)側(cè)和進(jìn)線(xiàn)電感上，另一端分別連接在儲(chǔ)能電容兩端和待測(cè)設(shè)備的輸入端。
2.如權(quán)利要求1所述的基于疊加原理的大功率測(cè)試用可編程諧波電壓源，其特征在于，所述的電流跟蹤控制電路包括DSP控制板、模擬跟蹤板和繼電保護(hù)板以及三個(gè)驅(qū)動(dòng)板，DSP控制板分別與模擬跟蹤板和繼電保護(hù)板連接，并與上位機(jī)通訊，模擬跟蹤板和繼電保護(hù)板連接，模擬跟蹤板分別連接三個(gè)驅(qū)動(dòng)板，其中的一個(gè)驅(qū)動(dòng)板與繼電保護(hù)板連接。
3.如權(quán)利要求1所述的基于疊加原理的大功率測(cè)試用可編程諧波電壓源，其特征在于，所述的DSP控制板采用雙DSP控制板，其中一片采用TMS320C32芯片，用于浮點(diǎn)計(jì)算和數(shù)據(jù)處理；另一片采用TMS320F240芯片，用于輸出采集和大量的邏輯操作控制，通過(guò)16K×16bit的雙口RAM進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，它具有兩組數(shù)據(jù)總線(xiàn)和地址總線(xiàn)，可同時(shí)訪問(wèn)不同的存儲(chǔ)器單元。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于疊加原理的大功率測(cè)試用可編程諧波電壓源，該諧波電壓源包括三相整流橋、逆變器、串聯(lián)型變壓器、三相阻容回路和電流跟蹤控制電路，三相整流橋通過(guò)進(jìn)線(xiàn)電感及三相開(kāi)關(guān)與電網(wǎng)連接；逆變器的結(jié)構(gòu)形式為三個(gè)單相H橋，每個(gè)單相H橋由4個(gè)開(kāi)關(guān)管IGBT組成，本發(fā)明的基于疊加原理的大功率測(cè)試用可編程諧波電壓源，采用基波成分和諧波成分分開(kāi)處理的原理，由電網(wǎng)來(lái)提供基波電壓，由諧波電壓源來(lái)提供諧波電壓，兩者結(jié)合使被測(cè)試設(shè)備得到所要實(shí)驗(yàn)的電壓波形，諧波通過(guò)控制逆變器的輸出來(lái)產(chǎn)生，這種控制方式可以減小逆變器中電流的大小，提高系統(tǒng)容量，在大多數(shù)情況下，可以替代可編程電源。
文檔編號(hào)H02M7/48GK101064479SQ20071001722
公開(kāi)日2007年10月31日 申請(qǐng)日期2007年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月11日
發(fā)明者卓放, 吳隆輝, 董文娟, 張鵬博, 占奇志, 王兆安 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)