一種三相電網(wǎng)擾動發(fā)生裝置及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于電網(wǎng)適應(yīng)性檢測的三相電網(wǎng)擾動發(fā)生裝置，還涉及該裝置的控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著發(fā)電、輸電和用電等各類電氣設(shè)備的廣泛應(yīng)用，電網(wǎng)適應(yīng)性成為電氣設(shè)備檢測的重要內(nèi)容。電網(wǎng)適應(yīng)性檢測通常包括對電網(wǎng)電壓、頻率的偏差及閃變、電網(wǎng)電壓不平衡等內(nèi)容的檢測，更完整的電網(wǎng)適應(yīng)性檢測還包括對電網(wǎng)諧波適應(yīng)性的檢測內(nèi)容。由于電網(wǎng)的偏差及畸變等因素具有很大的偶然性和不可控性，電網(wǎng)適應(yīng)性檢測一般需配置專用的三相電網(wǎng)擾動發(fā)生裝置來進(jìn)行。具備諧波輸出能力的三相電網(wǎng)擾動發(fā)生裝置，其輸出電壓從頻率上可分為基波部分和諧波部分，諧波部分包含若干次諧波，諧波的頻率是基波的整數(shù)倍(該整數(shù)即為諧波的次數(shù))。按照具體需要，諧波部分可進(jìn)一步依據(jù)其次數(shù)分為若干組，如2?7次的低次諧波，8?25次的高次諧波等等。
[0003]如圖1所示，中國發(fā)明CN102148501A公開了一種風(fēng)電場擾動發(fā)生裝置，該裝置具備諧波輸出能力，由低頻電壓擾動發(fā)生裝置和高頻電壓擾動發(fā)生裝置構(gòu)成。其中，低頻電壓擾動發(fā)生裝置包含降壓變壓器、濾波器、并聯(lián)的換流器模塊以及升壓變壓器等，高頻電壓擾動發(fā)生裝置包括整流變壓器、PWM整流器模塊、級聯(lián)H橋模塊和濾波器組成。低頻電壓擾動發(fā)生裝置用于產(chǎn)生基波電壓擾動，高頻電壓擾動發(fā)生裝置用于產(chǎn)生2?25次諧波電壓擾動。
[0004]上述現(xiàn)有的風(fēng)電場擾動發(fā)生裝置存在如下缺陷:雖然該裝置采用斷路器連接低頻電壓擾動發(fā)生裝置和高頻電壓擾動發(fā)生裝置兩個獨(dú)立的裝置，可降低裝置間的干擾；但是，由于該裝置采用兩套獨(dú)立發(fā)生裝置，導(dǎo)致系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、部件多，例如低頻電壓擾動發(fā)生裝置和高頻電壓擾動發(fā)生裝置均包含各自的輸入變壓器，高頻電壓擾動發(fā)生裝置的輸入還采用了 3個單相多繞組變壓器，低頻電壓擾動發(fā)生裝置還包括輸出變壓器，低頻電壓擾動發(fā)生裝置和高頻電壓擾動發(fā)生裝置均包含各自的濾波器等，造成裝置整體體積龐大、重量大，特別是難以適合移動車載式現(xiàn)場檢測應(yīng)用場合的要求，同時制造成本高昂。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題之一是，提供一種三相電網(wǎng)擾動發(fā)生裝置，克服現(xiàn)有三相電網(wǎng)擾動發(fā)生裝置體積龐大、難以適合移動車載式現(xiàn)場檢測應(yīng)用場合要求和制造成本高昂的缺陷。
[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題之二是，提供一種三相電網(wǎng)擾動發(fā)生裝置的控制方法，克服現(xiàn)有三相電網(wǎng)擾動發(fā)生裝置體積龐大、難以適合移動車載式現(xiàn)場檢測應(yīng)用場合要求和制造成本高昂的缺陷。
[0007]本發(fā)明解決其技術(shù)問題之一所采用的技術(shù)方案是:構(gòu)造一種三相電網(wǎng)擾動發(fā)生裝置，其特征在于，包括依次連接的三相多繞組變壓器、功率模塊陣列和輸出濾波器，三相多繞組變壓器輸入端連接三相電網(wǎng)，輸出濾波器的輸出端連接測試母線；
[0008]所述功率模塊陣列包括分別對應(yīng)一相輸出的三組功率模塊，每組功率模塊包括不少于2個功率模塊，每個所述功率模塊包括依次連接的三相PWM整流器、直流母線環(huán)節(jié)和單相H橋逆變器；所述三相PWM整流器的輸入連接所述三相多繞組變壓器對應(yīng)的副邊三相繞組，所述直流母線環(huán)節(jié)包括連接在其兩極之間的直流電容組，所述單相H橋逆變器的輸出端級聯(lián)，形成三相電網(wǎng)擾動發(fā)生裝置的基本輸出；所述每組功率模塊中至少一個功率模塊為輸出電壓包括基波電壓成分或基波加諧波電壓成分的低頻擾動發(fā)生功率模塊，至少一個功率模塊為輸出電壓為諧波電壓成分的高頻擾動發(fā)生功率模塊。
[0009]在本發(fā)明的三相電網(wǎng)擾動發(fā)生裝置中，包括控制器，該控制器與各所述功率模塊通信連接。
[0010]在本發(fā)明的三相電網(wǎng)擾動發(fā)生裝置中，所述三相多繞組變壓器的原邊三相繞組為星形接法或三角形接法、副邊各三相繞組為星形接法或三角形接法。
[0011]在本發(fā)明的三相電網(wǎng)擾動發(fā)生裝置中，所述輸出濾波器包括采用星形接法或三角形接法連接的電容器。
[0012]在本發(fā)明的三相電網(wǎng)擾動發(fā)生裝置中，所述輸出濾波器包括電抗器，該電抗器設(shè)置在所述功率模塊陣列與所述電容器相連的三相線路上。
[0013]在本發(fā)明的三相電網(wǎng)擾動發(fā)生裝置中，所述功率模塊包括直流斬波電路，該直流斬波電路連接在所述直流母線環(huán)節(jié)的兩極之間。
[0014]在本發(fā)明的三相電網(wǎng)擾動發(fā)生裝置中，包括三相輸出變壓器，其原、副邊三相繞組為星形接法或三角形接法；該三相輸出變壓器連接在所述功率模塊陣列之后、所述輸出濾波器之前或所述輸出濾波器之后。
[0015]本發(fā)明解決其技術(shù)問題之二所采用的技術(shù)方案是:提供一種三相電網(wǎng)擾動發(fā)生裝置的控制方法，其特征在于，所述三相電網(wǎng)擾動發(fā)生裝置如上述，所述控制方法包括，所述高頻擾動發(fā)生功率模塊的開關(guān)頻率不小于所述低頻擾動發(fā)生功率模塊的開關(guān)頻率。
[0016]在本發(fā)明的三相電網(wǎng)擾動發(fā)生裝置的控制方法中，所述高頻擾動發(fā)生功率模塊的開關(guān)頻率大于所述低頻擾動發(fā)生功率模塊的開關(guān)頻率；所述高頻擾動發(fā)生功率模塊的輸出電壓幅度小于所述低頻擾動發(fā)生功率模塊的輸出電壓幅度；所述高頻擾動發(fā)生功率模塊的輸入電壓幅度小于所述低頻擾動發(fā)生功率模塊的輸入電壓幅度。
[0017]在本發(fā)明的三相電網(wǎng)擾動發(fā)生裝置的控制方法中，所述功率模塊的單相H橋逆變器采用載波移相的脈寬調(diào)制技術(shù)。
[0018]實(shí)施本發(fā)明的三相電網(wǎng)擾動發(fā)生裝置及其控制方法，與現(xiàn)有技術(shù)比較，其有益效果是:
[0019]1.采用三相多繞組變壓器、功率模塊陣列和輸出濾波器結(jié)構(gòu)，其中功率模塊陣列中的低頻擾動發(fā)生功率模塊和高頻擾動發(fā)生功率模塊的輸出直接級聯(lián)，且輸入共用三相多繞組變壓器，輸出共用輸出濾波器，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡潔，可顯著降低包含諧波電壓輸出能力的三相電網(wǎng)擾動發(fā)生裝置的整體復(fù)雜程度和器件數(shù)量，從而降低整體體積、重量和制造成本，可采用移動式結(jié)構(gòu)，滿足風(fēng)電場現(xiàn)場測試對高壓、大容量三相電網(wǎng)擾動發(fā)生裝置的要求；
[0020]2.裝置中各功率模塊的輸出側(cè)H橋逆變器可采用載波移相的脈寬調(diào)制技術(shù)，可提高輸出的等效開關(guān)頻率，提升響應(yīng)速度，并減小輸出濾波器的體積和重量；
[0021]3.裝置中低頻擾動發(fā)生功率模塊和高頻擾動發(fā)生功率模塊輸出側(cè)級聯(lián)，所流過的電流相同，但與低頻擾動發(fā)生功率模塊相比，高頻擾動發(fā)生功率模塊的開關(guān)頻率需要更高，以保證高次諧波電壓成分的輸出精度，可通過降低高頻擾動發(fā)生功率模塊的輸入電壓、直流母線電壓和輸出電壓來抵消因開關(guān)頻率提高帶來的開關(guān)損耗增加，從而平衡各功率模塊的開關(guān)損耗，從而降低系統(tǒng)的設(shè)計、制造難度和整體成本；
[0022]4.裝置中的功率模塊，在其三相PWM整流器和單相H橋逆變器連接的直流母線環(huán)節(jié)上，可設(shè)置直流斬波電路，應(yīng)對被測設(shè)備在電網(wǎng)適應(yīng)性測試過程中出現(xiàn)的極端動態(tài)過程，提升裝置的穩(wěn)定性，降低對現(xiàn)場電網(wǎng)的影響；
[0023]5.裝置中控制器和各功率模塊可通過光纖通訊連接，提升系統(tǒng)的抗干擾性和運(yùn)行可靠性。
【附圖說明】
[0024]圖1為現(xiàn)有具備諧波電壓輸出能力的三相電網(wǎng)擾動發(fā)生裝置的結(jié)構(gòu)圖。
[0025]圖2為本發(fā)明三相電網(wǎng)擾動發(fā)生裝置的系統(tǒng)構(gòu)成圖。
[0026]圖3為本發(fā)明三相電網(wǎng)擾動發(fā)生裝置實(shí)施例一中A組功率模塊輸出級聯(lián)與三相多繞組變壓器的連接圖。
[0027]圖4為本發(fā)明三相電網(wǎng)擾動發(fā)生裝置實(shí)施例一的系統(tǒng)構(gòu)成圖。
[0028]圖5為本發(fā)明三相電網(wǎng)擾動發(fā)生裝置實(shí)施例二的系統(tǒng)構(gòu)成圖。
[0029]圖6為本發(fā)明三相電網(wǎng)擾動發(fā)生裝置實(shí)施例三的系統(tǒng)構(gòu)成圖。
[0030]圖7為本發(fā)明三相電網(wǎng)擾動發(fā)生裝置中功率模塊對應(yīng)的電路結(jié)構(gòu)之一。
[0031]圖8為本發(fā)明三相電網(wǎng)擾動發(fā)生裝置中功率模塊對應(yīng)的電路結(jié)構(gòu)之二。
[0032]圖9為本發(fā)明三相電網(wǎng)擾動發(fā)生裝置中功率模塊對應(yīng)的電路結(jié)構(gòu)之三。
[0033]圖10?圖13為本發(fā)明三相電網(wǎng)擾動發(fā)生裝置中三相多繞組變壓器的常見配置方式。
[0034]圖14為本發(fā)明三相電網(wǎng)擾動發(fā)生裝置中控制器與功率模塊的通訊連接方式。
【具體實(shí)施方式】
[0035]下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0036]如圖2、圖3所示，本發(fā)明的三相電網(wǎng)擾動發(fā)生裝置包括三相多繞組變壓器10、功率模塊陣列20和輸出濾波器30。
[0037]三相多繞組變壓器10的原邊連接至三相中高壓電網(wǎng)，副邊為多套三相繞組。功率模塊陣列20包括3組功率模塊，每組功率模塊對應(yīng)輸出的某一相，每組功率模塊包括不少于2個功率模塊。如圖7所示，每個功率模塊包括三相PWM整流器21、直流母線環(huán)節(jié)22和單相H橋逆變器23，三相PWM整流器21的輸入連接上述三相多繞組變壓器10對應(yīng)的副邊三相繞組，直流母線環(huán)節(jié)22包括連接在其兩極之間的直流電容組，單相H橋逆變器23的輸出端級聯(lián)，形成三相電網(wǎng)擾動發(fā)生裝置的基本輸出