本實(shí)用新型屬于模擬負(fù)荷設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種寬輸入輸出電壓的能量回饋交流電子負(fù)載裝置。
背景技術(shù)：
目前對(duì)發(fā)電機(jī)、USB電源、風(fēng)電、光伏逆變器和電池等電源設(shè)備進(jìn)行負(fù)荷型式試驗(yàn)時(shí)都是采用功率電阻、水電阻、電抗器、電容器等模擬負(fù)荷設(shè)備進(jìn)行測(cè)試，需要消耗大量的電能。并且上述模擬負(fù)荷設(shè)備在試驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)生的大量熱能會(huì)造成測(cè)試環(huán)境惡劣。同時(shí)由于上述模擬負(fù)荷設(shè)備的負(fù)載電流控制精度較差，不能精準(zhǔn)連續(xù)地調(diào)節(jié)負(fù)載電流以及模擬產(chǎn)生含有諧波成分的負(fù)載電流，不能滿足高性能的負(fù)荷型式的試驗(yàn)要求。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本實(shí)用新型的目的是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，提供一種寬輸入輸出電壓的能量回饋交流電子負(fù)載裝置，克服現(xiàn)有由功率電阻、水電阻、電抗器、電容器構(gòu)成的模擬負(fù)荷設(shè)備技術(shù)中的缺點(diǎn)和不足，通過(guò)采用雙PWM整流逆變電路，將模擬負(fù)荷的電能100％回饋到電網(wǎng)，節(jié)省能源；并實(shí)現(xiàn)負(fù)載電路自動(dòng)連續(xù)的精準(zhǔn)控制，以根據(jù)需要方便地產(chǎn)生含有諧波成分的負(fù)載電流或任何負(fù)荷性質(zhì)的負(fù)載電流，完全滿足了高性能的負(fù)荷型式的試驗(yàn)要求；并通過(guò)在電網(wǎng)側(cè)和負(fù)載側(cè)分別裝有可調(diào)壓的變壓器，滿足兩側(cè)不同電源制式的接入，實(shí)現(xiàn)寬輸入輸出電壓的能量回饋交流電子負(fù)載功能。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下：
一種寬輸入輸出電壓的能量回饋交流電子負(fù)載裝置，其電路結(jié)構(gòu)包括電網(wǎng)側(cè)電路和負(fù)載側(cè)電路；
所述電網(wǎng)側(cè)電路包括電網(wǎng)側(cè)變壓器、電網(wǎng)側(cè)LC濾波器和電網(wǎng)側(cè)逆變器；所述電網(wǎng)側(cè)變壓器的輸入端通過(guò)開(kāi)關(guān)接入電網(wǎng)，其輸出端與所述電網(wǎng)側(cè)LC濾波器的輸入端連接；所述電網(wǎng)側(cè)逆變器的輸入端與所述電網(wǎng)側(cè)LC濾波器的輸出端連接，其直流母線端接入所述負(fù)載側(cè)電路；
所述負(fù)載側(cè)電路包括負(fù)載側(cè)逆變器、負(fù)載側(cè)LC濾波器和負(fù)載側(cè)變壓器；所述負(fù)載側(cè)逆變器的直流母線端與所述電網(wǎng)側(cè)逆變器的直流母線端連接，其輸入端與所述負(fù)載側(cè)LC濾波器的輸出端連接；所述負(fù)載側(cè)變壓器的輸出端與所述負(fù)載側(cè)LC濾波器的輸入端連接，其輸入端通過(guò)開(kāi)關(guān)作為交流電子負(fù)載接入測(cè)試設(shè)備的交流輸出端；
電網(wǎng)側(cè)的開(kāi)關(guān)和所述電網(wǎng)側(cè)電路與所述負(fù)載側(cè)電路和負(fù)載側(cè)的開(kāi)關(guān)共同構(gòu)成背靠背雙PWM整流逆變電路。
作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述電網(wǎng)側(cè)變壓器為三相變壓器，其三相輸入端分別通過(guò)一開(kāi)關(guān)接入電網(wǎng)，且其根據(jù)電網(wǎng)的電壓源制式降壓或升壓至所述電網(wǎng)側(cè)逆變器的工作電壓，并隔離電網(wǎng)和交流電子負(fù)載。
作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述電網(wǎng)側(cè)LC濾波器包括一端分別與所述電網(wǎng)側(cè)變壓器的三相輸出端連接的三個(gè)電網(wǎng)側(cè)電感器件、并聯(lián)連接于電網(wǎng)側(cè)變壓器的第一相和第二相輸出端之間的第一電容、并聯(lián)連接于電網(wǎng)側(cè)變壓器的第二相和第三相輸出端之間的第二電容、及并聯(lián)連接于電網(wǎng)側(cè)變壓器的第一相和第三相輸出端之間的第三電容；所述電網(wǎng)側(cè)LC濾波器與所述電網(wǎng)側(cè)變壓器構(gòu)成LCL三階濾波器。
作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述電網(wǎng)側(cè)逆變器為一三相全橋逆變器，其三相輸入端分別與所述電網(wǎng)側(cè)LC濾波器的三個(gè)電網(wǎng)側(cè)電感器件的另一端連接。
作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述負(fù)載側(cè)逆變器為一三相全橋逆變器，其直流母線與所述電網(wǎng)側(cè)逆變器的直流母線相接。
作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述負(fù)載側(cè)變壓器為三相變壓器，其三相輸入端分別通過(guò)一開(kāi)關(guān)后作為交流電子負(fù)載接入測(cè)試設(shè)備的交流輸出端，且其根據(jù)負(fù)載的電壓源制式降壓或升壓至所述負(fù)載側(cè)逆變器的工作電壓，并隔離被測(cè)式設(shè)備和交流電子負(fù)載。
作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述負(fù)載側(cè)LC濾波器包括三個(gè)負(fù)載側(cè)電感器件、并聯(lián)連接于負(fù)載側(cè)變壓器的第一相和第二相輸出端之間的第四電容、并聯(lián)連接于負(fù)載側(cè)變壓器的第二相和第三相輸出端之間的第五電容、及并聯(lián)連接于負(fù)載側(cè)變壓器的第一相和第三相輸出端之間的第六電容；所述三個(gè)負(fù)載側(cè)電感器件一端分別與所述負(fù)載側(cè)變壓器的三相輸出端連接，另一端分別與所述負(fù)載側(cè)逆變器的三相輸入端連接；所述負(fù)載側(cè)LC濾波器與所述負(fù)載側(cè)變壓器構(gòu)成LCL三階濾波器。
負(fù)載側(cè)空載時(shí)，電網(wǎng)側(cè)逆變器的工作狀態(tài)為在第三、四象限的整流狀態(tài)，且其直流母線的電壓大小等于電網(wǎng)側(cè)交流電壓對(duì)應(yīng)的直流電壓大??；負(fù)載側(cè)產(chǎn)生負(fù)載電流時(shí)，電網(wǎng)側(cè)逆變器的工作狀態(tài)為第一、二象限的逆變狀態(tài)，其直流母線的電壓高于電網(wǎng)側(cè)交流電壓對(duì)應(yīng)的直流電壓，并將負(fù)載電流產(chǎn)生的電能回饋電網(wǎng)。
通過(guò)改變電網(wǎng)側(cè)變壓器和負(fù)載側(cè)變壓器的電壓比大小，實(shí)現(xiàn)兩側(cè)任意的不同電壓級(jí)別的電壓輸入。
通過(guò)上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型達(dá)到了以下有益的技術(shù)效果：
1)通過(guò)采用背靠背雙PWM整流逆變電路，將模擬負(fù)荷的電能100％回饋到電網(wǎng)，節(jié)省能源；并實(shí)現(xiàn)負(fù)載電路自動(dòng)連續(xù)的精準(zhǔn)控制，以根據(jù)需要方便地產(chǎn)生含有諧波成分的負(fù)載電流或任何負(fù)荷性質(zhì)的負(fù)載電流，完全滿足了高性能的負(fù)荷型式的試驗(yàn)要求；并通過(guò)在電網(wǎng)側(cè)和負(fù)載側(cè)分別裝有可調(diào)壓的變壓器，滿足兩側(cè)不同電源制式的接入，實(shí)現(xiàn)寬輸入輸出電壓的能量回饋交流電子負(fù)載功能，克服了現(xiàn)有由功率電阻、水電阻、電抗器、電容器構(gòu)成的模擬負(fù)荷設(shè)備技術(shù)中的缺點(diǎn)和不足；
2)通過(guò)電網(wǎng)側(cè)LC濾波器與電網(wǎng)側(cè)變壓器構(gòu)成LCL三階濾波器，徹底濾除電網(wǎng)側(cè)逆變器所產(chǎn)生的諧波電流和尖峰電壓，確保電網(wǎng)側(cè)的輸入諧波電流總失真度THDi≤5％，以符合公共電網(wǎng)電源的質(zhì)量要求；
3)通過(guò)電網(wǎng)側(cè)的三相全橋逆變器和負(fù)載側(cè)的三相全橋逆變器為兩套結(jié)構(gòu)相同的PWM整流器，采用數(shù)字鎖相環(huán)技術(shù)及直接電流控制PWM整流控制技術(shù)，只要改變負(fù)載側(cè)PWM整流器的直流電壓設(shè)定值，負(fù)載側(cè)即可產(chǎn)生大小連續(xù)且任意可調(diào)的負(fù)載電流。只要使負(fù)載側(cè)PWM整流器，也即負(fù)載側(cè)逆變器在第三、四象限工作，負(fù)載側(cè)即可產(chǎn)生功率因數(shù)為1或功率因數(shù)任意可調(diào)的感性或容性負(fù)載電流。并且，只要改變負(fù)載側(cè)PWM整流器的調(diào)制算法，則負(fù)載側(cè)即可產(chǎn)生含有諧波成分的負(fù)載電流；
4)通過(guò)負(fù)載側(cè)LC濾波器與負(fù)載側(cè)變壓器構(gòu)成LCL三階濾波器，徹底濾除負(fù)載側(cè)三相全橋逆變器所產(chǎn)生的諧波電流以及尖峰電壓。
為了更好地理解和實(shí)施，下面結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型。
附圖說(shuō)明
圖1是本實(shí)用新型寬輸入輸出電壓的能量回饋交流電子負(fù)載裝置的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型提供了一種寬輸入輸出電壓的能量回饋交流電子負(fù)載裝置，對(duì)其電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，并可結(jié)合控制技術(shù)對(duì)其功能進(jìn)行完善。
請(qǐng)參閱圖1，本實(shí)用新型寬輸入輸出電壓的能量回饋交流電子負(fù)載裝置中改進(jìn)后的電路結(jié)構(gòu)包括相互連接的電網(wǎng)側(cè)電路1和負(fù)載側(cè)電路2。并且，電網(wǎng)側(cè)的開(kāi)關(guān)3和所述電網(wǎng)側(cè)電路1與所述負(fù)載側(cè)電路2和負(fù)載側(cè)的開(kāi)關(guān)4共同構(gòu)成背靠背雙PWM整流逆變電路。
具體地，所述電網(wǎng)側(cè)電路1包括電網(wǎng)側(cè)變壓器11、電網(wǎng)側(cè)LC濾波器12和電網(wǎng)側(cè)逆變器13。所述電網(wǎng)側(cè)變壓器11的輸入端通過(guò)開(kāi)關(guān)3接入電網(wǎng)，其輸出端與所述電網(wǎng)側(cè)LC濾波器12的輸入端連接；所述電網(wǎng)側(cè)逆變器13的輸入端與所述電網(wǎng)側(cè)LC濾波器12的輸出端連接，其直流母線端接入所述負(fù)載側(cè)電路2。
優(yōu)選地，所述電網(wǎng)側(cè)變壓器11為三相變壓器，其三相輸入端分別通過(guò)一開(kāi)關(guān)接入電網(wǎng)，且其根據(jù)電網(wǎng)的電壓源制式降壓或升壓至所述電網(wǎng)側(cè)逆變器13的工作電壓，并隔離電網(wǎng)和交流電子負(fù)載。
優(yōu)選地，所述電網(wǎng)側(cè)LC濾波器12包括一端分別與所述電網(wǎng)側(cè)變壓器11的三相輸出端連接的三個(gè)電網(wǎng)側(cè)電感器件、并聯(lián)連接于電網(wǎng)側(cè)變壓器11的第一相和第二相輸出端之間的第一電容、并聯(lián)連接于電網(wǎng)側(cè)變壓器11的第二相和第三相輸出端之間的第二電容、及并聯(lián)連接于電網(wǎng)側(cè)變壓器11的第一相和第三相輸出端之間的第三電容。所述電網(wǎng)側(cè)LC濾波器12與所述電網(wǎng)側(cè)變壓器11構(gòu)成LCL三階濾波器，以徹底濾除電網(wǎng)側(cè)逆變器13說(shuō)產(chǎn)生的諧波電流及尖峰電壓，確保電網(wǎng)側(cè)的輸入諧波電流總失真度THDi≤5％，以符合公共電網(wǎng)電源的質(zhì)量要求。
優(yōu)選地，所述電網(wǎng)側(cè)逆變器13為一三相全橋逆變器，也可以說(shuō)為一PWM整流器，其三相輸入端分別與所述電網(wǎng)側(cè)LC濾波器12的三個(gè)電網(wǎng)側(cè)電感器件的另一端連接。
具體地，所述負(fù)載側(cè)電路2包括負(fù)載側(cè)逆變器23、負(fù)載側(cè)LC濾波器22和負(fù)載側(cè)變壓器21。所述負(fù)載側(cè)逆變器23的直流母線端與所述電網(wǎng)側(cè)逆變器13的直流母線端連接，其輸入端與所述負(fù)載側(cè)LC濾波器22的輸出端連接；所述負(fù)載側(cè)變壓器21的輸出端與所述負(fù)載側(cè)LC濾波器22的輸入端連接，其輸入端通過(guò)開(kāi)關(guān)4作為交流電子負(fù)載接入測(cè)試設(shè)備的交流輸出端。
優(yōu)選地，所述負(fù)載側(cè)逆變器23為一三相全橋逆變器，其直流母線與所述電網(wǎng)側(cè)逆變器13的直流母線相接。
優(yōu)選地，所述負(fù)載側(cè)變壓器21為三相變壓器，其三相輸入端分別通過(guò)一開(kāi)關(guān)后作為交流電子負(fù)載接入測(cè)試設(shè)備的交流輸出端，且其根據(jù)負(fù)載的電壓源制式降壓或升壓至所述負(fù)載側(cè)逆變器23的工作電壓，并隔離被測(cè)式設(shè)備和交流電子負(fù)載。
優(yōu)選地，所述負(fù)載側(cè)LC濾波器22包括三個(gè)負(fù)載側(cè)電感器件、并聯(lián)連接于負(fù)載側(cè)變壓器21的第一相和第二相輸出端之間的第四電容、并聯(lián)連接于負(fù)載側(cè)變壓器21的第二相和第三相輸出端之間的第五電容、及并聯(lián)連接于負(fù)載側(cè)變壓器21的第一相和第三相輸出端之間的第六電容。所述三個(gè)負(fù)載側(cè)電感器件一端分別與所述負(fù)載側(cè)變壓器21的三相輸出端連接，另一端分別與所述負(fù)載側(cè)逆變器23的三相輸入端連接。所述負(fù)載側(cè)LC濾波器22與所述負(fù)載側(cè)變壓器21構(gòu)成LCL三階濾波器，以徹底濾除負(fù)載側(cè)三相全橋逆變器所產(chǎn)生的諧波電流及尖峰電壓。
在負(fù)載側(cè)空載時(shí)，所述電網(wǎng)側(cè)逆變器13的工作狀態(tài)為在第三、四象限的整流狀態(tài)，且其直流母線的電壓大小等于電網(wǎng)側(cè)交流電壓對(duì)應(yīng)的直流電壓大??；負(fù)載側(cè)產(chǎn)生負(fù)載電流時(shí)，電網(wǎng)側(cè)逆變器13的工作狀態(tài)為第一、二象限的逆變狀態(tài)，其直流母線的電壓高于電網(wǎng)側(cè)交流電壓對(duì)應(yīng)的直流電壓，并將負(fù)載電流產(chǎn)生的電能回饋電網(wǎng)。
另外，通過(guò)改變電網(wǎng)側(cè)變壓器11和負(fù)載側(cè)變壓器21的電壓比大小，可實(shí)現(xiàn)兩側(cè)任意的不同電壓級(jí)別的電壓輸入。
以下，簡(jiǎn)述本實(shí)用新型寬輸入輸出電壓的能量回饋交流電子負(fù)載裝置的電路工作原理：
首先，根據(jù)電網(wǎng)側(cè)的電源電壓級(jí)別調(diào)整連接電網(wǎng)側(cè)變壓器11相應(yīng)的電壓軸頭，使電網(wǎng)側(cè)變壓器11的輸入電壓與電網(wǎng)相符，調(diào)整完畢后即可閉合電網(wǎng)側(cè)的開(kāi)關(guān)3。
然后，檢測(cè)電網(wǎng)側(cè)的電壓和電流信號(hào)，結(jié)合數(shù)字鎖相環(huán)技術(shù)以及直接電流控制PWM整流控制技術(shù)，生成與電網(wǎng)同步的SVPWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)電網(wǎng)側(cè)逆變器13，此時(shí)，電網(wǎng)側(cè)逆變器13的直流母線的電壓穩(wěn)定在與電網(wǎng)側(cè)交流電壓相對(duì)應(yīng)的直流電壓值。
隨后，根據(jù)負(fù)載側(cè)的電源電壓級(jí)別調(diào)整連接負(fù)載側(cè)變壓器21相應(yīng)的電壓抽頭，使負(fù)載側(cè)變壓器21的輸入電壓與電網(wǎng)相符，調(diào)整完畢后即可閉合負(fù)載側(cè)開(kāi)關(guān)。
接著，檢測(cè)負(fù)載側(cè)的電壓和電流信號(hào)，結(jié)合數(shù)字鎖相環(huán)技術(shù)以及直接電流控制PWM整流控制技術(shù)，生成與負(fù)載側(cè)輸出同步的SVPWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)負(fù)載側(cè)逆變器23。此時(shí)，調(diào)整負(fù)載側(cè)逆變器23(即負(fù)載側(cè)PWM整流器)的直流電壓設(shè)定值，則負(fù)載側(cè)逆變器23產(chǎn)生連續(xù)可調(diào)的負(fù)載電流。并調(diào)整負(fù)載電流的相角，使負(fù)載側(cè)PWM整流器工作在第三、四象限的整流狀態(tài)，使負(fù)載側(cè)的功率因數(shù)為1或任意可調(diào)。
此時(shí)由于負(fù)載側(cè)逆變器23處于PWM整流帶載狀態(tài)，其直流母線電壓高于電網(wǎng)側(cè)交流電壓相對(duì)應(yīng)的直流電壓值，電網(wǎng)側(cè)逆變器13處于PWM整流逆變狀態(tài)，則將負(fù)載側(cè)逆變器23產(chǎn)生的負(fù)載電能向電網(wǎng)回饋發(fā)電。此時(shí)，調(diào)整電網(wǎng)側(cè)電流的相角，使電網(wǎng)側(cè)的功率因數(shù)為1。
并且，在電網(wǎng)側(cè)逆變器13的控制中增加孤島保護(hù)功能，在電網(wǎng)中斷時(shí)立即停機(jī)保護(hù)。
相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型寬輸入輸出電壓的能量回饋交流電子負(fù)載裝置通過(guò)采用背靠背雙PWM整流逆變電路，將模擬負(fù)荷的電能100％回饋到電網(wǎng)，節(jié)省能源；并實(shí)現(xiàn)負(fù)載電路自動(dòng)連續(xù)的精準(zhǔn)控制，以根據(jù)需要方便地產(chǎn)生含有諧波成分的負(fù)載電流或任何負(fù)荷性質(zhì)的負(fù)載電流，完全滿足了高性能的負(fù)荷型式的試驗(yàn)要求；并通過(guò)在電網(wǎng)側(cè)和負(fù)載側(cè)分別裝有可調(diào)壓的變壓器，滿足兩側(cè)不同電源制式的接入，實(shí)現(xiàn)寬輸入輸出電壓的能量回饋交流電子負(fù)載功能，克服了現(xiàn)有由功率電阻、水電阻、電抗器、電容器構(gòu)成的模擬負(fù)荷設(shè)備技術(shù)中的缺點(diǎn)和不足。
本實(shí)用新型并不局限于上述實(shí)施方式，如果對(duì)本實(shí)用新型的各種改動(dòng)或變形不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍，倘若這些改動(dòng)和變形屬于本實(shí)用新型的權(quán)利要求和等同技術(shù)范圍之內(nèi)，則本實(shí)用新型也意圖包含這些改動(dòng)和變形。