专利名称：一种高压10kV电能质量综合测试平台的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电力系统谐波检测、治理设备性能测试领域，尤其涉及一种新型高压IOKV电能质量综合测试平台。
背景技术：
电能质量是电力系统运行的重要指标，对电网和用户均具有十分重要的意义。目前，电能质量问题受到人们极大的关注。在许多行业中存在大量的对电能质量敏感的设备， 尤其是高科技和信息行业，当这些用电设备的电源受到干扰时，就会影响它们的正常运行， 从而产生巨大的经济损失。因此，迫切需要一种能够模拟产生各种电能质量问题的大功率信号发生装置，对各种用电设备进行测试，了解这些用电设备对电能质量问题的敏感程度， 从而为采取合适的技术措施解决电能质量问题给用电设备所带来的危害提供依据。当前，常用来模拟产生各种电能质量信号波形的方法有以下5种1、用柴油机带动同步发电机，通过改变发电机励磁电压的大小使发电机输出电压骤降，该方法存在体积大、重量大、功能单一、输出精度不高、通用性差等缺点；2、用晶闸管控制电抗器来模拟产生电压骤升、骤降、过电压、欠电压以及谐波等电能质量信号，该方法的缺点与上述方法相同，此外，还会产生电流谐波；3、用电能功率标准源产生电能质量信号，该方法的主要缺点是输出功率不够，不能为一些大功率设备供电，只能用于校准各种交流电压表、交流电流表、功率表、相位表和电能表；4、利用小信号源产生信号，经过放大器对信号进行放大的方法来模拟。这种方法复杂，操作繁琐。即使通过放大器进行放大，功率还是相对较小，很难满足大功率检测的需要；5、运用电力电子技术来模拟产生。虽然能够把功率做大，满足大功率检测的需要， 但是能模拟的信号种类比较少，不能很好地满足检测的需要。综上所述，目前的技术手段的主要缺点是体积大、结构复杂、智能化水平低、能模拟的信号种类比较少，甚至有可能产生谐波污染电网。因此，现有的技术手段无法很好地满足对用电设备进行电能质量干扰敏感度测量的要求。

实用新型内容针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种体积小巧、结构简单、智能化水平高、能模拟多种信号的高压IOkV电能质量综合测试平台，该电能质量综合测试平台不产生谐波，避免了谐波对电网的污染。为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案一种高压IOKV电能质量综合测试平台，包括高压开关QFl、QF2、QF3、QF4构成的高压开关系统、电能质量扰动发生器、降压变压器、操作监视平台、测试仪器，其中高压开关QF1、QF2、QF3、QF4处均配备一组电压互感器和电流互感器；[0014]电能质量扰动发生器在结构上由三个完全相同的单元组合而成，各单元包括输入隔离变压器、1(Γ16个背靠背功率单元、输出滤波器LC回路和旁路开关，隔离变压器的每个副边绕组接一个背靠背功率单元的输入端，多个背靠背功率单元级联构成IOKV电压输出端并连接输出滤波器LC回路，输出滤波器LC回路中的电感L接旁路开关的一端，旁路开关的另一端接电感L的中间抽头；高压开关QF2的一端接IOKV电源端，另一端接电能质量扰动发生器的隔离变压器，电能质量扰动发生器通过输出滤波器LC回路与高压开关QF3相连，高压开关QF3的另一端可接被测品的低压侧或高压开关QF4，高压开关QF4的一端接降压变压器的高压侧， 降压变压器的低压侧连接被测品的低压侧，被测品的高压侧可选择连接或不连接高压开关 QF1，高压开关QFl的另一端接IOKV电源，电能质量扰动发生器通过RS485接口与操作监视平台通信。上述电能质量扰动发生器中的输入隔离变压器均采用单相多绕组变压器，原边接成星形或三角形，副边采用多绕组输出，每个副边绕组接一个功率单元的输入端。上述操作监视平台为布置在监控室的两台工作站，包括电能质量扰动发生器控制监视器和被测品监视录波器，电能质量扰动发生器控制监视器和被测品监视录波器之间通过RS485接口进行通信，被测品监视录波器对流过被测品的电压、电流等进行监视录波。上述测试仪器为电能质量分析仪、红外温度测试仪和/或噪声测试仪，每次测试过程中要根据被测品的不同选择不同的测试仪器。本实用新型的核心是电能质量扰动发生器，其中每个功率单元均为结构相同的H 桥背靠背四象限变流器，可实现功率的双向流动。电能质量扰动发生器工作模式分为电流扰动源和电压扰动源模式。在电流扰动源模式下，其等效示意图如图1所示。整流单元可独立工作，采用直压控制及单位功率因数控制来确保直流电容电压的平衡，同时实现单位功率因数，如图2所示。逆变单元可以根据扰动源输出要求进行相应调制，并且与其余单元的逆变侧级联，通常级联的单元采用移相PWM调制，H桥中两个半桥的载波反相。如图 3为逆变侧的控制策略示意图，从图中可以看出逆变侧是采用电流控制策略确保注入电流
￡逼进指令电流 。当电能质量扰动发生器工作在电压扰动源模式时，其工作原理与在电
流扰动模式下的原理相同。与现有技术相比，本实用新型具有以下优点和有益效果1、本实用新型采用背靠背功率单元级联结构作为输出，作为其输入端的PWM整流器与隔离变压器副边绕组相联，具有可靠性高，设计理念先进等特点；2、本实用新型可以分别实现电压扰动发生和电流扰动发生功能，现有技术中一般只能实现电压扰动或电流扰动，所以本实用新型可以根据测试要求灵活转换，无需复杂的人工操作；3、本实用新型和被测对象构成一个功率环，对电网的扰动小，同时测试过程中电能消耗小；4、和现有技术相比，本实用新型具有体积较小、结构简单、智能化水平高、能模拟多种信号，可以更好的满足用电设备进行电能质量干扰敏感度测量的要求。本实用新型在工作构成中不产生谐波，还能避免谐波对电网的污染。
图1为电能质量扰动发生器在电流扰动源模式下的等效示意图；图2为电能质量扰动发生器整流侧控制策略示意图；图3为电能质量扰动发生器逆变侧控制策略示意图；图4为本实用新型结构框图；图5为本实用新型中电能质量扰动发生器的主电路示意图；图6为电能质量扰动发生器中背靠背功率单元电路示意图；图7为配电变压器空载电压测试接线示意图；图8为变压器带载测试接线示意图；图9为无功补偿电容器测试接线示意图；图10为补偿设备测试接线示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型的技术方案作进一步的描述。图4为本实用新型的高压IOkV电能质量综合测试平台整体结构示意图，从图中可以看出，本实用新型包括高压开关QFl、高压开关QF2、高压开关QF3、高压开关QF4构成的高压开关系统、电能质量扰动发生器、降压变压器、操作监视平台、测试仪器，其中①高压开关QFl QF4均指一个开关和一个继电保护测量控制电路构成的高压开关设备，且高压开关QF1、QF2、QF3、QF4处均配备一组电压互感器和电流互感器(PT/CT)， 电压互感器可将一次侧的高电压按比例变为适合仪表或继电器使用的、额定电压为100V 的变换设备，电流互感器可将一次侧电流按比例变成适合仪表或继电器使用的、额定电流为5A或IA的变换设备；②降压变压器可对被测配电变压器进行电流扰动测试；③电能质量扰动发生器是本实用新型的核心，能实现功率变换、并输出各种指定的电能质量扰动功率信号，其在结构上由三个完全相同的单元组合而成，各单元包括输入隔离变压器、多个背靠背功率单元和输出滤波器LC回路，图5所示为电能质量扰动发生器的电路示意图，每个输入隔离变压器的副边绕组接一个背靠背功率单元的输入端，多个背靠背功率单元级联构成IOKV电压输出端并连接输出滤波器LC回路，背靠背功率单元的数量为1(Γ16 ；背靠背功率单元采用现有技术，由PWM整流器和PWM逆变器相互连接构成，PWM 整流器为输入端，PWM逆变器为输出端，如图6所示；输出滤波器LC回路的主要作用是滤除开关次高频纹波，使输出电压或电流波形光滑，提高精度。电能质量扰动发生器工作在电压或电流扰动输出时，输出滤波器LC回路的参数不同，因此采用一个旁路开关来改变接入电路中的电感值，旁路开关一端接滤波器 LC回路中的电感L的一端，另一端接电感L的中间抽头；作为优选，各单相电能质量扰动发生器中的输入隔离变压器采用单相多绕组变压器，其原边接成星形或三角形，副边采用多绕组输出，每个副边绕组接一个功率单元的输入端，每相多个逆变器级联构成IOKV高压输出，单相多绕组变压器可以防止PWM整流器的相互磁路上的耦合；④操作监视平台为布置在监控室的两台工作站，包括电能质量扰动发生器控制监视器和被测品监视录波器，电能质量扰动发生器控制监视器和被测品监视录波器之间通过RS485接口进行通信，被测品监视录波器对流过被测品的电压、电流等进行监视录波；⑤测试仪器优选为电能质量分析仪、红外温度测试仪和/或噪声测试仪，每次测试过程中可根据被测品的不同选择不同的测试仪器；⑥高压开关QF广QF4均为一个三相断路器，三相可以同时断开或关闭，高压开关 QF2的一端接IOKV电源端，另一端的三相分别接电能质量扰动发生器的三个隔离变压器， 电能质量扰动发生器通过三个输出滤波器LC回路分别与高压开关QF3的三相相连，高压开关QF3的另一端可以选择接被测品或高压开关QF4，高压开关QF4的另一端接降压变压器的高压侧，降压变压器的低压侧连接被测品的低压侧，被测品的高压侧可选择连接或不连接高压开关QF1，高压开关QFl的另一端接IOKV电源；电能质量扰动发生器通过RS485接口与操作监视平台通信。下面将结合附图7 10详细说明本实用新型测试平台的几种应用。应用1当采用本实用新型对配电变压器进行空载电压测试时，此时本实用新型的接线为高压开关QF2的一端接IOKV电源端，另一端接电能质量扰动发生器的隔离变压器，电能质量扰动发生器通过输出滤波器LC回路与高压开关QF3相连，高压开关QF3的另一端直接连接被测配电变压器，并将红外温度测试仪和噪声测试仪与被测配电变压器连接，以便测试被测配电变压器的温度和噪音指标，如图7所示。启动本测试平台，电能质量扰动发生器开始输出指令电压波形，同时电能质量扰动发生器控制监视器启动录波信号，被测品监视录波器接收到该信号后，通过RS485接口对电能质量扰动发生器输出电压及被测配电变压器响应电流进行录波，同时接收并记录被测配电变压器温度和噪音等指标，并分析被测配电变压器损耗、励磁电流等的响应特性；此外，还可以通过电能质量扰动发生器对被测配电变压器施加持续的含电能质量扰动信号的电压波形，然后测试被测配电变压器前后绝缘水平，并将所测试的数据发送至被测品监视录波器，并采用被测品监视录波器分析电能质量对被测配电变压器绝缘水平影响的定量数据。应用2当采用本实用新型对配电变压器进行带载测试时，此时本实用新型的接线为高压开关QF2的一端接IOKV电源端，另一端接电能质量扰动发生器的隔离变压器，电能质量扰动发生器通过输出滤波器LC回路与高压开关QF3相连，高压开关QF3的另一端接高压开关QF4，高压开关QF4的另一端接降压变压器的高压侧，降压变压器的低压侧连接被测配电变压器的低压侧，被测配电变压器的高压侧接高压开关QF1，并将红外温度测试仪和噪声测试仪与配电变压器连接，以便测试被测配电变压器的温度和噪音指标，如图8所示。启动本测试平台，电能质量扰动发生器开始输出指令电压波形，同时扰动发生器控制监视器启动录波信号，被测品监视录波器接收到该信号后，通过RS485接口对对被测配电变压器原副边电压电流进行录波，同时记录被测配电变压器的温度和噪音等数据，并分析被测配电变压器在非线性负荷下响应特性。还可以通过电能质量扰动发生器对被测配电变压器施加持续的含电能质量扰动信号的电流波形，然后测试被测配电变压器前后绝缘水平，并将所测试的数据发送至被测品监视录波器，并采用被测品监视录波器分析电能质
6量对被测配电变压器绝缘水平影响的定量数据。应用3当采用本实用新型对无功补偿电容器进行测试时，此时本实用新型的接线为高压开关QF2的一端接IOKV电源端，另一端接电能质量扰动发生器的隔离变压器，电能质量扰动发生器通过输出滤波器LC回路与高压开关QF3相连，高压开关QF3的另一端接被测无功补偿电容器，被测无功补偿电容器的另一端接地，并将红外温度测试仪和噪声测试仪与被测无功补偿电容器连接，以便测试被测无功补偿电容器的温度和噪音指标，如图9所示。启动本测试平台，电能质量扰动发生器开始输出指令电压波形，同时电能质量扰动发生器控制监视器启动录波信号，被测品监视录波器接收到该信号后，通过RS485接口对电能质量扰动发生器输出电压及电容器响应电流进行录波，同时记录被测无功补偿电容器温度和噪音等数据，并分析被测无功补偿电容器损耗、谐波放大等的响应特性。应用4当采用本实用新型对补偿设备(如SVG、SVC等)进行测试时，此时本实用新型的接线为高压开关QF2的一端接IOKV电源端，另一端接电能质量扰动发生器的隔离变压器，电能质量扰动发生器通过输出滤波器LC回路与高压开关QF3相连，高压开关QF3的另一端同时接被测补偿设备和高压开关QFl，高压开关QFl的另一端接IOKV电源，如图10所示。启动本测试平台，电能质量扰动发生器根据指令发出各种负荷电流波形，同时电能质量扰动发生器控制监视器启动录波信号，被测品监视录波器接收到该信号后，通过 RS485接口跟踪被测补偿设备原副边电流，并根据记录的原副边电流波形分析补偿设备的动态和静态特性。
权利要求1. 一种高压IOkV电能质量综合测试平台，其特征在于，包括 高压开关QF1、QF2、QF3、QF4构成的高压开关系统、电能质量扰动发生器、降压变压器、 操作监视平台、测试仪器，其中高压开关QF1、QF2、QF3、QF4处均配备有电压传感器和电流传感器； 电能质量扰动发生器在结构上由三个完全相同的单元组合而成，各单元包括输入隔离变压器、1(Γ16个背靠背功率单元、输出滤波器LC回路和旁路开关，隔离变压器的每个副边绕组接一个背靠背功率单元的输入端，多个背靠背功率单元级联构成IOKV电压输出端并连接输出滤波器LC回路，输出滤波器LC回路中的电感L接旁路开关的一端，旁路开关的另一端接电感L的中间抽头；高压开关QF2的一端接IOKV电源端，另一端接电能质量扰动发生器的隔离变压器，电能质量扰动发生器通过输出滤波器LC回路与高压开关QF3相连，高压开关QF3的另一端可接被测品的低压侧或高压开关QF4，高压开关QF4的一端接降压变压器的高压侧，降压变压器的低压侧连接被测品的低压侧，被测品的高压侧可选择连接或不连接高压开关QFl，高压开关QFl的另一端接IOKV电源，电能质量扰动发生器通过RS485接口与操作监视平台通
2.根据权利要求1所述的高压IOkV电能质量综合测试平台，其特征在于所述的电能质量扰动发生器中的输入隔离变压器均采用单相多绕组变压器，原边接成星形或三角形，副边采用多绕组输出，每个副边绕组接一个功率单元的输入端。
3.根据权利要求1或2所述的高压IOkV电能质量综合测试平台，其特征在于所述的操作监视平台包括电能质量扰动发生器控制监视器和被测品监视录波器，电能质量扰动发生器控制监视器和被测品监视录波器之间通过RS485接口进行通信。
4.根据权利要求1或2所述的高压IOkV电能质量综合测试平台，其特征在于 所述的测试仪器为电能质量分析仪、红外温度测试仪和/或噪声测试仪。
5.根据权利要求3所述的高压IOkV电能质量综合测试平台，其特征在于 所述的测试仪器为电能质量分析仪、红外温度测试仪和/或噪声测试仪。
专利摘要一种高压10kV电能质量综合测试平台，包括高压开关QF1、QF2、QF3、QF4构成的高压开关系统、电能质量扰动发生器、降压变压器、操作监视平台、测试仪器，其中，电能质量扰动发生器由输入隔离变压器、背靠背功率单元、输出滤波器LC回路和旁路开关构成。本实用新型可以分别实现电压扰动和电流扰动发生功能，可以根据测试要求灵活转换，无需复杂的人工操作；在测试试验过程中，对电网影响小，且试验过程消耗电能少；另外，本实用新型具有结构简单、智能化水平高、能模拟多种信号，可以更好的满足用电设备进行电能质量干扰敏感度测量的要求。
文档编号G01R31/00GK202177672SQ201120298939
公开日2012年3月28日 申请日期2011年8月17日 优先权日2011年8月17日
发明者刘飞, 孙建军, 宫金武, 查晓明, 黄凡 申请人:武汉大学