[发明专利]采用有源前端的大功率三电平变频器温升和损耗试验方法

说明书

技术领域

本发明属于变频器领域，尤其是一种采用有源前端的大功率三电平变频器温升和损耗试验方法。

背景技术

变频调速技术已经成为工业领域节能降耗、改善工艺流程、提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种重要手段，近年来，随着大功率电力电子器件的不断涌现，变频调速技术越来越向着高压大容量趋势发展，各类MW级变频器已经广泛应用于大型工业生产设备，其容量还在不断提高。

大功率变频器的发展方向之一是采用三电平拓扑，与传统的两电平变换器相比，三电平结构具有很多优点，比如：降低了每个功率器件承受的母线电压，因此可用低耐压器件实现高压大功率输出；电平数的增加改善了输出电压波形，减小了谐波畸变；可用较低的开关频率获得相对较好的电压波形，因此开关损耗小、效率高；输出电压变化率较低，改善了装置的电磁兼容性能等。目前，国外大功率变频器多采用三电平结构；但在我国，由于受电网电压等级、电力电子器件性能及技术水平等因素限制，大功率三电平变频器技术仍不成熟，在装置设计、制造及性能试验等方面仍有许多问题亟待解决。

对大功率变频器设备额定出力的试验因为受试验设备容量、场地、电源容量等的限制，很难进行稳定的额定功率试验，通常采用间接方法试验。因此，研究大功率变频器有效、节能的试验方法十分必要。已报导的试验方法大多针对功率器件或功率单元，通常这些方法难以对变频器整体性能做出评估，而且需要从电网取用较大功率，存在试验方法复杂、试验结果不准确等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种简单、准确且仅需从电网取用较少能量的采用有源前端的大功率三电平变频器温升和损耗试验方法。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种采用有源前端的大功率三电平变频器温升和损耗试验方法，包括以下步骤：

(1)将一个小容量电抗器连接在变频器的整流单元和逆变单元之间，将一个小容量直流电源接在变频器中间直流侧，从而将整流单元、中间直流侧、逆变单元及电抗器构成试验回路；

(2)设定整流单元以逆变器方式运行，给定整流单元的输出电压参考值和逆变单元的输出电压参考值为保持逆变单元的输出电压参考值不变，调节整流单元的输出电压参考值即可调节流经电抗器的电流通过调节逆变单元输出功率的大小及功率因数，实现对不同工况的模拟，全面测试变频器在不同工况下的损耗和温升，进而准确评估装置出力。

而且，所述的流经电抗器的电流及逆变单元输出功率P₂分别为：

而且，所述的变频器采用有源前端作为整流单元，其结构是两电平或多电平交-直-交结构，变频器所使用的功率开关器件为IGBT或IGCT。

而且，所述的电抗器容量小于变频器容量的20％。

而且，所述的直流电源取自电网，其作用是为试验中的有功损耗提供能量，容量小于变频器容量的5％。

本发明的优点和积极效果是：

1、本试验方法在整流单元和逆变单元之间接有电抗器作为负载，使得功率通过整流单元、中间直流侧、逆变单元及电抗器构成回路，整个试验过程除在功率器件和线路上的损耗外，没有其他有功消耗，仅需从电网取用较少的能量即可使得变频器流过较大功率，从而实现在小容量电网进行大功率变频器负载试验的功能。

2、本试验方法通过调节电抗器两端的电压差来调节负载电流，在保证电流连续的前提下，可选择的电抗器容量较小，其容量、体积也都较小，解决了常规的试验方法为了让逆变单元输出大功率需要提供与之配套的电动机及机械负载，还要考虑电动机安装、同轴连接等问题。

3、本试验方法除待试验的变频器外，只需一个小容量电抗器和一个外接小容量直流电源，因此，本试验方法所用辅助器材少、连接简单、容易实现。

附图说明

图1是本发明的电气接线原理图；

图2是本发明在测试过程的电压、电流相量图；

图3是逆变单元输出电压调制波及输出电流在一个周期内的波形示意图；

图4是一个周期内电流在逆变单元一个桥臂上的流通路径示意图；

图5是逆变单元侧的电压、电流及有功功率仿真结果示意图；

图6是整流单元的电压、电流及有功功率仿真结果示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例做进一步详述：

一种采用有源前端的大功率三电平变频器温升和损耗试验方法，用于实现大功率三电平变频器温升和损耗试验功能。具体包括以下步骤：