可控負荷特性模擬裝置綜述

摘 要:本文分析了當前科技發展及電力系統實驗研究對于可以精確模擬各種負荷特性及綜合負荷特性的裝置的需求及該裝置的重要性，并在分析傳統可控負荷特性模擬實驗裝置缺陷的基礎上，提出了利用電力電子器件實現可控負荷特性模擬功能的裝置的主電路拓撲結構。該電路由整流變壓器、PWM高頻整流H橋模塊、放電支路、高頻H橋模塊、低頻級聯H橋模塊、高頻連接電抗和低頻連接電抗組成，能有效模擬諧波電流發生、電流波動和負荷電流不平衡，并能模擬各種復合擾動。

關鍵詞:動模試驗電能質量負荷模擬主電路拓撲

中圖分類號:TM76文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)09(a)-0118-01

傳統的可控負荷模擬裝置存在不少缺陷，也不符合當前節能減排的大趨勢。本文提出了利用電力電子器件實現可控負荷特性模擬功能的主電路拓撲結構，利用電力電子器件不僅可以克服傳統裝置的缺點，而且體積小，可節約能量。

1 現狀分析

1.1 電能質量擾動源日益增多

隨著全球工業化進程的不斷加快，接入電力系統的非線性負荷和沖擊性負荷的數量和容量迅速增加，對電能質量的影響日益增大。電力電子設備作為供電電源與用電設備間的非線性接口電路．在實現功率控制和處理的同時．也帶來了諧波污染、公共連接點電壓嚴重畸變和電磁干擾等問題。

電氣化鐵路以其牽引力大、速度快、能耗低、效率高、污染小、對環境友好等優越性而得到快速發展。但由于電力機車的非線性、單相、沖擊特性，在電力機車運行過程中產生大量三相不平衡的諧波和負序電流，且電力機車沿鐵路移動用電，產生的危害遠比其它諧波源和負序源更為嚴重和廣泛，如不能得到及時有效治理，將注入電力系統，影響全網。

電石爐是一種高耗能的冶煉設備，具有電阻電弧爐的特性。電石爐運行時，很低的功率因數使得損耗增加效率降低，產生的諧波使電網電能質量降低。通常電石爐的自然功率因數都在0.8以下，這樣低的功率因數使得電網損耗很大，整個系統效率很低。工業電弧爐也是現代電力系統中主要的諧波源之一。

變頻器的應用越來越普及，特別是在風機、水泵等傳動系統節能領域得到了廣泛應用。變頻器的應用雖然產生了顯著的節能效益，但隨之而來的諧波問題不容忽視，諧波危害日趨嚴重。

電力電子裝置本身就是一個大的諧波源，此處不再贅述其他裝置。實現對各種擾動的性能分析，可以使我們更好的學習各種擾動對于系統產生的沖擊，從而更好的了解各種負荷特性，有針對性的提出解決目標。具有很好的現實意義。新裝置、新設備投入運行前的試驗需要用到可控負荷模擬實驗裝置。

1.2 負荷模擬裝置現狀分析

傳統的電力系統動態模擬實驗中使用的負荷模型有異步機組負荷模型、燈箱負荷模型、串并聯電容器模型等，通過改變電壓、串聯回路內的電阻電抗，或者改變電動發電機組的激磁特性及附加飛輪片，可以得到一定范圍內變化的負荷。但這類模擬負荷存在體積龐大、元件數量多、成本高、能量不回饋，而且不易在線更改等缺點，無法精確模擬時變的系統負荷，同時對于動模實驗也造成了很多不便。在當今形勢下，傳統的負荷模型已不能滿足動模試驗的要求。

2 電路主拓撲結構及說明

本文提出的利用電力電子器件實現的可控負荷品質擾動發生裝置與傳統的電流型電能質量擾動裝置不同，其主電路拓撲結構如圖1所示。

這種模塊化可控負荷電流擾動發生裝置主電路拓撲如圖1所示。裝置直流電源由單相多繞組整流變壓器和PWM整流器構成，直接從電網獲取。逆變部分采用差異模塊結構，分為諧波功率模塊和基波功率模塊。諧波模塊由高頻H橋逆變器構成，能夠產生諧波電流。基波模塊采用低頻3H橋級聯的鏈式多電平結構，可實現基波頻率電流發生、電流波動發生和負荷不平衡調節等功能。

一次主電路結構包括輸入單相多繞組整流變壓器、PWM高頻整流H橋模塊、放電支路、高頻H橋模塊、低頻級聯H橋模塊、高頻連接電抗和低頻連接電抗。以A相為例，如圖2所示，進行詳細說明。

分別由輸入整流變壓器，PWM整流器，放電支路，高頻H橋模塊，低頻級聯H橋模塊，高頻連接電抗，低頻連接電抗構成。

3 結語

可控負荷模擬實驗裝置是一種多功能可控負荷品質擾動源，可有效模擬包括諧波、無功、有功、電流擾動、三相不平衡電流在內的各種負荷特性，并能模擬復合特性。利用電力電子器件實現的可控負荷特性模擬裝置可以很好的克服傳統裝置的缺點，體積小、元件數量少、成本低、易在線更改、模擬精度高，能實現多目標復合模擬，可以模擬各種單一以及復合的負載特性，并可將能量回饋給電網，達到節能的效果，可較好地滿足動模試驗的要求。

參考文獻

[1]戴增輝，李含善，任永峰.并聯型電能質量控制器的SVPWM控制.高電壓技術，2008，34(2):298－302.

[2]單慶曉，李永東，潘孟春.級聯型逆變器的新進展.電工技術學報，2004，19(2):1-9.