電壓跌落模擬方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種電壓跌落模擬方法及裝置，其中，該裝置包括：三相調壓器，與三相交流電源連接，用于調節三相交流電源中被測電壓的相數；半壓控制開關，與三相調壓器連接，用于控制三相調壓器與負載側的電路的斷開和導通；全壓控制開關，與三相交流電源連接，用于控制三相交流電源與負載側的電路的斷開和導通；處理器，與三相調壓器、半壓控制開關和全壓控制開關連接，用于根據控制信號執行調節被測電壓的電壓值。通過運用本發明，解決了相關技術無法根據模擬需求來模擬電壓跌落，而能夠稍好的模擬電壓跌落的裝置則價格非常昂貴的問題，進而可以以設計簡單、易操作的模擬裝置進行實驗，且降低了制造成本。
【專利說明】電壓跌落模擬方法及裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及電壓跌落模擬領域，更具體地，涉及一種電壓跌落模擬方法及裝置。
【背景技術】
[0002]電網電壓跌落會對用電負荷產生較大的影響，對照明、精密儀器等敏感負荷的影響更為明顯，而這種影響絕大多數發生在低壓配電環節。
[0003]在電網實際運行中，引起電壓跌落的原因主要有因雷擊、外力、設備絕緣損壞等因素引發的短路故障，進而造成電壓跌落幅值大，影響范圍較大。與較長時間的供電中斷事故相比，電壓跌落發生機率更高，應對也比較困難。一個重要原因是當線路發生故障時，通常會造成本線路負荷供電中斷或電壓跌落，也會引發同母線相鄰饋線上的不同程度的電壓跌落。
[0004]因此，為了深入研究電網電壓跌落對各類負荷的影響機理及影響程度，檢驗飛輪儲能UPS、ATS等電源快速切換裝置的性能，進而提出有效的技術措施，迫切需要電壓跌落模擬裝置。目前，市場在售的電壓跌落模擬裝置較少，國產設備價格為數十萬元，且功能、參數不能較好滿足研究的需要，往往功率過小，或者只能單相電壓跌落模擬測試；而國外進口設備為價格數百萬元，但功率較小。
[0005]目前市場上很少有三相的電壓跌落模擬裝置，極少的三相電壓跌落裝置也是僅限于風機中測試低電壓穿越能力，而且普通的電壓跌落裝置輸出功率較小，無法滿足大功率設備測試要求。根據對現有的電壓跌落模擬發生裝置和技術的介紹與了解，它們存在的問題及缺點分析如下:
[0006]變壓器型形式的電壓跌落模擬技術的問題主要有以下幾點:
[0007](I)這類技術中最常用的開關器件是接觸器，功率可以做到很大，但是接觸器、繼電器件由于自身結構的原因，動作時間難以精確控制。同時接觸器等器件使用壽命有限，易受環境影響。
[0008](2)功率較大時，變壓器的體積和重量很大，不便攜帶。同時對于普通變壓器，變比是不可調的，因而也只能獲得固定的電壓跌落深度，而且對于帶中心抽頭的變壓器，設計和工藝要更復雜一些。采用半控型器件晶閘管組成交流開關時，電壓的切換只能發生在輸出電壓或電流的過零點，不能對電壓跌落的相位進行控制。
[0009]浙江海得新能源有限公司研制的電壓跌落發生器的電壓跌落時間長度固定為150ms，不能根據測試的需求控制時間長度。中國科學院電工研究所的李建林等人研制的電網電壓跌落發生器電壓跌落時間只能設定為輸入電壓周期值一半的整數倍。劉蒙聰研制的電網電壓跌落的模擬裝置，變壓器原邊的抽頭有限，因此電壓跌落的數值檔位也很有限。
[0010]電力電子變換形式的電壓跌落裝置，一般采用功率二極管、IGBT等作為開關器件，IGBT等電力電子器件成本較高。國外的IGBT全控型電壓跌落發生器由于使用了 8只大容量IGBT開關管，因此價格昂貴，控制電路復雜。上海交通大學的蔡旭等人研制的電網低電壓發生裝置結構復雜繁瑣，電壓跌落的檔位僅有五個值，而且僅限于風機測試使用。[0011]相關技術中，電壓跌落模擬裝置存在問題，價格稍微便宜的電壓跌落模擬裝置都不好用，無法根據需求模擬電壓跌落，而能夠稍好的模擬電壓跌落的裝置則價格非常昂貴。
【發明內容】
[0012]本發明旨在提供一種電壓跌落模擬方法及裝置，以至少解決相關技術中，電壓跌落模擬裝置存在問題，價格稍微便宜的電壓跌落模擬裝置都不好用，無法根據需求模擬電壓跌落，而能夠稍好的模擬電壓跌落的裝置則價格非常昂貴的問題。
[0013]根據本發明的一個方面，提供了一種電壓跌落模擬裝置，包括:三相調壓器，與三相交流電源連接，用于調節所述三相交流電源中被測電壓的相數；半壓控制開關，與所述三相調壓器連接，用于控制所述三相調壓器與負載側的電路的斷開和導通；全壓控制開關，與所述三相交流電源連接，用于控制所述三相交流電源與所述負載側的電路的斷開和導通；處理器，與所述三相調壓器、所述半壓控制開關和所述全壓控制開關連接，用于根據控制信號執行調節所述被測電壓的電壓值，以及通過所述半壓控制開關和/或所述全壓控制開關控制所述電路的斷開和導通，所述斷開和導通用于模擬電壓跌落，所述電壓值為跌落幅值。
[0014]優選地，所述處理器，還用于根據所述控制信號調節模擬電壓跌落的次數。
[0015]優選地，所述裝置還包括:終端，用于向所述處理器發送所述控制信號，其中，所述控制信號用于指示所述處理器調節電壓及控制電路的斷開和導通。
[0016]優選地，所述裝置還包括:第一電壓互感器，與所述三相交流電源和所述處理器連接，用于采集所述三相交流電源輸出的電壓信號；第二電壓互感器，與所述三相調壓器和所述處理器連接，用于采集所述三相調壓器輸出的電壓信號；第三電壓互感器，與所述負載側和所述處理器連接，用于采集輸入所述負載側的電壓信號；電流互感器，與所述負載側和所述處理器連接，用于采集輸入所述負載側的電流信號；其中，所述電壓信號和所述電流信號用于作為模擬電壓跌落的實驗數據。
[0017]優選地，所述裝置還包括:數顯表，與所述第一電壓互感器、第二電壓互感器、第三電壓互感器和電流互感器連接，用于顯示采集到的電壓信號和/或電流信號的值。
[0018]優選地，所述處理器通過RS232串口與外機通訊；所述處理器通過RS485串口與外機通訊；或者，所述處理器通過CAN總線與外機通訊，其中，所述外機用于接收模擬電壓跌落的結果。
[0019]優選地，所述處理器為32位的數字信號處理器DSP。
[0020]根據本發明的另一個方面，提供了一種電壓跌落模擬方法，包括:處理器根據來自終端的控制信號控制通過三相調壓器輸出的電壓的相數，以確定當前電壓跌落模式，其中，所述電壓跌落模式包括以下之一:單相跌落，分相跌落，三相跌落；在所述當前電壓跌落模式下預設置電壓參數以模擬電壓跌落，其中，所述電壓參數至少包括以下之一:跌落幅值，跌落時間。
[0021]優選地，在模擬電壓跌落之前，還包括:設置所述當前電壓跌落模式下的模擬電壓跌落的跌落循環次數；根據所述跌落循環次數循環進行模擬電壓跌落。
[0022]本發明采用具有三相調壓器、半壓控制開關、全壓控制開關和處理器的電壓跌落模擬裝置，可以模擬單相和多相情況下的電壓跌落，設計的結構簡單，造價低廉，且三相調壓器能夠滿足模擬多種跌落模式的需要，根據不同需求來模擬電壓跌落，解決了相關技術無法根據模擬需求來模擬電壓跌落，而能夠稍好的模擬電壓跌落的裝置則價格非常昂貴的問題，進而可以以設計簡單、易操作的模擬裝置進行實驗，且降低了制造成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]附圖用來提供對本發明的進一步理解，構成本申請的一部分，本發明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定。在附圖中:
[0024]圖1示出了本發明實施例的電壓跌落模擬裝置的結構示意圖一；
[0025]圖2示出了本發明實施例的電壓跌落模擬裝置的結構示意圖二 ；
[0026]圖3示出了本發明實施例的電壓跌落模擬裝置的結構示意圖三；
[0027]圖4示出了本發明實施例的電壓跌落模擬方法的流程圖；
[0028]圖5示出了本發明優選實施例的三相大功率電壓跌落模擬裝置總體框架的示意圖；
[0029]圖6示出了本發明優選實施例的三相大功率電壓跌落模擬裝置控制電路的示意圖。
【具體實施方式】
[0030]下面將參考附圖并結合實施例，來詳細說明本發明。
[0031]基于相關技術中，電壓跌落模擬裝置存在問題，價格稍微便宜的電壓跌落模擬裝置都不好用，無法根據需求模擬電壓跌落，而能夠稍好的模擬電壓跌落的裝置則價格非常昂貴的問題，本發明實施例提供了一種電壓跌落模擬裝置，該裝置的結構示意如圖1所示，包括:
[0032]三相調壓器1，與三相交流電源2連接，用于調節三相交流電源中被測電壓的相數；
[0033]半壓控制開關3，與三相調壓器I連接，用于控制三相調壓器與負載側的電路的斷開和導通；
[0034]全壓控制開關4，與三相交流電源2連接，用于控制三相交流電源與負載側的電路的斷開和導通；
[0035]處理器5，與三相調壓器1、半壓控制開關2和全壓控制開關4連接，用于根據控制信號執行調節被測電壓的電壓值，以及通過半壓控制開關和/或全壓控制開關控制電路的斷開和導通，斷開和導通用于模擬電壓跌落，電壓值為跌落幅值。
[0036]本實施例采用具有三相調壓器、半壓控制開關、全壓控制開關和處理器的電壓跌落模擬裝置，可以模擬單相和多相情況下的電壓跌落，設計的結構簡單，造價低廉，且三相調壓器能夠滿足模擬多種跌落模式的需要，根據不同需求來模擬電壓跌落，解決了相關技術無法根據模擬需求來模擬電壓跌落，而能夠稍好的模擬電壓跌落的裝置則價格非常昂貴的問題，進而可以以設計簡單、易操作的模擬裝置進行實驗，且降低了制造成本。
[0037]在上述裝置模擬電壓跌落的過程中，處理器5，還可以還用于根據控制信號調節模擬電壓跌落的次數。
[0038]上述裝置還可以如圖2所示，包括:終端6，用于向處理器5發送控制信號，其中，控制信號用于指示處理器調節電壓及控制電路的斷開和導通。[0039]上述裝置的結構示意還可以如圖3所示，還包括:第一電壓互感器7，與三相交流電源2和處理器5連接，用于采集三相交流電源輸出的電壓信號；第二電壓互感器8，與三相調壓器I和處理器5連接，用于采集三相調壓器輸出的電壓信號；第三電壓互感器9，與負載側11和處理器5連接，用于采集輸入負載側的電壓信號；電流互感器10，與負載側11和處理器5連接，用于采集輸入負載側的電流信號，其中，電壓信號和電流信號用于作為模擬電壓跌落的實驗數據。
[0040]為了清楚的觀察到模擬電壓跌落過程中檢測到的數據值，上述裝置還可以包括的數顯表，與第一電壓互感器7、第二電壓互感器8、第三電壓互感器9和電流互感器連接10，用于顯示采集到的電壓信號和/或電流信號的值。
[0041]其中，上述的處理器5需要與外界通信時，例如，將采集到的模擬數據進行輸出時，處理器可以通過RS232串口與外機通訊，可以通過RS485串口與外機通訊，或者還可以通過CAN總線與外機通訊等。實現時，處理器5可以為32位的數字信號處理器DSP，例如，TMS320F2812。
[0042]基于上述裝置，本實施例還提供了一種可以應用上述裝置的電壓跌落模擬方法，該方法的流程可以如圖4所示，包括步驟S402至步驟S404。
[0043]步驟S402，處理器根據來自終端的控制信號控制通過三相調壓器輸出的電壓的相數，以確定當前電壓跌落模式，其中，電壓跌落模式包括以下之一:單相跌落，分相跌落，三相跌落；
[0044]步驟S404，在當前電壓跌落模式下預設置電壓參數以模擬電壓跌落，其中，電壓參數至少包括以下之一:跌落幅值，跌落時間。
[0045]實施過程中，在模擬電壓跌落之前，還可以設置當前電壓跌落模式下的模擬電壓跌落的跌落循環次數，然后，再根據跌落循環次數循環進行模擬電壓跌落。
[0046]優選實施例
[0047]本實施例0.4kV三相大功率電壓跌落模擬裝置總體框架如圖5所示。圖中的A、B、C為0.4kV三相電源側，三相調壓器采用滑動接觸式，直流電機驅動，以便于信號控制，主電路的開關器件選用IGBT，全壓開關和半壓開關切換時間控制在5?30us，切換過程存在5?30us的斷電時間。
[0048]微控制器可以采用32位的，例如，采用TI公司的TMS320F2812的32位DSP微處理器，通過微處理器來控制全壓電力電子開關、半壓電力電子開關，進而檢測電源側電壓、負載側電壓、調壓器輸出電壓、負載電流。
[0049]該裝置可以采用人機界面進行配置及執行模擬過程，其中，人機界面可以包括多個選項卡，例如調壓控制、設置控制、結果顯示和系統幫助等。當然，根據需要，還可以多設置幾個選項卡。其工業級硬件配置帶VGA接口，可連接大屏幕液晶電視用于演示。界面包含了電量顯示、參數設置、操作控制、跌落過程記錄、和波形存儲等。
[0050]人機界面可以采用工業PC，帶觸摸屏、鍵盤及鼠標，與三相自動調壓柜通過通訊方式設置電壓跌落方式、跌落幅值、顯示電壓電流有效值、波形、跌落過程記錄。采用兩面屏柜，其中一面為三相調壓器柜，另一面為控制柜，兩柜之間由電力電纜與控制電纜連接。
[0051]本實施例的控制電路示意可以如圖6所示，控制器DSP采用TMS320F2812，控制板可以通過RS232串口或者CAN總線與外機通訊，三相電壓與三相電流直接接入數顯表頭在屏面進行顯示，同時負載側電壓與電流同時進入控制板A/D采集數據，并取電壓同步控制信號。通過驅動板控制全壓電子開關和半壓電子開關，和三相自動調壓器通過通訊方式實現數據交換。
[0052]利用上述裝置實現模擬電壓跌落的工作過程如下，包括:主斷路器先上電一全壓開關開通一按照設定的方式調壓(跌落時間，跌落次數，跌落方式單相或三相，跌落幅值)一全壓開關關斷一半壓開關開通一半壓開關關斷一全壓開關開通。在執行的過程中，首先將電壓跌落模擬裝置初始化；隨后，根據接收到的控制信號確定當前模擬過程的電壓模式，其中，模式可以包括單相跌落模式、三相跌落模式和分相跌落模式。隨后，在不同的跌落模式下進行電壓調節、跌落時間設定、跌落循環次數設定，最后，開始執行模擬跌落。例如，如果確定當前為單相跌落模式，則在單相跌落模式下進行電壓調節、跌落時間設定、跌落循環次數設定等，隨后再進行模擬跌落實驗。
[0053]通過運用本發明裝置，在實驗室對各種設備進行電壓跌落時間、次數、幅值和方式的測試，有效的分析了電網電壓對設備的影響；可以模擬三相三線(三相四線)系統同時電壓跌落，分相模擬電壓跌落，并且能夠檢測電壓跌落暫態過程中三相電壓、電流信號；電壓跌落幅值范圍達到了 0-100%，電壓跌落步長可以根據需求自行控制，解決了很多電壓跌落發生器電壓跌落檔位少和跌落程度低的問題，滿足各種設備測試需求；電壓跌落持續時間范圍應可以根據需求設置，滿足瞬時跌落、暫時跌落和短時跌落等各種不同時間長度的測試要求；時間調節分辨應足夠高，以保證跌落時間的精確程度很高，本實施例的電壓跌落持續時間范圍:lmS-5min，遠高于目前現有的電壓跌落發生器的跌落持續時間，完全滿足了瞬時跌落、暫時跌落和短時跌落等各種不同時間長度的測試要求；時間調節分辨率10 μ S，跌落時間的設置精確程度很高；電壓跌落相角范圍:0-359°，分辨率1°，可以精確和完善的測試跌落相角對設備運行的影響；本發明克服現有的電壓跌落發生器的價格昂貴、控制復雜的缺點，提出一種新的電壓跌落發生器。采用基于DSP控制，應用絕緣柵雙極晶體管IGBT開發了三相大功率電壓跌落模擬發生裝置，控制系統和電路結構簡單，成本也較低廉。
[0054]從以上的描述中，可以看出，本發明上述的實施例實現了如下技術效果:
[0055]本發明實施例針對現有各種電壓跌落發生器的局限性，結合現場測試經驗與實際情況，以操作簡單、實施方便、功能完善和成本低廉為原則，提出了三相大功率電壓跌落模擬裝置的設計與研制，采用三相大功率柱式電動調壓器，柱式電動調壓器輸出電壓流形不失真(輸出電壓波形畸形率增量< 1%)，柱式電動調壓器采用電動操作機構，可以閉環遠距離操作，減輕操作勞動強度，輸出電壓可從零電壓起始調節、瞬時過載能力強、空載電流、空耗損耗小，效率高、噪音小、壽命長，適宜各種感性、容性、電阻負載使用等特點。
[0056]以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種電壓跌落模擬裝置，其特征在于，包括: 三相調壓器，與三相交流電源連接，用于調節所述三相交流電源中被測電壓的相數；半壓控制開關，與所述三相調壓器連接，用于控制所述三相調壓器與負載側的電路的斷開和導通； 全壓控制開關，與所述三相交流電源連接，用于控制所述三相交流電源與所述負載側的電路的斷開和導通； 處理器，與所述三相調壓器、所述半壓控制開關和所述全壓控制開關連接，用于根據控制信號執行調節所述被測電壓的電壓值，以及通過所述半壓控制開關和/或所述全壓控制開關控制所述電路的斷開和導通，所述斷開和導通用于模擬電壓跌落，所述電壓值為跌落幅值。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于， 所述處理器，還 用于根據所述控制信號調節模擬電壓跌落的次數。
3.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括: 終端，用于向所述處理器發送所述控制信號，其中，所述控制信號用于指示所述處理器調節電壓及控制電路的斷開和導通。
4.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括: 第一電壓互感器，與所述三相交流電源和所述處理器連接，用于采集所述三相交流電源輸出的電壓信號； 第二電壓互感器，與所述三相調壓器和所述處理器連接，用于采集所述三相調壓器輸出的電壓信號； 第三電壓互感器，與所述負載側和所述處理器連接，用于采集輸入所述負載側的電壓信號; 電流互感器，與所述負載側和所述處理器連接，用于采集輸入所述負載側的電流信號; 其中，所述電壓信號和所述電流信號用于作為模擬電壓跌落的實驗數據。
5.根據權利要求4所述的裝置，其特征在于，還包括: 數顯表，與所述第一電壓互感器、所述第二電壓互感器、所述第三電壓互感器和所述電流互感器連接，用于顯示采集到的電壓信號和/或電流信號的值。
6.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述處理器通過RS232串口與外機通訊；所述處理器通過RS485串口與外機通訊；或者，所述處理器通過CAN總線與外機通訊，其中，所述外機用于接收模擬電壓跌落的結果。
7.根據權利要求1至6中任一項所述的裝置，其特征在于，所述處理器為32位的數字信號處理器DSP。
8.—種電壓跌落模擬方法,其特征在于,包括: 處理器根據來自終端的控制信號控制通過三相調壓器輸出的電壓的相數，以確定當前電壓跌落模式，其中，所述電壓跌落模式包括以下之一:單相跌落，分相跌落，三相跌落；在所述當前電壓跌落模式下預設置電壓參數以模擬電壓跌落，其中，所述電壓參數至少包括以下之一:跌落幅值，跌落時間。
9.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，在模擬電壓跌落之前，還包括:設置所述當前電壓跌落模式下的模擬電壓跌落的跌落循環次數；根據所述跌落循環次數 循環進行模擬電壓跌落。
【文檔編號】G01R31/00GK103941111SQ201310026170
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2013年1月18日 優先權日:2013年1月18日
【發明者】段大鵬, 王鵬, 于希娟, 趙賀, 王語潔, 任志剛 申請人:國家電網公司, 北京市電力公司
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
