本發明屬于無功補償設備測試技術領域，主要涉及一種電力電子型電抗器性能測試裝置。

背景技術：

串聯電抗器作為智能抑制諧波型無功補償模塊的重要組成部分，其電氣特性直接影響著無功補償設備的穩定運行。根據標準gbt1094.6-2011和jb54346-1998的要求，電抗器出廠前與設計核實驗證階段需要進行阻抗測試、溫升測試、過載能力測試、帶諧波1.2倍額定電流測試等，通過以上測試判斷所述電抗器是否滿足設計指標。

現有技術中對電抗器測試時，大多數采用調壓器加一個升流器的方式進行電抗額定電流和電抗率的測試，最主要的測試項目為電感量測試，也就是用伏安法測試電流和電壓，通過不同儀器儀表的組合連接完成，需要使用三相調壓器、電壓表、電流表等進行測試，這種測試平臺只能在工頻下進行電抗器的額定電流的測試，電壓和電流需要統計出來，并進行相關后期數據處理得到電抗值。對于電抗器的損耗測試，需要使用專用的電能質量測試儀表進行測試，并且無法模擬實際現場運行時的帶諧波時電抗器損耗測試。溫升測試，需要額外使用溫度測試儀表，進行溫度測試。因此相關測試的連貫性差，效率低。針對現場諧波較大的場合，所使用的抑制諧波型無功補償模塊要求其能夠承受一定的諧波能力，電抗器相關標準要求串聯電抗器要求能夠承受35%以內的諧波電流，并能長期穩定運行，滿足電抗器溫升要求。現有技術均是在工頻下的測試，無法真正模擬現場實際情況，無法做到電抗器的出廠滿負載帶諧波測試。

技術實現要素：

本發明目的是針對現有技術的不足，提出了一種電力電子型電抗器性能測試裝置,以克服現有電抗器測試繁瑣以及無法進行模擬現場帶諧波情況下溫升和損耗測試的缺點。

本發明提供的技術方案為：

一種電力電子型電抗器性能測試裝置，其特征在于，包括軟啟動模塊、lcl濾波模塊、整流模塊、儲能模塊、逆變模塊、測量模塊和控制單元模塊；

所述軟啟動模塊、lcl濾波模塊、整流模塊、儲能模塊、逆變模塊順次連接，軟啟動模塊的輸入端與外部電源連接，逆變模塊輸出端與被測電抗器連接，所述測量模塊、軟啟動模塊及逆變模塊分別與控制單元模塊連接，由測量模塊向控制單元模塊反饋傳感器信號，控制單元模塊控制軟啟動模塊和驅動逆變模塊；所述測量模塊包括信號處理單元和分別與信號處理單元連接的外部電源電壓與電流傳感器、儲能單元輸出電壓傳感器、逆變模塊輸出電壓與電流傳感器以及監測被測電抗器溫度的多路溫度傳感器。

在上述方案的基礎上，進一步改進或優選的方案還包括：

所述的軟啟動模塊包括設置在各相線上的軟啟動單元，所述軟啟動單元包括軟啟動微型開關(ka1、kb1、kc1)、軟啟動電阻(ras、rbs、rcs)和功率可控開關(ka2、kb2、kc2)；所述軟啟動微型開關與軟啟動電阻串聯后，功率可控開關并接在軟啟動微型開關和軟啟動電阻串聯電路的兩端。軟啟動微型開關和軟啟動電阻串聯在一起，在測試前，給整流模塊后側的儲能模塊進行預充電，降低整流模塊充電對電網的沖擊，功率可控開關閉合，則軟啟動開關斷開。

所述軟啟動微型開關(ka1、kb1、kc1)為額定電流低于10a的接觸器或繼電器，外部電源為單相時為單相接觸器或一個繼電器，三相時為三相繼電器或三個接觸器。所述軟啟動電阻(ras、rbs、rcs)為鋁殼功率電阻、玻璃釉功率電阻或者金屬膜功率電阻，所述功率可控開關(ka2、kb2、kc2)用于正常測試時給整流模塊后側的儲能模塊供電，需采用大功率的繼電器、磁保持繼電器、接觸器或帶電動操作機構的塑殼斷路器等。

所述lcl濾波模塊包括設置在各相線上的lcl濾波單元，所述lcl濾波單元包括網側電感(lsa、lsb、lsc)、濾波電容(cda、cdb、cdc)、阻尼電阻(rda、rdb、rdc)以及整流側電感(lra、lrb、lrc)，所述網側電感與軟啟動模塊的輸出端連接，整流側電感與整流模塊的輸入端連接；所示網側電感與整流側電感串聯，濾波電容的一端連接在網側電感與整流側電感之間的電路上，濾波電容另一端與阻尼電阻的一端連接，所述阻尼電阻的另一端接入外部電源的零線n。

所述整流模塊用于將外部電源供應的交流電變換為直流電，直流電可以調節，也可以不進行調節，整流模塊可為單相全橋、單相半橋或三相橋式。

作為優選方案：

所述整流模塊輸出的直流電壓設為不可調節時：

若所述外部電源為單相交流電或兩相電，則整流模塊采用四個二極管組成的單相橋式不可控整流電路；

若所述外部電源為三相交流電，所述整流模塊則采用六個二極管組成的三相橋式不可控整流電路。

所述整流模塊輸出的直流電壓設為可調節時：

當所述外部電源為單相交流電時或兩相電，所述整流模塊為采用四個igbt或mosfet（v1～v4）組成的單相橋式可控整流電路，或者由單相橋式不可控整流電路和pfc電路組成，該單相橋式不可控整流電路由四個二極管（d11～d14）構成，所述pfc電路接在該單相橋式不可控整流電路的輸出端，由一個電感、一個igbt或mosfet和一個二極管構成；

所述外部電源為三相交流電時，所述整流模塊為采用六個igbt或mosfet（v1～v6）組成單相橋式可控整流電路，vienna整流橋電路，或者由三相橋式不可控整流電路和雙通道交錯pfc電路組成，該三相橋式不可控整流電路由六個二極管（d11～d16）構成，所述雙通道交錯pfc連接在該三相橋式不可控整流電路的輸出端，由兩個電感、兩個igbt或mosfet和兩個二極管構成。

當整流模塊輸出的直流電壓為可調節時，整流模塊與控制單元模塊連接，由控制單元模塊驅動。

所述儲能模塊包括至少一個直流電解電容cz、至少一個無極電容cb和一個放電電阻r，所述直流電解電容cz、小容量無極電容cb和放電電阻r均為并聯。儲能模塊為后側逆變模塊提供直流支持，小容量無極電容的存在，一方面作為可控功率器件開關尖峰吸收器件，另一方面增強直流側的耐電流紋波的能力。

當被測電抗器為單相電抗時，所述的逆變模塊為四個全控型器件（v11～v14）組成的逆變橋電路；當被測電抗器為三相電抗時，所述的逆變模塊（5）為采用六個全控型器件（v11～v16）組成的逆變橋電路。

所述控制單元模塊通過改變調制波的頻率和幅值，調整所述整流模塊、逆變模塊的可控功率器件的占空比，使逆變模塊輸出可變頻率、可變幅值的交流電，模擬不同工況。所述控制單元模塊采集各個工況下被測電抗器兩端的電壓、電流，通過基波提取或某次諧波提取算法計算出被測電抗器在基波或某次諧波下的電感量，通過電流和電壓計算被測電抗器的損耗；通過分時復用的方式循環檢測并記錄多路溫度測量點的實時溫度。

在使用本發明測試裝置對電抗器進行測試時，可直接控制逆變模塊調制信號的頻率和調制度改變電抗兩端的電壓實現電抗器的測量，恒壓模式以輸出電壓為給定參考量，恒流模式是對實時檢測給定電流和電抗檢測電流進行閉環控制，測試電流可控，便于測試裝置和被測電抗的過流保護。

有益效果：

本發明電力電子型電抗器性能測試裝置可模擬不同工況，提供多種測試模式，并完成對電抗器的溫升測試，各測試模式之間可帶負荷切換，無需停機，保障了測試工作的連貫性，節省時間，顯著提高了工作效率，且本發明測試裝置操作方便，具有功損耗小，節省電能，可聯機后臺，實時傳輸測試數據的優點。

附圖說明

圖1為電力電子型電抗器性能測試系統框圖；

圖2軟啟動模塊電路圖；

圖3lcl濾波模塊電路圖；

圖4整流模塊電路拓撲圖一；

圖5整流模塊電路拓撲圖二；

圖6整流模塊電路拓撲圖三；

圖7儲能模塊電路圖；

圖8逆變模塊電路拓撲圖；

圖9測量模塊結構框圖；

圖10控制單元模塊結構框圖。

具體實施方式

為了闡明本發明的技術方案和工作原理，下面結合附圖與具體實施例對本發明作進一步的介紹。

如圖1所示的一種電力電子型電抗器性能測試裝置，包括軟啟動模塊1、lcl濾波模塊2、整流模塊3、儲能模塊4、逆變模塊5、測量模塊6和控制單元模塊7等組成部分。所述軟啟動模塊1、lcl濾波模塊2、整流模塊3、儲能模塊4和逆變模塊5順次相連，軟啟動模塊1的輸入端與外部電源連接，逆變模塊5輸出端與被測電抗器9連接。軟啟動模塊1、逆變模塊5、測量模塊6分別與控制單元模塊7連接，控制單元模塊7接收測量模塊6傳輸的傳感器信號，控制和驅動軟啟動模塊1與逆變模塊5，當整流模塊3設為直流電壓可調時，控制單元模塊7也與整流模塊3連接，控制和驅動整流模塊3。所述外部電源8為交流電。

如圖2所示，軟啟動模塊1包括分別設置在a、b、c三相線上的三個軟啟動單元，所述軟啟動單元包括軟啟動微型開關(ka1/kb1/kc1)、軟啟動電阻(ras/rbs/rcs)和功率可控開關(ka2/kb2/kc2)，所述軟啟動微型開關與軟啟動電阻串聯后，功率可控開關并接在軟啟動微型開關和軟啟動電阻串聯電路的兩端。測試時，根據外部電源的類型，控制單元模塊7控制軟啟動模塊1內相應開關件的通斷，啟動對應的軟啟動單元。當外部電源8為單相交流電時，只啟動設置在a相線上的軟啟動單元，即虛線框外ka1、ras與ka2構成的a組部分；當外部電源8為兩相電時，啟動設置在a相線和b相線上的軟啟動單元；外部電源8為三相交流電時，則同時啟動設置在a、b、c相線上的軟啟動單元。

所述軟啟動微型開關ka1、kb1、kc1采用額定電流低于10a的小功率接觸器或繼電器；所述軟啟動電阻ras、rbs、rcs優選采用鋁殼功率電阻、玻璃釉功率電阻或者金屬膜功率電阻；所述功率可控開關ka2、kb2、kc2為大功率繼電器、磁保持繼電器、接觸器或帶電動操作機構的塑殼斷路器。

如圖3所示，lcl濾波模塊3同樣包括分別設置在三相線上的三個lcl濾波單元。所述lcl濾波單元由網側電感(lsa、lsb、lsc)、濾波電容(cda、cdb、cdc)、阻尼電阻(rda、rdb、rdc)和整流側電感(lra、lrb、lrc)組成，所述網側電感lsa、lsb、lsc分別與軟啟動模塊的輸出端a1、b1、c1連接，整流側電感lra、lrb、lrc則分別與整流模塊3的輸入端a'、b'、c'連接。以設置在a相線上的濾波單元為例，網側電感lsa與整流側電感lra串聯，濾波電容cda的一端連接在網側電感lsa與整流側電感lra之間的電路上，濾波電容cda另一端與阻尼電阻rda的一端連接，所述阻尼電阻rda的另一端則接入外部電源8的零線。設置在另外兩相線上的濾波單元與a相線濾波單元采用相同的架構，如圖3所示。

所述整流模塊3，用于將外部電源供應的交流電變換為直流電，其輸出的直流電壓可以調節，也可以不進行調節。

當整流模塊3輸出的直流電壓設為不可調節時：若外部電源8為單相交流電或兩相電，整流模塊3可采用四個二極管（d1～d4）組成單相橋式不可控整流電路，所述單相橋式不可控整流電路的兩輸入端分別接在a相線和零線n上（即整流模塊的輸入電壓為單相電壓），或接在a相線和b相線上（即整流模塊的輸入電壓為線電壓）；若外部電源8為三相交流電，整流模塊3可采用六個二極管（d1～d6）組成三相橋式不可控整流電路，所述三相橋式不可控整流電路的三個輸入端分別接在連接濾波模塊三個輸入端的三路相線上，如圖4所示。

當整流模塊3的輸出直流電壓設為可調節時：

（1）若外部電源8為單相交流電或兩相電，整流模塊3可采用四個igbt或mosfet（v1～v4）組成的單相橋式可控整流電路，如圖6所示；或者，如圖5所示，整流模塊3由單相橋式不可控整流電路和一級pfc電路組成，該單相橋式不可控整流電路由四個二極管（d11～d14）構成，所述pfc電路接在四個二極管（d11～d14）構成的單相橋式不可控整流電路的輸出端，所述pfc電路包括一個電感l1和一個igbt或mosfet開關管q1和一個二極管d17，電感l1和二極管d17串接在整流模塊的正極輸出線上，開關管q1的一端連接在電感l1和二極管d17之間,另一端與整流模塊的負極輸出線連接。

外部電源8為單相電時，整流模塊3的兩輸入端接在a相線和零線n上。外部電源8為兩相電時，整流模塊3兩輸入端分別接在a相線和b相線上。

（2）若所述外部電源8為三相交流電，則整流模塊3可采用六個igbt或mosfet（v1～v6）組成三相橋式可控整流電路，如圖6所示；或者，采用vienna整流橋電路；或者，如圖5所示，整流模塊3由三相橋式不可控整流電路和一級雙通道交錯pfc電路組成，該三相橋式不可控整流電路由六個二極管（d11～d16）構成，該pfc變換器連接在六個二極管（d11～d14）構成的三相橋式不可控整流電路的輸出端，由兩個電感（l1和l2）、兩個igbt或mosfet開關管（q1和q2）和兩個二極管（d17和d18）構成，其中，電感l1和二極管d17串接在整流模塊3的正極輸出線上，電感l2和二極管d18串聯后并接在電感l1和二極管d17的兩端，開關管q1的一端連接在電感l1和二極管d17之間,另一端與整流模塊3的負極輸出線連接，開關管q2的一端連接在電感l2和二極管d18之間,另一端與整流模塊3的負極輸出線連接。

所述儲能模塊4與整流模塊3的直流輸出端連接，包括并接在儲能模塊直流母線上的至少一個直流電解電容cz、至少一個無極電容cb和一個放電電阻r，如圖7所示。

所述的逆變模塊5由六個全控型器件igbt或mosfet（v11～v16）組成逆變全橋，如圖8所示，逆變全橋的直流電壓輸入端vdc+、vdc-連接儲能模塊的直流母線，當被測電抗器為單相電抗lc1時，將電抗器兩端接入逆變模塊5的輸出端u、v；當被測電抗器為三相電抗lc3時，將被測電抗器的三個輸入端分別與逆變模塊5的輸出端u、v、w相連，電抗器的三個輸出端并接。

所述逆變模塊5采用三相橋式的全控型拓撲結構，進行單相或三相電抗器的測試時，通過人機接口或上位機設置被測電抗為三相電抗還是單相電抗，控制單元模塊自動根據設置電抗種類改變控制策略和驅動輸出方式，從而使得同一套測試裝置既可以測試單相電抗也可以測試三相電抗。

逆變模塊5通過控制單元模塊7改變調制波的頻率和幅值，間接調整可控功率器件的占空比將直流電變換為可變頻率、變幅值的交流電，用于電抗器的電抗值、過載能力、諧波情況下損耗以及溫升測試。通過人機接口可以將測試裝置設置成工頻恒壓模式、工頻恒流模式、工頻疊加諧波恒壓或工頻疊加諧波恒流模式進行電抗器的測試。

所述測量模塊6如圖9所示，包括信息處理單元11和分別與信息處理單元11連接的電信號傳感器與監測電抗器溫度的多路溫度傳感器15，所述電信號傳感器包括監測外部電源輸入電流的電流傳感器13、監測外部電源電壓的電壓傳感器14、監測儲能模塊輸出直流電的電壓傳感器12、監測逆變模塊輸出電壓的電壓傳感器16和輸出電流的電流傳感器17等等。所述多路溫度傳感器15包括監測環境溫度的傳感器、監測被測電抗器鐵芯溫度和繞組溫度的傳感器，被測電抗器為三相電抗時，三個繞組的溫度需要分別測量。

當整流模塊3輸出電壓可調節時，檢測整流模塊3輸入電壓和輸入電流以及直流側輸出端的電壓電流值，進行直流側閉環控制，維持整流模塊3直流側穩定在設定值。逆變部分需要檢測逆變直流側電壓、電抗器兩端的電壓及電流值，通過人機接口設置測試裝置測試模式，并設置工頻電壓幅值、工頻電流幅值、諧波電流占比或諧波電壓占比進行不同工況下的電抗測試。電壓傳感器為霍爾電壓傳感器或線性光耦傳感器，溫度傳感器可以是紅外測溫模塊、熱電偶或熱敏電阻等，測量電抗器的不同點溫升情況。

所述的控制單元模塊7，如圖10所示。包括主控芯片21、液晶和按鍵或觸摸屏式的人機接口22、與信號處理單元連接的數據接口23、軟啟動操作控制接口24、全控型器件驅動控制接口25、外部存儲單元26以及后臺聯機通信接口27等。后臺聯機通信接口27為232、485、gprs、網絡模塊或無線模塊等。控制單元模塊7采集各個工況下的被測電抗器兩端的電壓、電流，通過基波提取或某次諧波提取算法計算出電抗在基波或某次諧波下的電感量；通過電流和電壓計算電抗器的損耗；通過分時復用的方式循環檢測多路溫度測量點的實時溫度，并記錄下來；通過后臺聯機接口連接上位機，傳輸測試數據、生成測試報表。

以上顯示和描述了本發明的基本原理、主要特征和本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和范圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，本發明要求保護范圍由所附的權利要求書、說明書及其等效物界定。