專利名稱：開關電源節能老化系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及開關電源，具體涉及一種開關電源節能老化系統。
背景技術：
現有的關電源老化方法是利用大功率電阻作模擬負載進行燒機老化，電能浪費巨大。中國專利公開了一種開關電源節能燒機設備的專利，電子負載20包括兩個部分負載電流控制單元22、并網電流控制單元23。負載電流控制單元22將被老化電源21輸出的直流電變換成高壓的直流電，同時控制其輸入電流(即控制被老化電源的輸出電流)，并網電流控制單元23將高壓直流電變成交流電，回饋到電網中，達到節能的目的，并網電流控制單元23通過控制其輸出電流以保證并網電流和電網電壓同相。該電子負載20 —般包括兩個電流傳感器負載電流檢測傳感器、并網電流檢測傳感器。
上述電子負載雖然實現了能量的循環利用，但是會導致系統輸入電流的諧波含量增大，對電網的穩定產生了很大的負面影響。另外，使用了以上節能電子負載20的三相系統中，由于系統高次諧波電流占據很大部分，導致系統的零線電流甚至比相線電流還大，零線電流的大小和被老化電源21的輸入電流諧波有關，因此具有不確定性，這樣電力部門不好評估零線電流的大小，存在很大的安全隱患。產生以上問題的原因是以上專利文獻中提到的節能電子負載20輸出的并網電流波形是和電網同相的標準正弦波，但是由于被老化電源21的輸入電流往往不是標準的正弦波，而是包含有一定的高次諧波，導致系統從電網補充的電流含有大量的高次諧波。
以下從數學上解釋該節能電子負載會導致系統總諧波含量增加。假設被老化電源輸入電流只包括基波 和三次諧波，諧波成分為基波的20%,即其輸入電流為Ip=Sincot + O. 2Sin3cot。假設節能電子負載的效率為80%，其輸出并網電流中只含有基波成分，即并網電流Ie=O. 8Sin ω t。那么系統總輸入電流Iin= Ip-1e = Sincot + O. 2Sin3 ω t -O. 8Sin ω t=0. 2Sin ω t + 0. 2Sin3 ω t。可以看出三次諧波的幅值和基波的幅值都為O. 2，諧波成分為基波的100%，諧波含量大大增加。發明內容
本發明的目的是針對現有技術的上述缺陷，提供一種具有諧波治理功能的開關電源節能老化系統。
本發明提供一種開關電源節能老化系統，包括被老化電源、節能電子負載，被老化電源的輸入端連接電網，被老化電源的輸出端連接節能電子負載的輸入端，節能電子負載的輸出端反饋連接回電網，節能電子負載向電網注入包含諧波含量的電流波形，用于補償降低系統輸入電流中的諧波含量。上述節能電子負載輸出的并網電流中的諧波含量是根據系統輸入電流或者被老化電源輸入電流中的諧波含量變化而變化，通過控制節能電子負載輸出的并網電流諧波含量的大小而使系統輸入電流中的諧波含量降低。上述節能電子負載包括用于檢測系統和/或被老化電源輸入電流諧波含量的諧波電 流檢測單元、負載電流控制單元、DC-AC電路、DSP控制電路，其中，負載電流控制單元的 輸入端連接被老化電源的輸出端，負載電流控制單元的輸出端連接DC-AC電路的輸入端， DC-AC電路的輸出端反饋連接回電網，諧波電流檢測單元的輸出端連接DSP控制電路的輸 入端，DSP控制電路的輸出端連接DC-AC電路的輸入端；負載電流控制單元將被老化電源輸 出電壓轉換為385V的直流母線電壓并同時控制負載電流的波形和大小；DC-AC電路負責將 385V直流母線電壓變換為交流電回饋到電網中，并控制并網電流的大小和波形；DSP控制 電路檢測電網電壓的大小、頻率和相位以及并網電流、母線電壓，根據上述這些值產生SPWM (正弦波脈寬調制)驅動波驅動DC-AC電路的IGBT，同時DSP控制電路負責和系統上位機進 行通訊以獲取電流設置指令。
上述系統包括檢測系統輸入電流Iin的系統輸入電流傳感器、檢測被老化電源輸 入電流Ip的被老化電源輸入電流傳感器、檢測能電子負載輸出并網電流Ie的并網電流傳 感器三個電流傳感器中的兩個或兩個以上，其中，系統輸入電流傳感器串聯在系統輸入端， 其輸出端連接諧波電流檢測單元的輸入端；被老化電源輸入電流傳感器串聯在被老化電源 輸入端，其輸出端連接諧波電流檢測單元的輸入端；并網電流傳感器串聯在DC-AC電路的 輸出端，其輸出端連接DSP控制電路的輸入端。
上述系統輸入電流傳感器、被老化電源輸入電流傳感器、并網電流傳感器為檢流 電阻互感器、電流互感器或霍爾電流傳感器。
上述系統輸入電流傳感器或被老化電源輸入電流傳感器檢測被老化電源輸入電 流Ip或系統輸入電流I in，將系統輸入電流Iin或老化電源輸入電流Ip送到DSP控制電路 中進行數字運算計算其諧波含量并送給并網電流控制單元，由并網電流控制單元控制并網 電流中產生同等含量的高次諧波進行補償。
本發明的優點節能電子負載的輸出端反饋連接回電網，節能電子負載向電網注 入包含諧波含量的電流波形，用于補償降低系統輸入電流中的諧波含量，節能電子負載控 制并網電流中含有同等含量的高次諧波，進行補償，使得系統輸入電流中僅含有基波成分， 而不含諧波成分，達到治理系統諧波的效果，節約了老化用電，在基本不增加或者增加很小 的成本的情況下，治理了諧波，為電源廠省去了購買大量濾波器的成本。
另外，系統包括檢測系統輸入電流Iin的系統輸入電流傳感器、檢測被老化電源 輸入電流Ip的被老化電源輸入電流傳感器、檢測能電子負載輸出并網電流Ie的并網電流 傳感器三個電流傳感器中的兩個或兩個以上，本發明在現有技術的基礎上增加一個或者一 個以上的電流傳感器，用于檢測被老化電源的輸入電流Ip或者系統的輸入電流Iin，將Ip 或者Iin送到DSP控制電路中，通過數字運算，將其諧波含量計算出來，送給并網電流控制 單元，并網電流控制單元控制并網電流中含有同等含量的高次諧波，進行補償，達到治理諧 波的效果。
具體實施方式
粗線條表示的是能量流向，細線條表示的是信號流向，開關電源節能老化系統包 括有被老化電源1、節能電子負載10，被老化電源I的輸入端連接電網，被老化電源I的輸 出端連接節能電子負載10的輸入端,節能電子負載10的輸出端反饋連接回電網，節能電子負載10向電網注入包含諧波含量的電流波形，用于補償降低系統輸入電流中的諧波含量。 節能電子負載10輸出的并網電流中的諧波含量是根據系統輸入電流或者被老化電源I輸入電流中的諧波含量變化而變化，通過控制節能電子負載10輸出的并網電流諧波含量的大小而使系統輸入電流中的諧波含量降低。
其中，節能電子負載10包括用于檢測系統和/或被老化電源I輸入電流諧波含量的諧波電流檢測單元4、負載電流控制單元2、DC-AC電路3、DSP控制電路5，其中，負載電流控制單元2的輸入端連接被老化電源I的輸出端，負載電流控制單元2的輸出端連接DC-AC 電路3的輸入端，DC-AC電路3的輸出端反饋連接回電網，諧波電流檢測單元4的輸出端連接DSP控制電路5的輸入端，DSP控制電路5的輸出端連接DC-AC電路3的輸入端；負載電流控制單元2將被老化電源I輸出電壓轉換為385V左右的直流母線電壓并同時控制負載電流的波形和大小；DC-AC電路3負責將385V直流母線電壓變換為交流電回饋到電網中， 并控制并網電流的大小和波形；DSP控制電路5檢測電網電壓的大小、頻率和相位以及并網電流、母線電壓，根據上述這些值產生SPWM驅動波驅動DC-AC電路3的4個IGBT，同時DSP 控制電路5負責和系統上位機進行通訊以獲取電流設置指令。
本發明的系統包括檢測系統輸入電流Iin的系統輸入電流傳感器CS1、檢測被老化電源I輸入電流Ip的被老化電源輸入電流傳感器CS2、檢測能電子負載輸出并網電流 Ie的并網電流傳感器CS4三個電流傳感器中的兩個或兩個以上，其中，系統輸入電流傳感器CSl串聯在系統輸入端，其輸出端連接諧波電流檢測單元4的輸入端；被老化電源輸入電流傳感器CS2串聯在被老化電源I輸入端，其輸出端連接諧波電流檢測單元4的輸入端； 并網電流傳感器CS4串聯在DC-AC電路3的輸出端，其輸出端連接DSP控制電路5的輸入端。本 發明在現有技術的基礎上增加一個或者一個以上的電流傳感器，用于檢測被老化電源I的輸入電流Ip或者系統的輸入電流I in，將Ip或者Iin送到DSP控制電路5中，通過數字運算，將其諧波含量計算出來，送給并網電流控制單元，并網電流控制單元控制并網電流中含有同等含量的高次諧波，進行補償，使得系統輸入電流中僅含有基波成分，而不含諧波成分，達到治理諧波的效果。由于Iin= Ip-1e，所以三個電流檢測傳感器系統輸入電流傳感器CS1、被老化電源輸入電流傳感器CS2、并網電流傳感器CS4實際只需要任意兩個即可。假如 Ip=Sincot + O. 2Sin3 ω t,則只需控制 Ie= O. 8Sin ω t + O. 2Sin3 ω t,那么 Iin= Ip-1e=O. 2 Sinοη，即系統輸入電流只有基波成分，達到治理諧波的效果。
系統輸入電流傳感器CS1、被老化電源輸入電流傳感器CS2、并網電流傳感器CS4、 被老化電源輸出電流傳感器CS3為檢流電阻互感器、電流互感器或霍爾電流傳感器，分別用于檢測系統輸入電流Iin、被老化電源I輸入電流Ip、被老化電源I輸出電流Ιο、并網電流Ie。由于Iin= Ip-1e，實際系統中系統輸入電流傳感器CS1、被老化電源輸入電流傳感器 CS2、并網電流傳感器CS4三個電流傳感器只需要兩個即可，系統輸入電流傳感器CS1、被老化電源輸入電流傳感器CS2、并網電流傳感器CS4用來檢測三個電流，最終達到控制并網電流波形，使得系統輸入電流波形為干凈的正弦波的目的。被老化電源輸出電流傳感器CS3 用來控制被老化電源I的輸出電流，使得被老化電源I的負載電流大小可以通過軟件動態設定。
系統輸入電流傳感器或被老化電源輸入電流傳感器檢測被老化電源I輸入電流 Ip或系統輸入電流I in，將系統輸入電流Iin或老化電源輸入電流Ip送到DSP控制電路5中進行數字運算計算其諧波含量并送給并網電流控制單元，由并網電流控制單元控制并網 電流中產生同等含量的高次諧波進行補償。諧波電流檢測單元4通過傅立葉變換分解得到 系統或者被老化電源I的輸入電流各次諧波的含量，通過通訊總線傳遞給DSP控制電路5。
DSP控制電路5采用數字信號處理芯片TMS320F2808，其內部的AD采樣和EPWM接 口可以方便的實現并網電流的數字控制。作為本發明的系統控制框圖，其控制環包括一個 外環和一個內環，外環是385V母線電壓環，通過保持母線電壓的穩定來保證節能電子負載 10輸入功率和輸出功率的匹配，當輸入功率比輸出功率大,則母線電壓會增高,這時,增大 并網電流，則母線電壓會降低。同樣，當輸入功率比輸出功率小，則母線電壓會降低，這時， 減小并網電流，則母線電壓會升高。母線電壓實際值和反饋值的差經過PI調節器后得到并 網電流基波幅值的給定，其加上被老化電源I的諧波電流即得到并網電流的給定。內環是 并網電流環，該環保證并網電流和給定電流一致。
負載電流控制單元2電路原理簡圖，電感L1、開關功率管Ql、二極管Dl、電容Cl構 成一個BOOST升壓電路，將被老化電源I輸出的低壓直流電(3. 3V/12V/5V)升高到54V，該 電路同時控制被老化電源I的輸出電流Io的大小。Q2、Q3、Q4、Q5、C2、T1、D2、D3、D4、D5、 C3構成一個全橋隔離升壓電路，用于將54V電壓升高到385V直流母線。
開關功率管Q5、Q6、Q7、Q8、二極管D12、D13、D14、D15構成一個全橋逆變電路，用 于將385V直流電轉變成交流電。電感L3用于濾除并網電流中的高次諧波，開關Kl用于將 逆變電路和電網隔開，當電網電壓或者頻率不正常時斷開開關K1，以保護逆變器內部電路。
權利要求
1.一種開關電源節能老化系統，包括被老化電源、節能電子負載，被老化電源的輸入端連接電網，被老化電源的輸出端連接節能電子負載的輸入端，節能電子負載的輸出端反饋連接回電網，其特征在于節能電子負載向電網注入包含諧波含量的電流波形，用于補償降低系統輸入電流中的諧波含量；節能電子負載輸出的并網電流中的諧波含量是根據系統輸入電流或者被老化電源輸入電流中的諧波含量變化而變化，通過控制節能電子負載輸出的并網電流諧波含量的大小而使系統輸入電流中的諧波含量降低；其特征在于所述節能電子負載包括用于檢測系統和/或被老化電源輸入電流諧波含量的諧波電流檢測單元、負載電流控制單元、DC-AC電路、DSP控制電路，其中，負載電流控制單元的輸入端連接被老化電源的輸出端，負載電流控制單元的輸出端連接DC-AC電路的輸入端，DC-AC電路的輸出端反饋連接回電網，諧波電流檢測單元的輸出端連接DSP控制電路的輸入端，DSP控制電路的輸出端連接DC-AC電路的輸入端；負載電流控制單元將被老化電源輸出電壓轉換為385V的直流母線電壓并同時控制負載電流的波形和大小；DC-AC電路負責將385V直流母線電壓變換為交流電回饋到電網中， 并控制并網電流的大小和波形；DSP控制電路檢測電網電壓的大小、頻率和相位以及并網電流、母線電壓，根據上述這些值產生SPWM驅動波驅動DC-AC電路的IGBT，同時DSP控制電路負責和系統上位機進行通訊以獲取電流設置指令。
2.根據權利要求1所述的開關電源節能老化系統，其特征在于所述系統包括檢測系統輸入電流Iin的系統輸入電流傳感器、檢測被老化電源輸入電流Ip的被老化電源輸入電流傳感器、檢測能電子負載輸出并網電流Ie的并網電流傳感器三個電流傳感器中的兩個或兩個以上，其中，系統輸入電流傳感器串聯在系統輸入端，其輸出端連接諧波電流檢測單元的輸入端；被老化電源輸入電流傳感器串聯在被老化電源輸入端，其輸出端連接諧波電流檢測單元的輸入端；并網電流傳感器串聯在DC-AC電路的輸出端，其輸出端連接DSP控制電路的輸入端；所述系統輸入電流傳感器、被老化電源輸入電流傳感器、并網電流傳感器為檢流電阻互感器、電流互感器或霍爾電流傳感器；所述系統輸入電流傳感器或被老化電源輸入電流傳感器檢測被老化電源輸入電流Ip或系統輸入電流I in，將系統輸入電流Iin或老化電源輸入電流Ip送到DSP控制電路中進行數字運算計算其諧波含量并送給并網電流控制單元，由并網電流控制單元控制并網電流中產生同等含量的高次諧波進行補償。
全文摘要
本發明公開了一種開關電源節能老化系統，包括被老化電源、節能電子負載，被老化電源的輸入端連接電網，被老化電源的輸出端連接節能電子負載的輸入端，節能電子負載的輸出端反饋連接回電網，節能電子負載向電網注入包含諧波含量的電流波形，用于補償降低系統輸入電流中的諧波含量，節能電子負載控制并網電流中含有同等含量的高次諧波，進行補償，使得系統輸入電流中僅含有基波成分，而不含諧波成分，達到治理系統諧波的效果，本發明一方面節約了老化用電，另一方面在基本不增加或者增加很小的成本的情況下，治理了諧波，為電源廠省去了購買大量濾波器的成本。
文檔編號H02J3/01GK103001221SQ20121034333
公開日2013年3月27日 申請日期2012年9月17日 優先權日2012年9月17日
發明者孫揚 申請人:孫揚