一种电源老化的方法和系统

摘要

一种电源老化的方法和系统，包括：首先在系统电源输入端设置系统电源电流传感器CS1或在被老化电源输入端设置老化电源电流传感器CS2，用于检测系统的总输入电流Iin或者被老化电源输入电流Ip；然后将Ip或者Iin送到节能电子负载中谐波电流检测单元中，进行数字运算，将其谐波含量数据计算出来；再将谐波含量数据送给DC/AC控制电路，使DC/AC电路输出相应谐波含量的并网电流；最后将并网电流Ie回馈到被老化电源输入端进行高次谐波消除补偿。本发明的节能电子负载，一来节约了老化用电，同时在基本不增加或者增加很小的成本的情况下，治理了谐波，为电源厂省去了购买大量滤波器的成本。

权利要求

1.一种电源老化的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：A.在系统输入端设置系统输入电流传感器CS1或在被老化电源输入端设置被老化电源电流传感器CS2，用于检测系统的总输入电流Iin或者被老化电源输入电流Ip；

B.将被老化电源输入电流Ip或者系统的总输入电流Iin送到节能电子负载(20)的谐波电流检测单元(22)中，得到其谐波含量信号；

C.DC/AC控制电路(23)根据谐波含量信号，控制DC/AC电路(24)，使其输出相应谐波含量的并网电流；

D.将并网电流Ie回馈到被老化电源(10)输入端进行谐波补偿。

2.根据权利要求1所述的电源老化的方法，其特征在于：步骤D所述的将并网电流Ie回馈到被老化电源(10)的输入端，是所述DC/AC控制电路(23)将SPWM驱动信号输送至DC/AC电路(24)，由DC/AC电路(24)输出并网电流Ie。

3.根据权利要求2所述的电源老化的方法，其特征在于：所述DC/AC电路(24)还接受负载电流控制单元(21)的输出电压。

4.根据权利要求3所述的电源老化的方法，其特征在于：所述负载电流控制单元(21)的输出电压范围在380V～390V之间。

5.一种电源老化的系统，其特征在于，所述系统包括：一节能电子负载(20)，

一被老化电源输入电流传感器CS2，所述被老化电源输入电流传感器CS2的输出接入节能电子负载(20)，节能电子负载(20)的输出接到电网。

6.一种电源老化的系统，其特征在于，所述系统包括：一节能电子负载(20)，

一系统输入电流传感器CS1，所述系统输入电流传感器CS1的输出接入节能电子负载(20)，节能电子负载(20)的输出接到电网。

7.根据权利要求5或6所述的电源老化的系统，其特征在于：所述节能电子负载(20)包括谐波电流检测单元(22)、负载电流控制单元(21)、DC/AC电路(24)、DC/AC控制电路(23)；

谐波电流检测单元(22)连接并检测系统或者被老化电源(10)的输入电流谐波含量；

负载电流控制单元(21)将被老化电源(10)的输出电压转换为直流母线电压并同时控制负载电流的波形和大小；

DC/AC电路(24)将直流母线电压变换为交流电回馈到电网中，并控制并网电流Ie的大小和波形；

DC/AC控制电路检测电网电压的大小、频率和相位以及并网电流Ie、母线电压，根据这些值产生SPWM驱动信号输送到DC/AC电路(24)并驱动其中的功率晶体管。

8.根据权利要求7所述的电源老化的系统，其特征在于：所述谐波电流检测单元(22)通过傅立叶变换分解得到系统或者被老化电源(10)的输入电流各次谐波的含量，通过通讯总线传输到DC/AC控制电路(23)。

9.根据权利要求5或6所述的电源老化的系统，其特征在于：所述节能电子负载(20)向电网注入的并网电流Ie中的谐波电流含量跟随系统输入电流或者被老化电源输入电流中的谐波含量变化而变化，通过控制节能电子负载(20)输出的并网电流Ie谐波的大小而减小系统输入电流中的谐波含量。

10.根据权利要求5或6所述的电源老化的系统，其特征在于：所述系统电源电流传感器CS1或被老化电源输入电流传感器CS2为检流电阻或电流互感器或霍尔电流传感器。

说明书

一种电源老化的方法和系统

技术领域

[0001] 本发明涉及电力电子变流技术中的老化装置的老化方法，尤其是涉及电源装置被老化时的方法和节能电子负载装置系统。

背景技术

[0002] 传统的开关电源老化方法是利用大功率电阻作模拟负载进行烧机老化，电能浪费巨大。近年，已出现了一些专利技术来解决此类问题，例如

[0003] 专利申请号200610041939.8，名称：能量回馈型交直流通用能量回馈型电子负载模拟装置；

[0004] 专利号200720179067.1，专利名称：一种开关电源节能烧机设备。

[0005] 上述两专利所披露的技术方案的基本结构如图1所示。

[0006] 图1中，虚线部分为节能电子负载，其包括两个部分：负载电流控制单元、并网电流控制单元。负载电流控制单元将被老化电源输出的直流电变换成高压的直流电，同时控制其输入电流(即控制被老化电源的输出电流)。并网电流控制单元将高压直流电变成交流电，回馈到电网中，达到节能的目的，该控制单元通过控制其输出电流以保证并网电流和电网电压同相。该电子负载一般包括两个电流传感器：负载电流检测传感器、并网电流检测传感器。

[0007] 以上专利中提到的电子负载虽然实现了能量的循环利用，但是会导致系统输入电流的谐波含量增大，对电网的稳定产生了很大的负面影响。另外，使用了以上节能电子负载的三相系统中，由于系统高次谐波电流占据很大部分，导致系统的零线电流甚至比相线电流还大，零线电流的大小和被老化电源的输入电流谐波有关，因此具有不确定性，这样电力部门不好评估零线电流的大小，存在很大的安全隐患。

[0008] 谐波是指电流中所含有的频率为基波的整数倍的电量，主要是由于正弦电压加压于非线性负载，基波电流发生畸变产生。

[0009] 产生以上问题的原因是以上专利文献中提到的节能电子负载输出的并网电流波形是和电网同相的标准正弦波，但是由于被老化电源的输入电流往往不是标准的正弦波，而是包含有一定的高次谐波，导致系统从电网补充的电流含有大量的高次谐波。

[0010] 以下从数学上解释该节能电子负载会导致系统总谐波含量增加。

[0011] 假设被老化电源输入电流只包括基波和三次谐波，谐波成分为基波的20％，即其输入电流为Ip＝Sinωt+0.2Sin3ωt。

[0012] 假设节能电子负载的效率为80％，其输出并网电流中只含有基波成分，即并网电流Ie＝0.8Sinωt。

[0013] 那么 系 统 总输 入 电 流Iin＝Ip-Ie＝Sinωt+0.2Sin3ωt-0.8Sinωt ＝0.2Sinωt+0.2Sin3ωt。可以看出三次谐波的幅值和基波的幅值都为0.2，谐波成分为基波的100％，谐波含量大大增加。

[0014] 谐波的典型危害：

[0015] 1、污染电网，减少电网的有效容量，增加电网建设投资

[0016] 2、损害电表计算电能的准确性。

[0017] 3、降低电流的功率因数，浪费电能

[0018] 4、缩短电气设备和机密仪器的使用寿命，甚至损坏设备

[0019] 5、引起局部并联谐振和串联谐振，严重降低供电安全

[0020] 6、谐波电流增加变压器铜损，铁损与杂散损耗，导致负载容量下降，变压器发热和浪费电能

[0021] 7、引发控制设备、继电保护装置误动作，烧毁设备或误跳闸

[0022] 8、降低断路器开断能力，加大了断路器容量的配置

[0023] 9、增加电缆线路损耗，降低传输能力，加速电缆绝缘老化和缩短电缆使用寿命[0024] 10、影响通讯系统，降低通讯质量，导致计算机无法正常工作，甚至系统崩溃，信息丢失。

[0025] 电源是一种典型的非线性负载，其会对电网产生谐波干扰，虽然如今的电源需要满足一定的谐波标准，但是由于电源生产厂家大量的电源同时老化工作，往往总谐波是相当可观的，为了降低谐波，满足供电部门对其谐波的要求，生产厂家往往需要购买专门的有源或者无源电力滤波器，该电力滤波器价格昂贵，造成了生产成本的大幅提升。

[0026] 虽然传统的节能电子负载能够减少电源厂老化时的用电，但是会带来谐波含量增加的问题，而老化用电往往占一个电源厂80％以上的用电，随着节能电子负载的大量使用，整个电源厂的谐波问题越来越突出，该问题越来越成为节能电子负载的应用瓶颈。

发明内容

[0027] 本发明的目的在于就现有技术中节能电子负载的不足之处而提出一种具有谐波治理功能的新型节能电子负载。

[0028] 该新型的节能电子负载能够治理由于被老化电源本身引起的系统输入电流谐波，保证系统从电网索取的电流为干净的正弦波。这样，减小了谐波导致的一系列问题，包括减小了谐波的附加损耗、减小了系统对电力系统的影响、减小了三相系统中的零线电流等。

[0029] 本发明的技术方案为：在原有方案的基础上增加至少一个电流传感器，用于检测被老化电源的输入电流Ip或者系统的总输入电流Iin。将Ip或者Iin送到数字信号处理器DSP中，通过数字运算，将其谐波含量计算出来，送给并网电流控制单元，该并网电流控制单元控制并网电流中含有同等含量的高次谐波，进行补偿，这样系统输入电流中将仅仅含有基波成分，而不含谐波成分，达到治理系统谐波的效果。

[0030] 由于Iin＝Ip-Ie，所以系统电流检测、输入电流检测、并网电流检测实际只需要任意两个即可。

[0031] 假如Ip＝Sinωt+0.2Sin3ωt，则只需控制Ie＝0.8Sinωt+0.2Sin3ωt，那么Iin＝Ip-Ie＝0.2Sinωt，即系统输入电流只有基波成分，达到治理谐波的效果。

[0032] 本发明通过采用以下的技术方案来实现：

[0033] 实施一种电源老化的方法，所述方法包括如下步骤：

[0034] A.在系统输入端设置系统输入电流传感器CS1或在被老化电源输入端设置被老化电源电流传感器CS2，用于检测系统的总输入电流Iin或者被老化电源输入电流Ip；

[0035] B.将Ip或者Iin送到节能电子负载的谐波电流检测单元中，得到其谐波含量信号；

[0036] C.DC/AC控制电路根据谐波含量信号，控制DC/AC电路，使其输出相应谐波含量的并网电流；

[0037] D.将并网电流Ie回馈到被老化电源输入端进行谐波补偿。

[0038] 步骤D所述的将并网电流回馈到被老化电源输入端，是所述DC/AC控制电路将SPWM驱动信号输送至DC/AC电路，由DC/AC电路输出并网电流Ie。

[0039] 所述DC/AC电路还接受负载电流控制单元的输出电压。

[0040] 所述负载电流控制单元的输出电压范围在380V～390V之间。

[0041] 根据上述方法设计制造一种电源老化的系统，所述系统包括：

[0042] 一节能电子负载，

[0043] 一老化电源电流传感器CS2，所述老化电源电流传感器CS2的输出接入节能电子负载，节能电子负载的输出接到电网。

[0044] 一种电源老化的系统的第二实施方式，，所述第二实施方式包括：

[0045] 一节能电子负载，

[0046] 一系统电源电流传感器CS1，所述系统电源电流传感器CS1的输出接入节能电子负载，节能电子负载的输出接到电网。

[0047] 所述节能电子负载包括谐波电流检测单元、负载电流控制单元、DC/AC电路、DC/AC控制电路；

[0048] 谐波电流检测单元检测系统或者被老化电源的输入电流谐波含量；

[0049] 负载电流控制单元将被老化电源的输出电压转换为380V～390V的直流母线电压并同时控制负载电流的波形和大小；

[0050] DC/AC电路将380V～390V直流母线电压变换为交流电回馈到电网中，并控制并网电流Ie的大小和波形；

[0051] DC/AC控制电路检测电网电压的大小、频率和相位以及并网电流Ie、母线电压，根据这些值产生SPWM驱动信号驱动DC/AC电路的4个功率晶体管。

[0052] 所述谐波电流检测单元通过傅立叶变换分解得到系统或者被老化电源的输入电流各次谐波的含量，通过通讯总线传输到DC/AC控制电路

[0053] 所述节能电子负载向电网注入的并网电流Ie中的谐波电流含量跟随系统输入电流或者被老化电源输入电流中的谐波含量变化而变化，通过控制节能电子负载输出的并网电流Ie谐波的大小而减小系统输入电流中的谐波含量。

[0054] 所述系统电源电流传感器CS1或老化电源电流传感器CS2为检流电阻或电流互感器或霍尔电流传感器。

[0055] 本发明的节能电子负载，一来节约了老化用电，同时在基本不增加或者增加很小的成本的情况下，治理了谐波，为电源厂省去了购买大量滤波器的成本。

附图说明

[0056] 图1是现有技术专利中，申请号200610041939.8，和专利号200720179067.1的基本结构方框图；

[0057] 图2是本发明一种电源老化的方法和系统的结构原理方框图；

[0058] 图3是本发明一种电源老化的方法和系统中负载电流控制单元电原理图；

[0059] 图4是本发明一种电源老化的方法和系统中DC/AC电路电原理图；

[0060] 图5是本发明一种电源老化的方法和系统的控制方法方框图。

具体实施方式

[0061] 下面结合附图及实施例对本发明作进一步详尽的描述。

[0062] 如图2所示，实施一种电源老化的方法，所述方法包括如下步骤：

[0063] A.在系统输入端设置系统输入电流传感器CS1或在被老化电源输入端设置被老化电源电流传感器CS2，用于检测系统的总输入电流Iin或者被老化电源输入电流Ip；

[0064] B.将Ip或者Iin送到节能电子负载20的谐波电流检测单元中，得到其谐波含量信号；

[0065] C.DC/AC控制电路根据谐波含量信号，控制DC/AC电路，使其输出相应谐波含量的并网电流；

[0066] D.将并网电流Ie回馈到被老化电源10输入端进行谐波补偿。

[0067] 步骤D所述的将并网电流Ie回馈到被老化电源10的输入端，是所述DC/AC控制电路23将SPWM驱动信号输送至DC/AC电路24，由DC/AC电路24输出并网电流Ie。

[0068] 所述DC/AC电路24还接受负载电流控制单元21的输出电压。

[0069] 所述负载电流控制单元21的输出电压范围在380V～390V之间。

[0070] 设计制造一种电源老化的系统，第一实施方式如图2～图4所示，所述系统包括：

[0071] 一节能电子负载20，

[0072] 一老化电源电流传感器CS2，所述老化电源电流传感器CS2的输出接入节能电子负载20，节能电子负载20的输出接到电网。

[0073] 一种电源老化的系统的第二实施方式，如图2～图4所示，所述系统包括：

[0074] 一节能电子负载20，

[0075] 一系统电源电流传感器CS1，所述系统电源电流传感器CS1的输出接入节能电子负载20，节能电子负载20的输出接到电网。

[0076] 如图2～图4所示，所述节能电子负载20包括谐波电流检测单元22、负载电流控制单元21、DC/AC电路24、DC/AC控制电路23；

[0077] 谐波电流检测单元22检测系统或者被老化电源10的输入电流谐波含量；

[0078] 负载电流控制单元21将被老化电源10的输出电压转换为380V～390V的直流母线电压并同时控制负载电流的波形和大小；

[0079] DC/AC电路24将380V～390V直流母线电压变换为交流电回馈到电网中，并控制并网电流Ie的大小和波形；

[0080] DC/AC控制电路23检测电网电压的大小、频率和相位以及并网电流Ie、母线电压，根据这些值产生SPWM驱动信号驱动DC/AC电路24的4个功率晶体管。

[0081] 所述谐波电流检测单元22通过傅立叶变换分解得到系统或者被老化电源10的输入电流各次谐波的含量，通过通讯总线传输到DC/AC控制电路

[0082] 所述节能电子负载20向电网注入的并网电流Ie中的谐波电流含量跟随系统输入电流或者被老化电源输入电流中的谐波含量变化而变化，通过控制节能电子负载20输出的并网电流Ie谐波的大小而减小系统输入电流中的谐波含量。

[0083] 所述系统电源电流传感器CS1或老化电源电流传感器CS2为检流电阻或电流互感器或霍尔电流传感器。

[0084] 在第一、二实施方式，参照图2所示的本发明的原理方框图：

[0085] 由于Iin＝Ip-Ie，所以上图三个电流检测传感器：系统电流检测、输入电流检测、并网电流检测实际只需要任意两个即可。

[0086] 假如Ip＝Sinωt+0.2Sin3ωt，则只需控制Ie＝0.8Sinωt+0.2Sin3ωt，那么Iin＝Ip-Ie＝0.2Sinωt，即系统输入电流只有基波成分，达到治理谐波的效果。

[0087] 根据图2：

[0088] 图中粗线条表示的是能量流向，细线条表示的是信号流向。电网接到被老化电源10的输入端，被老化电源10的输出接到节能电子负载20的输入端，节能电子负载20的输出Ie接到电网。节能电子负载20包括谐波电流检测单元22、负载电流控制单元21、DC/AC电路24、DC/AC控制电路23。

[0089] 其中谐波电流检测单元22检测系统或者被老化电源10的输入电流谐波含量；

[0090] 负载电流控制单元21将被老化电源10的输出电压转换为一385V左右的直流母线电压并同时控制负载电流的波形和大小；DC/AC电路负责将385V直流母线电压变换为交流电回馈到电网中，并控制并网电流Ie的大小和波形。

[0091] DC/AC控制电路23检测电网电压的大小、频率和相位、并网电流Ie、母线电压，根据这些值产生SPWM驱动信号，驱动DC/AC电路24的4个IGBT，同时DSP控制电路23负责和系统上位机进行通讯以获取电流设置指令。

[0092] 如图2～图4所示，CS1-CS4是四个电流传感器，分别用于检测系统输入电流Iin、被老化电源输入电流Ip、被老化电源输出电流Io、并网电流Ie。

[0093] 由于Iin＝Ip-Ie，实际系统中CS1、CS2、CS4三个电流传感器只需要两个即可，CS1、CS2、CS4用来检测三个电流，最终达到控制并网电流波形，使得系统输入电流波形为干净的正弦波的目的。

[0094] CS3用来控制被老化电源的输出电流Io，使得被老化电源的负载电流大小可以通过软件动态设定。

[0095] DC/AC控制电路23采用数字信号处理芯片TMS320F2808以及系列电路，其内部的AD采样和EPWM接口可以方便的实现并网电流的数字控制。

[0096] 如图5所示：

[0097] 控制环包括一个外环和一个内环。外环是385v母线电压环，通过保持母线电压的稳定来保证电子负载输入功率和输出功率的匹配，当输入功率比输出功率大，则母线电压会增高，这时，增大并网电流，则母线电压会降低。同样，当输入功率比输出功率小，则母线电压会降低，这时，减小并网电流，则母线电压会升高。

[0098] 母线电压实际值和反馈值的差经过PI调节器后得到并网电流基波幅值的给定，其加上被老化电源的谐波电流即得到并网电流的给定。

[0099] 内环是并网电流环，该环保证并网电流和给定电流一致。

[0100] 根据图3所示：

[0101] L1、Q1、D1、C1构成一个BOOST升压电路，将被老化电源输出的低压直流电：3.3V/12V/5V升高到54V，该电路同时控制被老化电源10的输出电流Io的大小。

[0102] Q2、Q3、Q4、Q5、C2、T1、D2、D3、D4、D5、C3构成一个全桥隔离升压电路，用于将54V电压升高到385V直流母线电压。

[0103] 根据图4：

[0104] 开关功率管Q5、Q6、Q7、Q8、二极管D12、D13、D14、D15构成一个全桥逆变电路，用于将385V直流电转变成交流电。

[0105] L1用于滤除并网电流中的高次谐波。

[0106] K1用于将逆变电路和电网隔开，当电网电压或者频率不正常时断开K1，以保护逆变器内部电路。

[0107] 以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。