测试平台下电机切载的测试系统及方法

技术领域

本发明涉及电机测试领域，尤其涉及一种测试平台下电机切载的测试系统及方法。

背景技术

在弱电网条件下，当需要对电机(或变流器、变频器)进行测试时，往往使用功率循环的方式完成，以降低对电网的需求。例如，常需要测试电机在面对切载工况时，其具体表现如何，对于转矩的影响多大等。

因此，为实现功率循环的方式，通常采用交流功率耦合模型，多条支路与弱电网连接后，测试各支路下在面对切载工况时，两侧变频器的变化。当其中某一支路发生故障时，例如电路发生断路、电机损坏时，对于该支路而言，易出现瞬时功率跳变。此外，当平台进行突加突卸负载实验时，也会出现该支路的功率跳变(可以理解的是，高速的突加突卸负载实验是出现功率跳变的主要场景)。而其余支路在相对完好的情况下，对于所连接的弱电网而言功率循环下的瞬时功率不平衡，进而造成弱电网电流过大，对电网侧造成的不稳定状态或必须采取故障保护。

因此，需要一种测试平台下的新型测试方法，在一测试支路产生功率跳变时，及时调整循环功率，使得各支路的功率匹配。

发明内容

为了克服上述技术缺陷，本发明的目的在于提供一种测试平台下电机切载的测试系统及方法，通过匹配切载工况时各功率循环支路的功率，减小弱电网侧的过流风险。

本发明公开了一种测试平台下电机切载的测试系统，测试系统包括：

弱电网，采集测试平台下各功率支路的电流；

第一测试支路，与弱电网电连接，启动后接收功率流或生成功率流；

第二测试支路，与弱电网及第一测试支路连接，启动后接收功率流或生成功率流；其中，第一测试支路包括与弱电网电连接的第一变频器，第二测试支路包括与弱电网电连接的第二变频器；

齿轮箱，连接于第一测试支路及第二测试支路间，接收第一测试支路或第二测试支路的功率流，并基于预设转矩传输功率流至第二测试支路或第一测试支路；

控制模块，与第一变频器及第二变频器电连接，控制模块向第一变频器发送第一切载指令，控制第一变频器跳变第一功率改变量，控制模块于一前馈时间内向第二变频器发送第二切载指令，控制第二变频器跳变第二功率改变量，且第一功率改变量和第二功率改变量于弱电网侧于一匹配阈值内功率匹配。

优选地，第一切载指令包括下发至第一变频器的功率调整百分比；

第二切载指令包括下发至第二变频器的转矩调整百分比；

第二变频器与一电动机电连接，基于转矩调整百分比生成第二功率改变量，以控制电动机的转矩基于转矩调整百分比变化，且

功率调整百分比与转矩调整百分比间具有预设容错率。

优选地，第一变频器为直流加载逆变器，并与一发电机电连接；

第二变频器为有源可控整流器；

直流加载逆变器和/或有源可控整流器基于第一切载指令和/或第二切载指令控制发电机和/或电动机的转矩由满正负载变化为0再变化为满负负载，或由满负负载变化为0再变化为满正负载。

优选地，发电机和电动机与齿轮箱连接，形成第一测试支路和第二测试支路间的功率循环；

第一测试支路还包括：

第一断路器，一端与弱电网连接；

第一三相变压器，三角端与第一断路器的另一端连接，星形端经第二断路器与直流加载逆变器连接；

高频中压整流器，一端与直流加载逆变器连接；

第三断路器，一端与高频中压整流器连接，另一端与发电机连接；

第二测试支路还包括：

第四断路器，一端与弱电网连接，另一端与有源可控整流器连接；

逆变器，一端与有源可控整流器连接，另一端与电动机连接；

发电机或电动机生成的电流经高频中压整流器、直流加载逆变器、第一三相变压器、有源可控整流器、逆变器循环。

优选地，弱电网包括：

交流电源端；

第五断路器，一端与交流电源端连接；

第二三相变压器，一端与第五断路器连接，另一端与第一断路器和第四断路器并接。

优选地，控制模块向第一变频器发送第一切载指令后，检测第一测试支路的实际功率改变量；

基于实际功率改变量，控制模块修正第二切载指令，使得第二功率改变量与实际功率改变量于弱电网侧于匹配阈值内功率匹配；

匹配阈值为10％-20％。

优选地，控制模块与第一变频器和第二变频器的通信周期为1-10ms。

本发明还公开了一种测试平台下电机切载的测试方法，包括以下步骤：

一第一测试支路与弱电网电连接，启动后接收功率流或生成功率流；

一第二测试支路与弱电网及第一测试支路连接，启动后接收功率流或生成功率流；

连接于第一测试支路及第二测试支路间的齿轮箱接收第一测试支路或第二测试支路的功率流，并基于预设转矩传输功率流至第二测试支路或第一测试支路；

第一测试支路包括的与弱电网电连接的第一变频器，和第二测试支路包括的与弱电网电连接的第二变频器与一控制模块电连接，控制模块向第一变频器发送第一切载指令，控制第一变频器跳变第一功率改变量，控制模块于一前馈时间内向第二变频器发送第二切载指令，控制第二变频器跳变第二功率改变量，且第一功率改变量和第二功率改变量于弱电网侧于一匹配阈值内功率匹配。

采用了上述技术方案后，与现有技术相比，具有以下有益效果：

1.当控制模块检测到其中的一条功率支路的网侧产生功率跳变时，可通过控制模块的前馈指令使另一条功率支路的网侧提前动作，以更快的速度将两条功率支路的功率匹配，减小了弱电网侧的过流风险，使测试系统在弱电网下实现快速切载；

2.在弱电网下大功率电机/变频器测试时，解决切载工况下弱电网侧遭遇瞬时过流的问题，实现在有限电网条件下对更大容量的电机/变频器的瞬态切载测试。

附图说明

图1为符合本发明一优选实施例中测试平台下电机切载的测试系统的结构示意图；

图2为符合本发明一优选实施例中测试平台下电机切载工况下第一测试支路和第二测试支路的功率匹配示意图

图3为符合本发明一优选实施例中测试平台下电机切载的测试方法的流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图与具体实施例进一步阐述本发明的优点。

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身并没有特定的意义。因此，“模块”与“部件”可以混合地使用。

参阅图1，为符合本发明一优选实施例中测试平台下电机切载的测试系统的结构示意图，在该实施例中，测试系统包括：

-弱电网

在非线性负载以及线路阻抗的共同作用下，实际应用中的电网呈现为感性，各类用电器也基于弱电网使用而受其影响。这种非理想情况下的电网，在本实施例中用于采集测试平台下各功率支路的电流，以检测弱电网情况下电机在不同功率下的表现，以及出现切载工况时，电机收到的影响为何，从而一方面可判断电机的性能，另一方面，对于本身需求建立在电机测试的用户而言，可满足其测试要求。

-第一测试支路和第二测试支路

在本实施例中，设有两路测试支路，分别为第一测试支路和第二测试支路，两测试支路均与弱电网电连接，在第一测试支路启动后生成功率流，并由第二测试支路接收后形成功率循环；反之，若第二测试支路启动后生成功率流，并由第一测试支路接收时，也将形成功率循环。无论上述何种循环方向，弱电网均将接收。

进一步地，第一测试支路包括第一变频器，该第一变频器与弱电网连接，同样地，第二测试支路包括第二变频器，该第二变频器与弱电网连接。变频器是把工频电源(50Hz或60Hz)变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的设备，其中控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电变换成直流电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆成交流电。

-齿轮箱

第一测试支路和第二测试支路间还设有一齿轮箱，作为形成功率循环的必要设备，齿轮箱接收第一测试支路或第二测试支路形成的功率流，带动齿轮箱转动后，基于齿轮箱自身性质下的预设转矩，将动力传递至另一支路，即第二测试支路或第一测试支路后，接收传输而来的功率，形成功率流后，再经与弱电网并接的节点继续传输至第一测试支路或第二测试支路。

-控制模块

测试系统内还包括控制模块，控制模块与第一变频器和第二变频器电连接，并检测第一变频器和第二变频器的状态。若第一测试支路或第二测试支路中出现断路、第一变频器或第二变频器功率跳变的主动切载工况，或是控制模块向第一变频器发送第一切载指令，指示第一变频器被动式出现切载工况，当上述情况出现时，第一测试支路将发生功率跳变，也即从正常循环功率下瞬时变化至跳变后的功率，所变化的功率为第一功率改变量。由于切载工况的发生，使得第一测试支路侧与第二测试支路侧的功率不平衡，对于弱电网而言，两侧变频器的瞬时功率不平衡造成弱电网电流过大。

为解决上述问题，不论是主动式跳变或被动式跳变，控制模块均将在一前馈时间内向第二变频器发送第二切载指令，指示第二变频器也进行同样的或相似的功率跳变。具体地，第二切载指令可与第一切载指令相同，即便在第二变频器正常工作的情况下，使其发生非期望性的、但满足要求的跳变(例如模拟第二测试支路的断路情况，或模拟第二测试支路功率跳变)。第二变频器功率跳变时，其第二功率该变量与第一改变量基本相同，使得对于弱电网侧而言，两侧的功率匹配，防止瞬时过流。参阅图2，可以理解的是，第一功率改变量并非必要地与第二功率改变量相同，两者可具有一差值，该差值只需在匹配阈值内，均可视为匹配。

同样可以理解的是，本发明中的测试方法，仅限于对于电机测试下的测试平台。对于电机(或变流器、变频器等)的正常使用下，由于不向弱电网传输电流，弱电网侧也不因某侧的功率跳变而受影响，因此不需要设计相关的保护措施。而电路设计较为简单的测试系统内，也不具有控制模块，也无需设计相关的保护措施。仅在本发明的场景中，也即电路具有一定的设计度，测试平台下需要测试切载工况时，才需要本实施例中的系统结构，其余场景或领域没有必要作出类似的设计。

一优选实施例中，第一切载指令包括下发至第一变频器的功率调整百分比；第二切载指令包括下发至第二变频器的转矩调整百分比。也就是说，控制模块对于第一变频器和第二变频器的调整，基于调整百分比实现，例如满负载的80％、60％、20％等。第二变频器与一电动机电连接，第二变频器向电动机发送调整指令，控制其基于转矩调整百分比生成第二功率改变量，以控制电动机的转矩基于转矩调整百分比变化，也就是说，对于第二测试支路而言，其功率调整百分比间接地由电动机的转矩变化实现。且该实施例中，功率调整百分比与转矩调整百分比间具有预设容错率，即功率调整百分比不与转矩调整百分比完全一致，可有一定的偏差。

进一步地，第一变频器为直流加载逆变器，并与一发电机电连接；第二变频器为有源可控整流器；直流加载逆变器和/或有源可控整流器基于第一切载指令和/或第二切载指令控制发电机和/或电动机的转矩由满正负载变化为0再变化为满负负载，或由满负负载变化为0再变化为满正负载。也就是说，切载工况出现后，为尽可能测试电机，转矩变化可两侧满变化量，即满正负载至0再至满负负载。

更进一步地，第一测试支路内包括的发电机和第二测试支路内包括的电动机与齿轮箱连接，形成第一测试支路和第二测试支路间的功率循环。此外，第一测试支路还包括：第一断路器QF2.1，一端与弱电网连接；第一三相变压器T2，三角端与第一断路器QF2.1的另一端连接，星形端经第二断路器QF3.0与直流加载逆变器连接；高频中压整流器，一端与直流加载逆变器连接；第三断路器QF4.0，一端与高频中压整流器连接，另一端与发电机GS连接。另一侧，第二测试支路还包括：第四断路器QF2.0，一端与弱电网连接，另一端与有源可控整流器连接；逆变器，一端与有源可控整流器连接，另一端与电动机IM连接；发电机GS或电动机IM生成的电流经高频中压整流器、直流加载逆变器、第一三相变压器、有源可控整流器、逆变器循环。

可以理解的是，循环方向可以是自发电机至高频中压整流器、直流加载逆变器、第一三相变压器T2、有源可控整流器、逆变器、电动机、齿轮箱后回馈至发电机。也可以是电动机、逆变器、有源可控整流器、第一三相变压器T2、直流加载逆变器、高频中压整流器、发电机后回馈至电动机。

更进一步地，弱电网包括：交流电源端；电源，形成380VAC交流电；第五断路器QF1.0，一端与交流电源端连接；第二三相变压器T1，一端与第五断路器QF1.0连接，另一端与第一断路器QF2.1和第四断路器QF2.0并接。

优选或可选地，在被动式实现切载工况时，控制模块向第一变频器发送第一切载指令后，不再直接根据第一切载指令形成第二切载指令。反之，在第一变频器接收到第一切载指令，并相应地发生功率跳变时，控制模块将检测第一测试支路的实际功率改变量，也即第一切载指令的实际效果。基于实际功率改变量，控制模块在第一切载指令的基础上，修正第二切载指令，使得第二功率改变量与实际功率改变量于弱电网侧于匹配阈值内功率匹配。且可以理解的是，上述优选实施例中，第二功率改变量和实际功率改变量可更为接近匹配，进一步地提高弱电网侧接收到的平衡功率。可以理解的是，上述动作可反复执行，例如在第二切载指令下发并由第二变频器完成后，控制模块将检测第二变频器的实际功率改变量，再修正第一切载指令，再次下发至第一变频器，反复执行后，使得两侧的实际功率改变量逐渐逼近。因此，首次或后续次的匹配过程中，第一功率改变量与第二功率该变量间，或实际功率改变量与第二功率该变量间的匹配阈值为10％-20％，允许有一定的差值。

为实现上述任一实施例中对于第一变频器和第二变频器的控制，需要具备高速的通信关系，即第一变频器和第二变频器具有高速通信能力的接口，控制模块同样支持高速通信，两者相接后，控制模块与第一变频器和第二变频器的通信周期为1-10ms，即每1-10ms内向第一变频器和第二变频器收发信号，以满足弱电网下的大功率瞬态切载条件。

参阅图2，为符合本发明一优选实施例中测试平台下电机切载的测试方法的流程示意图，具体包括以下步骤：

S100：一第一测试支路与弱电网电连接，启动后接收功率流或生成功率流；

S200：一第二测试支路与弱电网及第一测试支路连接，启动后接收功率流或生成功率流；

S300：连接于第一测试支路及第二测试支路间的齿轮箱接收第一测试支路或第二测试支路的功率流，并基于预设转矩传输功率流至第二测试支路或第一测试支路；

S400：第一测试支路包括的与弱电网电连接的第一变频器，和第二测试支路包括的与弱电网电连接的第二变频器与一控制模块电连接，控制模块向第一变频器发送第一切载指令，控制第一变频器跳变第一功率改变量，控制模块于一前馈时间内向第二变频器发送第二切载指令，控制第二变频器跳变第二功率改变量，且第一功率改变量和第二功率改变量于弱电网侧于一匹配阈值内功率匹配。

应当注意的是，本发明的实施例有较佳的实施性，且并非对本发明作任何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例，但凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。