[4] Ming-Tsung Tsai, Charles Tsai. Energy Recycling for Electrical AC Power Source Burn-in Test. IEEE Trans. on Industrial Electronics, 2000, 47(4):974-976.
文献[10,11,21]提出了针对非正弦波形的模拟方 案，对跟踪非线性负载电流波形、阶跃电流波形等进
图 3 加入滤波器的系统框图
行了一些分析，但对于稳定性、稳态误差、响应时间 等没有定量的分析。
文献[18-21]提出了一种消除功率管开关引起的电 流谐波的方案，在输入级增加了 1 个电感和 1 个电容， 如图 3 所示。通过将 L1 的电流、L2 的电流和 C1 的电 压引入控制系统中，使开关频率次谐波电流经电容泻 放，而 L1 上只有基波电流通过。这种方案从理论上是 可行的，但给出的实验结果没有与文献[10-17]的结果 进行比较，实际效果不能确定。
交流电子负载是指能模拟真实负载某些特性的电 子设备，其不仅可模拟不同数值的电阻、电感、电容 及它们的组合，对于非线性负载某些特性也可模拟。 电子负载通过控制输入电流达到模拟各种负载的目 的。具有调节方便、通用性强、精度高、稳定性好等 优点，是电源试验测试用负载的发展方向。
交流电子负载又分为能量消耗型和能量回馈型两 类，由于输入电流受控，两者均具有电子负载模拟功 能强、控制精度高的优点。但能量消耗型电子负载从 电源吸收的有功电能仍需通过电阻消耗，而能量回馈 电网型电子负载与它的区别在于：一方面，它从被试 电源吸收的电能最大量的可为被试电源循环使用，其 损耗仅仅是变流器的开关损耗和线路损耗，从而最大 限度的节约电能；另一方面，由于所采用的 PWM 变 流器工作在开关状态，与一般工作在放大状态的电子 负载相比它可很容易地实现大功率应用的要求，因而 具有更广阔的应用领域。
[8] C. E. Lin, M. T. Tsai, W. I. Tsai etc. Consumption power feedback unit for power electronics burn-in test. IEEE Trans. on Industrial Electronics, 1997, 44(2): 157-166.
能量回馈型电子负载的关键技术是无污染回馈电 网技术和负载电流特性模拟技术。目前，采用晶闸管
有源逆变回馈电网的技术在国内是成熟技术，该技术 在绕线式交流异步电机串级调速、直流电动机四象限 调速运行等领域已经得到广泛应用；在电子负载应用 方面，也已用于蓄电池生产过程中的极板化成放电和 电池放电。但存在回馈电网的电流谐波大、功率因数 低等缺点，对电网形成污染，限制了它的推广应用。
能为力的。这些文献针对的都是电压源定频定压 的情况，对于被测电压源频率和幅值大范围变化 的情况未与考虑，均采用传统 PI 或 PID 调节器， 对于正弦信号，输出肯定有稳态误差。
输入电压 （RMS） 输入电压
频率
H&H 2V-250V
40-500Hz
NHR 50V-350V
45-440Hz 恒阻
Chroma 50V-350V
无
无
无
0-1
含恒流和恒阻模式，输入电压频率范围为 40Hz 至 负载模拟
超前滞后
500Hz(略有差异)。德国 H&H 的产品规格齐全， 整流负载
无
峰值系数 峰值系数 峰值系数
单机从 0.7kVA 至 5.2kVA 共 7 个等级，最小输入
模拟
(1.4-4)
(1.4-4)
(1.4-3)
电压可达 2V(rms)，而且具有谐波模拟功能，最大 能量回馈
向。一些电源需进行谐波负载实验，如何有效且准确 的产生谐波电流源是现存的主要问题之一。任意波形
4．结束语 交流电子负载作为电源测试的重要手段，随着电
源测试集成化、一体化的发展趋势，其重要性越发明
模拟功能是电子负载研究的终极目标，要实现它，还 有很长的路要走。
参考文献
显。
[1] C L Chu, J F Chen. Self-load Bank for UPS Testing by
2．交流电子负载发展过程 2.1 针对 UPS 老化测试的电子负载
针对 UPS 老化测试的交流电子负载的学术研究已 有 10 余年[1-8]。最初的方案[1-2]相当于在 UPS 和电 网间串入一受控电压源，通过改变受控电压源的电压 幅值和相位，使有功能量可返回电网。这种控制方案 类似于电压源并入电网，控制策略复杂而且有功和无 功控制不解藕。
在能源短缺的今天，新能源利用和节约能源已引
Circulating Current Method. IEE Proc. Electric Power
起了世界各国的高度重视。各类电源在进行各种实验
Applications, 1994, 141(4):191-196.
时，尤其是老化试验时耗费大量电能，无污染的将能 [2] S. C. Gupta, R. Ruth. Load bank elimination for UPS
无
无
无
有
可模拟 9 次谐波(基波 400Hz、谐波含量 30%)。 回馈效率
无
无
无
大于 80%
NHR 和 Chroma 的产品性能类似，有恒功率、恒 回馈电流
无
无
无
小于 2%
压和短路工作模式，可模拟整流负载。NHR 仅有
THD
4600 一种产品，单机功率 3kVA；Chroma 的 63800 操作显示 英文液晶 英文液晶 英文液晶 中文液晶
45-440Hz 恒阻
爱科 50V-280V
45-500Hz
3．交流电子负载的市场现状
恒阻
恒流
恒流
恒阻
国外交流电子负载的生产厂商主要有
工作模式
恒流
恒压
恒压
恒流
H&H(德国)、NHR(美国)、Chroma(美国生产)等。
恒功
恒功
恒功
国内目前只有西安爱科电子公司从事交流电子负
短路
短路载的生产。来自功率因数现有产品均能模拟阻性负载，工作方式都包 任意线性
图 2 实现线性负载特性模拟的系统框图
图 4 具有能量回馈功能的交流电子负载
中国电工技术学会电力电子学会第十届学术年会论文集
控制上，前后级是解耦的。这种方案在实现任意 线性负载特性模拟功能的同时，有功能量以正弦
表 1 各种产品性能及价格比较
电流的形式返送回电网，对电网污染很小。 对于被测电源造成的谐波污染，此方案是无
[7] M.T. Tsai. Comparative investigation of the energy recycler for power electronics burn-in test. IEE Proc. Electric Power Applications, 2000, 147(3):192-198.
系列包括 1.5 kVA 和 45 kVA 共 2 个规格。国外产 品均没有能量回馈功能和任意功率因数线性负载 模拟功能。
价格 （3kVA）
￥15 万
￥8.16 万
￥6.7 万
￥3.8 万
西安爱科的 EL6200 单机功率 3kVA，有恒功率工 作模式，可模拟整流负载。能量回馈功能使有功能量
对于用户而言，电子负载和实际负载的差别是其 关注的主要指标之一。基于功率开关的电气设备均会
绝大部分返回电网且对电网无污染(效率大于 80％，并 网电流 THD 小于 2％)。模拟正弦电流时，功率因数和 电流有效值可设定，解决了同类产品只能模拟阻性负
引入开关谐波，如何消除谐波使电子负载的电流波形 更接近实际负载是急待解决的问题。
专门针对动态测试的电子负载也是未来的发展方
载的问题。各个公司产品性能及价格如表 1 所示。
文献[7-8]为解决电流谐波对电网的污染，提出将 电网电流 IS 控制成正弦波。这相当于用电子负载的并
中国电工技术学会电力电子学会第十届学术年会论文集
图 1 基于电子负载的 UPS 老化测试框图
网部分实现有源滤波器的功能，涉及到谐波的提取及 补偿等方面的内容，牵涉到大量的计算，实现起来很 困难。为简化控制，在 IRE 的给定为正弦信号时，将原 并网电流 IRE 的反馈取为电网电流 IS，强迫电网电流为 正弦[7-8]。从给出的实验波形看，电网电流 IS 虽比原 方案[3-6]的波形畸变小，但据标准正弦相差较多。
中国电工技术学会电力电子学会第十届学术年会论文集
交流电子负载的发展过程及展望
李春龙 1 张建荣 2 卢家林 2 石涛 2 白小青 2 1) 北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院，北京 100083 2) 西安爱科电子有限公司，西安 710119
1) Email：chunlong.li@ 2) Email：cnaction@
关键词 交流电子负载，老化，功率因数，PWM 整流器
1．引言 交流电源在研发生产过程中或产品出厂前都需要
进行负载试验以检验电源的电气性能和输出能力。目 前，电源试验和性能检测一般都是施加无源负载进行 的。无源负载包括阻性负载、感性负载、容性负载以 及阻感容混合负载等。无源负载在电源试验中，有功 电能均通过阻性负载消耗，能耗大、发热量大、稳定 性差，并且还存在负载调节不便等缺点。
2.3 具有能量回馈功能的通用电子负载 文献[11,17,21]提出了具有能量回馈功能的通用
电子负载的设计方法，如图 4 所示。二个 PWM 整流 器共用一个直流侧电容，与被测电源相连的前级整流 器工作在整流状态，与电网相连的后级整流器工作在 逆变状态。前级控制器控制被测电源的输出电流，直 流母线电压和并网电流的控制由后级控制器完成。在
文献[3-6]提出的主电路结构与图 1 相似，图 1 虚 线框包围的部分为交流电子负载，AC/DC 部分为任意 形式的整流器，其余部分实际为一 PWM 整流器，只 要直流母线电压高于电网电压峰值，并网电流 IRE 可位 于任一象限。若将 IRE 控制为与电网电压相位相差 180 度，有功能量可返回电网。由于 IRE 的给定为正弦信号， 对于适当的控制策略，IRE 的波形很接近正弦，但是 UPS 的输入电流 IIN 若含有谐波，则电网电流 IS 也将含 有谐波。对于大多数 UPS 而言，输入级为不控整流， 从而可能导致 IS 含有大量谐波造成对电网的污染。