[发明专利]多功能电网模拟器及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电网电压发生装置，更具体地说是一种在分布式并网发电研究中，为系统提供电网环境的发生装置。

背景技术

太阳能光伏发电装置、风力发电装置等新能源发电系统的并网运行被世界许多能源和电力专家公认为可以节省投资、降低能耗、提高电力系统可靠性和灵活性，是21世纪电力行业发展的重要方向。为了确保系统安装者的安全以及电网的可靠运行，分布式发电系统必须满足并网的技术要求，随着越来越多的分布式发电系统接入电网，各国电网公司均对分布式发电的并网提出了严格的要求。

由于电网可能会出现电压幅值跌落、电压频率偏移、三相电压不平衡以及谐波电压畸变等各种故障状态，因此在分布式发电研究的过程中，考虑电网可能出现的这些故障状态并研究系统在故障状态下的工作性能是非常重要的。

电网提供的电压为低谐波的标准正弦电压，电网故障具有偶然性和不可控性，在分布式发电的研究以及系统测试时，仅通过电网本身无法模拟出各种故障状态。因此，需要通过一些专门的设备来模拟电网的故障情况。

对于风力发电的低电压穿越测试，已有专门的实现电压跌落发生器VSG，即Voltage SagGenerator。具体包括：基于阻抗形式实现的VSG，是通过在主电路中并联或串联电阻/电抗实现电压跌落；基于变压器的VSG，是通过变压器的变比实现电网电压的跌落；基于电力电子变换的VSG，利用交流电力控制电路、交交变频电路以及交直交变换器等实现电压的跌落。但是，该模拟装置功能相对单一，无法模拟各种电网故障，因此不能完全满足分布式发电系统的测试要求。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种多功能电网模拟器及其控制方法，作为分布式发电并网研究中的电网电压发生装置，模拟输出标准电网电压，模拟电网电压幅值跌落、电网电压频率频率偏移、三相电压不平衡以及电压电压畸变等故障情况，为分布式发电系统并网研究提供尽可能真实的电网环境，以满足分布式发电研究的需求。

本发明为解决技术问题采用如下技术技术方案：

本发明多功能电网模拟器的特点是所述模拟器的主电路结构为：设置三个相互独立的背靠背系统，所述相互独立的背靠背系统的结构形式为：输入侧为三相PWM整流器，输出侧设置为输出电压可控的单相PWM逆变器；市电经三相变压器隔离后接入三相PWM整流器；所述单相PWM逆变器经LC滤波器输出。

本发明多功能电网模拟器的控制方法的特点是：

根据输出电压的不同，将模拟器的工作模式分为基波工作模式和谐波工作模式；在所述基波工作模式下输出标准的电网电压，并模拟电网电压幅值跌落、电网电压频率偏移、三相电压不平衡的电网故障；所述基波工人模式下的控制方式是以输出电压作为外环反馈变量、以所述LC滤波器中电感的电流作为内环反馈变量、向PWM逆变器输出控制信号的双闭环控制；在所述谐波工作模式下模拟电网电压谐波畸变故障；所述谐波工作模式下的控制方式是对50Hz基波频率的电压实行有效值反馈控制、对高次谐波电压实行开环控制。

本发明控制方法的特点也在于：

所述对高次谐波电压实行开环控制是设置用于抑制LC滤波器对逆变器输出电压放大作用的的高次谐波电压幅值补偿环节，所述补偿环节是将给定信号乘以一个与所述LC滤波器参数和谐波电压频率有关的补偿系数G_K(s)，所述补偿系数G_K(s)与所述LC滤波器参数以及谐波电压的频率有如下关系：G_K(s)|_s＝jω＝1-LCω²，式中：L为所述LC滤波器中的电感值，C为所述LC滤波器中的电容值，ω为高次谐波电压的频率。

在所述谐波工作模式中，在所述单相PWM逆变器输出电压确定的情况下，根据拉格朗日数乘法计算得出三相PWM整流器输出直流电压需满足以下条件：当输出侧基波电压有效值为U₁，所述三相PWM整流器输出的直流电压电压U_dc需满足

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明主电路由三个单相子系统组成，三个单相系统可以分别作为单相系统运行，三相之间通过通讯实现同步即可模拟电网，工作方式灵活，易于模块化。