一种电网模拟控制系统技术方案

本发明专利技术涉及一种电网模拟控制系统，其包括依次连接的：转速控制器、电动机、无刷双馈发电机和励磁控制器，以及依次连接的滤波器、待测设备和电子负载，其中：所述转速控制器、励磁控制器以及电子负载均与外围的电网相连；所述滤波器与无刷双馈发电机的功率绕组连接，所述励磁控制器与无刷双馈发电机的控制绕组连接。本发明专利技术作为和真实电网相连的、用于并网设备研究的电网电压发生系统，可用于输出多种可设多变模拟电网，从而为并网设备提供尽可能真实的电网环境，满足设备对多种工况电网的测试要求，提高并网设备对电网的适应能力和并网设备的安全性、可靠性。

【技术实现步骤摘要】
-种电网模拟控制系统
本专利技术涉及一种用于为并网设备提供可控电源的电网模拟控制系统。
技术介绍
在经济发展过程中，实现经济和社会的协调发展及可持续发展已作为国家发展战 略。新能源发电可降低能耗，提高电力系统供电的多元化和灵活性，因此是电力发展的新方 向和重要方向。但是为了提高风电、光伏发电等并网设备的可靠性（并网设备的可靠性是 验证设备质量的重要指标），减小电网异常或故障时并网设备对电网的安全性的影响，各国 对并网设备提出了严格要求。例如，国家标准GB/T14549-93及国际标准IEC61000等标准 对并网设备对电网的适应性有严格的要求，即，要求设备最低必须满足其标准要求。 电力电子设备在工业及民用中的广泛应用，其会对电网安全产生重要影响，因此， 如何减小和治理对电网的污染是需要研究重要课题，而其中真实模拟电网的各种工况是研 究的必要条件。由于电网可能会出现电压幅值波动、瞬间幅值突跌/突升、频率波动、谐波 畸变、电压不平衡等各种故障，因此在并网设备研究的过程中，需要考虑电网可能出现的故 障，保证设备最大限度的适应电网运行，并根据故障情况及时脱离电网提高设备运行的可 靠性。 由于电网异常现象具有时间上的不确定性和严重程度的不可预估计性，而并网设 备在研究和测试时，仅通过电网本身无法测试各种异常现象。因此，需要通过一些专门的设 备进行电网模拟，而具有多种功能的模拟系统更为重要。 现有电网模拟器主要通过电力电子器件采用逆变模式控制输出电压，功能相对单 一，不可模拟各种电网异常现象，且一般采用PWM和无源滤波技术，因此与真实电网特性具 有一定差异，从而不能真实、完全满足并网设备的测试要求。
技术实现思路
为了解决上述现有技术存在的问题，本专利技术旨在提供一种电网模拟控制系统，以 作为并网设备研究中的电网电压发生装置，并可真实模拟标准电网的多种工况，从而满足 并网设备测试要求。 本专利技术所述的一种电网模拟控制系统，其包括：转速控制器、电动机、无刷双馈发 电机、励磁控制器、滤波器、待测设备以及电子负载，其中： 所述转速控制器与外围的电网相连； 所述电动机一方面与用于控制其转速的所述转速控制器连接，另一方面与所述无 刷双馈发电机连接； 所述无刷双馈发电机通过其功率绕组与所述滤波器连接，以向该滤波器输出一输 出模拟电网电压； 所述励磁控制器一方面与所述电网连接，另一方面与所述无刷双馈发电机的控制 绕组连接，以根据所述控制绕组的输出给定电压的幅值和/或频率的变化，通过该控制绕 组控制所述功率绕组输出的所述输出模拟电网电压的幅值和/或频率的变化； 所述滤波器连接在所述无刷双馈发电机的功率绕组以及所述待测设备之间； 所述电子负载一方面与所述电网连接，另一方面与所述待测设备连接。 在上述的电网模拟控制系统中，所述励磁控制器包括： 单相标量控制单元，其根据外围输入的单相选择信号，并根据一输出电压幅值给 定控制单元提供的所述输出给定电压中单相电压值、一输出电压频率给定控制单元提供的 所述输出给定电压的频率以及所述无刷双馈发电机的转速，对所述输出模拟电网电压中的 单相电压进行单闭环独立控制，以根据所述输出给定电压中单相电压值和/或所述输出给 定电压的频率的变化控制所述输出模拟电网电压中的单相电压的幅值和/或三相电压的 频率的变化；以及 三相矢量控制单元，其根据外围输入的三相选择信号，并根据所述输出电压幅值 给定控制单元提供的所述输出给定电压中三相电压值，对所述输出模拟电网电压进行外环 闭环控制并生成一给定电流，同时根据所述给定电流、所述输出电压频率给定控制单元提 供的所述输出给定电压的频率以及所述无刷双馈发电机的转速，对所述控制绕组的电流进 行内环闭环控制，以根据所述输出给定电压中三相电压值和/或所述输出给定电压的频率 的变化控制所述输出模拟电网电压中的三相电压的幅值和/或频率的变化。 在上述的电网模拟控制系统中，所述单相标量控制单元包括依次连接的：第一加 法器、第一 PI控制器、第一乘法器、第二加法器、第一单相/三相控制选择开关、第一载波信 号比较模块、第一输出开关以及第一被控对象模块；还包括依次连接的：第一滤波模块和 有效值计算模块，且所述第一滤波模块的输入端与所述第一被控对象模块的输出端连接， 所述有效值计算模块的输出端与所述第一加法器的一个输入端连接；其中： 所述第一加法器用于比较所述输出给定电压中单相电压值与所述有效值计算模 块输出的单相电压瞬时有效值的差值； 所述第一 PI控制器用于对所述第一加法器输出的差值进行PI调节； 所述第一乘法器用于将所述第一 PI控制器输出的直流量与一根据所述输出给定 电压的频率以及所述无刷双馈发电机的转速所得的基波正弦信号相乘，并生成交流正弦信 号； 所述第二加法器用于将所述交流正弦信号与外围输入的预设的单相谐波和直流 分量相加，并生成一单相调制信号； 所述第一单相/三相控制选择开关的开闭由所述单相选择信号进行控制； 所述第一载波信号比较模块用于将所述单相调制信号与一载波信号比较，并生成 单相SPWM信号； 所述第一输出开关的开闭由外围输入的开通/封锁信号进行控制，当所述第一输 出开关闭合时，所述第一载波信号比较模块输出的所述单相SPWM信号被输送至所述第一 被控对象模块，从而通过所述控制绕组控制所述功率绕组输出所述输出模拟电网电压中的 单相电压； 所述第一滤波模块采样并对所述输出模拟电网电压中的单相电压进行滤波； 所述有效值计算模块接收并对所述第一滤波模块输出的滤波后的单相电压进行 有效值计算，并向所述第一加法器反馈所述单相电压瞬时有效值。 在上述的电网模拟控制系统中，所述三相矢量控制单元包括依次连接的：第三加 法器、第二PI控制器、第四加法器、第三PI控制器、坐标逆变换模块、第五加法器、第二单相 /三相控制选择开关、第二载波信号比较模块、第二输出开关以及第二被控对象模块，还包 括依次连接的：第二滤波模块和变换计算模块，以及包括坐标变换模块，且所述第二滤波模 块的输入端与所述第二被控对象模块的输出端连接，所述变换计算模块的一个输出端与所 述第三加法器的一个输入端连接，所述变换计算模块的另一个输出端分别与所述坐标变换 模块的一个输入端以及所述坐标逆变换模块的一个输入端连接，所述坐标变换模块的输出 端与所述第四加法器的输入端连接；其中： 所述第三加法器用于比较所述输出给定电压中三相电压值与所述变换计算模块 输出的三相电压瞬时有效值的差值； 所述第二PI控制器用于对所述第三加法器输出的差值进行PI调节，并输出所述 给定电流； 所述第四加法器用于比较所述给定电流与所述坐标变换模块输出的中间电流的 差值； 所述第三PI控制器用于对所述第四加法器输出的差值进行PI调节，并产生中间 输出给定电压； 所述坐标逆变换模块用于根据所述变换计算模块输出的矢量控制角度，将所述中 间输出给定电压经旋转坐标系变换到三相静止坐标系并得到三相交流信号，且该三相交流 信号中的各相信号分别通过一个所述第五加法器对应地与外围输入的预设的各相谐波和 直流分量相加，并本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电网模拟控制系统，其特征在于，所述系统包括：转速控制器、电动机、无刷双馈发电机、励磁控制器、滤波器、待测设备以及电子负载，其中：所述转速控制器与外围的电网相连；所述电动机一方面与用于控制其转速的所述转速控制器连接，另一方面与所述无刷双馈发电机连接；所述无刷双馈发电机通过其功率绕组与所述滤波器连接，以向该滤波器输出一输出模拟电网电压；所述励磁控制器一方面与所述电网连接，另一方面与所述无刷双馈发电机的控制绕组连接，以根据所述控制绕组的输出给定电压的幅值和/或频率的变化，通过该控制绕组控制所述功率绕组输出的所述输出模拟电网电压的幅值和/或频率的变化；所述滤波器连接在所述无刷双馈发电机的功率绕组以及所述待测设备之间；所述电子负载一方面与所述电网连接，另一方面与所述待测设备连接。

【技术特征摘要】
1. 一种电网模拟控制系统，其特征在于，所述系统包括：转速控制器、电动机、无刷双 馈发电机、励磁控制器、滤波器、待测设备以及电子负载，其中： 所述转速控制器与外围的电网相连； 所述电动机一方面与用于控制其转速的所述转速控制器连接，另一方面与所述无刷双 馈发电机连接； 所述无刷双馈发电机通过其功率绕组与所述滤波器连接，以向该滤波器输出一输出模 拟电网电压； 所述励磁控制器一方面与所述电网连接，另一方面与所述无刷双馈发电机的控制绕组 连接，以根据所述控制绕组的输出给定电压的幅值和/或频率的变化，通过该控制绕组控 制所述功率绕组输出的所述输出模拟电网电压的幅值和/或频率的变化； 所述滤波器连接在所述无刷双馈发电机的功率绕组以及所述待测设备之间； 所述电子负载一方面与所述电网连接，另一方面与所述待测设备连接。2. 根据权利要求1所述的电网模拟控制系统，其特征在于，所述励磁控制器包括： 单相标量控制单元，其根据外围输入的单相选择信号，并根据一输出电压幅值给定控 制单元提供的所述输出给定电压中单相电压值、一输出电压频率给定控制单元提供的所述 输出给定电压的频率以及所述无刷双馈发电机的转速，对所述输出模拟电网电压中的单相 电压进行单闭环独立控制，以根据所述输出给定电压中单相电压值和/或所述输出给定电 压的频率的变化控制所述输出模拟电网电压中的单相电压的幅值和/或三相电压的频率 的变化；以及 三相矢量控制单元，其根据外围输入的三相选择信号，并根据所述输出电压幅值给定 控制单元提供的所述输出给定电压中三相电压值，对所述输出模拟电网电压进行外环闭环 控制并生成一给定电流，同时根据所述给定电流、所述输出电压频率给定控制单元提供的 所述输出给定电压的频率以及所述无刷双馈发电机的转速，对所述控制绕组的电流进行内 环闭环控制，以根据所述输出给定电压中三相电压值和/或所述输出给定电压的频率的变 化控制所述输出模拟电网电压中的三相电压的幅值和/或频率的变化。3. 根据权利要求2所述的电网模拟控制系统，其特征在于，所述单相标量控制单元包 括依次连接的：第一加法器、第一PI控制器、第一乘法器、第二加法器、第一单相/三相控制 选择开关、第一载波信号比较模块、第一输出开关以及第一被控对象模块；还包括依次连接 的：第一滤波模块和有效值计算模块，且所述第一滤波模块的输入端与所述第一被控对象 模块的输出端连接，所述有效值计算模块的输出端与所述第一加法器的一个输入端连接； 其中： 所述第一加法器用于比较所述输出给定电压中单相电压值与所述有效值计算模块输 出的单相电压瞬时有效值的差值； 所述第一 PI控制器用于对所述第一加法器输出的差值进行PI调节； 所述第一乘法器用于将所述第一 PI控制器输出的直流量与一根据所述输出给定电压 的频率以及所述无刷双馈发电机的转速所得的基波正弦信号相乘，并生成交流正弦信号； 所述第二加法器用于将所述交流正弦信号与外围输入的预设的单相谐波和直流分量 相加，并生成一单相调制信号； 所述第一单相/三相控制选择开关的开闭由所述单相选择信号进行控制； 所述第一载波信号比较模块用于将所述单相调制信号与一载波信号比较，并生成单相 SPWM信号； 所述第一输出开关的开闭由外围输入的开通/封锁信号进行控制，当所述第一输出开 关闭合时，所述第一载波信号比较模块输出的所述单相SPWM信号被输送至所述第一被控 对象模块，从而通过所述控制绕组控制所述功率绕组输出所述输出模拟电网电压中的单相 电压； 所述第一滤波模块采样并对所述输出模拟电网电压中的单相电压进行滤波； 所述有效值计算模块接收并对所述第一滤波模块输出的滤波后的单相电压进行有效 值计算，并向所述第一加法器反馈所述单相电压瞬时有效值。4.根据权利要求2所述的电网模拟控制系统，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘常亮，
申请(专利权)人：三垦力达电气江阴有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31