电网模拟装置及其控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及电网模拟技术领域，公开了一种电网模拟装置及其控制方法。该电网模拟装置包括：相连接的模块化多电平矩阵变换器以及滤波器；模块化多电平矩阵变换器的输入侧用于连接市电电源，输出侧用于连接滤波器的输入端；模块化多电平矩阵变换器用于对相数为M的市电电源进行变换并输出相数为L的变换电压；模块化多电平矩阵变换器包括：拓扑结构相同且数目为M与L的乘积个的桥臂，各桥臂以M乘L的矩阵形式连接于模块化多电平矩阵变换器的输入侧和输出侧之间；各桥臂包括：串接的桥臂电感和N个模块化电平变换单元。本实施方式不仅能够通过调整电平变换模块的数量控制电网模拟装置的输出电压模拟高压大功率电网，而且能够有效控制其整体体积。

【技术实现步骤摘要】
电网模拟装置及其控制方法
本专利技术涉及电网模拟
，特别涉及一种电网模拟装置及其控制方法。
技术介绍
由于电网模拟装置可以模拟实际电网的电压暂降、电压闪变、电压畸变和电压不平衡等异常工作状态，因而它能够在不影响实际电网运行的情况下，为并网发电设备、电力储能设备、电力传输设备和电力传动设备等开展相关的研究和测试提供便利。随着对于电网模拟研究的增多，提出了一些电网模拟装置。现有技术一公开了一种大功率能量可回馈型电网模拟装置，其包括共用直流母线的PWM(PulseWidthModulation，脉冲宽度调制，简称PWM)整流部分和电网模拟部分。PWM整流部分包括输入滤波单元、三相桥式整流单元，电网模拟部分包括三个单相逆变器、输出滤波单元和隔离单元。现有技术二公开了一种模拟电网特性的交流电源，其是由G整流装置、三相H桥结构变流器、三相变压器依次连接构成。本专利技术的专利技术人在实现本专利技术的过程中发现：由于现有技术一公开的电网模拟装置的输出功率取决于PWM整流部分的输入功率，而PWM整流部分的三相桥式整流单元使得PWM整流部分的输入功率较小，因此该电网模拟装置的输出功率较小。由于该电网模拟装置的输出电压等于电网模拟部分的输出电压，而电网模拟部分的单相逆变器使得电网模拟部分的输出电压较小，因此该电网模拟装置的输出电压也较小。所以从电压和功率两个方面来衡量，该电网模拟装置只能够模拟低压小功率电网。而现有技术二公开的交流电源的输出功率取决于三相变压器，而随着输出功率的增加，三相变压器的体积和重量也大幅增加，因此，现有技术的电网模拟装置较难方便地模拟高压大功率电网。
技术实现思路
本专利技术实施方式的目的在于提供一种电网模拟装置及其控制方法，其不仅能够通过调整电平变换模块的数量控制电网模拟装置的输出电压模拟高压大功率电网，而且能够有效控制其整体体积。为解决上述技术问题，本专利技术的实施方式提供了一种电网模拟装置，包括：相连接的模块化多电平矩阵变换器以及滤波器；所述模块化多电平矩阵变换器的输入侧用于连接市电电源，输出侧用于连接所述滤波器的输入端；所述模块化多电平矩阵变换器用于对相数为M的市电电源进行变换并输出相数为L的变换电压；所述模块化多电平矩阵变换器包括：拓扑结构相同且数目为M与L的乘积个的桥臂，各所述桥臂以M乘L的矩阵形式连接于所述模块化多电平矩阵变换器的输入侧和输出侧之间；各桥臂包括：串接的桥臂电感和N个模块化电平变换单元；其中，所述电网模拟装置的输出电压与所述N的大小正相关，所述N为正整数。本专利技术的实施方式还提供了一种电网模拟装置的控制方法，用于控制如前所述的电网模拟装置的输出电压，包括：根据所述模块化多电平矩阵变换器的输出参考电压，控制得到所述模块化多电平矩阵变换器中各桥臂的桥臂参考电压；获取模块化多电平矩阵变换器中所有模块化电平变换单元的电容电压；根据各桥臂的桥臂参考电压以及模块化多电平矩阵变换器中各模块化电平变换单元的电容电压，控制得到各模块化电平变换单元的模块电压参考值；通过调制所述模块化多电平矩阵变换器中各模块化电平变换单元的参考电压，从而控制所述模拟电网装置的输出电压。本专利技术实施方式相对于现有技术而言，采用模块化多电平矩阵变换器对市电电源进行变换，由于模块化多电平矩阵变换器中的每个桥臂包括N个模块化电平变换单元，并且，电网模拟装置的输出电压与桥臂中的模块化电平变换单元的个数正相关，所以可以根据需要模拟的电网的输出电压设置模块化电平变换单元的数量，从而可以灵活设计出不同输出电压的电网模拟装置，进而可以实现高压大功率电网模拟装置，并且，由于模块化电平变换单元的体积、重量较小，所以相对体积较大且笨重的三相变压器而言，还能够有效控制电网模拟装置的整体体积。另外，所述模块化电平变换单元包括模块电容和组成H桥结构单元的4个全控型器件；所述模块电容连接于所述H桥结构单元。由于每个模块化电平变换单元都是单相全桥变换器，因此该电网模拟装置能够实现四象限运行，从而实现能量回馈至电网。另外，根据所述各桥臂的桥臂参考电压以及模块化多电平矩阵变换器中各模块化电平变换单元的电容电压，控制得到各模块化电平变换单元的模块电压参考值，具体包括：计算得到所述模块化多电平矩阵变换器中各桥臂的桥臂参考电压的平均值；分别对模块化多电平矩阵变换器中各模块化电平变换单元的电容电压进行模块电容电压平衡控制，得到各模块化电平变换单元的模块电压参考值；其中，所述模块电容电压平衡控制，使得模块化多电平矩阵变换器中各模块化电平变换单元的电容电压，等于各模块化电平变换单元所在桥臂的电容电压平均值。另外，根据所述模块化多电平矩阵变换器的输出参考电压，控制得到所述模块化多电平矩阵变换器中各桥臂的桥臂参考电压，具体包括：对所述模块化多电平矩阵变换器的输入侧电流进行输入电流控制，使得模块化多电平矩阵变换器的输入侧电流等于输入电流参考值；对所述模块化多电平矩阵变换器的输出侧电流进行输出电流控制，使得模块化多电平矩阵变换器的输出侧电流等于输出电流参考值；对所述模块化多电平矩阵变换器的环流进行环流控制，使得模块化多电平矩阵变换器内部的环流等于环流参考值；通过所述输入电流控制、输出电流控制以及环流控制，得到各桥臂的桥臂电压参考值。另外，所述输入电流参考值的获取包括：计算得到第一差值，其中所述第一差值为模块化多电平矩阵变换器的电容电压参考值和模块化多电平矩阵变换器中所有模块化电平变换单元的电容电压平均值之差；对所述第一差值进行全局电容电压平衡控制，得到模块化多电平矩阵变换器的输入电流参考值；其中，所述全局电容电压平衡控制，使得模块化多电平矩阵变换器中所有模块化电平变换单元的电容电压平均值等于模块化多电平矩阵变换器的电容电压参考值。另外，所述输出电流参考值的获取包括：计算得到第二差值，其中所述第二差值为电网模拟装置的输出电压参考值和输出电压之差；对所述第二差值进行输出电压控制，得到模块化多电平矩阵变换器的输出电流参考值。另外，所述环流参考值的获取包括：对模块化多电平矩阵变换器每个桥臂的模块电容电压平均值进行桥臂电容电压平衡控制；并且对所述模块化多电平矩阵变换器的输入侧以及输出侧电流进行模块电容电压波动抑制控制，得到所述模块化多电平矩阵变换器的环流参考值。另外，所述桥臂电容电压平衡控制，使得模块化多电平矩阵变换器中各桥臂的模块电容电压平均值等于模块化多电平矩阵变换器中所有模块化电平变换单元的电容电压平均值。另外，所述模块电容电压波动抑制控制，使得模块化多电平矩阵变换器出现的模块电容电压波动得到抑制。附图说明图1是根据本专利技术第一实施方式电网模拟装置的结构示意图；图2是根据本专利技术第一实施方式中桥臂的结构示意图；图3是根据本专利技术第一实施方式中模块化电平变换单元的结构示意图；图4是根据本专利技术第二实施方式电网模拟装置的控制方法的流程图；图5是根据本专利技术第二实施方式的通过全局电容电压平衡控制得到输入电流参考值的流程图；图6是根据本专利技术第二实施方式的通过输出电压控制得到输出电流参考值的流程图；图7是根据本专利技术第二实施方式的通过桥臂电容电压平衡控制以及模块电容电压波动抑制控制得到环流参考值的流程图；图8是根据本专利技术第二实施方式的通过桥臂电压参考值以及模块电容电压平衡控制得到模块电压参考值的流程图。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电网模拟装置，其特征在于，包括：相连接的模块化多电平矩阵变换器以及滤波器；所述模块化多电平矩阵变换器的输入侧用于连接市电电源，输出侧用于连接所述滤波器的输入端；所述模块化多电平矩阵变换器用于对相数为M的市电电源进行变换并输出相数为L的变换电压；所述模块化多电平矩阵变换器包括：拓扑结构相同且数目为M与L的乘积个的桥臂，各所述桥臂以M乘L的矩阵形式连接于所述模块化多电平矩阵变换器的输入侧和输出侧之间；各桥臂包括：串接的桥臂电感和N个模块化电平变换单元；其中，所述电网模拟装置的输出电压与所述N的大小正相关，所述N为正整数。

【技术特征摘要】
1.一种电网模拟装置，其特征在于，包括：相连接的模块化多电平矩阵变换器以及滤波器；所述模块化多电平矩阵变换器的输入侧用于连接市电电源，输出侧用于连接所述滤波器的输入端；所述模块化多电平矩阵变换器用于对相数为M的市电电源进行变换并输出相数为L的变换电压；所述模块化多电平矩阵变换器包括：拓扑结构相同且数目为M与L的乘积个的桥臂，各所述桥臂以M乘L的矩阵形式连接于所述模块化多电平矩阵变换器的输入侧和输出侧之间；各桥臂包括：串接的桥臂电感和N个模块化电平变换单元；其中，所述电网模拟装置的输出电压与所述N的大小正相关，所述N为正整数。2.根据权利要求1所述的电网模拟装置，其特征在于，所述模块化电平变换单元包括模块电容和组成H桥结构单元的4个全控型器件；所述模块电容连接于所述H桥结构单元。3.一种电网模拟装置的控制方法，其特征在于，用于控制如权利要求1或者2所述的电网模拟装置的输出电压，包括：根据所述模块化多电平矩阵变换器的输出参考电压，控制得到所述模块化多电平矩阵变换器中各桥臂的桥臂参考电压；获取模块化多电平矩阵变换器中所有模块化电平变换单元的电容电压；根据各桥臂的桥臂参考电压以及模块化多电平矩阵变换器中各模块化电平变换单元的电容电压，控制得到各模块化电平变换单元的模块电压参考值；通过调制所述模块化多电平矩阵变换器中各模块化电平变换单元的参考电压，从而控制所述模拟电网装置的输出电压。4.根据权利要求3所述的电网模拟装置的控制方法，其特征在于，根据所述各桥臂的桥臂参考电压以及模块化多电平矩阵变换器中各模块化电平变换单元的电容电压，控制得到各模块化电平变换单元的模块电压参考值，具体包括：计算得到所述模块化多电平矩阵变换器中各桥臂的桥臂参考电压的平均值；分别对模块化多电平矩阵变换器中各模块化电平变换单元的电容电压进行模块电容电压平衡控制，得到各模块化电平变换单元的模块电压参考值；其中，所述模块电容电压平衡控制，使得模块化多电平矩阵变换器中各模块化电平变换单元的电容电压，等于各模块化电平变换单元所在桥臂的电容电压平均值。5.根据权利要求3所述的电网模拟装置的控制方法，其特征在于，根据所述模块化多电平矩阵变换器的输出参考电...

【专利技术属性】
技术研发人员：郜登科，吴延俊，董亮，邹毅军，王天民，
申请(专利权)人：上海科梁信息工程股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31