一种电网电压扰动发生装置及其控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种电网电压扰动发生装置，包括三相桥式PWM整流器、三H桥三相四线制PWM逆变器，所述整流器的交流侧通过L型滤波器与电网相连，所述整流器的直流侧与三H桥三相四线制PWM逆变器直流侧串联，LC滤波器接在三相四线制三H桥PWM逆变器交流侧，LC滤波器的输出端接一个隔离变压器，隔离变压器的二次侧与负载连接。本发明专利技术还提供一种适用于该装置的控制方法。本发明专利技术中所述装置能够实现电网电压幅值、频率扰动以及电网谐波现象的模拟，并能够实现能量的双向流动，将被测试太阳能并网设备发出的有功电能回馈到电网，控制方法实现简单方便，能够准确跟踪目标参考值，并且响应快速，稳态误差小，从而能准确模拟电网扰动。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电气设备及电气工程
，具体是。
技术介绍
随着新能源的大量应用，新能源为主的分布式发电构成的微电网迅速发展，并网变换器作为连接大电网和微电网的桥梁，其应用也普及化。并网变换器的能否稳定的工作直接影响到分布式发电系统工作的安全，如何对并网变换器的性能进行评估，成为现在一个重要的研究课题。目前的电压扰动发生平台多数采用背靠背式双PWM交直交变换器实现模拟，其存在着如下缺陷1.大部分电压扰动发生装置采用三相半桥整流器和三相半桥逆变器背靠背相连的拓扑结构，该种结构由于输出的三相电压间可能互相影响，所以不容易实现对三相不对称故障的准确模拟，另外其逆变器侧控制策略较为复杂。2.部分电压扰动发生装置采用三个单相交直交变换器相并联的拓扑结构，该种结构虽然能够较好的实现所需模拟的功能，但是其采用的器件较多，经济性不好。
技术实现思路
本专利技术提供，可模拟电网扰动，检测并网变换器等电力电子设备在不同的电网条件下的性能，从而评价电力电子设备的性能；在模拟电网故障时更快速、准确，对电网干扰小，而且所使用器件较少、控制策略简单。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种电网电压扰动发生装置，包括L型滤波器L1、电压电流双环控制的三相桥式PWM整流器CV、电压电流双环控制的三H桥三相四线制PWM逆变器H1-H3、LC滤波器LC2、三相桥式PWM整流器CV的交流侧通过L型滤波器LI与电网相连，三相桥式PWM整流器CV的直流侧与三H桥三相四线制PWM逆变器H1-H3直流侧串联，三相桥式PWM整流器CV的直流侧与三H桥三相四线制PWM逆变器H1-H3直流侧之间还并联一个直流电容Cdc，LC滤波器LC2接在三相四线制三H桥PWM逆变器H1-H3交流侧，LC滤波器LC2的输出端接一个隔离变压器T，隔离变压器T的二次侧与负载连接。进一步的，还包括与三相桥式PWM整流器CV连接的整流器控制装置，所述整流器控制装置的输入端接收直流电容Cdc的电压信号Udc、电网三相电压信号及L型滤波器LI上的电流信号ia、ib、ic,经过处理后得到开关信号Sa、Sb、Sc,所述开关信号Sa、Sb、Sc通过整流器控制装置的输出端输入到三相桥式PWM整流器CV中各个IGBT的门级。进一步的，还包括与三H桥三相四线制PWM逆变器H1-H3连接的逆变器控制装置，所述逆变器控制装置采集逆变器H1-H3某相H桥的输出电压Vc2、输出电流iL2，经过处理得到该相H桥中四个IGBT的开关信号，将开关信号通过输出端分别输入到各IGBT的门极以控制其通断。本专利技术还提供一种上述电网电压扰动发生装置的控制方法，所述三相桥式PWM整流器采用电压电流双环控制，其控制步骤具体为:(I)将基准直流信号电压Udc*与采集到的直流侧电压Udc后与相比较后即得到直压偏差信号，直压偏差信号输入到PI控制器PIl中，PIl的输出信号作为电流环的基准值id氺；(2)采集L型滤波器LI上的电流ia、ib、ic，提取LI上a相电压的相位频率信号sin_cos,将ia、ib、ic、sin_cos输入到d_q变换模块后,得到id与iq分量；(3)采集电网三相电压电压，和sin_cos输入到d-q变换模块后，得到UscUUsqJP交轴电压和直轴电压；(4)用id*与id相比较后得到d轴电流偏差信号，将d轴电流偏差信号输入PI控制器PI2中，Usd减去PI2的输出后即为d轴控制信号Jfq轴信号电流置零，即取iq* =0，将iq*与iq相比较后，差值信号输入到PI控制器PI3中，Usq减去PI3的输出即为q轴控制信号；(5)d轴控制信号加上iq*co*Ll,其中ω为电网的角频率，即100* π rad/s, LI为电网侧滤波电感大小，即得到解耦后的d轴控制信号，q轴控制信号减去id* *Ll，即得到解耦后的q轴控制信号；(6)将解耦后的d轴、q轴控制信号与sin_COs —起输入到dq反变换模块中，经过dq反变换后，即得到三相调制信号；(7)将三相调制信号送至PWM发生`器后得到开关信号Sa、Sb、Sc，将开关信号分别输入到三相桥式PWM整流器中各个IGBT的门级，从而控制CV的六个IGBT的通断；所述三相桥式PWM整流器采用电压电流双环控制，其控制步骤具体为:首先采集逆变器某相的输出电压Vc2、输出电流iL2，将该相调制信号电压Vc2*与Vc2相比较后，输入到PR控制器中，再将PR控制器的输出值作为内环电流的基准值iL2*，与内环电流iL2相比较后输入到比例控制器P中，将比例控制器P的输出信号送入单相PWM发生器中，即得到该相H桥中四个IGBT的开关信号，将开关信号分别输入到各IGBT的门极中以控制其通断。相比于现有的电压扰动平台技术方案，本专利技术的优点在于:1、本专利技术的整流器采用PWM技术，相比于目前常用的整流技术，如三相不控整流电路，PWM整流技术产生谐波更小，波形更稳定，IGBT器件在在电压应力方面有独特的优势。同时采用PWM变换器可以实现能量双向流动，使装置既可以满足电压源的输出调控，也可满足新能源并网装置的发电馈入电网的技术要求，即能够将被测试的并网装置发出的功率回馈到电网。2、本专利技术的逆变器采用三相全桥逆变电路。因为现有电压扰动发生装置中，逆变侧常常采用三相半桥PWM逆变，因此三相电压间存在互相干扰的情况，不能很好的模拟电网三相不平衡故障。本专利技术的逆变器为三相全桥逆变电路，即三个独立的单相全桥整流器相并联，在系统受到扰动时，可以分相进行控制以便更好地提供电压支撑作用，尤其在模拟三相不平衡扰动时，相比于三相半桥逆变器，输出波形更加精确；另外，其采用模块化结构，便于扩展装置容量。3、本专利技术的控制方案为电压电流双环控制，相比于现有电压扰动发生装置中采用的单环控制方式，本专利技术的整流器和逆变器电流可以快速跟随电压，所以动态性能更好，在模拟电网故障时更快速、准确，并且产生的无功功率少，对电网干扰小。附图说明图1是本专利技术电网电压扰动发生装置的电路总体拓扑图；图2是本专利技术中整流器CV的电压电流双环控制框图；图3是本专利技术中逆变器H1、H2、H3的电压电流双环控制框图。具体实施例方式下面将结合本专利技术中的附图，对本专利技术中的技术方案进行清楚、完整地描述。请参考图1，本专利技术电网电压扰动发生装置包括L型滤波器L1、电压电流双环控制的三相桥式PWM整流器(CV)、直流电容Cdc、电压电流双环控制的三H桥三相四线制PWM逆变器(H1-H3)、逆变输出侧LC滤波器LC2、隔离变压器T。三相桥式PWM整流器的交流侧通过L型滤波器LI与电网相连，三相桥式PWM整流器的直流侧与三H桥三相四线制PWM逆变器直流侧串联，三相桥式PWM整流器的直流侧与三H桥三相四线制PWM逆变器直流侧之间还并联一个直流电容Cdc。所述L型滤波器LI接在三相桥式PWM整流器交流侧，且L型滤波器LI安装在电网侧；同时，逆变输出侧LC滤波器LC2接在三相四线制三H桥PWM逆变器交流侧，逆变输出侧LC滤波器LC2的输出端接一个隔离变压器T，隔离变压器T的二次侧连接负载。所述三相桥式PWM整流器，用于将电网中吸收的电能变换为直流电，并作为逆变侧的直压电源。由于整流器采用三相PWM整流方式，直流电压稳定；使用IGBT作为开关器件，易于控制桥臂关断，实现能量回馈本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电网电压扰动发生装置，其特征在于：包括L型滤波器L1、电压电流双环控制的三相桥式PWM整流器CV、电压电流双环控制的三H桥三相四线制PWM逆变器H1?H3、LC滤波器LC2、三相桥式PWM整流器CV的交流侧通过L型滤波器L1与电网相连，三相桥式PWM整流器CV的直流侧与三H桥三相四线制PWM逆变器H1?H3直流侧串联，三相桥式PWM整流器CV的直流侧与三H桥三相四线制PWM逆变器H1?H3直流侧之间还并联一个直流电容Cdc，LC滤波器LC2接在三相四线制三H桥PWM逆变器H1?H3交流侧，LC滤波器LC2的输出端接一个隔离变压器T，隔离变压器T的二次侧与负载连接。

【技术特征摘要】
1.一种电网电压扰动发生装置，其特征在于:包括L型滤波器L1、电压电流双环控制的三相桥式PWM整流器CV、电压电流双环控制的三H桥三相四线制PWM逆变器H1-H3、LC滤波器LC2、三相桥式PWM整流器CV的交流侧通过L型滤波器LI与电网相连，三相桥式PWM整流器CV的直流侧与三H桥三相四线制PWM逆变器H1-H3直流侧串联，三相桥式PWM整流器CV的直流侧与三H桥三相四线制PWM逆变器H1-H3直流侧之间还并联一个直流电容Cdc，LC滤波器LC2接在三相四线制三H桥PWM逆变器H1-H3交流侧，LC滤波器LC2的输出端接一个隔离变压器T，隔离变压器T的二次侧与负载连接。2.如权利要求1所述的电网电压扰动发生装置，其特征在于:还包括与三相桥式PWM整流器CV连接的整流器控制装置，所述整流器控制装置的输入端接收直流电容Cdc的电压信号Udc、电网三相电压信号及L型滤波器LI上的电流信号ia、ib、ic,经过处理后得到开关信号Sa、Sb、Sc,所述开关信号Sa、Sb、Sc通过整流器控制装置的输出端输入到三相桥式PWM整流器CV中各个IGBT的门级。3.如权利要求1所述的电网电压扰动发生装置，其特征在于:还包括与三H桥三相四线制PWM逆变器H1-H3连接的逆变器控制装置，所述逆变器控制装置采集逆变器H1-H3某相H桥的输出电压Vc2、输出电流iL2，经过处理得到该相H桥中四个IGBT的开关信号，将开关信号通过输出端分别输入到各IGBT的门极以控制其通断。4.一种如权利要求1所述的电网电压扰动发生装置的控制方法，其特征在于: 所述三相桥式PWM整流器采用电压电流双环控制，其控制步骤具体为: (1)将基准直流信号电压Udc*与采集到的直流侧电压Udc后与相比较后即得到直压偏差信号，直压偏差信号输入到PI控制器PIl中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁凯，夏勇军，徐华安，孙建军，刘飞，
申请(专利权)人：湖北省电力公司电力科学研究院，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：