[發(fā)明專利]一種電網(wǎng)模擬裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610170440.0
• 申請(qǐng)日: 2016-03-24
• 公開（公告）號(hào): CN107230975A
• 公開（公告）日: 2017-10-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曾進(jìn)輝;雷敏;張曉虎
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 湖南工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H02J3/00
• 分類號(hào): H02J3/00;H02J3/01;H02J3/12
• 代理公司: 長(zhǎng)沙市和協(xié)專利代理事務(wù)所(普通合伙)43115
• 代理人: 高志輝

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電力狀況模擬領(lǐng)域，尤其是一種電網(wǎng)模擬裝置。

背景技術(shù)

在研究分布式發(fā)電裝置、變流器與電網(wǎng)的相互影響時(shí)，常常需要電網(wǎng)處于一些特殊的工況之下，如電壓跌落、三相不平衡、頻率波動(dòng)、含背景諧波等等。對(duì)于實(shí)際的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，由于電網(wǎng)的特殊性，往往很難使實(shí)際電網(wǎng)出現(xiàn)上述情況，這便給分布式發(fā)電裝置、變流器與電網(wǎng)的相互影響研究帶來了不便。

當(dāng)研究對(duì)象包含電網(wǎng)時(shí)，我們會(huì)習(xí)慣的選擇電力系統(tǒng)仿真軟件，如matlab、RTDS、PSASP等。可是軟件仿真獲取的結(jié)果，往往不能夠準(zhǔn)確反應(yīng)實(shí)際情況。仿真結(jié)果常用作定性分析，而不能定量的研究問題。另一方面，假如我們用實(shí)物做實(shí)驗(yàn)，這種耗資是巨大的。尤其涉及到龐大的電力系統(tǒng)，對(duì)電力系統(tǒng)做實(shí)驗(yàn)不現(xiàn)實(shí)，特別是電力系統(tǒng)特殊工況的模擬。

該裝置與實(shí)際負(fù)載和變流器連接或與半實(shí)物仿真裝置連接可模擬多種電網(wǎng)形態(tài)，以定量研究電網(wǎng)與并網(wǎng)變流器或者負(fù)載之間的相互影響，解決當(dāng)前研究過程中存在的軟件仿真精度差、實(shí)際電網(wǎng)試驗(yàn)成本昂貴的問題。

發(fā)明內(nèi)容

如背景技術(shù)中的描述，面對(duì)這種情況，可以設(shè)計(jì)一種電網(wǎng)模擬裝置，將模擬電網(wǎng)與實(shí)際負(fù)載和變流器接到一起。實(shí)現(xiàn)各種電網(wǎng)特殊工況的模擬。考慮到RTDS豐富的電力系統(tǒng)模型庫與實(shí)時(shí)性，能實(shí)現(xiàn)與外界實(shí)物連接，適合做電網(wǎng)模擬。但實(shí)際實(shí)驗(yàn)證實(shí)，RTDS的功率輸出能力很低，不能夠滿足模擬大容量電網(wǎng)的要求。需要采用功率放大器放大輸出信號(hào)。可以考慮采用A類推挽功放，但是A類功放發(fā)熱量驚人，為了有效處理散熱問題，A類功放必須采用大型散熱器，并且效率低。D類功率放大（數(shù)字功放）的工作原理有點(diǎn)類似開關(guān)穩(wěn)壓電源，它是通過控制功率管的開關(guān)(通／斷)來獲得功率轉(zhuǎn)換的。開關(guān)管在導(dǎo)通時(shí)雖然電流最大，但是管壓降卻很低。在截止時(shí)雖然電壓最大，電流卻等于零。通常D類放大的效率可達(dá)90％～95％。數(shù)字功放技術(shù)廣泛應(yīng)用于音響設(shè)備，主要是對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行功率放大。數(shù)字功放芯片的開關(guān)頻率至少為200KHz，是人耳聽到的音頻范圍（20Hz～20KHz）的10倍以上。可以很好的復(fù)現(xiàn)電網(wǎng)中的50kHz以內(nèi)諧波。

本發(fā)明提供一種用于模擬多種形態(tài)的電網(wǎng)模擬裝置，該裝置即可與實(shí)際負(fù)載和變流器接到一起，也可與半實(shí)物仿真裝置連接，用于研究電網(wǎng)與并網(wǎng)變流器或者負(fù)載的相互影響。

本發(fā)明提供一種電網(wǎng)模擬裝置，其特征是，主要由實(shí)時(shí)數(shù)字仿真模塊、信號(hào)調(diào)制器、功率放大器、濾波器和采樣反饋模塊五部分組成，實(shí)時(shí)數(shù)字仿真模塊連接信號(hào)調(diào)制器，信號(hào)調(diào)制器連接功率放大器，功率放大器連接濾波器，濾波器連接采樣反饋模塊，采樣反饋模塊連接實(shí)時(shí)數(shù)字仿真模塊，濾波器輸出模擬信號(hào)；實(shí)時(shí)數(shù)字仿真模塊用于建立和仿真電網(wǎng)模型，產(chǎn)生正弦信號(hào)；功率放大器采用應(yīng)用數(shù)字功放技術(shù)的數(shù)字功放芯片，采用兩級(jí)放大形式，第一級(jí)放大由信號(hào)調(diào)制器將幅值較低的正弦信號(hào)轉(zhuǎn)化為5V的PWM信號(hào)，第二級(jí)放大由功率放大器將第一級(jí)的PWM波形作為驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行幅值和功率放大，其信號(hào)輸出方式采用橋接式負(fù)載BTL（Bridge Tied load），具有兩個(gè)功放輸出端，一個(gè)功放的輸出是另外一個(gè)輸出端的鏡像，兩輸出波形在相位上相差180°，幅值是單端輸出波形的兩倍；濾波器采用LCL拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，用于濾除高次諧波，確保波形不失真且不向電網(wǎng)引入諧波；采樣反饋模塊用于采集濾波器輸出信號(hào)，并將其反饋至實(shí)時(shí)數(shù)字仿真模塊的AD采集端，系統(tǒng)形成閉環(huán)，消除誤差。

本發(fā)明電網(wǎng)模擬裝置用于模擬多種形態(tài)的電網(wǎng)，如電壓跌落、三相不平衡、頻率波動(dòng)等。它將RTDS仿真軟件和實(shí)物接到一起，具有可靠的半實(shí)物仿真功能；利用實(shí)時(shí)數(shù)字仿真模塊（RTDS）建立和仿真電網(wǎng)模型，輸出某節(jié)點(diǎn)的電壓、電流波形，經(jīng)外部功率放大器放大波形的幅值和功率，保證波形不失真且不向電網(wǎng)引入諧波，同時(shí)可根據(jù)需要增加反饋環(huán)節(jié)。

進(jìn)一步，電網(wǎng)模擬裝置主要包含RTDS和功率放大器，RTDS可以選用業(yè)內(nèi)認(rèn)可的電力系統(tǒng)仿真軟件或者控制器，后者是自主開發(fā)的功率放大器，該功率放大器采用數(shù)字功放技術(shù)，其核心為數(shù)字功放芯片，它的開關(guān)頻率可達(dá)300kHz。

進(jìn)一步，功率放大器采用兩級(jí)形式，第一級(jí)將RTDS輸出的正弦波轉(zhuǎn)變?yōu)?V的PWM信號(hào)，第二級(jí)將PWM波形作為驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)數(shù)字功放芯片輸出PWM。輸出方式采用橋接式負(fù)載BTL（Bridge Tied load），互差180°的雙路輸出，最終得到的電壓是原來單端輸出的兩倍。