[發明專利]基于阻抗補償的電力電子系統工況模擬裝置

有效

• 申請號: 201910661938.0
• 申請日: 2019-07-22
• 公開（公告）號: CN110460251B
• 公開（公告）日: 2020-08-28
• 發明（設計）人: 馬柯;宋宇博
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H02M7/219
• 分類號: H02M7/219
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 徐紅銀

本發明提供了一種基于阻抗補償的電力電子系統工況模擬裝置，結構上包括電連接的電力電子變流器電路和工況模擬控制器，且工況模擬控制器內部有阻抗補償器，用于將所述電力電子變流器中輸出濾波器的頻域特性補償至所模擬電力電子系統工況的頻域特性，實現電力電子系統工況模擬的技術目標。本發明不含有輸出控制閉環，可以在一定程度上避免輸出閉環對系統頻域特性和控制帶寬的影響，在外界條件的暫態變化時，采用所提供方法搭建的系統的動態響應過程可以與理論值更加接近；另一方面，基于阻抗補償器搭建的系統整體頻域特性與所模擬電力電子系統工況高度接近，系統在中高頻段穩態性能上更接近理論值，所述工況模擬裝置所適用的頻率范圍也更廣。

技術領域

本發明涉及電力電子技術領域，具體地，涉及一種基于阻抗補償的電力電子系統工況模擬裝置。

背景技術

隨著電氣工程技術的發展，當今社會對電能的利用形式趨于多樣化，而在交直流電能變換中起著關鍵性作用的電力電子技術，也面臨著運行功率等級越來越高、應用工況越來越復雜的挑戰。在設計研發和出廠調試時，對電力電子系統進行運行特定工況下的功能性和可靠性測試，可以切實地刻畫出電力電子系統的性能、有效地判斷出實際運行時可能出現的故障風險，針對性地指導系統設計，從而節約系統的長期維護成本。

電力電子工況模擬裝置即是采用電力電子電路及控制，對電力電子系統或元器件的特定工況進行模擬，以供所述的功能性和可靠性測試。傳統的工況模擬方法中，通常采用所模擬系統的數學模型及目標工況計算得到所模擬系統在特定工況的理論電氣行為特性，并用作輸出控制的參考值，再進行控制輸出，其局限性在于：

1)控制輸出構成閉環時，這一閉環相當于一個低通濾波器，在輸出濾波器的時間常數較大時，這一低通濾波器會使系統頻域特性的帶寬明顯低于理論帶寬，進而使系統在負載暫態等動態過程中的響應速度慢于實際系統，影響動態過程的模擬準確性；

2)當對電機等裝置工作頻率不斷變化的工況進行模擬時，輸出閉環對帶寬的作用還會影響系統的穩態性能，當基波頻率達到控制輸出閉環的帶寬以上時，傳統工況模擬方法幅頻特性上的偏離可能導致系統的穩態行為特性與理論值相差較遠，甚至可能會出現系統不穩定的現象。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種基于阻抗補償的電力電子系統工況模擬裝置。

本發明提供一種基于阻抗補償的電力電子系統工況模擬裝置，結構上包括：電連接的電力電子變流器電路和內部含有阻抗補償器的工況模擬控制器，其中：

所述電力電子變流器電路，包括功率半導體開關橋、輸出濾波器，用于輸出與所述含有阻抗補償的工況模擬器所模擬系統的目標工況相同或相近的交、直流電氣響應；

所述含有阻抗補償的工況模擬控制器，包括所模擬系統的數學模型、阻抗補償器、輸出濾波器電壓轉換；其中所述阻抗補償器用于將所述電力電子變流器中輸出濾波器的頻域特性以開環和串聯校正的形式補償至所模擬系統的目標工況的頻域特性。

可選地，所述工況模擬控制器中采樣信號輸入后，各部分按信號流順序依次是：所模擬工況數學模型、阻抗補償器、輸出濾波器電壓轉換；

所述所模擬工況數學模型，用于將所述電力電子變流器電路的端口電壓轉換至所模擬電力電子系統工況阻抗兩端的電壓降，計算所模擬電力電子系統工況的非電氣信號；

所述阻抗補償器，根據所述所模擬電力電子系統工況阻抗兩端的電壓降計算得到所述輸出濾波器兩端電壓降；

所述輸出濾波器電壓轉換，將所述輸出濾波器兩端電壓降轉換至所述電力電子變流器的調制電壓；

所述工況模擬控制器的輸出信號再進行調制，產生所述電力電子變流器電路中功率半導體器件的動作指令。

可選地，所述阻抗補償器的運算邏輯是：