[發明專利]一種基于九開關變流器的電網模擬器及其應用方法

在審

• 申請號: 202011451182.6
• 申請日: 2020-12-09
• 公開（公告）號: CN112653133A
• 公開（公告）日: 2021-04-13
• 發明（設計）人: 胡偉;盧基洪;沈煜;宮金武;楊帆;尹耀宗;王文爍;蔣偉
• 申請（專利權）人: 國網湖北省電力有限公司電力科學研究院;國家電網有限公司;武漢科力源電氣有限公司
• 主分類號: H02J3/00
• 分類號: H02J3/00;H02J3/38;H02M5/458
• 代理公司: 武漢楚天專利事務所 42113
• 代理人: 孔敏

1.一種基于九開關變流器的電網模擬器，其特征在于：包括輸入單元、輸出單元、變流單元和控制單元，所述輸入單元的輸出端通過變流單元與輸出單元連接，所述控制單元與變流單元和輸出單元連接；

所述的變流單元采用九開關變流器；

所述控制單元通過檢測逆變側三相電壓，經過坐標變換，通過PI控制調節，獲得逆變側PWM控制信號，從而控制變流單元中九開關變流器功率器件的開通與關斷，產生所需要模擬的電網電壓。

2.根據權利要求1所述的一種基于九開關變流器的電網模擬器，其特征在于：所述的輸入單元包括三相變壓器和電感L1；所述的輸出單元包括LC濾波器和輸出端口。

3.根據權利要求2所述的一種基于九開關變流器的電網模擬器，其特征在于：所述九開關變流器具有三根并聯的橋臂，所述的橋臂包括三個串聯的開關管，上橋臂三個開關管分別為S_A、S_B、S_C；下橋臂三個開關管分別為S_U、S_V、S_W；各橋臂的三個開關管除去上述兩組開關管后余下的開關管分別為S_AU、S_BV、S_CW；以上9個開關管組成變流器的主電路，所述九開關變流器的上輸出端口組成整流側，通過輸入單元的三相變壓器T與電網連接，另一個下輸出端口組成逆變側，通過輸出單元的LC濾波器輸出模擬信號。

4.一種根據權利要求1-3中任一項所述的基于九開關變流器的電網模擬器的應用方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟一，首先利用開關函數法，根據九開關變流器的拓撲建立整流側和逆變側的數學模型；

步驟二，根據步驟一所得出的數學模型得到整個九開關變流器的具體工作狀態，選擇同頻模式作為九開關變流器的調制模式；

步驟三，根據步驟二選擇的同頻調制方式，再結合相應的控制方式，得到高響應速度、高質量的輸出電壓，從而提高電網模擬器的效率和可靠性。

5.根據權利要求4所述的基于九開關變流器的電網模擬器的應用方法，其特征在于：所述步驟一具體包括：定義開關管的開關狀態為：

其中，x＝a、b、c分別對應相應的九開關變流器的等效整流側部分的A、B、C三個橋臂，A、B、C三相輸出電壓分別為U_au、U_bu、U_cu，輸出端電感分別為L_au、L_bu、L_cu，各相模擬輸出的額定電壓分別為U_la、U_lb、U_lc，各相流過的電流分別為i_au、i_bu、i_cu，依據開關器件的開關方式與等效整流側回路方程，得九開關變流器的等效整流側數學模型表達式如下：

九開關變流器的等效逆變側開關函數為：

其中，x＝a、b、c分別對應相應的九開關逆變側部分的A、B、C三個橋臂，A、B、C三相輸出電壓分別為U_al、U_bl、U_cl，輸出端電感分別為L_al、L_bl、L_cl，各相模擬輸出的額定電壓分別為U_la、U_lb、U_lc，各相流過的電流分別為i_al、i_bl、i_cl，依據開關器件的開關方式與等效逆變側回路方程，得九開關變流器的等效逆變側數學模型表達式如下：

根據基爾霍夫電流定律，得到九開關變流器的直流側方程：

其中，i_dcu、i_dcl分別為九開關變流器等效整流側與逆變側的直流輸入電流，i_dc為直流側電容流過總電流。