[發(fā)明專利]一種基于九開(kāi)關(guān)變流器的電網(wǎng)模擬器及其應(yīng)用方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011451182.6
• 申請(qǐng)日: 2020-12-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112653133A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-04-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡偉;盧基洪;沈煜;宮金武;楊帆;尹耀宗;王文爍;蔣偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 國(guó)網(wǎng)湖北省電力有限公司電力科學(xué)研究院;國(guó)家電網(wǎng)有限公司;武漢科力源電氣有限公司
• 主分類號(hào): H02J3/00
• 分類號(hào): H02J3/00;H02J3/38;H02M5/458
• 代理公司: 武漢楚天專利事務(wù)所 42113
• 代理人: 孔敏

本發(fā)明提供一種基于九開(kāi)關(guān)變流器的電網(wǎng)模擬器及其應(yīng)用方法，所述電網(wǎng)模擬器包括輸入單元、輸出單元、變流單元和控制單元。變流單元中，采用九開(kāi)關(guān)變流器拓?fù)涮鎿Q傳統(tǒng)的背靠背式十二開(kāi)關(guān)變流器拓?fù)?，九開(kāi)關(guān)變流器的上橋臂通過(guò)三相變壓器與三相交流電連接；下橋臂通過(guò)LC濾波器與模擬器負(fù)載連接?？刂茊卧罁?jù)九開(kāi)關(guān)變流器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與數(shù)學(xué)模型，采用同頻調(diào)制模式實(shí)現(xiàn)九開(kāi)關(guān)變流器輸出幅值和相位可調(diào)的電壓。電網(wǎng)模擬器不僅可以模擬輸出標(biāo)準(zhǔn)電網(wǎng)電壓，還可以模擬諸如電網(wǎng)電壓幅值跌落、相位偏移等常見(jiàn)故障。相對(duì)于傳統(tǒng)的基于背靠背式變流器的電網(wǎng)模擬器，本發(fā)明可以節(jié)省3個(gè)開(kāi)關(guān)管，縮小變流器的體積，降低系統(tǒng)成本，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)和控制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種電網(wǎng)電壓發(fā)生裝置，具體是一種基于九開(kāi)關(guān)變流器的電網(wǎng)模擬器及其應(yīng)用方法。

背景技術(shù)

風(fēng)力發(fā)電、太陽(yáng)能光伏發(fā)電等分布式發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)運(yùn)行被學(xué)者專家公認(rèn)為可以節(jié)約成本、降低能耗、提高電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性和靈活性。但隨著大規(guī)模的分布式系統(tǒng)接入電網(wǎng)，分布式發(fā)電系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)的消極影響逐漸凸顯出來(lái)，比如電網(wǎng)會(huì)出現(xiàn)電壓幅值跌落、驟升，電壓相位偏移等故障。在分布式系統(tǒng)并入電網(wǎng)的研究中，了解電力系統(tǒng)在這些故障下的運(yùn)行特性就顯得十分重要。然而由于電網(wǎng)的目標(biāo)是提供標(biāo)準(zhǔn)三相正弦電壓，各種形式的電網(wǎng)故障并不多見(jiàn)，并且在實(shí)驗(yàn)室條件范圍內(nèi)，僅通過(guò)電網(wǎng)很難復(fù)現(xiàn)這些故障。因此，需要一種能夠按照測(cè)試要求復(fù)現(xiàn)電網(wǎng)故障的裝置，即電網(wǎng)模擬器。

根據(jù)國(guó)內(nèi)外對(duì)電網(wǎng)模擬器多年的研究成果來(lái)看，可以將電網(wǎng)模擬器裝置歸納為三種：基于阻抗形式、基于變壓器形式和基于電力電子變換形式。其中基于電力電子變換形式的電網(wǎng)模擬器運(yùn)行靈活，功能強(qiáng)大，能夠滿足各種故障情況下的測(cè)試要求。

目前基于電力電子變換形式的電網(wǎng)模擬器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)使用較多的有以下幾種：

1.背靠背式十二開(kāi)關(guān)變流器拓?fù)?，整流環(huán)節(jié)采用三相PWM整流器，逆變環(huán)節(jié)采用三相PWM逆變器；

2.三相分離結(jié)構(gòu)拓?fù)?，整流環(huán)節(jié)采用三相PWM整流器，逆變環(huán)節(jié)采用3個(gè)單相逆變器。同時(shí)為了避免發(fā)生直流側(cè)短路，必須使用變壓器進(jìn)行隔離；

3.基諧分解型結(jié)構(gòu)拓?fù)?，整個(gè)系統(tǒng)分為基波和諧波兩個(gè)部分，基波和諧波整流模塊都采用了三相PWM整流器，基波和諧波逆變模塊都分別采用了3個(gè)單相逆變器，相當(dāng)于使用了兩個(gè)三相分離結(jié)構(gòu)拓?fù)洌?/p>

4.多電平基諧分解型結(jié)構(gòu)，整個(gè)系統(tǒng)也是分為基波和諧波兩個(gè)部分，基波發(fā)生模塊采用大功率低開(kāi)關(guān)頻率的三電平背靠背系統(tǒng)，諧波發(fā)生模塊采用小功率高帶寬的三電平背靠背系統(tǒng)；

5.多電平DC-DC結(jié)構(gòu)，主要特點(diǎn)是由多個(gè)功率模塊組成了功率變流器，一共有三相。一個(gè)功率模塊包括了工頻二極管，DC-DC變流器以及單相H橋逆變器。

以上拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及控制都比較復(fù)雜、開(kāi)關(guān)器件多、體積大且造價(jià)高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提出一種基于九開(kāi)關(guān)變流器的電網(wǎng)模擬器，不僅可以四象限運(yùn)行以實(shí)現(xiàn)電能向電網(wǎng)的回饋，而且可提供三相電網(wǎng)電壓輸出并模擬如電壓跌落、相位偏移等各種電網(wǎng)故障情況；同時(shí)相對(duì)于以上拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，基于九開(kāi)關(guān)變流器的電網(wǎng)模擬器成本更低、體積更小、損耗更少。

本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

一種基于九開(kāi)關(guān)變流器的電網(wǎng)模擬器，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(guò)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(kāi)關(guān)變流器；所述控制單元通過(guò)檢測(cè)逆變側(cè)三相電壓，經(jīng)過(guò)坐標(biāo)變換，通過(guò)PI控制調(diào)節(jié)，獲得逆變側(cè)PWM控制信號(hào)，從而控制變流單元中九開(kāi)關(guān)變流器功率器件的開(kāi)通與關(guān)斷，產(chǎn)生所需要模擬的電網(wǎng)電壓。

進(jìn)一步的，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。