[發(fā)明專利]一種電網(wǎng)模擬器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110045176.9
• 申請日: 2021-01-13
• 公開（公告）號: CN112886828B
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周連俊;汪誠;彭子琦;顧偉峰;應(yīng)展烽;殷明慧;楊炯明;彭云;卜京;陳載宇;鄒云
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇金風(fēng)科技有限公司;南京理工大學(xué)
• 主分類號: H02M5/42
• 分類號: H02M5/42;H02M5/458;G01R31/00;G01R31/08
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 朱炳斐

本發(fā)明公開了一種電網(wǎng)模擬器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其控制方法。所述拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括結(jié)構(gòu)完全相同的A、B、C三相，A、B、C三相LC濾波器，A、B、C三相變壓器及負(fù)載。模擬器可以四象限運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)電能向電網(wǎng)的回饋，可提供三相電網(wǎng)電壓輸出并模擬電網(wǎng)的電壓跌落、頻率偏移、三相不平衡、諧波畸變等各種電網(wǎng)故障情況。在設(shè)計控制器層面，將電網(wǎng)模擬器的控制方式分為基波控制和諧波控制，即分別控制低頻大容量模塊和高頻小容量模塊。此外，提出一種直流側(cè)電壓隨動控制策略，以解決各模塊間功率不匹配的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電力電子變換器及其控制領(lǐng)域，特別涉及一種電網(wǎng)模擬器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其控制方法。

背景技術(shù)

為了使光伏、風(fēng)電等分布式發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)，需要將其在并網(wǎng)前進(jìn)行電網(wǎng)適應(yīng)能力測試，然而由于電網(wǎng)是一個龐大的系統(tǒng)，進(jìn)行電網(wǎng)適應(yīng)能力測試時難以操作。且電網(wǎng)的主要作用是向用戶提供標(biāo)準(zhǔn)三相正弦電壓，各種形式的電網(wǎng)故障并不常見。因此需要專門的設(shè)備來模擬電網(wǎng)故障，分布式發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行測試。電網(wǎng)模擬器的作用就是模擬輸出電網(wǎng)各種故障，不僅可輸出正常的電網(wǎng)電壓，而且可模擬如電壓跌落、三相不平衡、頻率偏移及電壓包含諧波等常見故障。且要能實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行，使得能量雙向流動。隨著分布式發(fā)電系統(tǒng)的規(guī)模化，對電網(wǎng)模擬器功率及功能的要求也在增加。對電網(wǎng)模擬器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及控制策略的深入研究對分布式電力系統(tǒng)的適應(yīng)性測試具有非常重要的意義和價值。

現(xiàn)有的電網(wǎng)模擬器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)多采用前級不可控整流，后級三相PWM逆變結(jié)構(gòu)，但其無法實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行，且僅針對中低壓小容量系統(tǒng)，對大容量系統(tǒng)并不適用。目前，電網(wǎng)模擬器控制策略主要有比例積分控制、重復(fù)控制、滑模變控制等等，但比例積分控制器，只能對電網(wǎng)幅值進(jìn)行無差跟蹤，對給定電壓的跟蹤存在靜差值、延時和振蕩等問題；重復(fù)控制具有良好的穩(wěn)態(tài)輸出特性和魯棒性但存在輸出延遲一個基波周期、動態(tài)性能欠佳的問題；滑模變結(jié)構(gòu)為非線性控制，開和關(guān)的控制特性，導(dǎo)致其存在抖振的現(xiàn)象等。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種電網(wǎng)模擬器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其控制方法。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種電網(wǎng)模擬器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括：A、B、C三相，A、B、C三相LC濾波器，A、B、C三相變壓器，以及負(fù)載；A、B、C三相分別均輸出基波、低次諧波以及高次諧波，之后分別依次通過A、B、C三相LC濾波器和A、B、C三相變壓器連接負(fù)載。

進(jìn)一步地，所述A、B、C三相的結(jié)構(gòu)相同，每一相均包括基波與低頻大容量變換器模塊、高頻小容量變換器模塊；

所述基波與低頻大容量變換器模塊，用于輸出基波與低次諧波；

所述高頻小容量變換器模塊，用于輸出高次諧波。

進(jìn)一步地，所述基波與低頻大容量變換器模塊包括n個第一增益隨動型回饋模塊，n個第一分段式寬增益逆變模塊；

所述高頻小容量變換器模塊包括n個第二增益隨動型回饋模塊，n個第二分段式寬增益逆變模塊，其中n≥1；

所述第一增益隨動型回饋模塊的輸出端與第一分段式寬增益逆變模塊一一對應(yīng)連接，第二增益隨動型回饋模塊的輸出端與第二分段式寬增益逆變模塊一一對應(yīng)連接；n個第一分段式寬增益逆變模塊按序依次級聯(lián)，n個第二分段式寬增益逆變模塊按序依次級聯(lián)；與此同時，按序排列的第一個第二分段式寬增益逆變模塊與第n個第一分段式寬增益逆變模塊級聯(lián)，按序排列的第一個第一分段式寬增益逆變模塊的輸出端與A相或B相或C相LC濾波器連接，該LC濾波器之后與A相或B相或C相變壓器連接；A、B、C三相中按序排列的第n個第二分段式寬增益逆變模塊相級聯(lián)；其中，1≤i≤n。

進(jìn)一步地，所述增益隨動型回饋模塊，其硬件拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為三相pwm整流器；所述分段式寬增益逆變模塊，其硬件拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為H橋逆變器。

進(jìn)一步地，所述基波與低頻大容量變換器模塊、高頻小容量變換器模塊的容量選取為：