发明内容
本发明的目的是提供一种用于低电压穿越测试的低电压发生装置及其电压控制方法,用以解决的现有控制方法较为复杂问题。
为实现上述目的,本发明的方案包括:
用于低电压穿越测试的低电压发生装置,包括依次连接的电源、整流器、三相PWM逆变器和滤波器,滤波器的输出用于连接待测装置;所述三相PWM逆变器采用开环控制,其PWM控制器包括:分别输出调制度md +、md -、mq +、mq -的正序d轴分量给定单元、负序d轴分量给定单元、正序q轴分量给定单元和负序q轴分量给定单元;所述调制度分别经过ipark变换单元,得到两相静止坐标系下α、β轴正负序分量mds +、mds -、mqs +、mqs -,将α轴、β轴正负序分量分别相加即可得到最终两相静止坐标系下用于SVPWM调制的指令mα、mβ,mα=mds ++mds -,mβ=mqs ++mqs -;用于SVPWM调制的指令mα、mβ输入到空间矢量PWM调制单元,空间矢量PWM调制单元输出控制所述三相PWM逆变器。
所述整流器为采用双闭环控制的三相PWM整流器。
所述正序d轴分量给定单元、负序d轴分量给定单元、正序q轴分量给定单元和负序q轴分量给定单元与对应的ipark变换单元之间均设有跌落速度控制单元。
一种低电压发生装置的电压控制方法,控制所述md +、md -、mq +、mq -,经过ipark变换和空间矢量PWM调制,产生预期的跌落相电压峰值为n×VT,0≤n≤1。
mq +=mq -=0;
单相不平衡跌落时,
两相不平衡跌落时,
三相平衡跌落时,
VT——正常电网相电压峰值;
vd +——经ipark变换后d轴电网电压正序分量;
vd -——经ipark变换后d轴电网电压负序分量;
vq +——经ipark变换后q轴电网电压正序分量;
vq -——经ipark变换后q轴电网电压负序分量;
Vdc——三相PWM逆变器直流侧电压。
控制d轴正序、d轴负序调制度上升或下降斜率以控制电压跌落速率。
本发明提供了一种基于正负序分离算法的低电压发生方法,以并网点电压跌落后相位不变为出发点,在双旋转坐标系下分别控制正、负序分量输出就能产生预期的电压跌落。
正负序分离算法的推理过程如下:
根据对称分量法,对三相系统,每一相电压都是由正序、负序和零序分量组合而成,如式1所示:
对三相平衡系统,其输出相电压仅包含正序分量,因此V-=0,V0=0;而对三相不平衡系统,其输出相电压同时包含正序、负序、零序分量,因此V-≠0,V0≠0。当其中一相电压或两相电压发生跌落后,如果其相位不发生变化,则通过作图法可直接得到正序、负序及零序分量大小,单相跌落(以A相为例分析说明)、两相跌落(以B、C相为例分析说明)向量图分别如图2、图3所示:
设正常电网电压相电压峰值为VT,跌落相电压峰值为n×VT(0≤n≤1),则根据跌落方式的不同,可分别得到以下三种电网电压表达式:
1)单相不平衡跌落
由图2可得到时正序、负序、零序分量幅值为:
由此可得到单相不平衡跌落时三相电压表达式如式2所示:
2)两相不平衡跌落
由图2可得到正序、负序、零序分量幅值为:
由此可得到两相不平衡跌落时三相电压表达式如式3所示:
3)三相平衡跌落
电网电压仅包含正序分量,其表达式如式4所示:
对三相三线制系统,忽略零序分量,仅考虑正序、负序分量,则在双旋转坐标系下对式(2)~(4)按(5)~(11)进行dq旋转变换。
由此可以得到双旋转坐标系下d轴、q轴正序、负序分量大小如下:
1)单相不平衡跌落
2)两相不平衡跌落
3)三相平衡跌落
通过上述分析可知,只要在双旋转坐标系下对d轴正序、d轴负序分量按式(12)~(17)进行合理控制,即可在交流端口合成预期的电压幅值。本发明采用开环控制方式。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
如图4所示,整个装置由背靠背三相电压源型变换器构成,包括依次连接的电源(如图4中采用耦合变压器)、整流器、三相PWM逆变器和滤波器,滤波器的输出用于连接待测装置;所述三相PWM逆变器采用开环控制,其PWM控制器包括:分别输出调制度md +、md -、mq +、mq -的正序d轴分量给定单元、负序d轴分量给定单元、正序q轴分量给定单元和负序q轴分量给定单元;所述调制度分别经过ipark变换单元(分别引入同步角θ、-θ),得到两相静止坐标系下α、β轴正负序分量mds +、mds -、mqs +、mqs -,将α轴、β轴正负序分量分别相加即可得到最终两相静止坐标系下用于SVPWM调制的指令mα、mβ,mα=mds ++mds -,mβ=mqs ++mqs -;用于SVPWM调制的指令mα、mβ输入到空间矢量PWM调制单元,空间矢量PWM调制单元输出控制所述三相PWM逆变器。
其中PWM整流器用于稳定直流侧电压,PWM逆变器通过特定的控制方式可分别输出三相平衡、单相不平衡、两相不平衡电压,从而模拟电网电压跌落。
PWM整流器采用双闭环控制,将直流电压稳定在恒定值,PWM逆变器采用开环控制方式,由于交流输出电压跌落后相位不发生变化,因此mq +=mq -=0,可见只需分别控制正序、负序调制度md +、md -即可控制交流输出电压的跌落方式及跌落深度。设直流母线电压(即三相PWM逆变器直流侧电压)为Vdc,当采用空间矢量调制方式时,正序、负序分量对应调制度如下:
1)单相不平衡跌落时,
2)两相不平衡跌落时,
3)三相平衡跌落时,
具体实施过程中只需按照式(20)~(24)分别给定d轴正序、d轴负序调制度,即可获得单相不平衡跌落、两相不平衡跌落、三相平衡跌落等各种电压跌落工况,若对跌落速度有要求,可如图4所示增加跌落速度控制器,通过控制d轴正序、d轴负序调制度上升或下降斜率即可控制电压跌落速率。由于整个装置均采用电力电子变换器,且运用全数字控制技术,因此具有控制简单、灵活、装置体积小、成本低等优势,可广泛用于光伏电站、风电场现场并网验收测试。关于ipark变换,以及后续空间矢量PWM调制的具体步骤属于现有技术,在此不再赘述。
本发明项目受国家高技术研究发展计划(863计划)课题资助,课题编号:2012AA050206。