CN105203878B - 一种电网电压骤升骤降故障发生器及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电网电压骤升骤降故障发生器及系统，其中，包括：不控整流单元，与外接交流市电连接，用于将交流市电整流成脉动直流；直流稳压单元，与不控整流单元连接，用于维持整流得到的脉动直流的稳定与平滑；逆变电压输出单元，与直流稳压单元连接，用于将稳压后的脉动直流逆变成所需的交流电压。利用本发明提出的电网电压骤升骤降故障发生器及系统既可以模拟电网电压的骤降故障，也可以模拟电网电压的骤升故障。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统运行和控制技术领域，特别涉及一种电网电压骤升骤降故障发生器及系统。
背景技术
随着人类追求清洁能源步伐的不断加快，风力发电得到了更广泛的发展，风电场以其集群风力发电机组的方式进行电力的输送，其在电力系统电源结构中占比也大幅增加，对电力系统的影响也越来越明显。然而由于电网在户外的长距离输送，受自然条件的影响会造成电网的短路，电网短路故障会造成系统电压的瞬间跌落，使风电场中风电机组、无功补偿装置等设备无法抵御低电压故障而脱网；同时由于风电机组、无功补偿装置不具备低电压穿越能力，在电网发生短路故障时发生大规模的甩负荷，造成系统无功过剩使电力系统电压骤升，由于风电场中的风电机组、无功补偿装置不具备高电压故障的能力，造成更大面积的脱网事故，从而造成整个电力系统的瘫痪。为了提升风电场抵御电网故障的能力，需要提前开展相关方面的测试，模拟电力系统电网电压骤升与骤降故障，开展风电机组、无功补偿装置适应电网电压骤升与骤降方面的检测，从而提升风电机组、无功补偿装置抵御电网电压骤降与骤升故障的能力。
目前在实际测试过程中，部分厂家采用分压电阻的方式来模拟电网电压的骤降故障，该方案只能实现电网电压的骤降故障，无法模拟电网电压骤升的故障。
发明内容
本发明实施例提供了一种电网电压骤升骤降故障发生器，既可以模拟电网电压的骤降故障，也可以模拟电网电压的骤升故障，包括：
不控整流单元101，与外接交流市电连接，用于将交流市电整流成脉动直流；
直流稳压单元102，与不控整流单元101连接，用于维持整流得到的脉动直流的稳定与平滑；
逆变电压输出单元103，与直流稳压单元102连接，用于将稳压后的脉动直流逆变成所需的交流电压。
在一个实施例中，所述不控整流单元101包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3和第四二极管D4；
所述第一二极管D1的阳极与第二二极管D2的阴极连接；所述第一二极管D1的阴极与第三二极管D3的阴极连接；
所述第二二极管D2的阳极与第四二极管D4的阳极连接；
所述第三二极管D3的阳极与第四二极管D4的阴极连接；
所述不控整流单元101的输入端包括第一输入端和第二输入端；所述第一二极管D1的阳极为所述不控整流单元101的第一输入端，与外界交流市电连接；所述第三二极管D3的阳极为所述不控整流单元101的第二输入端，与外界交流市电连接；
所述不控整流单元101的输出端包括第一输出端和第二输出端；所述第三二极管D3的阴极为所述不控整流单元101的第一输出端，与直流稳压单元102连接；所述第四二极管D4的阳极为所述不控整流单元101的第二输出端，与直流稳压单元102连接。
在一个实施例中，所述直流稳压单元102采用电解电容器C；
所述电解电容器C的正极分别与所述不控整流单元101的第一输出端和所述逆变电压输出单元103的第一输入端连接；
所述电解电容器C的负极分别与所述不控整流单元101的第二输出端和所述逆变电压输出单元103的第二输入端连接。
在一个实施例中，所述逆变电压输出单元103包括第一三极管SV1、第一寄生二极管D5、第二三极管SV2、第二寄生二极管D6、第三三极管SV3、第三寄生二极管D7、第四三极管SV4、第四寄生二极管D8、第五三极管SV5、第五寄生二极管D9、第六三极管SV6、第六寄生二极管D10、第一电感L1、第二电感L2和第三电感L3；
所述第一三极管SV1的发射极与第一寄生二极管D5的阳极、第二三极管SV2的集电极和第一电感L1连接；所述第一三极管SV1的集电极与第一寄生二极管D5的的阴极和第三三极管SV3的集电极连接；
所述第二三极管SV2的发射极与第二寄生二极管D6的阳极和第四三极管SV4的发射极连接；所述第二三极管SV2的集电极与第二寄生二极管D6的阴极连接；
所述第三三极管SV3的发射极与第三寄生二极管D7的阳极、第四三极管SV4的集电极和第二电感L2连接；所述第三三极管SV3的集电极与第三寄生二极管D7的阴极和第五三极管SV5的集电极连接；
所述第四三极管SV4的发射极与第四寄生二极管D8的阳极和第六三极管SV6的发射极连接；所述第四三极管SV4的集电极与第四寄生二极管D8的阴极连接；
所述第五三极管SV5的发射极与第五寄生二极管D9的阳极、第六三极管SV6的集电极和第三电感L3连接；所述第五三极管SV5的集电极与第五寄生二极管D9的阴极连接；
所述第六三极管SV6的发射极与第六寄生二极管D10的阳极连接；所述第六三极管SV6的集电极与第六寄生二极管D10的阴极连接；
第一三极管SV1的基极、第二三极管SV2的基极、第三三极管SV3的基极、第四三极管SV4的基极、第五三极管SV5的基极和第六三极管SV6的基极与外部控制电路连接；
所述逆变电压输出单元103的输入端包括第一输入端和第二输入端；所述第一三极管SV1的集电极为所述逆变电压输出单元103的第一输入端，与所述直流稳压单元102连接；所述第四三极管SV4的发射极为所述逆变电压输出单元103的第二输入端，与所述直流稳压单元102连接；
所述逆变电压输出单元103的包括第一输出端、第二输出端和第三输出端，用于输出模拟电压；所述第一电感L1为所述逆变电压输出单元103的第一输出端，所述第二电感L2为所述逆变电压输出单元103的第二输出端，所述第三电感L3为所述逆变电压输出单元103的第三输出端。
本发明实施例还提供了一种电网电压骤升骤降故障发生系统，既可以模拟电网电压的骤降故障，也可以模拟电网电压的骤升故障，该系统包括上述所说的电网电压骤升骤降故障发生器、输入固态开关、旁路固态开关和输出固态开关；
所述输入固态开关的第一端与输入端电网电压二次侧连接，所述输入固态开关第二端与所述旁路固态开关的第一端连接；
所述旁路固态开关的第一端与输出固态开关的第一端连接；
所述输出固态开关的第一端还与输出端电网电压二次侧连接，所述输出固态开关的第二端与电网电压骤升骤降故障发生器连接；
所述旁路固态开关与所述输出固态开关联动设置，当旁路固态开关打开时，输出固态开关闭合；
当输入固态开关和旁路固态开关闭合时，输出固态开关打开，正常输出电网电压二次侧电压；
当输入固态开关和旁路固态开关打开时，输出固态开关闭合，输出经过电网电压骤升骤降故障发生器模拟的骤升电压或骤降电压。
在一个实施例中，该系统还包括：
控制装置，分别与输入固态开关、旁路固态开关、输出固态开关和电网电压骤升骤降故障发生器连接，用于为输入固态开关、旁路固态开关、输出固态开关和电网电压骤升骤降故障发生器中的逆变电压输出单元103提供驱动信号。
在一个实施例中，该系统还包括：
交流电压采样电路，与输入端电网电压二次侧和控制装置连接，用于采集电网电压二次侧的电压信号，并将电网电压二次侧的电压信号发送至控制装置中；
所述控制装置，还用于接收交流电压采样电路采集的电网电压二次侧的电压信号，并计算出电网电压二次侧的电压相角，控制电网电压骤升骤降故障发生器中的逆变电压输出单元103输出与电网电压二次侧的电压相角相同的骤升电压或骤降电压。
在一个实施例中，所述交流电压采样电路包括：
第一电阻R1的一端与滑动电阻R的一端连接，第一电阻R1的另一端与电网电压二次侧输入端连接；
滑动电阻R的另一端与第二电阻R2的一端连接，滑动电阻R的滑动端与第三电阻R3的一端连接；
第二电阻R2的另一端接地；
第三电阻R3的另一端与第一电容C1的一端连接；
第一电容C1的一端还与第四电阻R4的一端连接；第一电容C1的另一端接地；
运算放大器的正极与第四电阻R4的另一端连接；运算放大器的负极分别与第二电容C2的一端和第六电阻R6的一端连接，运算放大器的输出极分别与第二电容C2的另一端和第五电阻R5的一端连接；运算放大器同时外接+15V和接地；
第五电阻R5的另一端与光电耦合器的第一输入端连接；
光电耦合器的第二输入端与光电耦合器的第三输入端连接；光电耦合器的第四输入端接地；光电耦合器的第一输出端和第三输出端外接+15V；光电耦合器的第二输出端与第七电阻R7的一端连接；光电耦合器的第四输出端与第六电阻R6的一端连接；
第六电阻R6的另一端接地；
第七电阻R7的一端还分别与第十三二极管D13的阳极和第三电容C3的一端连接；第七电阻R7的另一端接地；
第十三二极管D13的阴极外接+3.3V；
第三电容C3的一端还与第八电阻R8的一端连接；第三电容C3的另一端接地；
第八电阻R8的另一端与控制装置连接。
在一个实施例中，所述光电耦合器包括：第一发光二极管D11、第二发光二极管D12、第七三极管SV7和第八三极管SV8；
所述光电耦合器的第一输入端为第一发光二极管D11的阳极；
所述光电耦合器的第二输入端为第一发光二极管D11的阴极；
所述光电耦合器的第三输入端为第二发光二极管D12的阳极；
所述光电耦合器的第四输入端为第二发光二极管D12的阴极；
所述光电耦合器的第一输出端为第七三极管SV7的集电极；
所述光电耦合器的第二输出端为第七三极管SV7的发射极；
所述光电耦合器的第三输出端为第八三极管SV8的集电极；
所述光电耦合器的第四输出端为第八三极管SV8的发射极；
所述第七三极管SV7基极和第八三极管SV8的基极为受光点。
在一个实施例中，该系统还包括：
数据采集设备，分别与输出固态开关和控制装置连接，用于记录电网电压骤升骤降故障发生时刻，和经过电网电压骤升骤降故障发生器模拟的骤升电压或骤降电压；
所述控制装置，还用于为数据采集设备提供同步触发输出信号。
在一个实施例中，所述输入固态开关、旁路固态开关和输出固态开关采用IGBT功率器件。
在本发明实施例中，通过不控整流单元将交流市电整流成脉动直流；通过直流稳压单元保证整流得到的脉动直流的稳定与平滑；通过逆变电压输出单元将稳压后的脉动直流逆变成所需的交流电压，所需的交流电压可以是升高的电压也可以是降低的电压，因此既可以模拟电网电压的骤降故障，也可以模拟电网电压的骤升故障
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：
图1是本发明实施例提供的一种电网电压骤升骤降故障发生器电路结构图；
图2是本发明实施例提供的一种电压骤升骤降故障发生系统结构图；
图3是本发明实施例提供的一种交流电压采样电路结构图；
图4是本发明实施例提供的一种电压骤升骤降故障发生系统中的控制装置的结构图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
在现有的模拟电力系统电网电压骤升与骤降故障的实际测试过程中，部分厂家采用分压电阻的方式来模拟电网电压的骤降故障，该方案只能实现电网电压的骤降故障，无法模拟电网电压骤升的故障。如果可以提出一种可以同时模拟电压骤升与骤降故障的发生器，就可以解决现有技术中存在的问题。基于此，本发明提出一种电网电压骤升骤降故障发生器及系统。
图1是本发明实施例提供的一种电网电压骤升骤降故障发生器电路结构图，如图1所示，该电网电压骤升骤降故障发生器包括：
不控整流单元101，与外接交流市电连接，用于将交流市电整流成脉动直流；
直流稳压单元102，与不控整流单元101连接，用于维持整流得到的脉动直流的稳定与平滑；
逆变电压输出单元103，与直流稳压单元102连接，用于将稳压后的脉动直流逆变成所需的交流电压。
下面具体描述各个部分的电路结构。
具体实施时，不控整流单元101采用的是H桥电路，包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3和第四二极管D4；
所述第一二极管D1的阳极与第二二极管D2的阴极连接；所述第一二极管D1的阴极与第三二极管D3的阴极连接；
所述第二二极管D2的阳极与第四二极管D4的阳极连接；
所述第三二极管D3的阳极与第四二极管D4的阴极连接；
所述不控整流单元101的输入端包括第一输入端和第二输入端；所述第一二极管D1的阳极为所述不控整流单元101的第一输入端，与外界交流市电连接；所述第三二极管D3的阳极为所述不控整流单元101的第二输入端，与外界交流市电连接；
所述不控整流单元101的输出端包括第一输出端和第二输出端；所述第三二极管D3的阴极为所述不控整流单元101的第一输出端，与直流稳压单元102连接；所述第四二极管D4的阳极为所述不控整流单元101的第二输出端，与直流稳压单元102连接。
具体实施时，直流稳压单元102选用电解电容器C进行电流平波与电压支撑处理。其中，电解电容器C的正极(电压为Udc)分别与不控整流单元101的第一输出端(即第三二极管D3的阴极)和逆变电压输出单元103的第一输入端连接；
电解电容器C的负极分别与不控整流单元101的第二输出端(即第四二极管D4的阳极)和逆变电压输出单元103的第二输入端连接。
具体实施时，逆变电压输出单元103包括第一三极管SV1、第一寄生二极管D5、第二三极管SV2、第二寄生二极管D6、第三三极管SV3、第三寄生二极管D7、第四三极管SV4、第四寄生二极管D8、第五三极管SV5、第五寄生二极管D9、第六三极管SV6、第六寄生二极管D10、第一电感L1、第二电感L2和第三电感L3；
所述第一三极管SV1的发射极与第一寄生二极管D5的阳极、第二三极管SV2的集电极和第一电感L1连接；所述第一三极管SV1的集电极与第一寄生二极管D5的的阴极和第三三极管SV3的集电极连接；
所述第二三极管SV2的发射极与第二寄生二极管D6的阳极和第四三极管SV4的发射极连接；所述第二三极管SV2的集电极与第二寄生二极管D6的阴极连接；
所述第三三极管SV3的发射极与第三寄生二极管D7的阳极、第四三极管SV4的集电极和第二电感L2连接；所述第三三极管SV3的集电极与第三寄生二极管D7的阴极和第五三极管SV5的集电极连接；
所述第四三极管SV4的发射极与第四寄生二极管D8的阳极和第六三极管SV6的发射极连接；所述第四三极管SV4的集电极与第四寄生二极管D8的阴极连接；
所述第五三极管SV5的发射极与第五寄生二极管D9的阳极、第六三极管SV6的集电极和第三电感L3连接；所述第五三极管SV5的集电极与第五寄生二极管D9的阴极连接；
所述第六三极管SV6的发射极与第六寄生二极管D10的阳极连接；所述第六三极管SV6的集电极与第六寄生二极管D10的阴极连接；
第一三极管SV1的基极、第二三极管SV2的基极、第三三极管SV3的基极、第四三极管SV4的基极、第五三极管SV5的基极和第六三极管SV6的基极与外部控制电路连接；
所述逆变电压输出单元103的输入端包括第一输入端和第二输入端；所述第一三极管SV1的集电极为所述逆变电压输出单元103的第一输入端，与所述直流稳压单元102连接；所述第四三极管SV4的发射极为所述逆变电压输出单元103的第二输入端，与所述直流稳压单元102连接；
所述逆变电压输出单元103的包括第一输出端、第二输出端和第三输出端，用于输出模拟电压；所述第一电感L1为所述逆变电压输出单元103的第一输出端，所述第二电感L2为所述逆变电压输出单元103的第二输出端，所述第三电感L3为所述逆变电压输出单元103的第三输出端。
通过逆变电压输出单元103可以逆变输出所要求的交流电压。其中，第一电感L1、第二电感L2和第三电感L3的作用是将脉冲电压滤波成平滑的交流电压。
综上，该电网电压骤升骤降故障发生器的工作方式为：通过电源插座给该电网电压骤升骤降故障发生器通普通220V市电，该电网电压骤升骤降故障发生器将220V的交流市电通过不控整流单元101整流成直流电，然后通过直流稳压单元102维持整流后直流电的稳定，再通过逆变电压输出单元103根据需要将稳定后的直流电逆变成所需要的电压，即升高的电压或降低的电压。
现有的风电场大多采用高电压远距离输送方式进行功率输送，一般高电压等级都为220kV、35kV等，风电场将高电压通过PT线圈降为二次侧电压，保证了风电场设备电气连接的安全性。在检测风电场风电机组、无功补偿装置等设备在电网电压骤升骤降故障下的特性时，需在电网电压一次侧造成电压扰动，开展风电机组、无功补偿装置的电网电压波动性能试验，由于在电网电压一次侧模拟电压扰动，需要投切大容量电容支路或者投切风电场汇集线路，容易造成系统的不稳定而发生大规模脱网事故，同时由于在系统一次侧进行电压扰动操作，无法准确记录下电网电压骤升骤降开始时刻，无法准确检测出风电机组、无功补偿装置在电网电压骤升骤降时的动态响应时间。因此，本发明还提出了一种电网电压骤升骤降故障发生系统，在风电场中电网电压二次侧串入了本发明开发的电网电压骤升骤降故障发生器进行测试，保证了系统的安全稳定，可以生成任意电压等级的电压信号，方便风电机组、无功补偿装置电压适应能力测试，同时在输出不同电压等级电压信号的同时，可以输出同步触发信号至外部测量录波设备，保证电压骤升骤降输出的同时记录下故障发生时刻，可以准确评估风电机组、无功补偿装置的动态响应时间。
下面详细描述本发明提出的电网电压骤升骤降故障发生系统的组成部分，及各组成部分的作用或结构。
图2是本发明实施例提供的一种电压骤升骤降故障发生系统结构图，该电网电压骤升骤降故障发生系统包括上面所说的电网电压骤升骤降故障发生器、输入固态开关、旁路固态开关和输出固态开关，四者集成在一个控制柜中，保证了该系统的使用便捷性。其中，输入固态开关的第一端与输入端电网电压二次侧连接，输入固态开关第二端与旁路固态开关的第一端连接；旁路固态开关的第一端与输出固态开关的第一端连接；
输出固态开关的第一端还与输出端电网电压二次侧连接，输出固态开关的第二端与电网电压骤升骤降故障发生器连接。其中，输入固态开关、旁路固态开关和输出固态开关均选用IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)模块，保证开关动作的快速性。
具体实施时，首先将风电场电网电压PT二次侧的输入端和输出端断开，串入输入固态开关，在输入固态开关之后电网电压骤升骤降模拟发生器与旁路开关并联运行，且旁路固态开关与输出固态开关采用联动设置，即在正常运行时旁路开关闭合，输出固态开关打开，电网电压骤升骤降模拟发生器不工作；在进行模拟故障电压输出时，将旁路开关断开，同时闭合输出固态开关，从而使风电场电网电压PT二次侧产生电网电压扰动(即发生电压骤升骤降故障)。
具体实施时，该电网电压骤升骤降故障发生系统还包括：交流电压采样电路，与输入端电网电压二次侧和控制装置连接，用于采集电网电压二次侧的电压信号，并将电网电压二次侧的电压信号发送至控制装置中。采集电网电压二次侧的电压信号主要是通过控制装置来计算风电场电网电压相角，然后通过控制装置的控制使得电网电压骤升骤降故障发生器中三相逆变器输出与风电场相位相同的三相电压。
图3是本发明实施例提供的一种交流电压采样电路结构图，该交流电压采样电路包括：
第一电阻R1的一端与滑动电阻R的一端连接，第一电阻R1的另一端与电网电压二次侧输入端连接；
滑动电阻R的另一端与第二电阻R2的一端连接，滑动电阻R的滑动端与第三电阻R3的一端连接；
第二电阻R2的另一端接地；
第三电阻R3的另一端与第一电容C1的一端连接；
第一电容C1的一端还与第四电阻R4的一端连接；第一电容C1的另一端接地；
运算放大器的正极与第四电阻R4的另一端连接；运算放大器的负极分别与第二电容C2的一端和第六电阻R6的一端连接，运算放大器的输出极分别与第二电容C2的另一端和第五电阻R5的一端连接；运算放大器同时外接+15V和接地；
第五电阻R5的另一端与光电耦合器的第一输入端连接；
光电耦合器的第二输入端与光电耦合器的第三输入端连接；光电耦合器的第四输入端接地；光电耦合器的第一输出端和第三输出端外接+15V；光电耦合器的第二输出端与第七电阻R7的一端连接；光电耦合器的第四输出端与第六电阻R6的一端连接；
第六电阻R6的另一端接地；
第七电阻R7的一端还分别与第十三二极管D13的阳极和第三电容C3的一端连接；第七电阻R7的另一端接地；
第十三二极管D13的阴极外接+3.3V；
第三电容C3的一端还与第八电阻R8的一端连接；第三电容C3的另一端接地；
第八电阻R8的另一端与控制装置连接。
具体的，光电耦合器采用的是TLP521，包括：第一发光二极管D11、第二发光二极管D12、第七三极管SV7和第八三极管SV8；
所述光电耦合器的第一输入端为第一发光二极管D11的阳极；
所述光电耦合器的第二输入端为第一发光二极管D11的阴极；
所述光电耦合器的第三输入端为第二发光二极管D12的阳极；
所述光电耦合器的第四输入端为第二发光二极管D12的阴极；
所述光电耦合器的第一输出端为第七三极管SV7的集电极；
所述光电耦合器的第二输出端为第七三极管SV7的发射极；
所述光电耦合器的第三输出端为第八三极管SV8的集电极；
所述光电耦合器的第四输出端为第八三极管SV8的发射极；
所述第七三极管SV7基极和第八三极管SV8的基极为受光点。
具体实施时，该电网电压骤升骤降故障发生系统还可以包括：数据采集设备，分别与输出固态开关和控制装置连接，用于进行同步数据记录，即在电网电压输出的同时，记录电网电压骤升骤降故障发生时刻，和输出的电网电压，从而计算风电机组、无功补偿装置等设备的响应时间。
具体实施时，上面所说的控制装置，也是该电网电压骤升骤降故障发生系统所包括的，用来控制该电网电压骤升骤降故障发生系统所包括的其他各结构。具体的，控制装置，分别与输入固态开关、旁路固态开关、输出固态开关和电网电压骤升骤降故障发生器连接，用于为输入固态开关、旁路固态开关、输出固态开关和电网电压骤升骤降故障发生器中的逆变电压输出单元103提供驱动信号；还与交流电压采样电路连接，用于接收交流电压采样电路采集的电网电压二次侧的电压信号，计算出电网电压二次侧的电压相角，控制电网电压骤升骤降故障发生器中的逆变电压输出单元103输出与电网电压二次侧的电压相角相同的骤升电压或骤降电压；还与数据采集设备连接，用于为数据采集设备提供同步触发输出信号。
具体实施时，本发明提出的控制装置采用单片机处理器PIC18F2331，其控制电路结构图如图4所示，利用单片机处理器来实现电网电压骤升骤降幅值和故障持续时间的精确控制，保证控制逻辑的严谨性。单片机处理器PIC18F2331具有多路输出端口，如引脚RB1(即驱动信号输出端口)外接电阻R11和5V电压(作用：将信号加强，固定信号于5V之内)，然后连接输入固态开关，为输入固态开关提供驱动信号；引脚RB2(即驱动信号输出端口)外接电阻R12和5V电阻，然后连接旁路固态开关，为旁路固态开关提供驱动信号；引脚RB3(即驱动信号输出端口)外接电阻R13和5V电阻，然后连接输出固态开关，为输出固态开关提供驱动信号；其内部独有的PWM0至PWM5(脉冲宽度调制)输出端口，分别连接至电网电压骤升骤降故障发生中的逆变电压输出单元103中的六个三极管SV1至SV6的基极，提供逆变器驱动信号，这样可以简化逆变器驱动电路程序编写，通过电压空间矢量调制(SVPWM)控制，实现输出三相交流电压；A/D(模数)采样口，与交流电压采样电路连接，通过该采样口接收交流电压采样电路采集的电网电压二次侧的电压信号；同步触发端口SYNC，在输出电网电压的同时，输出触发信号，可用于触发外部数据采集设备进行同步数据记录，计算风电机组、无功补偿装置等设备的响应时间。
另，单片机处理器PIC18F2331由外部5V电压经过电阻R14和电源端口MCLR供电。
具体实施时，单片机处理器PIC18F2331会根据电网电压骤升骤降故障发生系统当前的状态进行判断是否需要输出交流电压，即当旁路固态开关打开时，电网电压骤升骤降故障发生器开始逆变，输出测试需要的交流电压。单片机处理器PIC18F2331中设置有逻辑延时处理环节，当测试需要发生扰动电压信号时，电网电压骤升骤降故障发生器提前开始逆变输出电压，在交流电压建立之后，触发旁路固态开关的断开、输出固态开关的导通。
具体实施时，由于现有的采用分压电阻的方式来模拟电网电压的骤降故障，无法实现任意幅度的电网电压跌落故障，在现场的应用方面受到了限制。因此，针对现有技术中存在的问题，本发明在实际测试前，将电压骤升或骤降的幅度存入到了该单片机处理器中，输出的电压幅值可以根据测试需要进行调整。该单片机处理器具备固定等级的电网电压骤降与骤升开关控制按钮，实现电网电压骤降与骤升的幅度和持续时间；同时包含可编程控制按钮，来实现不同电网电压骤升与骤降幅值与持续时间的按钮，功能齐全，操作方便，可以应用于风电场任何现场试验。
综上所述，本发明提出的电网电压骤升骤降模拟发生器及系统，实现了风电场的风电机组、无功补偿装置等设备在电网电压波动时的外特性。该电网电压骤升骤降模拟发生系统在风电场二次侧进行电压骤升骤降模拟，替代高压侧产生故障信号，保证了试验操作的安全，同时接线与现场操作更加便捷。该发生系统的控制装置还具备外部同步触发功能，在模拟电网电压骤升骤降故障时可以自动记录故障发生时刻，准确记录风电机组、无功补偿装置等设备的响应时间。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明实施例的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明实施例不限制于任何特定的硬件和软件结合。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种电网电压骤升骤降故障发生系统，其特征在于，包括电网电压骤升骤降故障发生器、输入固态开关、旁路固态开关和输出固态开关；
所述电网电压骤升骤降故障发生器包括：
不控整流单元(101)，与外接交流市电连接，用于将交流市电整流成脉动直流；
直流稳压单元(102)，与不控整流单元(101)连接，用于维持整流得到的脉动直流的稳定与平滑；
逆变电压输出单元(103)，与直流稳压单元(102)连接，用于将稳压后的脉动直流逆变成所需的交流电压；
所述输入固态开关的第一端与输入端电网电压二次侧连接，所述输入固态开关第二端与所述旁路固态开关的第一端连接；
所述旁路固态开关的第一端与输出固态开关的第一端连接；
所述输出固态开关的第一端还与输出端电网电压二次侧连接，所述输出固态开关的第二端与电网电压骤升骤降故障发生器连接；
所述旁路固态开关与所述输出固态开关联动设置，当旁路固态开关打开时，输出固态开关闭合；
当输入固态开关和旁路固态开关闭合时，输出固态开关打开，正常输出电网电压二次侧电压；
当输入固态开关和旁路固态开关打开时，输出固态开关闭合，输出经过电网电压骤升骤降故障发生器模拟的骤升电压或骤降电压；
还包括：
控制装置，分别与输入固态开关、旁路固态开关、输出固态开关和电网电压骤升骤降故障发生器连接，用于为输入固态开关、旁路固态开关、输出固态开关和电网电压骤升骤降故障发生器中的逆变电压输出单元(103)提供驱动信号；
还包括：
交流电压采样电路，与输入端电网电压二次侧和控制装置连接，用于采集电网电压二次侧的电压信号，并将电网电压二次侧的电压信号发送至控制装置中；
所述控制装置，还用于接收交流电压采样电路采集的电网电压二次侧的电压信号，并计算出电网电压二次侧的电压相角，控制电网电压骤升骤降故障发生器中的逆变电压输出单元(103)输出与电网电压二次侧的电压相角相同的骤升电压或骤降电压。
2.如权利要求1所述的电网电压骤升骤降故障发生系统，其特征在于，所述交流电压采样电路包括：
第一电阻(R1)的一端与滑动电阻(R)的一端连接，第一电阻(R1)的另一端与电网电压二次侧输入端连接；
滑动电阻(R)的另一端与第二电阻(R2)的一端连接，滑动电阻(R)的滑动端与第三电阻(R3)的一端连接；
第二电阻(R2)的另一端接地；
第三电阻(R3)的另一端与第一电容(C1)的一端连接；
第一电容(C1)的一端还与第四电阻(R4)的一端连接；第一电容(C1)的另一端接地；
运算放大器的正极与第四电阻(R4)的另一端连接；运算放大器的负极分别与第二电容(C2)的一端和第六电阻(R6)的一端连接，运算放大器的输出极分别与第二电容(C2)的另一端和第五电阻(R5)的一端连接；运算放大器同时外接+15V和接地；
第五电阻(R5)的另一端与光电耦合器的第一输入端连接；
光电耦合器的第二输入端与光电耦合器的第三输入端连接；光电耦合器的第四输入端接地；光电耦合器的第一输出端和第三输出端外接+15V；光电耦合器的第二输出端与第七电阻(R7)的一端连接；光电耦合器的第四输出端与第六电阻(R6)的一端连接；
第六电阻(R6)的另一端接地；
第七电阻(R7)的一端还分别与第十三二极管(D13)的阳极和第三电容(C3)的一端连接；第七电阻(R7)的另一端接地；
第十三二极管(D13)的阴极外接+3.3V；
第三电容(C3)的一端还与第八电阻(R8)的一端连接；第三电容(C3)的另一端接地；
第八电阻(R8)的另一端与控制装置连接。
3.如权利要求2所述的电网电压骤升骤降故障发生系统，其特征在于，所述光电耦合器包括：第一发光二极管(D11)、第二发光二极管(D12)、第七三极管(SV7)和第八三极管(SV8)；
所述光电耦合器的第一输入端为第一发光二极管(D11)的阳极；
所述光电耦合器的第二输入端为第一发光二极管(D11)的阴极；
所述光电耦合器的第三输入端为第二发光二极管(D12)的阳极；
所述光电耦合器的第四输入端为第二发光二极管(D12)的阴极；
所述光电耦合器的第一输出端为第七三极管(SV7)的集电极；
所述光电耦合器的第二输出端为第七三极管(SV7)的发射极；
所述光电耦合器的第三输出端为第八三极管(SV8)的集电极；
所述光电耦合器的第四输出端为第八三极管(SV8)的发射极；
所述第七三极管(SV7)基极和第八三极管(SV8)的基极为受光点。
4.如权利要求1所述的电网电压骤升骤降故障发生系统，其特征在于，还包括：
数据采集设备，分别与输出固态开关和控制装置连接，用于记录电网电压骤升骤降故障发生时刻，和经过电网电压骤升骤降故障发生器模拟的骤升电压或骤降电压；
所述控制装置，还用于为数据采集设备提供同步触发输出信号。
5.如权利要求1所述的电网电压骤升骤降故障发生系统，其特征在于，所述输入固态开关、旁路固态开关和输出固态开关采用IGBT功率器件。
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