CN106950512A - 一种储能变流器并离网特性一体化检测系统及方法 - Google Patents

一种储能变流器并离网特性一体化检测系统及方法 Download PDF

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CN106950512A CN201710078855.XA CN201710078855A CN106950512A CN 106950512 A CN106950512 A CN 106950512A CN 201710078855 A CN201710078855 A CN 201710078855A CN 106950512 A CN106950512 A CN 106950512A
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    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/40Testing power supplies
    • G01R31/42AC power supplies

Abstract

本发明涉及一种储能变流器并离网特性一体化检测系统及方法,所述方法包括:并网变流单元和模拟变流单元,所述并网变流单元包括整流模块和LCL滤波器,整流模块的交流侧通过LCL滤波器接入电网,直流侧与所述模拟变流单元的直流侧相连,所述模拟变流单元的交流侧与被测储能变流器连接;本发明提供的技术方案,提出了储能变流器并/离网特性一体化检测系统的拓扑,提高储能变流器检测系统的有效性以及模拟电网的拟合性。

Description

一种储能变流器并离网特性一体化检测系统及方法
技术领域
[0001] 本发明涉及变流控制技术领域,具体涉及一种储能变流器并离网特性一体化检测 系统及方法。
背景技术
[0002] 随着可再生能源并网发电系统在电力系统的渗透率不断提升,尤其光伏和风电等 新能源的随机性特点、分布式发电导致的配网潮流双向流动以及分布式发电在电力系统中 的合理配置及布点等因素,导致电力系统设计的复杂程度成倍增加,如何提高电力系统对 大规模可再生能源发电的接纳能力,已经受到广泛关注。储能既可作为发电单元又可作为 负荷单元,灵活的双向性能将使其在可再生能源发电消纳中发挥重要作用。
[0003] 储能变流器是直流电池系统与交流电网的电力电子接口装置,除了进行电池充放 电管理外还要实现储能系统并网运行、离网孤岛运行功能。为考核储能变流器的并网性能 指标,一般需采用可模拟各种电网工作特性的电气设备对变流器进行测试,其中有一种可 模拟多种电网特性的电力电子装置即为电网模拟器。电网模拟器需模拟电网的非正常工作 情况(如电压跌落、频率偏移,谐波污染等)以考核储能变流器的电网故障穿越能力,以及模 拟电网阻抗以考核储能变流器在电网阻抗条件下的自适应控制能力。为考核储能变流器的 离网性能指标,一般需采用可模拟各种负荷工作特性的电气设备对变流器进行测试,其中 有一种可模拟多种负荷特性的电力电子装置即为电力电子负荷模拟器。电力电子负荷模拟 器需模拟线性负载(如纯电阻、阻容、阻感负载),以及非线性负载以考核储能变流器的离网 带载能力。
[0004] 目前国内外分布式发电系统的检测平台主要是研究并网逆变器性能测试技术方 案,其中的关键检测设备是电网模拟器,现有的电网模拟器采用三相统一控制的三相桥式 逆变器结构和各相单独控制的组合式三相逆变器结构,实现对电网特性的模拟。分布式电 源改变了配电网的等效阻抗、功率潮流和网络等效拓扑,随着在高渗透率分布式发电情况 下,随着并网节点数的增多,电网阻抗会导致分布式并网变流器中的输出滤波器谐振峰向 低频迀移,可能会受到配电网中非线性电流源负荷谐波和电网背景谐波的激励,从而影响 配电网的电能质量和稳定运行。而现有电网模拟器方案均无法有效模拟电网阻抗,另外,现 有的分布式发电系统的检测平台也无法检测储能变流器的离网特性。
发明内容
[0005] 本发明提供一种储能变流器并离网特性一体化检测系统及方法,其目的是提出了 储能变流器并/离网特性一体化检测系统的拓扑,提高储能变流器检测系统的有效性以及 模拟电网的拟合性。
[0006] 本发明的目的是采用下述技术方案实现的:
[0007] —种储能变流器并离网特性一体化检测系统,其改进之处在于,所述系统包括并 网变流单元和模拟变流单元,所述并网变流单元包括整流模块和LCL滤波器,整流模块的交 流侧通过LCL滤波器接入电网,直流侧与所述模拟变流单元的直流侧相连,所述模拟变流单 元的交流侧与被测储能变流器连接;
[0008] 其中,所述模拟变流单元包括三相逆变单元,所述各相逆变单元均包括主逆变模 块、辅助逆变模块、第一变压器和第二变压器;
[0009] 所述各相逆变单元中主逆变模块和辅助逆变模块的直流侧分别与所述整流模块 的直流侧并联;所述主逆变模块的交流侧与第一变压器的原边绕组连接,所述辅助逆变模 块的交流侧与第二变压器的原边绕组连接;
[0010] 所述第一变压器中副边绕组的一端与所述第二变压器的副边绕组的一端连接,所 述第一变压器中副边绕组的另一端与其余两相所述逆变单元中所述的第一变压器的一端 相连;所述第二变压器的副边绕组的另一端与所述被测储能变流器的一相交流端子连接。
[0011] 优选的,所述模拟变流单元还包括第一电感器、第二电感器、第一电容器和第二电 容器;
[0012] 所述主逆变模块的交流侧经第一电感器与第一变压器的原边绕组连接;
[0013] 所述辅助逆变模块的交流侧经第二电感器与第二变压器的原边绕组连接;
[0014] 所述第一电容器与所述第一变压器的副边绕组并联;
[0015] 所述第二电容器与所述第二变压器的副边绕组并联。
[0016] 优选的,所述主逆变模块中的功率开关器件为IGBT,所述辅逆变模块中的功率开 关器件为MOSFET。
[0017] 优选的,所述系统还包括并网变流单元控制器,所述并网变流单元控制器包括:状 态反馈极点配置器和依次连接的第一加法器、第一 PI控制器、第一乘法器、第二加法器、第 一重复控制器、第三加法器和GCC主电路模块;
[0018] 所述GCC主电路模块包括:依次连接的第四加法器、第二PI控制器、第五加法器、第 三PI控制器、第六加法器和第四PI控制器,所述第四加法器与第二PI控制器的连接点为所 述GCC主电路模块的第一反馈端,所述第三PI控制器与第六加法器之间的连接点为所述GCC 主电路模块的第二反馈端,所述第四PI控制器的输出端为所述GCC主电路模块的输出端,所 述第四加法器的输入端为所述GCC主电路模块的输入端;
[0019] 所述状态反馈极点配置器包括:第七加法器、第八加法器、第一比例控制器、第二 比例控制器和第三比例控制器;
[0020] 所述第一比例控制器的输出端和所述第二比例控制器的输出端分别与所述第七 加法器的输入端连接,所述第一比例控制器的输入端与所述GCC主电路模块的输出端连接, 所述第二比例控制器的输入端与所述GCC主电路模块的第二反馈端连接,所述第七加法器 的输出端和所述第三比例控制器的输出端分别与所述第八加法器的输入端连接,所述第三 比例控制器的输入端与所述GCC主电路模块的第一反馈端连接,所述第八加法器的输出端 与所述第三加法器形成正反馈连接;
[0021] 所述第二反馈端的另一条支路与所述第四加法器形式负反馈连接,所述GCC主电 路模块的输出端的一条支路与所述第五加法器形成负反馈连接,另一条支路与所述第二加 法器形成负反馈连接;
[0022] 所述第二PI控制器的控制模型^
Figure CN106950512AD00071
所述第三PI控制器的控制模型戈
Figure CN106950512AD00072
所述 第四PI控制器的控制模型为
Figure CN106950512AD00081
其中,LdLCL滤波器中电网侧的电感值,Cf为LCL滤波器 的电容值,Lf为LCL滤波器中并网变流单元侧的电感倌,s为复变量;
[0023] 所述第一加法器的输入信号为
Figure CN106950512AD00082
%直流母线电压指令,Udc为直流母线 电容上的电压,所述第六加法器的输入信号
Figure CN106950512AD00083
为电网电压信号,Uc(S)为第 三PI控制器的输出信号。
[0024] 优选的,所述系统还包括主逆变模块控制器,主逆变模块控制器包括第一控制模 块和第二控制模块;
[0025] 所述第一控制模块包括:依次连接的第九加法器和第五PI控制器,及依次连接的 限幅器、第二乘法器、第十加法器、第二重复控制器和MSC主电路模型;
[0026] 所述MSC主电路模型包括依次连接的第^^一加法器、第六PI控制器、第十二加法器 和第七PI控制器,所述第十一加法器的输入端为所述MSC主电路模型的输入端,所述第六PI 控制器与所述第十二加法器之间的连接点为所述MSC主电路模型的第一反馈端,所述第七 PI控制器的输出端为所述MSC主电路模型的输出端;
[0027] 所述MSC主电路模型的输出端与所述第十一加法器形成负反馈连接,所述MSC主电 路模型的第一反馈端与所述第十加法器形成负反馈连接;
[0028] 所述第九加法器的输入信号为Udc/-Udc;,Udc/为主逆变模块接收的直流母线电压 指令,Udc为直流母线电容上的电压,所述第十二加法器的输出信号为Icll (S)-IhIcll(S)为模 拟变流单元中第一电容上的电流信号,h为第六PI控制器的输出信号;
[0029] 所述第二控制模块包括:第八PI控制器、依次连接的第十三加法器、第三重复控制 器、第十四加法器、第十五加法器、第九PI控制器和所述MSC主电路模型;
[0030] 所述MSC主电路模型的第一反馈端与所述第十五加法器形成负反馈连接;
[0031] 所述第十三加法器的输出端的另一条支路与所述第八PI控制器的输入端连接,所 述第八PI控制器的输出端与所述第十四加法器形成负反馈连接;
[0032] 所述第十五加法器的输出信号为Urefl-Uol,Urefl为主逆变模块接收的第一逆变电 压指令,Ucll为主逆变模块中第一电容上的电压信号;
[0033] 所述第六PI控制器的控制模型戈
Figure CN106950512AD00084
所述第七PI控制器的控制模型戈
Figure CN106950512AD00085
其中, L1S主逆变模块中第一电感的电感值,&为主逆变模块中第一电容的电容值,s为复变量。
[0034] 优选的,所述系统还包括辅逆变模块控制器,所述辅逆变模块控制器包括:第十PI 控制器、依次连接的第十六加法器、第四重复控制器、第十七加法器、第十八加法器、第十一 PI控制器和ASC主电路模型;
[0035] 所述ASC主电路模型包括:依次连接的第十九加法器、第十二PI控制器、第二十加 法器和第十三PI控制器,所述第十九加法器的输入端为所述ASC主电路模型的输入端,所述 第十三PI控制器的输出端为所述ASC主电路模型的输出端,所述第十二PI控制器与所述第 二十加法器之间的连接点为所述ASC主电路模型的第一反馈端;
[0036] 所述ASC主电路模型的输出端与所述第十九加法器形成负反馈连接,所述ASC主电 路模型的第一反馈端与所述第十八加法器形成负反馈连接;
[0037] 所述第十六加法器的输出端的另一条支路与所述第十PI控制器的输入端连接,所 述第十PI控制器的输出端与所述第十七加法器形成负反馈连接;
[0038] 所述第十六加法器的输出信号为Uref 2-Uq2,Uref 2为辅逆变模块接收的第二逆变电 压指令,11。2为辅逆变模块中第二电容上的电压信号,所述第二十加法器的输出信号为1。2 (s)-I^Icl2(S)为模拟变流单元中第二电容上的电流信号,12为第十二PI控制器的输出信 号;
[0039] 所述第十二PI控制器的控制模型为丨
Figure CN106950512AD00091
,所述第十三PI控制器的控制模型为
Figure CN106950512AD00092
其中,L2S辅逆变模块中第二电感的电感值,&为辅逆变模块中第二电容的电容值,s为复变 量。
[0040] —种储能变流器并离网特性一体化检测方法,其改进之处在于,所述方法包括:
[0041] 并网变流单元控制器根据直流母线电压指令控制并网变流单元为模拟变流单元 提供直流源;
[0042] 模拟变流单元中的主逆变模块控制器的第一控制模块根据电流指令控制模拟变 流单元模拟负荷特性,或者,模拟变流单元中主逆变模块控制器的第二控制模块根据第一 逆变电压指令,辅逆变模块控制器根据第二逆变电压指令,控制模拟变流单元模拟电网电 压特性和电网阻抗特性。
[0043] 优选的,所述模拟变流单元中的主逆变模块控制器的第一控制模块根据电流指令 控制模拟变流单元模拟负荷特性中,按下式确定所述电流指令:
Figure CN106950512AD00093
[0045] 上式中,irefa、irefb和irefc分别为a、b和C相电流指令,Ua、Ub和Uc分别为被测储能变 流器在离网模式下a、b和c相电压瞬时值,R为模拟负荷的实部,X为模拟负荷的虚部,
Figure CN106950512AD00094
[0046] 其中,按下式确定Ua、Ub和Uc:
Figure CN106950512AD00095
[0048] 上式中,仏为被测储能变流器的三相电压幅值。
[0049] 优选的,所述模拟变流单元中主逆变模块控制器的第二控制模块根据第一逆变电 压指令,辅逆变模块控制器根据第二逆变电压指令,控制模拟变流单元模拟电网电压特性 和电网阻抗特性,包括:
[0050] 所述模拟变流单元中主逆变模块控制器的第二控制模块根据第一逆变电压指令 控制主逆变模块模拟电网电压特性,按下式确定所述第一逆变电压指令:
Figure CN106950512AD00101
[0052] 上式中,urefla、ureflb和Ureflc分别为a、b和C相第一逆变电压指令,Uma、Umb和Umc分别 为a、b和c相第一逆变电压指令幅值;
[0053] 所述模拟变流单元中辅逆变模块控制器根据第二逆变指令控制辅逆变模块模拟 电网阻抗特性,按下式确定所述第二逆变指令:
Figure CN106950512AD00102
[0055] 上式中,uref2a、uref2b和Uref2c分别为a、b和C相第二逆变电压指令,Iga、Igb和Igc分别 为被测储能变流器a、b和c相并网电流,Zg为电网等效阻抗;
[0056] 其中,被测储能变流器的并网公共耦合点电压为:
Figure CN106950512AD00103
[0058] 上式中,Upcca、Upccb和Upccc分别为被测储能变流器a、b和c相并网公共耦合点电压。
[0059] 本发明的有益效果:
[0060] 由于现有大功率电网模拟器开关频率较低以及滤波器截止频率带宽较小,无法准 确模拟电网阻抗,因此,本发明提供的技术方案中采用主逆变器仅模拟电网基波及其变化, 辅助逆变器模拟阻抗变化的运行方式,可为储能变流器的并网性能检测提供更接近真实电 网的模拟环境,电网性能模拟器的主电路参数、各控制器和功能设计更加简单;采用辅助逆 变器模拟电网阻抗特性,采用高开关频率和高带宽滤波器,同时辅助逆变控制器也可考虑 对电网谐波参数的跟踪;进一步的,本发明技术方案中,利用同一套系统,仅需要改变软件 控制策略,就既可实现电网特性模拟,又可实现电力电子负荷特性模拟,极大节省了硬件成 本,能够更好地满足储能变流器并/离网特性测试研究的需要。
附图说明
[0061] 图1是本发明一种储能变流器并离网特性一体化检测系统的结构示意图;
[0062] 图2是本发明实施例中并网变流单元控制器的控制框图;
[0063] 图3是本发明实施例中主逆变模块控制器中第一控制模块的控制框图;
[0064] 图4是本发明实施例中主逆变模块控制器中第二控制模块的控制框图;
[0065] 图5是本发明实施例中辅逆变模块控制器的控制框图;
[0066] 图6是本发明提供的一种储能变流器并离网特性一体化检测方法流程图
[0067] 图7是本发明实施例中电压穿越模式下参考电压指令设置示意图。
具体实施方式
[0068] 下面结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。
[0069] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例 中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是 本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员 在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
[0070] 本发明提供的一种储能变流器并离网特性一体化检测系统,能够精确模拟电网电 压和线路阻抗、负荷特性,所需的各种模拟特性均由模拟控制平台经通讯下发模拟特性指 令到模拟变流单元的控制器,模拟变流单元的控制器跟踪所接收到的指令,输出所需的各 种模拟特性。作为储能变流器的测试装置,该系统以电网模拟器方式运行时,不仅可以模拟 标准的电网输出电压、电网电压故障工况以及电网谐波含量,还可以模拟电网阻抗变化;该 系统以负荷模拟器方式运行时,不仅可以模拟阻性、感性、容性负荷特性,还可以模拟复杂 非线性负荷特性,如图1所示,所述系统包括并网变流单元和模拟变流单元,所述并网变流 单元包括整流模块和LCL滤波器,整流模块的交流侧通过LCL滤波器接入电网,直流侧与所 述模拟变流单元的直流侧相连,所述模拟变流单元的交流侧与被测储能变流器连接;
[0071] 其中,所述模拟变流单元包括三相逆变单元,所述各相逆变单元均包括主逆变模 块、辅助逆变模块、第一变压器和第二变压器;
[0072] 所述各相逆变单元中主逆变模块和辅助逆变模块的直流侧分别与所述整流模块 的直流侧并联;所述主逆变模块的交流侧与第一变压器的原边绕组连接,所述辅助逆变模 块的交流侧与第二变压器的原边绕组连接;
[0073] 所述第一变压器中副边绕组的一端与所述第二变压器的副边绕组的一端连接,所 述第一变压器中副边绕组的另一端与其余两相所述逆变单元中所述的第一变压器的一端 相连;所述第二变压器的副边绕组的另一端与所述被测储能变流器的一相交流端子连接。
[0074] 所述模拟变流单元还包括第一电感器、第二电感器、第一电容器和第二电容器;
[0075] 所述主逆变模块的交流侧经第一电感器与第一变压器的原边绕组连接;
[0076] 所述辅助逆变模块的交流侧经第二电感器与第二变压器的原边绕组连接;
[0077] 所述第一电容器与所述第一变压器的副边绕组并联;
[0078] 所述第二电容器与所述第二变压器的副边绕组并联。
[0079] 其中,所述主逆变模块中的功率开关器件为IGBT,所述辅逆变模块中的功率开关 器件为MOSFET。
[0080] 进一步的,基于如图1所示结构,本发明提供的技术方案中还包括并网变流单元、 主逆变模块和辅逆变模块各自对应的控制器,其中,并网变流单元控制器,用于控制电压调 制波达到稳定直流母线电压的目标,模拟变流单元有两种工作模式:
[0081] 模式1:负荷模拟器工作模式。此时只需要主逆变模块工作在恒流模式,控制电压 调制波达到模拟阻性、感性、容性以及复杂非线性负荷的目标;
[0082] 模式2:电网特性模拟工作模式。此时主逆变模块工作在恒压模式,控制电压调制 波,达到模拟标准的电网输出电压、电网电压故障工况的目标;辅逆变模块ASC,工作在恒压 模式,控制电压调制波,达到模拟电网阻抗的目标。
[0083] 具体为,所述并网变流单元控制器的控制框图,如图2所示,包括:状态反馈极点配 置器和依次连接的第一加法器、第一 PI控制器、第一乘法器、第二加法器、第一重复控制器、 第三加法器和GCC主电路模块;
[0084] 所述GCC主电路模块包括:依次连接的第四加法器、第二PI控制器、第五加法器、第 三PI控制器、第六加法器和第四PI控制器,所述第四加法器与第二PI控制器的连接点为所 述GCC主电路模块的第一反馈端,所述第三PI控制器与第六加法器之间的连接点为所述GCC 主电路模块的第二反馈端,所述第四PI控制器的输出端为所述GCC主电路模块的输出端,所 述第四加法器的输入端为所述GCC主电路模块的输入端;
[0085] 所述状态反馈极点配置器包括:第七加法器、第八加法器、第一比例控制器、第二 比例控制器和第三比例控制器;
[0086] 所述第一比例控制器的输出端和所述第二比例控制器的输出端分别与所述第七 加法器的输入端连接,所述第一比例控制器的输入端与所述GCC主电路模块的输出端连接, 所述第二比例控制器的输入端与所述GCC主电路模块的第二反馈端连接,所述第七加法器 的输出端和所述第三比例控制器的输出端分别与所述第八加法器的输入端连接,所述第三 比例控制器的输入端与所述GCC主电路模块的第一反馈端连接,所述第八加法器的输出端 与所述第三加法器形成正反馈连接;
Figure CN106950512AD00121
[0087] 所述第二反馈端的另一条支路与所述第四加法器形式负反馈连接,所述GCC主电 路模块的输出端的一条支路与所述第五加法器形成负反馈连接,另一条支路与所述第二加 法器形成负反馈连接;
Figure CN106950512AD00122
[0088] 所述第二PI控制器的控制模型为-,所述第三PI控制器的控制模型为 ’所述 » 第四PI控制器的控制模型^
Figure CN106950512AD00123
其中,LdLCL滤波器中电网侧的电感值,Cf为LCL滤波器 的电容值,Lf为LCL滤波器中并网变流单元侧的电感值,s为复变量;
[0089] 所述第一加法器的输入信号为UdcZ-UduUdc^为直流母线电压指令,Udc为直流母线 电容上的电压,所述第六加法器的输入信号为e (s) -Uc (s),e (s)为电网电压信号,Uc (s)为第 三PI控制器的输出信号。
[0090] 所述主逆变模块控制器包括第一控制模块和第二控制模块;
[0091] 所述第一控制模块的控制框图,如图3所示,包括:依次连接的第九加法器和第五 PI控制器,及依次连接的限幅器、第二乘法器、第十加法器、第二重复控制器和MSC主电路模 型;
[0092] 所述MSC主电路模型包括依次连接的第^^一加法器、第六PI控制器、第十二加法器 和第七PI控制器,所述第十一加法器的输入端为所述MSC主电路模型的输入端,所述第六PI 控制器与所述第十二加法器之间的连接点为所述MSC主电路模型的第一反馈端,所述第七 PI控制器的输出端为所述MSC主电路模型的输出端;
[0093] 所述MSC主电路模型的输出端与所述第十一加法器形成负反馈连接,所述MSC主电 路模型的第一反馈端与所述第十加法器形成负反馈连接;
[0094] 所述第九加法器的输入信号为udc/nudc/为主逆变模块接收的直流母线电压 指令,Udc为直流母线电容上的电压,所述第十二加法器的输出信号为Icll (S)-IhIcll(S)为模 拟变流单元中第一电容上的电流信号,h为第六PI控制器的输出信号;
[0095] 所述第二控制模块的控制框图,如图4所示,包括:第八PI控制器、依次连接的第十 三加法器、第三重复控制器、第十四加法器、第十五加法器、第九PI控制器和所述MSC主电路 丰旲型;
[0096] 所述MSC主电路模型的第一反馈端与所述第十五加法器形成负反馈连接;
[0097] 所述第十三加法器的输出端的另一条支路与所述第八PI控制器的输入端连接,所 述第八PI控制器的输出端与所述第十四加法器形成负反馈连接;
[0098] 所述第十五加法器的输出信号为Urrfl-Uol,Urefl为主逆变模块接收的第一逆变电 压指令,Utll为主逆变模块中第一电容上的电压信号;
[0099] 所述第六PI控制器的控制模型为
Figure CN106950512AD00131
”所述第七PI控制器的控制模型为
Figure CN106950512AD00132
其中, L1S主逆变模块中第一电感的电感值,&为主逆变模块中第一电容的电容值,s为复变量。
[0100] 所述辅逆变模块控制器的控制框图,如图5所示,包括:第十PI控制器、依次连接的 第十六加法器、第四重复控制器、第十七加法器、第十八加法器、第十一PI控制器和ASC主电 路模型;
[0101] 所述ASC主电路模型包括:依次连接的第十九加法器、第十二PI控制器、第二十加 法器和第十三PI控制器,所述第十九加法器的输入端为所述ASC主电路模型的输入端,所述 第十三PI控制器的输出端为所述ASC主电路模型的输出端,所述第十二PI控制器与所述第 二十加法器之间的连接点为所述ASC主电路模型的第一反馈端;
[0102] 所述ASC主电路模型的输出端与所述第十九加法器形成负反馈连接,所述ASC主电 路模型的第一反馈端与所述第十八加法器形成负反馈连接;
[0103] 所述第十六加法器的输出端的另一条支路与所述第十PI控制器的输入端连接,所 述第十PI控制器的输出端与所述第十七加法器形成负反馈连接;
Figure CN106950512AD00133
Figure CN106950512AD00134
[0104] 所述第十六加法器的输出信号为Urrf2-Utj2,Ure3f2为辅逆变模块接收的第二逆变电 压指令,11。2为辅逆变模块中第二电容上的电压信号,所述第二十加法器的输出信号为1。2 (s)-I^Icl2(S)为模拟变流单元中第二电容上的电流信号,12为第十二PI控制器的输出信 号;
[0105] 所述第十二PI控制器的控制模型为,所述第十三PI控制器的控制模型爻 其中,L2S辅逆变模块中第二电感的电感值,&为辅逆变模块中第二电容的电容值,s为复变 量。
[0106] 本发明还提供一种储能变流器并离网特性一体化检测方法,如图6所示,包括:
[0107] 101.并网变流单元控制器根据直流母线电压指令控制并网变流单元为模拟变流 单元提供直流源;
[0108] 并网变流单元控制器接收直流母线电压指令,经图2所示的并网变流单元控制器 的控制框图控制电压调制波稳定直流母线电压;
[0109] 102.模拟变流单元中的主逆变模块控制器的第一控制模块根据电流指令控制模 拟变流单元模拟负荷特性,或者,模拟变流单元中主逆变模块控制器的第二控制模块根据 第一逆变电压指令,辅逆变模块控制器根据第二逆变电压指令,控制模拟变流单元模拟电 网电压特性和电网阻抗特性。
[0110] 主逆变模块控制器接收电流指令,经图3所示的主逆变模块控制器的控制框图控 制控制电压调制波,模拟电网阻性、感性、容性以及复杂非线性负荷;
[0111] 或者,主逆变模块控制器接收第一逆变电压指令,经图4所示的主逆变模块控制器 的控制框图控制控制电压调制波,模拟电网电压特性,辅逆变模块控制器接收第二逆变电 压指令,经图5所示的辅逆变模块控制器的控制框图控制控制电压调制波,模拟电网阻抗特 性。
[0112] 具体的,所述模拟变流单元中的主逆变模块控制器的第一控制模块根据电流指令 控制模拟变流单元模拟负荷特性中,按下式确定所述电流指令:
Figure CN106950512AD00141
[0114] 上式中,ire3fa、ire3fb和irrf。分别为a、b和c相电流指令,ua、ub和u。分别为被测储能变 流器在离网模式下a、b和c相电压瞬时值,R为模拟负荷的实部,X为模拟负荷的虚部,
Figure CN106950512AD00142
[01 15] 其中,按下式确定Ua、Ub和Uc:
Figure CN106950512AD00143
[0117] 上式中,仏为被测储能变流器的三相电压幅值。
[0118] 所述模拟变流单元中主逆变模块控制器的第二控制模块根据第一逆变电压指令, 辅逆变模块控制器根据第二逆变电压指令,控制模拟变流单元模拟电网电压特性和电网阻 抗特性,包括:
[0119] 所述模拟变流单元中主逆变模块控制器的第二控制模块根据第一逆变电压指令 控制主逆变模块模拟电网电压特性,按下式确定所述第一逆变电压指令:
[0121] 上式中,
Figure CN106950512AD00144
别为a、b和C相第一逆变电压指令,Uma、Umb和Umc分别 为a、b和c相第一逆变电压指令幅值;
[0122] 其中,模拟低电压穿越特性时,第一逆变电压指令可按如图7所示曲线编程设计。
[0123] 所述模拟变流单元中辅逆变模块控制器根据第二逆变指令控制辅逆变模块模拟 电网阻抗特性,按下式确定所述第二逆变指令:
Figure CN106950512AD00151
[0125] 上式中,uref2a、uref2b和Uref2c^v别为a、b和c相第二逆变电压指令,Iga、Igb和Igc分别 为被测储能变流器a、b和c相并网电流,Zg为电网等效阻抗;
[0126] I由.祯涮储能夺流!的并网公共耦合点电压为:
Figure CN106950512AD00152
[0128] 上式中,Upcca、Upccb和Upccc分别为被测储能变流器a、b和c相并网公共耦合点电压。
[0129] 本实施例中电网工作特性包括:
[0130] ①电网理想工作特性:指的是模拟电网基波电压的幅值和频率,幅值和频率的具 体数值由上位机设定。
[0131] ②电压闪变:指的是模拟电网基波电压的幅值和频率发生跃变,幅值和频率的具 体数值由上位机设定。
[0132] ③低电压穿越:指的是模拟电网对称或不对称电压跌落,电压跌落深度和持续时 间由上位机设定,且设定电网模拟器的输出电压不随负载变化而变化。
[0133] ④电网阻抗特性:指的是模拟电网阻抗特性,以测试并网逆变器在弱电网下的工 作特性及应对弱电网阻抗策略的有效性,电网阻抗压降随负载电流变化而变化。
[0134] 本实施例中负荷工作特性包括:
[0135] 1)线性负荷:指的是模拟阻性、容性、感性负荷的电流幅值和相位,幅值和相位的 具体数值由上位机设定。
[0136] 2)谐波负荷:指的是模拟线性负荷含有谐波电流分量,谐波电流的幅值和频率的 具体数值由上位机设定。
[0137] 3)波动负荷:指的是模拟负荷电流幅值随机波动,电流波动幅值和持续时间由上 位机设定。
[0138] 4)非线性负荷:指的是模拟二极管不控整流电路接电容滤波的负荷电流,电流幅 值和频率由上位机设定。
[0139] 5)间歇性负荷:指的是模拟负荷电流幅值间歇性的突增或突减,电流增减幅值和 持续时间由上位机设定。
[0140] 本领域内的技术人员应明白,本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序 产品。因此,本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实 施例的形式。而且,本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机 可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产 品的形式。
[0141] 本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程 图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流 程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序 指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产 生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实 现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0142] 这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特 定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指 令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或 多个方框中指定的功能。
[0143] 这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计 算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或 其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一 个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0144] 最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制,尽 管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:依然 可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换,而未脱离本发明精神和范围的任何 修改或者等同替换,其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (9)

1. 一种储能变流器并离网特性一体化检测系统,其特征在于,所述系统包括并网变流 单元和模拟变流单元,所述并网变流单元包括整流模块和LCL滤波器,整流模块的交流侧通 过LCL滤波器接入电网,直流侧与所述模拟变流单元的直流侧相连,所述模拟变流单元的交 流侧与被测储能变流器连接; 其中,所述模拟变流单元包括三相逆变单元,所述各相逆变单元均包括主逆变模块、辅 助逆变模块、第一变压器和第二变压器; 所述各相逆变单元中主逆变模块和辅助逆变模块的直流侧分别与所述整流模块的直 流侧并联;所述主逆变模块的交流侧与第一变压器的原边绕组连接,所述辅助逆变模块的 交流侧与第二变压器的原边绕组连接; 所述第一变压器中副边绕组的一端与所述第二变压器的副边绕组的一端连接,所述第 一变压器中副边绕组的另一端与其余两相所述逆变单元中所述的第一变压器的一端相连; 所述第二变压器的副边绕组的另一端与所述被测储能变流器的一相交流端子连接。
2. 如权利要求1所述的系统,其特征在于,所述模拟变流单元还包括第一电感器、第二 电感器、第一电容器和第二电容器; 所述主逆变模块的交流侧经第一电感器与第一变压器的原边绕组连接; 所述辅助逆变模块的交流侧经第二电感器与第二变压器的原边绕组连接; 所述第一电容器与所述第一变压器的副边绕组并联; 所述第二电容器与所述第二变压器的副边绕组并联。
3. 如权利要求1所述的系统,其特征在于,所述主逆变模块中的功率开关器件为IGBT, 所述辅逆变模块中的功率开关器件为MOSFET。
4. 如权利要求1所述的系统,其特征在于,所述系统还包括并网变流单元控制器,所述 并网变流单元控制器包括:状态反馈极点配置器和依次连接的第一加法器、第一 PI控制器、 第一乘法器、第二加法器、第一重复控制器、第三加法器和GCC主电路模块; 所述GCC主电路模块包括:依次连接的第四加法器、第二PI控制器、第五加法器、第三PI 控制器、第六加法器和第四PI控制器,所述第四加法器与第二PI控制器的连接点为所述GCC 主电路模块的第一反馈端,所述第三PI控制器与第六加法器之间的连接点为所述GCC主电 路模块的第二反馈端,所述第四PI控制器的输出端为所述GCC主电路模块的输出端,所述第 四加法器的输入端为所述GCC主电路模块的输入端; 所述状态反馈极点配置器包括:第七加法器、第八加法器、第一比例控制器、第二比例 控制器和第三比例控制器; 所述第一比例控制器的输出端和所述第二比例控制器的输出端分别与所述第七加法 器的输入端连接,所述第一比例控制器的输入端与所述GCC主电路模块的输出端连接,所述 第二比例控制器的输入端与所述GCC主电路模块的第二反馈端连接,所述第七加法器的输 出端和所述第三比例控制器的输出端分别与所述第八加法器的输入端连接,所述第三比例 控制器的输入端与所述GCC主电路模块的第一反馈端连接,所述第八加法器的输出端与所 述第三加法器形成正反馈连接; 所述第二反馈端的另一条支路与所述第四加法器形式负反馈连接,所述GCC主电路模 块的输出端的一条支路与所述第五加法器形成负反馈连接,另一条支路与所述第二加法器 形成负反馈连接; 所述第二PI控制器的控制模型为
Figure CN106950512AC00031
-,所述第三PI控制器的控制模型为
Figure CN106950512AC00032
·所述第四 PI控制器的控制模型为
Figure CN106950512AC00033
,其中,Lg为LCL滤波器中电网侧的电感值,Cf为LCL滤波器的电 容值,Lf为LCL滤波器中并网变流单元侧的电感值,s为复变量; 所述第一加法器的输入信号为Udc/nUdc/为直流母线电压指令,Ud。为直流母线电容 上的电压,所述第六加法器的输入信号为e (s) -Uc (s),e (s)为电网电压信号,Uc (s)为第三PI 控制器的输出信号。
5. 如权利要求1所述的系统,其特征在于,所述系统还包括主逆变模块控制器,主逆变 模块控制器包括第一控制模块和第二控制模块; 所述第一控制模块包括:依次连接的第九加法器和第五PI控制器,及依次连接的限幅 器、第二乘法器、第十加法器、第二重复控制器和MSC主电路模型; 所述MSC主电路模型包括依次连接的第^^一加法器、第六PI控制器、第十二加法器和第 七PI控制器,所述第十一加法器的输入端为所述MSC主电路模型的输入端,所述第六PI控制 器与所述第十二加法器之间的连接点为所述MSC主电路模型的第一反馈端,所述第七PI控 制器的输出端为所述MSC主电路模型的输出端; 所述MSC主电路模型的输出端与所述第十一加法器形成负反馈连接,所述MSC主电路模 型的第一反馈端与所述第十加法器形成负反馈连接; 所述第九加法器的输入信号为UdcZ-UduUdc/为主逆变模块接收的直流母线电压指令, Udc为直流母线电容上的电压,所述第十二加法器的输出信号为Icll (s) -h,Icil (S)为模拟变 流单元中第一电容上的电流信号,h为第六PI控制器的输出信号; 所述第二控制模块包括:第八PI控制器、依次连接的第十三加法器、第三重复控制器、 第十四加法器、第十五加法器、第九PI控制器和所述MSC主电路模型; 所述MSC主电路模型的第一反馈端与所述第十五加法器形成负反馈连接; 所述第十三加法器的输出端的另一条支路与所述第八PI控制器的输入端连接,所述第 八PI控制器的输出端与所述第十四加法器形成负反馈连接; 所述第十五加法器的输出信号为Urefl-Ucll, UreflS主逆变模块接收的第一逆变电压指 令,UCll为主逆变模块中第一电容上的电压信号; 所述第六PI控制器的控制模型为
Figure CN106950512AC00034
1所述第七PI控制器的控制模型为
Figure CN106950512AC00035
,其中,L1S 主逆变模块中第一电感的电感值,&为主逆变模块中第一电容的电容值,s为复变量。
6. 如权利要求1所述的系统,其特征在于,所述系统还包括辅逆变模块控制器,所述辅 逆变模块控制器包括:第十PI控制器、依次连接的第十六加法器、第四重复控制器、第十七 加法器、第十八加法器、第i^一PI控制器和ASC主电路模型; 所述ASC主电路模型包括:依次连接的第十九加法器、第十二PI控制器、第二十加法器 和第十三PI控制器,所述第十九加法器的输入端为所述ASC主电路模型的输入端,所述第十 三PI控制器的输出端为所述ASC主电路模型的输出端,所述第十二PI控制器与所述第二十 加法器之间的连接点为所述ASC主电路模型的第一反馈端; 所述ASC主电路模型的输出端与所述第十九加法器形成负反馈连接,所述ASC主电路模 型的第一反馈端与所述第十八加法器形成负反馈连接; 所述第十六加法器的输出端的另一条支路与所述第十PI控制器的输入端连接,所述第 十PI控制器的输出端与所述第十七加法器形成负反馈连接; 所述第十六加法器的输出信号为Urrf2-Ucl2, Urrf2为辅逆变模块接收的第二逆变电压指 令,Utl2为辅逆变模块中第二电容上的电压信号,所述第二十加法器的输出信号为Icl2(S)H2, Icl2(S)为模拟变流单元中第二电容上的电流信号,i2为第十二PI控制器的输出信号; 所述第十二PI控制器的控制模型为
Figure CN106950512AC00041
,所述第十三PI控制器的控制模型为
Figure CN106950512AC00042
·其中, L2S辅逆变模块中第二电感的电感值,(:2为辅逆变模块中第二电容的电容值,S为复变量。
7. —种如权利要求1-6任一项所述的储能变流器并离网特性一体化检测方法,其特征 在于,所述方法包括: 并网变流单元控制器根据直流母线电压指令控制并网变流单元为模拟变流单元提供 直流源; 模拟变流单元中的主逆变模块控制器的第一控制模块根据电流指令控制模拟变流单 元模拟负荷特性,或者,模拟变流单元中主逆变模块控制器的第二控制模块根据第一逆变 电压指令,辅逆变模块控制器根据第二逆变电压指令,控制模拟变流单元模拟电网电压特 性和电网阻抗特性。
8. 如权利要求7所述的方法,其特征在于,所述模拟变流单元中的主逆变模块控制器的 第一控制模块根据电流指令控制模拟变流单元模拟负荷特性中,按下式确定所述电流指 令:
Figure CN106950512AC00043
上式中,irefa、irrfb和irefc分别为a、b和C相电流指令,Ua、Ub和Uc分别为被测储能变流器 在离网模式下a、b和c相电压瞬时值,R为模拟负荷的实部,X为模拟负荷的虚部,
Figure CN106950512AC00044
其中,按下式确定Ua、Ub和U。:
Figure CN106950512AC00045
上式中,仏为被测储能变流器的三相电压幅值。
9. 如权利要求7所述的方法,其特征在于,所述模拟变流单元中主逆变模块控制器的第 二控制模块根据第一逆变电压指令,辅逆变模块控制器根据第二逆变电压指令,控制模拟 变流单元模拟电网电压特性和电网阻抗特性,包括: 所述模拟变流单元中主逆变模块控制器的第二控制模块根据第一逆变电压指令控制 主逆变模块模拟电网电压特性,按下式确定所述第一逆变电压指令:
Figure CN106950512AC00051
上式中,Urefla、Uref Ib和Uref 1。分别为a、b和C相第一逆变电压指令,Uma、Umb和Um。分别为a、b 和C相第一逆变电压指令幅值; 所述模拟变流单元中辅逆变模块控制器根据第二逆变指令控制辅逆变模块模拟电网 阻抗特性,按下式确定所述第二逆变指令:
Figure CN106950512AC00052
上式中,111^23、111^21)和111^2。分别为&、13和(3相第二逆变电压指令,183、181)和18。分别为被 测储能变流器a、b和c相并网电流,Zg为电网等效阻抗; 其中,被测储能变流器的并网公共耦合点电压为:
Figure CN106950512AC00053
上式中,Upcca、Upccb和Upccc分别为被测储能变流器a、b和c相并网公共耦合点电压。
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