CN109378855A - 一种电网模拟器拓扑结构 - Google Patents

一种电网模拟器拓扑结构 Download PDF

Info

Publication number
CN109378855A
CN109378855A CN201811008393.5A CN201811008393A CN109378855A CN 109378855 A CN109378855 A CN 109378855A CN 201811008393 A CN201811008393 A CN 201811008393A CN 109378855 A CN109378855 A CN 109378855A
Authority
CN
China
Prior art keywords
phase
coordinate system
voltage
inverter
power grid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201811008393.5A
Other languages
English (en)
Inventor
费可
陈国初
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Dianji University
Original Assignee
Shanghai Dianji University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Dianji University filed Critical Shanghai Dianji University
Priority to CN201811008393.5A priority Critical patent/CN109378855A/zh
Publication of CN109378855A publication Critical patent/CN109378855A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2203/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J2203/20—Simulating, e g planning, reliability check, modelling or computer assisted design [CAD]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Ac-Ac Conversion (AREA)

Abstract

本发明公开了一种电网模拟器拓扑结构，包括输入单元、输出单元、变流单元以及控制单元，所述控制单元通过三相变压器接入电网，包括三相整流器和三相桥式逆变器，其中，三相整流器与三相变压器连接，之间插入稳压电容，三相桥式逆变器通过三相变压器与有源负载连接，并接入接地的第四桥臂；三相桥式逆变器与连接有源负载的三相变压器之间插入LC滤波器，包括串联的电感线圈及电容，其中电感线圈连接输入端的三相桥式逆变器，电容连接第四桥臂。

Description

一种电网模拟器拓扑结构
技术领域
本发明专利涉及一种交流电网模拟器逆变侧的新颖拓扑结构，具体涉 及到试验测试和产品性能测试的电网模拟器拓扑结构。
背景技术
目前，新能源产业中，风力发电系统并网运行被世界认为是可以提高 电力系统灵活性和可靠性的重要发展方向，风力发电具有低投资、低能耗、 资源丰富的特点。
随着大规模风电场接入电网，电网运行控制出现了很大困难。对于并 网风力发电系统，当并网装置在电网出现非正常情况，如电压跌落、频率 偏移及谐波污染等。为了保障风电并网后电网运行的安全性和稳定性，各 国电网标准均要求相关风电并网装置需具备故障穿越功能，即标准规定的 故障时间及电压跌落条件下，并网装置不能发生脱网现象。但由于实际电 网故障发生的随机性和不确定性，常规电网电压无法实现各种故障的模拟，从而无法对并网装置故障穿越性能进行全方面的性能检测。
从国内外针对这一问题的研究情况,可把发生装置的拓扑结构归结为三 类:基于阻抗形式、基于变压器形式和基于电力电子变换形式。基于电力电 子变换形式的电网模拟器形式灵活,功能强大,能够适应不同故障情况下风 电系统测试的需求。
因此，为考核并网装置的各种性能指标，基于电力电子变换形式研发 一种可模拟多种电网相关故障的电网模拟器成为发展分布式风电并网技术 及保障电网稳定性的一项重要工作。
然而，传统的电网模拟器拓扑结构复杂，逆变侧由3个单相逆变器组 成，开关器件多，三相之间需要协调控制，任意两相容易造成直流侧短路， 需在交直流侧之间加入隔离变压器，引起高次谐波畸变。逆变侧采用一个 三相逆变器，控制方法简单且易于实现，但无法模拟出带零序分量的电网 电压不平衡状态。
发明内容
本发明的目的是为克服上述问题，提出一种电网模拟器拓扑结构，开 关器件少，协调控制更安全且易于实现。abc三相静止坐标系转换成dq旋 转坐标系将输出电压进行解耦，将三相逆变器等效为三个单相逆变器来控 制。
本发明所提出的一种电网模拟器拓扑结构，包括输入单元、输出单元、 变流单元以及控制单元，其特征在于，
所述控制单元通过三相变压器接入电网，包括三相整流器和三相桥式 逆变器，其中，三相整流器与三相变压器连接，之间插入稳压电容，三相 桥式逆变器通过三相变压器与有源负载连接，并接入接地的第四桥臂；
三相桥式逆变器与连接有源负载的三相变压器之间插入LC滤波器， 包括串联的电感线圈及电容，其中电感线圈连接输入端的三相桥式逆变器， 电容连接第四桥臂。
进一步的，逆变器输出电压uO和电感电流iL，控制单元其进行abc静 止坐标系转换成dq旋转坐标系，送至DSP控制电路，与dq坐标系下参考 电压进行比较，误差经准QR调节器调节，其传递函数满足
其中，KP为比例环节系数，KR为谐振环节系数，ω0为设定的谐振频率，ω c为截止频率。
进一步的，所述第四桥臂通过偏置电压使零开关矢量能够放置在一个 恰当的位置，获得对称的开关顺序，偏置电压满足
其中，
umin＝min(uan,ubn,ucn),umax＝max(uan,ubn,ucn)。
输入输出单元通常由各类电磁开关和低通滤波器组成，电磁开关主要 用于控制电路的关断，低通滤波器通常由串联电抗器和并联电容器组成， 阻碍高频干扰信号，抑制电网输入和模拟系统输出的电磁干扰；检测控制 单元在控制过程中给定参考电压波形，检测电路中的电气参数以及控制电 网模拟器内部程序操作；变流单元是电网模拟器的核心部分，其通过各种 能量转换形式，将输入电网电压转换为幅值可变、频率可调且包含高谐波 的交流输出电压，模拟各种电网故障。
本发明的特点是为一个相互独立的背靠背系统，其输入侧为三相PWM 整流器，输出侧为输出电压可控的三相四桥臂逆变器；市电经三相变压器 隔离后接入三相PWM整流器由交流电转换成直流电为后级逆变器提供稳 定电压，控制三相四桥臂开关管导通和关断，经LC滤波器输出所需模拟 的电压波形。
附图说明
图1是本发明电网模拟器主要结构。
图2是本发明电网模拟器拓扑结构。
图3是本发明电网模拟器逆变侧调制框图.
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白， 下面进一步阐述本发明。
如图2所示，本发明涉及一种新型的电网模拟器，其核心控制单元由 一个三相PWM整流器3和一个三相四桥臂PWM逆变器5组成。在传统 的三相桥式逆变器的基础上增加了一个桥臂6，该桥臂的作用是形成中点， 这样通过增加一个桥臂来直接控制中性点电压，并且产生中性点电流流入 负载，这就增加了一个自由度，使三相四桥臂对逆变电源可以产生三个独 立的电压，从而使其有在不平衡负载下维持三相电压的对称输出的能力。
由于系统为背靠背结构，满足模拟器四象限运行，在接入有源负载8 的情况下能够实现能量回馈。市电1经三相变压器2为整流环节供电，三 相整流器将交流电转换为直流电经电容C4进行稳压，为后级电路提供稳定 的直流电压。通过控制三相四桥臂逆变器开关管的导通与关断，由LC滤 波器9可输出模拟的交流电压信号，经三相变压器7接入负载8。
如图3，系统控制采用双闭环控制，电压外环采用准PR控制，保证了 系统带宽和输出电压的波形质量；电流内环单P控制，保证了动态响应速 度。逆变器输出电压和电感电流经传感器测量后得到输出电压信号uO、iL， 对其进行abc静止坐标系转换成dq旋转坐标系，送至DSP控制系统，与 dq坐标系下参考电压进行比较，误差经准QR调节器调节，输出作为内环 控制的给定。电流内环误差经P调节器进行调节。准QR控制器传递函数 满足
式中KP为比例环节系数，KR为谐振环节系数，ω0为设定的谐振频率，ωc为截止频率。
如图3，谐波注入PWM调制(HIPWM)：三相四桥臂系统存在一个 额外的桥臂，此桥臂不仅提供了中性点，而且可以对零序电压进行控制。 通过采用偏置电压，零开关矢量可以放置在一个恰当的位置，以获得对称 的开关顺序。并且通过在SPWM调制波中叠加一定比例的零序谐波从而增 加电压利用率。电压偏置公式满足
其中，umin＝min(uan,ubn,ucn),umax＝max(uan,ubn,ucn)。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本 行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和 说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前 提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本 发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (3)

1.一种电网模拟器拓扑结构，包括输入单元、输出单元、变流单元以及控制单元，其特征在于，
所述控制单元通过三相变压器接入电网，包括三相整流器和三相桥式逆变器，其中，三相整流器与三相变压器连接，之间插入稳压电容，三相桥式逆变器通过三相变压器与有源负载连接，并接入接地的第四桥臂；
三相桥式逆变器与连接有源负载的三相变压器之间插入LC滤波器，包括串联的电感线圈及电容，其中电感线圈连接输入端的三相桥式逆变器，电容连接第四桥臂。
2.根据权利要求1所述的一种电网模拟器拓扑结构，其特征在于，逆变器输出电压uO和电感电流iL，控制单元其进行abc静止坐标系转换成dq旋转坐标系，送至DSP控制电路，能够与dq坐标系下参考电压进行比较，误差经准QR调节器调节，其传递函数满足
其中，KP为比例环节系数，KR为谐振环节系数，ω0为设定的谐振频率，ωc为截止频率。
3.根据权利要求1所述的一种电网模拟器拓扑结构，其特征在于，所述第四桥臂通过偏置电压使零开关矢量能够放置在一个恰当的位置，获得对称的开关顺序，偏置电压满足
其中，
umin＝min(uan,ubn,ucn),umax＝max(uan,ubn,ucn)。
CN201811008393.5A 2018-08-31 2018-08-31 一种电网模拟器拓扑结构 Pending CN109378855A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811008393.5A CN109378855A (zh) 2018-08-31 2018-08-31 一种电网模拟器拓扑结构

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811008393.5A CN109378855A (zh) 2018-08-31 2018-08-31 一种电网模拟器拓扑结构

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109378855A true CN109378855A (zh) 2019-02-22

Family

ID=65405040

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811008393.5A Pending CN109378855A (zh) 2018-08-31 2018-08-31 一种电网模拟器拓扑结构

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109378855A (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110518635A (zh) * 2019-08-23 2019-11-29 上海电机学院 一种基于双幂次滑模控制的电网模拟器逆变侧控制系统
CN111224567A (zh) * 2020-03-06 2020-06-02 南京理工大学 三相电压不平衡治理电路拓扑结构
EP3736936A1 (en) * 2019-05-10 2020-11-11 Siemens Gamesa Renewable Energy A/S Determining model parameter values describing harmonic behavior of wind turbine generators
CN112653133A (zh) * 2020-12-09 2021-04-13 国网湖北省电力有限公司电力科学研究院 一种基于九开关变流器的电网模拟器及其应用方法
CN112886828A (zh) * 2021-01-13 2021-06-01 江苏金风科技有限公司 一种电网模拟器拓扑结构及其控制方法
CN113484648A (zh) * 2021-07-29 2021-10-08 哈尔滨工业大学(深圳)(哈尔滨工业大学深圳科技创新研究院) 一种电网频率运行特性的电力电子模拟装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201797326U (zh) * 2010-09-25 2011-04-13 合肥工业大学 多功能电网模拟器
CN104201923A (zh) * 2014-09-12 2014-12-10 南京航空航天大学 三相四桥臂隔离型逆变器及其控制方法
CN204668948U (zh) * 2015-06-25 2015-09-23 青岛经济技术开发区创统科技发展有限公司 电网模拟器
KR20170090036A (ko) * 2016-01-28 2017-08-07 주식회사 한국선급엔지니어링 풍력 연계용량 적정성 검증 시스템
CN107579673A (zh) * 2017-08-21 2018-01-12 上海空间电源研究所 一种新型三相四桥臂逆变器及其控制方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201797326U (zh) * 2010-09-25 2011-04-13 合肥工业大学 多功能电网模拟器
CN104201923A (zh) * 2014-09-12 2014-12-10 南京航空航天大学 三相四桥臂隔离型逆变器及其控制方法
CN204668948U (zh) * 2015-06-25 2015-09-23 青岛经济技术开发区创统科技发展有限公司 电网模拟器
KR20170090036A (ko) * 2016-01-28 2017-08-07 주식회사 한국선급엔지니어링 풍력 연계용량 적정성 검증 시스템
CN107579673A (zh) * 2017-08-21 2018-01-12 上海空间电源研究所 一种新型三相四桥臂逆变器及其控制方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
李霄霄: "基于四桥臂逆变器的微电网不平衡负载补偿策略研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》 *
邓泽权: "基于三相四桥臂逆变结构的电网模拟装置研究", 《万方》 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3736936A1 (en) * 2019-05-10 2020-11-11 Siemens Gamesa Renewable Energy A/S Determining model parameter values describing harmonic behavior of wind turbine generators
WO2020229048A1 (en) * 2019-05-10 2020-11-19 Siemens Gamesa Renewable Energy A/S Determining model parameter values describing harmonic behavior of wind turbine generators
CN110518635A (zh) * 2019-08-23 2019-11-29 上海电机学院 一种基于双幂次滑模控制的电网模拟器逆变侧控制系统
CN111224567A (zh) * 2020-03-06 2020-06-02 南京理工大学 三相电压不平衡治理电路拓扑结构
CN112653133A (zh) * 2020-12-09 2021-04-13 国网湖北省电力有限公司电力科学研究院 一种基于九开关变流器的电网模拟器及其应用方法
CN112886828A (zh) * 2021-01-13 2021-06-01 江苏金风科技有限公司 一种电网模拟器拓扑结构及其控制方法
CN113484648A (zh) * 2021-07-29 2021-10-08 哈尔滨工业大学(深圳)(哈尔滨工业大学深圳科技创新研究院) 一种电网频率运行特性的电力电子模拟装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109378855A (zh) 一种电网模拟器拓扑结构
CN108023352B (zh) 抑制分布式发电谐振的电网高频阻抗重塑装置及方法
Li et al. Design and comparison of high performance stationary-frame controllers for DVR implementation
CN103078316B (zh) 一种电网电压扰动发生装置及其控制方法
CN105553304B (zh) 一种模块化多电平型固态变压器及其内模控制方法
CN107332250B (zh) 一种基于三相逆变器的多模式电压暂升暂降电源
CN109104097B (zh) 一种高频变压器运行试验装置
CN109327036B (zh) 一种用于提高电网电能质量的级联型储能系统及控制方法
Chen et al. Analysis and mitigation of DC voltage imbalance for medium-voltage cascaded three-level neutral-point-clamped converters
CN102347707A (zh) 一种三相逆变器的控制系统及其控制方法
CN111293894B (zh) 一种模块化多电平矩阵变换器电容电压平衡控制方法
Liu et al. Sequence impedance modeling and stability analysis for load converters with inertial support
Hildebrandt et al. Robust and cost-effective synchronization scheme for a multicell grid emulator
Gangui et al. Research on modular multilevel converter suitable for direct-drive wind power system
Liu et al. The control strategy for Hybrid HVDC using voltage margin control and voltage dependent current order limiter control
Sheng et al. Dc-Link Ripple Suppression of Cascaded H-Bridge Based MV Grid Emulator Apparatus for Analysis and Testing of Grid-Tied Converters in Distribution System
CN107785934B (zh) 五相光伏逆变器系统及其控制方法
CN113612263B (zh) 一种多端口交直流混合配电网的低频振荡抑制方法及系统
CN116316697A (zh) 并网变流器在弱电网不对称短路故障下的动态增稳控制方法
CN115128348A (zh) 一种用于阻抗测量的扰动电压注入装置及控制方法
Xu et al. Control design and operational characteristics comparation for VSC-HVDC supplying active/passive networks
Wu et al. Compound control strategy of active power filter based on modular multilevel converter
CN111800028A (zh) 一种新型铁路牵引供电系统功率波动与环流抑制的方法
Zhou et al. Effect of decoupling terms on the performance of PR current controllers implemented in stationary reference frame
Song et al. Topology Analysis and Short Circuit Fault Simulation Research of Power Electronic Transformers Based on Modular Multilevel Converter

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20190222