CN117289044A - 用于模拟电力网条件的系统和方法 - Google Patents

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E·V·拉森
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Abstract

本发明的主题是“用于模拟电力网条件的系统和方法”。一种用于模拟电力网条件的方法包括采用计算系统来访问与被模拟的电力网关联的参考电压值。此外，方法包括采用计算系统基于与被模拟的电力网上的条件关联的虚拟阻抗来修改参考电压值。附加地，方法包括采用计算系统将相位和幅值补偿应用于所修改的参考电压值。此外，方法包括采用计算系统来控制电网模拟器的操作，使得电网模拟器在相位和幅值补偿已被应用之后基于所修改的电压值来生成输出信号，输出信号被应用于被测试的电力转换器以模拟条件。

Description

用于模拟电力网条件的系统和方法
技术领域
本公开一般涉及用于模拟诸如在受控环境中和/或针对实验室应用的电力网条件的系统和方法。更特别地，本公开涉及用于模拟电力网条件以用于测试电力转换器(诸如用于风力涡轮或太阳能板的电力转换器)的系统和方法。
背景技术
风力被认为是目前可用的最清洁、最为环境友好的能量源中的一种能量源，并且风力涡轮在这个方面已获得越来越多关注。现代风力涡轮典型地包括塔架、安装在塔架上的机舱、定位在机舱中的发电机以及一个或多个转子叶片。一个或多个转子叶片使用已知的翼型原理将风的动能转换为机械能。传动系统将机械能从转子叶片传送到发电机。发电机然后将机械能转换成可被供应到电力网的电力。
典型地，电力转换器在发电机与电力网之间电耦合。在这个方面，电力转换器调节发电机与电网之间的电力的流动。具体来说，电力转换器允许发电机随着风力涡轮转子叶片的旋转速度改变而以电力网频率输出电力。像这样，测试新电力转换器设计一般是必要的，以确保这样的新设计在电力上可以发生的各种条件或故障(例如弱电网条件期间的线对地故障)期间正确起作用。因此，用于模拟电力网条件以供当测试电力转换器时使用的系统已被开发。虽然这样的系统工作良好，但需要进一步的改进。
发明内容
技术的方面和优点将在以下描述中被部分阐述，或者根据描述可以是明显的，或者可通过技术的实施被了解。
在一个方面，本主题针对一种用于模拟电力网条件的方法。方法包括采用计算系统来访问与被模拟的电力网关联的参考电压值。此外，方法包括采用计算系统基于与被模拟的电力网上的条件关联的虚拟阻抗来修改参考电压值。附加地，方法包括采用计算系统将相位和幅值补偿应用于所修改的参考电压值。此外，方法包括采用计算系统来控制电网模拟器的操作，使得电网模拟器在相位和幅值补偿已被应用之后基于所修改的电压值来生成输出信号，输出信号被应用于被测试的电力转换器以模拟条件。
在另一方面，本主题针对一种用于模拟电力网条件的系统。系统包括被配置成电耦合到被测试的电力转换器的电网模拟器以及通信地耦合到电网模拟器的计算系统。计算系统被配置成访问与被模拟的电力网关联的参考电压值。另外，计算系统被配置成基于与被模拟的电力网上的条件关联的虚拟阻抗来修改参考电压值。此外，计算系统被配置成将相位和幅值补偿应用于所修改的参考电压值。附加地，计算系统被配置成控制电网模拟器的操作，使得电网模拟器在相位和幅值补偿已被应用之后基于所修改的电压值来生成输出信号，输出信号被应用于电力转换器以模拟条件。
在另外的方面，本主题针对一种用于模拟电力网条件的系统。系统包括电力转换器以及被配置成电耦合到被测试的电力转换器的电网模拟器。此外，系统包括在电力转换器与电网模拟器之间电耦合的电网模拟器滤波器以及在电网模拟器滤波器与电力转换器之间电耦合的电感器。另外，系统包括通信地耦合到电网模拟器的计算系统。计算系统被配置成访问与被模拟的电力网关联的参考电压值。此外，计算系统被配置成基于与被模拟的电力网上的条件关联的虚拟阻抗来修改参考电压值。附加地，计算系统被配置成将相位和幅值补偿应用于所修改的参考电压值。此外，计算系统被配置成控制电网模拟器的操作，使得电网模拟器在相位和幅值补偿已被应用之后基于所修改的电压值来生成输出信号，输出信号被应用于电力转换器以模拟条件。
本发明提供一组技术方案，如下。
技术方案1.一种用于模拟电力网条件的方法，所述方法包括：
采用计算系统来访问与被模拟的电力网关联的参考电压值；
采用所述计算系统基于与被模拟的所述电力网上的条件关联的虚拟阻抗来修改所述参考电压值；
采用所述计算系统将相位和幅值补偿应用于所修改的参考电压值；以及
采用所述计算系统来控制电网模拟器的操作，使得所述电网模拟器在所述相位和幅值补偿已被应用之后基于所修改的电压值来生成输出信号，所述输出信号被应用于被测试的电力转换器以模拟所述条件。
技术方案2.如技术方案1所述的方法，其中，控制所述电网模拟器的所述操作包括：
采用所述计算系统使用所述输出信号的变化率来监测不稳定条件；
采用所述计算系统将所监测的变化率与最大变化率阈值进行比较；
采用所述计算系统来监测时间周期，跨所述时间周期，所述所监测的变化率超过所述最大变化率阈值；以及
当所监测的时间周期超过预先确定的时间周期时，采用所述计算系统来暂停所述电网模拟器的所述操作。
技术方案3.如技术方案1所述的方法，其中，应用所述相位和幅值补偿包括采用所述计算系统来应用相位补偿。
技术方案4.如技术方案3所述的方法，其中，应用所述相位补偿包括：
采用所述计算系统来应用超前滞后补偿；以及
采用所述计算系统来应用滞后补偿。
技术方案5.如技术方案1所述的方法，其中，应用所述相位和幅值补偿包括采用所述计算系统来应用电压环路控制补偿。
技术方案6.如技术方案5所述的方法，其中，应用所述电压环路控制补偿包括：
采用所述计算系统来应用谐振支路；
采用所述计算系统来应用比例支路；以及
采用所述计算系统来应用前馈支路。
技术方案7.如技术方案1所述的方法，其中，应用所述相位和幅值补偿包括采用所述计算系统来应用自动增益控制补偿。
技术方案8.如技术方案7所述的方法，其中，应用所述自动增益控制补偿包括采用所述计算系统来将一个或多个幅值滤波器和一个或多个幅值增益调整应用于所述所修改的参考电压值。
技术方案9.一种用于模拟电力网条件的系统，所述系统包括：
电网模拟器，被配置成电耦合到被测试的电力转换器；以及
计算系统，通信地耦合到所述电网模拟器，所述计算系统被配置成：
访问与被模拟的电力网关联的参考电压值；
基于与被模拟的所述电力网上的条件关联的虚拟阻抗来修改所述参考电压值；
将相位和幅值补偿应用于所修改的参考电压值；以及
控制所述电网模拟器的操作，使得所述电网模拟器在所述相位和幅值补偿已被应用之后基于所修改的电压值来生成输出信号，所述输出信号被应用于所述电力转换器以模拟所述条件。
技术方案10.如技术方案9所述的系统，其中，当控制所述电网模拟器的所述操作时，所述计算系统被配置成：
监测所述输出信号的变化率；
将所监测的变化率与最大变化率阈值进行比较；
监测时间周期，跨所述时间周期，所述所监测的变化率超过所述最大变化率阈值；以及
当所监测的时间周期超过预先确定的时间周期时，暂停所述电网模拟器的所述操作。
技术方案11.如技术方案9所述的系统，其中，当应用所述相位和幅值补偿时，所述计算系统被配置成应用相位补偿。
技术方案12.如技术方案11所述的系统，其中，当应用所述相位补偿时，所述计算系统被配置成：
应用超前滞后补偿；以及
应用滞后补偿。
技术方案13.如技术方案9所述的系统，其中，当应用所述相位和幅值补偿时，所述计算系统被配置成应用电压环路控制补偿。
技术方案14.如技术方案13所述的系统，其中，当应用所述电压环路控制补偿时，所述计算系统被配置成：
应用谐振支路；
应用比例支路；以及
应用前馈支路。
技术方案15.如技术方案9所述的系统，其中，当应用所述相位和幅值补偿时，所述计算系统被配置成应用自动增益控制补偿。
技术方案16.如技术方案15所述的系统，其中，当应用所述自动增益控制补偿时，所述计算系统被配置成将一个或多个幅值滤波器和一个或多个幅值增益调整应用于所述所修改的参考电压值。
技术方案17.如技术方案9所述的系统，其中：
当修改所述参考电压值时，所述计算系统进一步被配置成基于所述输出信号的电压和所述虚拟阻抗来修改所述参考电压值；以及
当应用所述相位和幅值补偿时，所述计算系统被配置成基于被测试的所述电力转换器的电压来应用所述相位和幅值补偿。
技术方案18.如技术方案9所述的系统，进一步包括：
电网模拟器滤波器，在所述电网模拟器与被测试的所述电力转换器之间电耦合。
技术方案19.一种用于模拟电力网条件的系统，所述系统包括：
电力转换器；
电网模拟器，被配置成电耦合到被测试的电力转换器；
电网模拟器滤波器，在所述电力转换器与所述电网模拟器之间电耦合；
电感器，在所述电网模拟器滤波器与所述电力转换器之间电耦合；以及
计算系统，通信地耦合到所述电网模拟器，所述计算系统被配置成：
访问与被模拟的电力网关联的参考电压值；
基于与被模拟的所述电力网上的条件关联的虚拟阻抗来修改所述参考电压值；
将相位和幅值补偿应用于所修改的参考电压值；以及
控制所述电网模拟器的操作，使得所述电网模拟器在所述相位和幅值补偿已被应用之后基于所修改的电压值来生成输出信号，所述输出信号被应用于所述电力转换器以模拟所述条件。
技术方案20.如技术方案19所述的系统，其中，所述电力转换器包括风力涡轮电力转换器。
参照以下描述和所附权利要求，本技术的这些及其他特征、方面和优点将变得更好理解。结合在这个说明书中并且组成这个说明书的部分的附图说明技术的实施例，并且连同描述一起用来解释技术的原理。
附图说明
在参照附图的说明书中阐述针对本领域的普通技术人员的本技术(包括其最佳模式)的完整且能够实现的公开，所述附图中：
图1是风力涡轮的一个实施例的侧视图；
图2是风力涡轮的电力生成系统的一个实施例的示意视图，特别说明电力生成系统的电力转换器；
图3是用于模拟电力网条件的系统的一个实施例的示意视图；
图4是用于模拟电力网条件的控制逻辑的一个实施例的示意视图；
图5是用于在模拟电力网条件时应用电压环路控制补偿的控制逻辑的一个实施例的示意视图；
图6是用于在模拟电力网条件时应用自动增益控制补偿的控制逻辑的一个实施例的示意视图；以及
图7是用于模拟电力网条件的方法的一个实施例的示意视图。
在本说明书和附图中对附图标记的重复使用意图代表本技术的相同或类似特征或元件。
具体实施方式
现在将详细参照技术的本实施例，在附图中说明所述实施例的一个或多个示例。详细描述使用数字和字母标号来指代附图中的特征。附图和描述中的相似或类似标号已被用来指代技术的相似或类似部分。如本文中所使用的，术语“第一”、“第二”和“第三”可以可互换地用来区分一个组件与另一组件，并且不意图表示单独组件的位置或重要性。
通过对本技术的解释而不是对本技术的限制的方式来提供每个示例。实际上，对于本领域技术人员将显而易见的是，在不背离本技术的范围或精神的情况下，可以在本技术中进行修改和变更。例如，作为一个实施例的部分所说明或所描述的特征可在另一实施例上用来产生又一另外的实施例。因此，本技术意图涵盖如在所附权利要求及其等效体的范围之内的这样的修改和变更。
一般来说，本主题针对用于模拟诸如在受控环境中和/或针对实验室应用的电力网条件的系统和方法。如下面将描述的，所公开的系统包括电网模拟器，所述电网模拟器被配置成电耦合到被测试的电力转换器(例如供风力涡轮或太阳能板使用)。在这个方面，电网模拟器是大电力转换器，生成被应用于电力转换器的输出信号(例如电压信号)。输出信号又指示在操作期间可由电力转换器遭遇的电网条件或故障(例如弱电网条件)。与传统电压分压器系统不同，电网模拟器使能以不同电压和/或频率来测试电力转换器或其他类似设备，而不管真实电网值。
在若干实施例中，计算系统被配置成控制电网模拟器的操作，使得电网模拟器的输出信号模拟特定电网条件或故障以及对由被测试的电力转换器所汲取的电流的响应。更具体来说，计算系统访问与电力网关联的参考电压值，其中参考电压值具有关联的频率和/或相位角。此外，计算系统基于与所模拟的条件/故障关联的虚拟阻抗来修改参考电压值。在这个方面，虚拟阻抗是用来基于当实际电力网遭遇被模拟的条件/故障时发生的阻抗、电容和/或电阻来修改参考电压值的数学模型。像这样，所修改的参考电压值对应于被测试的电力转换器在电网正遭遇被模拟的条件/故障时将受到的电力网的电压。因此，虚拟阻抗允许模拟不同电网强度，而没有对于实际硬件变化的需要。附加地，计算系统将补偿应用于所修改的参考电压值。例如，所应用的补偿可以是相位补偿、电压环路控制补偿和/或自动增益控制补偿。这样的所应用的补偿意图弥补与电网模拟器和控制级的通信、采样、处理、PWM延迟和/或类似物关联的时延。此后，计算系统控制电网模拟器的操作，使得电网模拟器基于所补偿的电压值来生成输出信号。这样的控制将驱动大功率级，所述大功率级充当放大器以有效地创建将对来自被测试的电力转换器的电力输送进行反应的电网。
将补偿应用于模拟电力网条件/故障的所修改的参考电压值改进了电网模拟器的操作。具体来说，电网模拟器在生成被应用于被测试的电力转换器的输出信号时具有时延。这样的时延可使电网模拟器输出信号不准确地模拟某些条件/故障(诸如高频条件)。然而，如上面所描述的，所公开的系统和方法将补偿应用于模拟电力网条件/故障的所修改的参考电压值。尽管有与电网模拟器关联的时延，但是使用所补偿的电压值，电网模拟器可以生成准确地模拟高频条件/故障的输出信号。
现在参照附图，图1是风力涡轮10的一个实施例的透视图。如所示的，风力涡轮10包括从支撑表面14延伸的塔架12，安装在塔架12上的机头16，以及可旋转地耦合到机头16的转子18。转子18包括可旋转毂20以及耦合到毂20并且从毂20向外延伸的至少一个转子叶片22。例如，在图1中所示的实施例中，转子18包括三个转子叶片22。然而在备选实施例中，转子18可包括多于或少于三个转子叶片22。可将每个转子叶片22围绕毂20间隔开以促进转子18的旋转，以便把来自风的动能转换为可使用的旋转机械能。定位在机头16中的发电机24可从转子18的旋转能生成电力。
图2是风力涡轮10的电力生成系统25的一个实施例的示意视图。如所示的，在若干实施例中，风力涡轮10的转子18被耦合到变速箱26，所述变速箱26又被耦合到发电机24。在所说明的实施例中，发电机24是双馈感应发电机(DFIG)。在这个方面，发电机24可被连接到定子母线48和转子母线28。然而在备选实施例中，发电机24可对应于任何其他适合类型的发电机。
此外，发电系统25包括电力转换器30，所述电力转换器30经由转子母线28被连接到发电机24，并且经由线路侧母线44被连接到定子母线48。像这样，定子母线48可从发电机24的定子接收输出多相电力(例如三相电力)，以及转子母线28可从发电机24的转子接收输出多相电力(例如三相电力)。电力转换器30还可包括转子侧转换器(RSC)32和线路侧转换器(LSC)38。发电机24经由转子母线28被耦合到RSC 32。附加地，RSC 32经由DC链路34被耦合到LSC 38，由至少一个DC链路电容器36来形成所述DC链路34。LSC 38又被耦合到线路侧母线44。另外，电力转换器162可通信地耦合到转换器控制器40，所述转换器控制器40控制RSC 32和/或LSC 38的操作。
在操作中，由发电机24生成的交流电力经由双路被供应到电网60，由定子母线48和转子母线28来定义所述双路。采用转子母线28，正弦多相(例如三相)交流(AC)电力被提供到电力转换器30。RSC 32将从转子母线28提供的AC电力转换为直流(DC)电力，并且向DC链路34提供DC电力。一般来说，RSC 32的桥式电路中的开关元件(例如IGBT)可被调制，以将从转子母线28提供的AC电力转换为适合用于DC链路34的DC电力。
附加地，LSC 38将来自DC链路34的DC电力转换为适合用于电网60的AC电力。具体来说，LSC 38的桥式电路中的开关元件(例如IGBT)可以被调制，以将来自DC链路34的DC电力转换为线路侧母线44上的AC电力。来自电力转换器30的AC电力可以与来自发电机24的定子的电力相组合，以提供具有基本上保持在电网60的频率(例如50Hz或60Hz)的频率的多相电力(例如三相电力)。
此外，可包括各种线路接触器和电路断路器(包括例如电网断路器58)，用于在连接到电网60以及从电网60断开期间隔离如对于发电机24的正常操作所必要的各种组件。例如，系统电路断路器54可将系统母线52耦合到变压器56，所述变压器56可经由电网断路器58被耦合到电网60。此外，风力涡轮电力系统25中还可包括定子同步开关50、转换器断路器46和线路接触器42，以例如当电流过量并且可损坏风力涡轮电力系统25的组件时或者出于其他操作考虑而连接或断开对应母线。风力涡轮电力系统100中还可包括附加保护组件。
提供以上所描述的并且在图1和图2中所示的风力涡轮10的配置仅为了将本主题置于使用的示范性领域中。因此，本主题可容易地可适配于任何方式的风力涡轮配置。
现在参照图3，根据本主题的方面说明用于模拟电网条件的系统100的一个实施例的示意视图。一般来说，本文中将参照以上参照图1-2所描述的风力涡轮来描述系统100。然而，应当由本领域普通技术人员领会到的是，所公开的系统100一般可与具有任何其他适合配置的风力涡轮一起利用。
如下面将描述的，当测试电力转换器时，可以使用系统100。在这个方面，系统100可包括要被测试的电力转换器104。例如，在一个实例中，要被测试的电力转换器104可对应于风力涡轮10的电力转换器30(或者类似设计的另一电力转换器)。然而，在备选实施例中，要被测试的电力转换器104可对应于任何适合的电力转换器，诸如用于风力涡轮的另一电力转换器、太阳能板或板阵列的电力转换器和/或类似物。
此外，系统100包括发电机传动系统102，所述发电机传动系统102电耦合到被测试的电力转换器104。一般来说，发电机传动系统102被配置成模拟实际发电机对电力转换器104的影响。像这样，在一些实施例中，发电机传动系统102可对应于被配置成控制电耦合到电力转换器104的电压源(未示出)的适合软件。备选地，发电机传动系统102可对应于电耦合到电力转换器104的实际发电机。
附加地，系统100可包括电网模拟器112，所述电网模拟器112电耦合到被测试的电力转换器104。一般来说，电网模拟器112被配置成生成输出信号，所述输出信号被应用于电力转换器104。输出信号又模拟电力网，以及更具体来说模拟电网上发生的条件/故障。例如，电网模拟器112可模拟任何适合类型的电网条件/故障，诸如短路故障、断相故障、高阻抗故障、高频事件和/或类似物。如所示的，电网模拟器112可经由变压器106电耦合到电力转换器104，并且经由变压器120电耦合到实验室电网122。
此外，电网模拟器112可具有允许电网模拟器112模拟电网条件/故障的任何适合的配置。例如，在所说明的实施例中，电网模拟器112包括经由变压器116被耦合在一起的测试侧转换器114和电网侧转换器118。测试侧和电网侧转换器114、118可包括桥式电路，所述桥式电路具有一个或多个开关元件(例如IGBT)。然而，在备选实施例中，电网模拟器112可具有任何其他适合的配置。
在一些实施例中，系统100可包括在电网模拟器112与被测试的电力转换器104之间耦合的滤波器110。像这样，滤波器110可被配置成对由电网模拟器112生成的输出信号进行滤波或者以其他方式调节由电网模拟器112生成的输出信号。在这个方面，如所说明的，电网模拟器滤波器110可包括各种配置中的无源元件。然而，在备选实施例中，可考虑电网模拟器滤波器110的响应。
另外，在一些实施例中，系统100可包括在电网模拟器滤波器110与电力转换器104之间(例如串联地)电耦合的电感器108。
此外，系统100包括电压和电流传感器124、126。一般来说，电压传感器124被配置成捕获指示作用在电力转换器104上的电压的数据。相反，电流传感器126被配置成捕获指示由电网模拟器112应用的负载的数据。像这样，电压和电流传感器124、126可对应于任何适合的感测装置。
此外，系统100包括计算系统128，所述计算系统128通信地耦合到系统100的一个或多个组件，以允许这样的组件的操作被计算系统128以电子方式或自动控制。例如，计算系统128可经由通信链路130、132通信地耦合到第一和第二电压传感器124、126。像这样，计算系统128可被配置成从第一和第二电压传感器124、126来接收数据，所述数据指示电力转换器104和电网模拟器112的电压。此外，计算系统128可经由通信链路134通信地耦合到电网模拟器112。在这个方面，计算系统128可被配置成控制电网模拟器112的操作，使得电网模拟器112生成指示被模拟的电网条件/故障的输出信号。另外，计算系统128可通信地耦合到系统100的任何其他适合的组件。
一般来说，计算系统128可包括一个或多个基于处理器的装置，诸如给定控制器或计算装置或者控制器或计算装置的任何适合的组合。因此，在若干实施例中，计算系统128可包括被配置成执行多种多样的计算机实现功能的一个或多个处理器136和(一个或多个)关联存储器装置138。如本文中所使用的，术语“处理器”不仅指代本领域中被认为是被包括在计算机中的集成电路，而且还指代控制器、微控制器、微计算机、可编程逻辑电路(PLC)、专用集成电路和其他可编程电路。附加地，计算系统128的(一个或多个)存储器装置138一般可包括(一个或多个)存储器元件，包括但不限于计算机可读介质(例如随机存取存储器RAM)、计算机可读非易失性介质(例如闪速存储器)、软盘、致密盘只读存储器(CD-ROM)、磁光盘(MOD)、数字多功能盘(DVD)和/或其他适合的存储器元件。(一个或多个)这样的存储器装置138一般可被配置成存储适合的计算机可读指令，所述计算机可读指令在由(一个或多个)处理器136实现时将计算系统128配置成执行各种计算机实现的功能，诸如本文中将描述的方法和算法的一个或多个方面。另外，计算系统128还可包括各种其他适合的组件，诸如通信电路或模块、一个或多个输入/输出信道、数据/控制母线和/或诸如此类。
可由单个基于处理器的装置来执行计算系统128的各种功能，或者可跨任何数量的基于处理器的装置分布计算系统128的各种功能，在这个实例中，这样的装置可被认为形成计算系统128的部分。例如，可跨多个控制器或计算装置分布计算系统128的功能，所述控制器或计算装置诸如电网模拟器控制器、膝上型/桌上型计算机、基于云的计算装置和/或类似物。
现在参照图4，根据本主题的方面说明可由计算系统128(或者任何其他适合的计算系统)执行以用于模拟电网条件的示例控制逻辑200的一个实施例的流程图。具体来说，图4中所示的控制逻辑200代表可以被执行以准确模拟高频条件/故障(尽管有与电网模拟器关联的时延)的算法的一个实施例的步骤。因此，在若干实施例中，可有利地与被安装在电网模拟器上或者形成电网模拟器的部分的系统关联利用控制逻辑200，以允许电网条件的实时模拟，而不要求大量计算资源和/或处理时间。然而，在其他实施例中，可与任何其他适合的系统、应用和/或类似物关联使用控制逻辑200，以用于模拟电网条件。
如图4中所示的，如由框202所指示的，控制逻辑200包括访问与被模拟的电力网关联的参考电压值。具体来说，在若干实施例中，计算系统128可被配置成访问与被模拟的电力网关联的参考电压值。例如，在一个实施例中，计算系统128可从其(一个或多个)存储器装置138来访问参考电压值。参考电压值又可对应于被测试的电力转换器104在电网正在正确操作(例如无故障正在发生)时将受到的电压值。此外，参考电压值包括关联的频率和/或相位角。
此外，如由箭头204所指示的，控制逻辑200包括接收瞬时电网模拟器电流值。具体来说，如上所提到的，在若干实施例中，计算系统128可经由通信链路132通信地耦合到第二电压传感器126。在这个方面，计算系统128可接收指示由电网模拟器112生成的输出信号的电压的信号或其他数据。
附加地，控制逻辑200包括基于与被模拟的电力网上的条件关联的虚拟阻抗来修改电网模拟器电压值。具体来说，在若干实施例中，计算系统128可被配置成执行虚拟阻抗逻辑块206，以修改电网模拟器电压信号204。一般来说，虚拟阻抗逻辑块206可对应于数学模型，所述数学模型代表实际电气电路的行为。这个虚拟阻抗随着负载电流流动到被测试的电力转换器中而修改电网模拟器电压信号204。也就是说，虚拟阻抗逻辑块206对遭遇电网模拟器112上模拟的条件/故障的实际电力网的阻抗、电容和/或电阻进行建模。根据从电网模拟器112被汲取到负载中的电流来计算虚拟阻抗的电压降。因此，虚拟阻抗逻辑206可输出修改的电网模拟器电压信号208。例如，在一个实施例中，虚拟阻抗逻辑块206可对应于戴维宁等效体。如下面将描述的，虚拟阻抗逻辑块206最终被用来基于遭遇被模拟的条件/故障的实际电力网内存在的阻抗、电容和/或电阻来修改参考电压值202。
此外，在若干实施例中，控制逻辑200包括将相位补偿应用于所修改的电网模拟器电压信号208。例如，计算系统128可被配置成执行相位补偿器逻辑块210，以将相位补偿应用于所修改的电网模拟器电压信号208，由此输出相位补偿的电网模拟器电压信号214。在一个实施例中，相位补偿器逻辑块210对应于数字或数值传递函数，所述数字或数值传递函数对指定的频率范围弥补(例如由于通信、处理、PWM延迟和/或类似物的)系统时延。在这样的实施例中，计算系统128可将超前滞后补偿和滞后补偿应用于所修改的电网模拟器电压信号208。通过应用相位补偿，控制逻辑200允许计算系统128更快地响应电网模拟器电压信号204，同时保持具有与期望电网相似的响应的稳定系统。然而，在一些实例中(例如当电压环路控制补偿被应用时)，所修改的电网模拟器电压信号208可如由箭头212所指示的绕开相位补偿器逻辑块210。
如图4中所示的，控制逻辑200包括基于与被模拟的电力网上的条件关联的虚拟阻抗来修改参考电压值。例如，计算系统128可被配置成执行求和块216，以将相位补偿的电网模拟器电压信号214(或者当相位补偿器逻辑块210被绕开时的所修改的电网模拟器电压信号208)加到参考电压值。因此，求和块216输出修改的参考电压信号218。
此外，控制逻辑200包括将电压环路控制补偿应用于所修改的参考电压值。例如，在某些实例中(例如当模拟不稳定或极弱电网时)，计算系统128被配置成执行电压环路控制补偿逻辑块220，以将电压环路控制补偿应用于所修改的参考电压信号220，由此输出补偿的电压信号222。因此，当高水平的虚拟阻抗正被使用时，所应用的电压环路控制补偿牺牲带宽以使所修改的参考电压信号218稳定。如下面将描述的，这样的电压环路控制补偿逻辑220包括比例谐振转换器，所述比例谐振转换器对给定频率保持零相位延迟。
备选地，并且如下面将描述的，当仅期望幅度补偿时，自动增益控制补偿226可以用于代替电压环路控制补偿220。因此，自动增益控制补偿可以用来补偿功率级电压增益中的变化。
图5说明电压环路控制补偿逻辑块220的一个实施例的示意视图。更具体来说，在一些实施例中，电压环路控制补偿逻辑块220包括块234，所述块234提供参考与实际电压输出之间的误差信号。误差信号236然后经过谐振支路236、242、244和比例支路238、246、248。谐振支路236、242、244在具体频率上保持零延迟。此外，比例支路238、246、248减少对跨频率范围中的所有频率范围的快速事件的电压校正。附加地，电压环路控制补偿逻辑块220包括前馈支路240，通过所述前馈支路240，前馈增益250被应用于所修改的参考电压信号218。谐振支路236、比例支路238和前馈支路240在求和块252处被求和，以形成补偿的电压信号222。然而，在备选实施例中，电压环路控制补偿逻辑块220可具有任何其他适合的结构。
再次参照图4，控制逻辑200包括将自动增益控制补偿应用于所修改的参考电压值。自动增益控制补偿稳态期间的功率级增益上的变化。因此，它在模拟强电网时或者在长期运行测试期间允许幅度控制。例如，在某些实例中(例如当存在增益中的突然变化时)，计算系统128被配置成执行自动增益控制补偿逻辑块226，以将自动增益控制补偿应用于所修改的参考电压信号220，由此输出补偿的电压信号230。因此，所应用的自动增益控制补偿可以诸如紧接在电网条件/故障正被模拟之前来补偿突然增益变化。
图6说明自动增益控制补偿逻辑块226的一个实施例的示意视图。更具体来说，在一些实施例中，自动增益控制补偿逻辑块226包括确定电力转换器电压信号232的幅值256的反馈幅值确定逻辑块254。类似地，自动增益控制补偿逻辑块226包括确定所补偿的电压信号230的幅值260的参考幅值确定逻辑块258。此外，自动增益控制补偿逻辑块226包括基于幅值信号256、260和参考值262来确定幅值比率信号266的幅值比率计算264。此后，在块268处，所修改的参考电压信号218和幅值比率信号266被相乘，以形成所补偿的电压信号230。
再次参照图4，控制逻辑200包括输出所补偿的电压信号222、230中的一个作为控制信号224。控制信号224又经由通信链路134被应用于电网模拟器112。像这样，控制信号224指导电网模拟器112生成模拟电网条件/故障的输出信号，以供测试电力转换器104时使用。例如，当存在大虚拟阻抗时，可将所补偿的电压信号222(即，具有电压环路控制补偿的信号)作为控制信号224输出。相反，当存在增益中的突然变化时，可将所补偿的电压信号230(即，具有自动增益控制补偿的信号)作为控制信号224输出。
附加地，控制逻辑200可包括：在某些实例中，当输出信号中的不稳定性存在时，暂停电网模拟器112的操作。像这样，在若干实施例中，计算系统128可执行不稳定性检测器逻辑233。当执行逻辑233时，计算系统128可使用输出信号的变化率(例如经由电网模拟器电压信号204)来监测不稳定条件，并且将所监测的变化率与最大变化率阈值进行比较。当所监测的变化率超过最大变化率阈值时，计算系统128可监测时间周期，跨所述时间周期，所监测的变化率超过最大变化率阈值。此后，当所监测的时间周期超过预先确定的时间周期(由此指示不稳定性存在)时，计算系统128可暂停电网模拟器112的操作，以防止对电网模拟器112、电力转换器104和/或系统100的其他组件的损坏。
现在参照图7，根据本主题的方面说明用于模拟电网条件的方法300的一个实施例的流程图。一般来说，本文中将参照以上参照图1-6所描述的系统100来描述方法300。然而，所公开的方法300一般可在具有任何适合的系统配置的任何系统内被实现。另外，虽然图7为了说明和讨论的目的而描绘以特定顺序执行的步骤，但本文中所讨论的方法并不限于任何特定顺序或布置。使用本文中提供的公开，本领域的技术人员将领会到，在不背离本公开的范围的情况下，可以以各种方式省略、重新布置、组合和/或适配本文中公开的方法的各种步骤。
如图7中所示的，在(302)处，方法300可包括采用计算系统来访问与被模拟的电力网关联的参考电压值。例如，如上面所描述的，计算系统128可被配置成访问与被模拟的电力网关联的参考电压值(例如所述参考电压值被存储在其(一个或多个)存储器装置138内)。
附加地，在(304)处，方法300可包括采用计算系统基于与被模拟的电力网上的条件关联的虚拟阻抗来修改参考电压值。例如，如上面所描述的，计算系统128可被配置成基于与被模拟的电力网上的条件关联的虚拟阻抗来修改参考电压值。
此外，如图7中所示的，在(306)处，方法300可包括采用计算系统将补偿应用于所修改的参考电压值。例如，如上面所描述的，计算系统128可被配置成将补偿应用于所修改的参考电压值。
此外，在(308)处，方法300可包括采用计算系统来控制电网模拟器的操作，使得电网模拟器基于所补偿的电压值来生成输出信号，其中输出信号被应用于被测试的电力转换器以模拟条件。例如，如上面所描述的，计算系统128可被配置成控制电网模拟器112的操作，使得电网模拟器112基于所补偿的电压值来生成输出信号。输出信号又被应用于被测试的电力转换器104，以模拟电网条件/故障。
这个书面描述使用示例来公开技术(包括最佳模式)，并且还使本领域的任何技术人员能够实施技术，包括制作和使用任何装置或系统以及执行任何结合的方法。技术的可以取得专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域的技术人员想到的其他示例。如果这样的其他示例包括不异于权利要求的文字语言的结构元件，或者如果它们包括具有与权利要求的文字语言的非实质差异的等效结构元件，则它们规定为在权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种用于模拟电力网条件的方法，所述方法包括：
采用计算系统来访问与被模拟的电力网关联的参考电压值；
采用所述计算系统基于与被模拟的所述电力网上的条件关联的虚拟阻抗来修改所述参考电压值；
采用所述计算系统将相位和幅值补偿应用于所修改的参考电压值；以及
采用所述计算系统来控制电网模拟器的操作，使得所述电网模拟器在所述相位和幅值补偿已被应用之后基于所修改的电压值来生成输出信号，所述输出信号被应用于被测试的电力转换器以模拟所述条件。
2.如权利要求1所述的方法，其中，控制所述电网模拟器的所述操作包括：
采用所述计算系统使用所述输出信号的变化率来监测不稳定条件；
采用所述计算系统将所监测的变化率与最大变化率阈值进行比较；
采用所述计算系统来监测时间周期，跨所述时间周期，所述所监测的变化率超过所述最大变化率阈值；以及
当所监测的时间周期超过预先确定的时间周期时，采用所述计算系统来暂停所述电网模拟器的所述操作。
3.如权利要求1所述的方法，其中，应用所述相位和幅值补偿包括采用所述计算系统来应用相位补偿。
4.如权利要求3所述的方法，其中，应用所述相位补偿包括：
采用所述计算系统来应用超前滞后补偿；以及
采用所述计算系统来应用滞后补偿。
5.如权利要求1所述的方法，其中，应用所述相位和幅值补偿包括采用所述计算系统来应用电压环路控制补偿。
6.如权利要求5所述的方法，其中，应用所述电压环路控制补偿包括：
采用所述计算系统来应用谐振支路；
采用所述计算系统来应用比例支路；以及
采用所述计算系统来应用前馈支路。
7.如权利要求1所述的方法，其中，应用所述相位和幅值补偿包括采用所述计算系统来应用自动增益控制补偿。
8.如权利要求7所述的方法，其中，应用所述自动增益控制补偿包括采用所述计算系统来将一个或多个幅值滤波器和一个或多个幅值增益调整应用于所述所修改的参考电压值。
9.一种用于模拟电力网条件的系统，所述系统包括：
电网模拟器，被配置成电耦合到被测试的电力转换器；以及
计算系统，通信地耦合到所述电网模拟器，所述计算系统被配置成：
访问与被模拟的电力网关联的参考电压值；
基于与被模拟的所述电力网上的条件关联的虚拟阻抗来修改所述参考电压值；
将相位和幅值补偿应用于所修改的参考电压值；以及
控制所述电网模拟器的操作，使得所述电网模拟器在所述相位和幅值补偿已被应用之后基于所修改的电压值来生成输出信号，所述输出信号被应用于所述电力转换器以模拟所述条件。
10.如权利要求9所述的系统，其中，当控制所述电网模拟器的所述操作时，所述计算系统被配置成：
监测所述输出信号的变化率；
将所监测的变化率与最大变化率阈值进行比较；
监测时间周期，跨所述时间周期，所述所监测的变化率超过所述最大变化率阈值；以及
当所监测的时间周期超过预先确定的时间周期时，暂停所述电网模拟器的所述操作。
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