一种电网模拟系统及其控制方法与流程

本申请涉及电网模拟领域，更具体地说，涉及一种电网模拟系统及其控制方法。
背景技术：
：近年来，随着越来越多的分布式发电系统接入电网，各国电网公司都对分布式发电系统提出了新的严格要求，即要求在电网出现故障时分布式发电系统可以继续并网运行并发出无用功率来支持电网。因此在分布式发电系统的研究中，研究系统在这些故障条件下的运行特性非常重要。然而，由于电网的目标是提供标准的三相正弦电压，各种形式的电网故障(如电压跌落、电压三相不平衡等)并不常见。因此，在对分布式发电系统进行测试时，需要专门的设备或仪器来模拟上述故障。现在常用的一种电网模拟系统，如图1所示，采用三个相互独立的背靠背系统，输入侧为三相PWM整流器，输出侧为输出电压可控单相PWM逆变器，电网电压经过三相变压器隔离后接入三相PWM整流器，再依此经过单相PWM逆变器和LC滤波器输出。但是，采用三组单相PWM逆变器，需要三个单相之间进行很好的协调控制才能保证输出电网故障目标电压矢量，因此，控制实现比较复杂，模拟的目标电网波形不准确，且占用资源较多。技术实现要素：有鉴于此，本申请提出一种电网模拟系统及其控制方法，欲实现在电网模拟过程中，更准确模拟目标电网波形，控制实现简单，且占用资源较少目的。一种电网模拟系统，包括：输入模块、转换模块、输出模块和控制模块，其中，电网电压通过所述输入模块传输至所述转换模块；所述转换模块包括三相PWM整流器和三相PWM逆变器，所述三相PWM整流器用于将电网电压转化为直流电压，所述三相PWM逆变器用于将所述三相PWM整流器输出的直流电压转化为交流电压；所述交流电压通过所述输出模块输出；所述控制模块采集所述转换模块输出侧的电气信号，并根据用户输入的目标电网模拟参数生成调制信号控制所述三相PWM逆变器的运行状态，以使所述三相PWM逆变器输出目标电网波形。优选的，所述输入模块包括：第一变压器和第一滤波器，所述第一变压器用于对电网电压进行升压或降压；所述第一滤波器用于滤除电流谐波。优选的，所述第一滤波器为：LCL滤波器。优选的，所述输出模块包括：第二滤波器和第二变压器，所述第二滤波器用于滤除电压谐波，所述第二变压器用于将线电压转化为相电压。优选的，所述第二滤波器为：LC滤波器。优选的，所述转换模块包括N个三相PWM整流器和N个三相PWM逆变器；所述输出模块包括N个LC滤波器；每个所述三相PWM整流器依此连接一个所述三相PWM逆变器和一个LC滤波器，所述N为2以上的正整数。一种电网模拟系统的控制方法，基于上述的电网模拟系统，所述方法包括：接收用户输入的目标电网模拟参数；采集所述三相PWM逆变器输出电气参数；根据所述电气参数和目标电网模拟参数生成所述三相PWM逆变器的驱动信号；根据所述驱动信号，控制所述三相PWM逆变器的运行状态，以使所述三相PWM逆变器输出目标电网波形。优选的，在所述目标电网模拟参数为电压三相不平衡模拟参数时，所述根据所述电气参数和目标电网模拟参数生成所述三相PWM逆变器的驱动信号包括：根据所述电压三相不平衡模拟参数得到给定三相电压值通过坐标变换将静止坐标系中的所述给定三相电压值转换为旋转坐标系中的电压值将所述三相PWM逆变器输出的静止坐标系中的三相电压值Ua，Ub，Uc，通过坐标变换转换为旋转坐标系中的电压值Ud，Uq；将所述电压值分别与所述电压值Ud，Uq做差，并分别经过PIR控制器调节生成电流值将所述三相PWM逆变器输出的静止坐标系中的电流值Ia，Ib，Ic，通过坐标变换转换为旋转坐标系中的电流值Id，Iq；将所述电流值分别与所述电流值Id，Iq做差，并分别经过PIR控制器进行调节生成调制电压值Vd，Vq；通过坐标变换将旋转坐标系中的所述电压值Vd，Vq转换为静止坐标系中的电压值Usa，Usb，Usc；对所述电压值Usa，Usb，Usc进行SPWM调制生成所述三相PWM逆变器的驱动信号。优选的，在所述目标电网模拟参数为电压跌落模拟参数时，所述根据所述电气参数和目标电网模拟参数生成所述三相PWM逆变器的驱动信号包括：根据所述电压跌落模拟参数得到给定三相电压值通过坐标变换将静止坐标系中的所述给定三相电压值转换为旋转坐标系中的电压值将所述旋转坐标系中的电压值分解为电压正序分量和电压负序分量将所述三相PWM逆变器输出的静止坐标系中的三相电压值Ua，Ub，Uc，通过坐标变换转换为旋转坐标系中的电压值Ud，Uq；将所述旋转坐标系中的电压值Ud，Uq分解为电压正序分量UdPos，UqPos和电压负序分量UdNeg，UqNeg；将所述电压正序分量分别与所述电压正序分量UdPos，UqPos做差，并分别经过PIR控制器调节生成电流正序分量且，将所述电压负序分量分别与所述电压负序分量UdNeg，UqNeg做差，并分别经过PIR控制器调节生成电流负序分量将所述三相PWM逆变器输出的静止坐标系中的电流值Ia，Ib，Ic，通过坐标变换转换为旋转坐标系中的电流值Id，Iq；将所述旋转坐标系中的电流值Id，Iq分解为电流正序分量IdPos，IqPos和电流负序分量IdNeg，IqNeg；将所述电流正序分量分别与所述电流正序分量IdPos，IqPos做差，并分别经过PIR控制器调节生成调制电压正序分量VdPos，VqPos；且，将所述电流负序分量分别与所述电流负序分量IdNeg，IqNeg做差，并分别经过PIR控制器调节生成调制电压负序分量VdNeg，VqNeg；将所述调制电压正序分量VdPos，VqPos分别与所述电压正序分量叠加，形成最终调制电压正序分量且，将所述调制电压负序分量VdNeg，VqNeg分别与所述电压负序分量叠加，形成最终调制电压负序分量通过坐标变换分别将旋转坐标系中的所述最终调制电压正序分量和所述最终调制电压负序分量转换为静止坐标系中的正序分量和负序分量，并将所述正序分量与所述负序分量分别进行叠加形成静止坐标系中的电压值Usa，Usb，Usc；对所述电压值Usa，Usb，Usc进行SPWM调制生成所述三相PWM逆变器的驱动信号。优选的，目标电网模拟参数为：电压三相不平衡模拟参数、电压跌落模拟参数、不同电压和频率等级模拟参数、电网频率突变模拟参数、谐波模拟参数、以及网压波动模拟参数的两种或两种以上的组合。本申请提出一种电网模拟系统及其控制方法，包括：输入模块、转换模块、输出模块和控制模块，其中，电网电压通过输入模块传输至转换模块；转换模块包括三相PWM整流器和三相PWM逆变器；控制模块采集转换模块输出侧的电气信号，并根据用户输入的目标电网模拟参数生成调制信号控制三相PWM逆变器的运行状态，以使所述三相PWM逆变器输出目标电网波形。在电网模拟过程中，利用三相PWM逆变器输出目标电网波形，相比于现有技术中三个单相PWM逆变器的方案，由于不需要三个单相之间进行协调控制，就能保证输出电网故障目标电压矢量，因此，控制实现简单，能更准确模拟电网波形，且占用资源较少。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为现有技术中一种常见的电网模拟系统的主要电路示意图；图2为本申请公开的一种电网模拟系统示意图；图3为本实施例公开的一种电网模拟系统的示意图；图4为本实施例公开的另一种电网模拟系统的示意图；图5为本申请公开的一种电网模拟系统的控制方法的流程图；图6为本实施例公开的一种电网模拟系统的控制方法的原理图；图7为本实施例公开的另一种电网模拟系统的控制方法的原理图。具体实施方式下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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他实施例，都属于本申请保护的范围。现对本申请设计的名词进行解释，以便于对本申请方案的理解：不平衡度：不平衡度为电量的负序分量方均根值与负序分量方均根值之比，用符号ε表示，即ϵu=UNegUPos*100%]]>ϵI=INegIPos*100%]]>式中，εu,εI分别为三相电压和电流不平衡度；UNeg,UPos分别电压负序、正序分量方均根值；INeg,IPos分别为电流负序、正序分量方均根值。电压跌落深度：额定电压值与跌落过程中的电压最小值之差。电压跌落时间：电压跌落从发生到结束之间的持续吋间。本申请公开一种电网模拟系统，参见图2所示，包括：输入模块1、转换模块2、输出模块3和控制模块4，其中，电网电压通过输入模块1传输至转换模块2；转换模块包括三相PWM整流器21和三相PWM逆变器22，三相PWM整流器21用于将电网电压转化为直流电压，三相PWM逆变器22用于将三相PWM整流器21输出的直流电压转化为交流电压；三相PWM逆变器22转化的交流电压通过输出模块3输出；控制模块24采集转换模块2输出侧的电气信号，即采集三相PWM逆变器22输出侧的三相电流值Ia，Ib，Ic和三相电压值Ua，Ub，Uc，并根据用户输入的目标电网模拟参数生成调制信号控制三相PWM逆变器的运行状态，以使所述三相PWM逆变器输出目标电网波形。本实施例公开的电网模拟系统，在电网模拟过程中，利用三相PWM逆变器输出目标电网波形，相比于现有技术中三个单相PWM逆变器的方案，由于不需要三个单相之间进行协调控制，就能保证输出电网故障目标电压矢量，因此，控制实现简单，能更准确模拟电网波形，且占用资源较少。实施例一本申请公开了一种电网模拟系统，参见图3所示，电网模拟装置包括：第一变压器11、第一滤波器12、三相PWM整流器21、稳压电容23、三相PWM逆变器22、第二滤波器31、第二变压器32、电流采集装置41、电压采集装置42、输入装置43、处理器44和驱动装置45，其中，第一变压器11、第一滤波器12、三相PWM整流器21、稳压电容23、三相PWM逆变器22、第二滤波器31和第二变压器32依此连接。第一变压器11用于对电网电压进行升压或降压；第一滤波器12用于滤除电流谐波，提高网侧电流波形质量，具体的第一滤波器12为LCL滤波器；三相PWM整流器21用于将电网电压(电网电压为交流电压)转化为直流电压；稳压电容23用于为三相PWM逆变器22提供稳定的直流电压；三相PWM逆变器22用于将三相PWM整流器转化的直流电压转化为交流电压；第二滤波器31用于滤除电压谐波，将三相PWM逆变器22输出的PWM波变换为光滑的正弦波，具体的第二滤波器为LC滤波器；第二变压器32用于将线电压(三相PWM逆变器22转化后的交流电压为线电压)转化为相电压。电流采集装置41和电压采集装置42均连接于三相PWM逆变器22的输出侧，分别用于采集三相PWM逆变器22输出侧的三相电流值Ia，Ib，Ic和三相电压值Ua，Ub，Uc，并发送至处理器44。输入装置43用于设置目标电网模拟参数，并将目标电网模拟参数发送至处理器44。处理器44根据接收到的目标电网模拟参数、三相电流值Ia，Ib，Ic和三相电压值Ua，Ub，Uc生成三相PWM逆变器22的开关管的驱动信号；驱动装置45根据驱动信号控制三相PWM逆变器22的开关管动作。三相PWM逆变器22生成线电压，第二变压器32将线电压转化为相电压，输入并网设备。用户利用输入装置43设置的目标电网模拟参数可以为电压三相不平衡模拟参数、电压跌落模拟参数、不同电压和频率等级模拟参数、电网频率突变模拟参数、谐波模拟参数、以及网压波动模拟参数中的一种，也可以为电压三相不平衡模拟参数、电压跌落模拟参数、不同电压和频率等级模拟参数、电网频率突变模拟参数、谐波模拟参数、以及网压波动模拟参数中的两种或两种以上的组合。电压三相不平衡模拟参数包括电压值、频率值、电压不平衡种类(单相不平衡、两相不平衡和三相不平衡)和电压不平衡度；电压跌落模拟参数包括电压值、频率值、电压跌落种类(三相、单相、两相之间和两相)、电压跌落深度和电压跌落时间；不同电压和频率和频率等级模拟参数包括电压值、频率值、频率升降率值和电压升降率值；电网频率突变模拟参数包括电压值、频率值、频率突变值和频率突变时间；谐波模拟参数包括电压值、频率值、奇次谐波值、偶次谐波值和总谐波值；网压波动模拟参数包括电压值、频率值、电压波动幅度和电压波动频率。用户通过输入装置43设置的不同的目标电网模拟参数实现对不同电网故障的模拟。实施例二本申请公开了另一种电网模拟系统，参见图4所示，与实施例一公开的方案的区别是三相PWM整流器21、稳压电容23、三相PWM逆变器22和LC滤波器均为多重化设置，即包括多个三相PWM整流器21，每个三相PWM整流器21依此连接一个稳压电容23、一个PWM逆变器22和一个LC滤波器。通过三相PWM整流器21的多重化设计以及LCL滤波器的应用，采用多重化，控制算法，将电流谐波往高频段平移，使得网侧的高次谐波大为减少，再配合5、7次低次谐波消除算法，可大大优化网侧电流谐波，提升系统的电网友好度；通过三相PWM逆变器22和LC滤波器的多重化设计，结合5、7次低次谐波消除算法，可大大优化各种模式(除谐波模拟)的电压波形质量。本申请公开一种电网模拟系统的控制方法，参见图5所示，基于上述的电网模拟系统，该方法包括：步骤S11：接收用户输入的目标电网模拟参数。步骤S12：采集三相PWM逆变器输出电气参数，电气参数包括三相电流值Ia，Ib，Ic和三相电压值Ua，Ub，Uc。步骤S13：根据所电气参数和目标电网模拟参数生成三相PWM逆变器的驱动信号。步骤S14：根据驱动信号，控制三相PWM逆变器的运行状态，以使三相PWM逆变器输出目标电网波形。本实施例公开的电网模拟系统的控制方法，在电网模拟过程中，不需要三个单相之间进行协调控制，就能保证输出电网故障目标电压矢量，因此，控制实现简单，能更准确模拟电网波形，且占用资源较少。实施例三本申请公开一种电网模拟系统的控制方法，参见图6所示，该控制方法为电压三相不平衡模拟控制方法，包括：步骤S21：根据电压三相不平衡模拟参数得到给定三相电压值用户输入的电压三相不平衡模拟参数包括电压值、频率值、电压不平衡种类(单相不平衡、两相不平衡和三相不平衡)和电压不平衡度。处理器根据电压值、电压不平衡种类以及电压不平衡度得到给定三相电压值步骤S22：通过坐标变换将静止坐标系中的三相电压值转换为旋转坐标系中的电压值静止坐标系到旋转坐标系的变换矩阵C3s/2r：C3s/2r=cosθ*cos(θ*-2π/3)cos(θ*+2π/3)sinθ*sin(θ*-2π/3)sin(θ*+2π/3)]]>其中θ*为坐标变换的旋转角度，θ*＝∫ω*dt，ω*＝2πf*，ω*为角频率(rad/s)，f*为用户输入的频率值，即目标电压的频率。步骤S23：将三相PWM逆变器输出的静止坐标系中三相电压值Ua，Ub，Uc通过坐标变换转换为旋转坐标系中的电压值Ud，Uq。步骤S24：将电压值分别与电压值Ud，Uq做差，并分别经过PIR控制器调节生成电流值将传统的PI控制与R(Resonant)谐振控制相结合，构建PIR控制器，能够对控制变量中的负序分量、基波分量和谐波分量分别进行控制，实现对脉动分量的快速跟随。具体的PIR控制器的传递函数为：GPIR=KP+KIs+Kn1ωc1ss2+2ωc1s+[-2ω0]2+Kn2ωc2ss2+2ωc2s+[(n±1)ω0]2]]>式中，KP，KI分别为比例系数和积分系数；Kn1，Kn2为谐振控制器的谐振系数；ωc1，ωc2为谐振控制器的截止频率，s＝jω为微分算子，控制系统的传递函数表达式的表示形式，ω0为电网角频率，ω0＝2πf0，f0为工频电网频率，f0＝50Hz。步骤S25：将三相PWM逆变器输出的电流值Ia，Ib，Ic，通过坐标变换转换为旋转坐标系中的电流值Id，Iq。旋转坐标系到静止坐标系的变换矩阵C2r/3s：C2r/3s=cosθ*sinθ*cos(θ*-2π/3)sin(θ*-2π/3)cos(θ*+2π/3)sin(θ*+2π/3)]]>其中θ*为坐标变换的旋转角度，θ*＝∫ω*dt，ω*＝2πf*，ω*为角频率(rad/s)，f*为用户输入的频率值，即目标电压的频率。步骤S26：将电流值分别与电流值Id，Iq做差，并分别经过PIR控制器进行调节生成调制电压值Vd，Vq。步骤S27：通过坐标变换将旋转坐标系中的电压值Vd，Vq转换为静止坐标系中的电压值Usa，Usb，Usc。步骤S28：对电压值Usa，Usb，Usc进行SPWM调制生成三相PWM逆变器的驱动信号。实施例四本申请公开一种电网模拟系统的控制方法，参见图7所示，该控制方法为电压跌落模拟控制方法，包括：步骤S31：根据电压跌落模拟参数得到给定三相电压值用户输入的电压跌落模拟参数包括电压值、频率值、电压跌落种类(三相、单相、两相之间和两相)、电压跌落深度和电压跌落时间。处理器根据电压值、电压跌落种类以及电压跌落深度，得到给定三相电压值并在电压跌落时间内保持该给定三相电压值步骤S32：通过坐标变换将静止坐标系中的所给定三相电压值转换为旋转坐标系中的电压值步骤S33：将旋转坐标系中的电压值分解为电压正序分量和电压负序分量步骤S34：将所三相PWM逆变器输出的静止坐标系中的三相电压值Ua，Ub，Uc，通过坐标变换转换为旋转坐标系中的电压值Ud，Uq；步骤S35：将旋转坐标系中的电压值Ud，Uq分解为电压正序分量UdPos，UqPos和电压负序分量UdNeg，UqNeg。步骤S36：将所电压正序分量分别与电压正序分量UdPos，UqPos做差，并分别经过PIR控制器调节生成电流正序分量且，将电压负序分量分别与电压负序分量UdNeg，UqNeg做差，并分别经过PIR控制器调节生成电流负序分量步骤S37：将三相PWM逆变器输出的静止坐标系中的电流值Ia，Ib，Ic，通过坐标变换转换为旋转坐标系中的电流值Id，Iq。步骤S38：将所旋转坐标系中的电流值Id，Iq分解为电流正序分量IdPos，IqPos和电流负序分量IdNeg，IqNeg。步骤S39：将电流正序分量分别与电流正序分量IdPos，IqPos做差，并分别经过PIR控制器调节生成调制电压正序分量VdPos，VqPos；且，将电流负序分量分别与电流负序分量IdNeg，IqNeg做差，并分别经过PIR控制器调节生成调制电压负序分量VdNeg，VqNeg。步骤S310：将调制电压正序分量VdPos，VqPos分别与电压正序分量叠加，形成最终调制电压正序分量且，将调制电压负序分量VdNeg，VqNeg分别与电压负序分量叠加，形成最终调制电压负序分量步骤S311：通过坐标变换分别将旋转坐标系中的所最终调制电压正序分量和最终调制电压负序分量转换为静止坐标系中的正序分量和负序分量，并将正序分量与负序分量分别进行叠加形成静止坐标系中的电压值Usa，Usb，Usc。步骤S312：对所电压值Usa，Usb，Usc进行SPWM调制生成三相PWM逆变器的驱动信号。上述电压跌落模拟的控制方法为通过电压环外环和电流环内环双闭环控制，相比电压环单环控制，加入电流环，将负载变化的信息添加入控制系统，本身内环电流环的响应速度比电压环外环响应速度快，电流内环快速跟随负载变化，将提升整体电压电流双闭环控制系统的响应速度。单纯依靠电压外环，只根据电压进行跟随，响应速度比不上电压电流双闭环；在电压电流双闭环的基础上叠加上给定电压构成前馈环节，再次提高系统动态响应性能。能够快速跟随给定电压变化，生成电压跌落波形，实现电压跌落模拟。对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。当前第1页1 2 3