用于虚拟同步机稳定性测试的电网模拟装置及测试装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种用于虚拟同步机稳定性测试的电网模拟装置及测试装置，电压控制型变流器采用虚拟惯量控制模块和虚拟阻抗控制模块来实现被模拟电网的端口特性，电压控制型变流器具有较高的开关频率；电流控制型变流器采用电流控制模块来吸收或产生被模拟电网的端口负载电流，电流控制型变流器具有较低的开关频率；两台变流器的交流侧并联后直接与被模拟电网的端口相连，或通过电阻抗网络与被模拟电网的端口相连。虚拟惯量控制模块通过将不同的控制环节结合在一起消除了部分控制环节中的离散微分算子。本发明专利技术有效模拟低中频段的电网阻抗特性和惯量特性，高效地实现同步发电机或虚拟同步机变流器在不同电网阻抗、不同电网惯量条件下的稳定性测试。量条件下的稳定性测试。量条件下的稳定性测试。

【技术实现步骤摘要】
用于虚拟同步机稳定性测试的电网模拟装置及测试装置


[0001]本专利技术涉及电力电子
，具体地，涉及一种用于虚拟同步机稳定性测试的电网模拟装置及测试装置。

技术介绍

[0002]近年来，随着新能源发电的大规模应用，并网变流器在电网中的占比越来越高。采用传统控制策略的并网变流器并不含惯量，从而导致电网的惯量变低，频率稳定性变差。为了提高电网的惯量，并网变流器采用虚拟同步机控制策略来模拟同步机的惯量。典型虚拟同步机包括虚拟同步机控制环和电压/电流内环两个控制环，两个控制环与电网惯量、电网阻抗会产生明显的耦合，这种耦合可能会引发低频有功振荡和中频电压电流谐振。
[0003]为保证电网的稳定性，采用虚拟同步机控制策略的并网变流器需要在并网之前进行稳定性测试。传统的虚拟同步机稳定性测试采用一台电机串联实际的电感来模拟电网特性。这种测试方法有着以下局限性：
[0004]成本高；这种方法需要不同的电感来模拟不同的阻抗，不同的电机来模拟不同的惯量。
[0005]准确性低；电感是一种非线性器件，在流过不同电流值，电感值不相同。
[0006]灵活性差；测试不同短路比时，需要不断更换电感；实际电机的惯量参数不可调整。

技术实现思路

[0007]本专利技术针对现有技术中存在的上述问题，提出了一种用于虚拟同步机稳定性测试的电网模拟装置及测试装置。
[0008]根据本专利技术的一个方面，提供了一种用于虚拟同步机稳定性测试的电网模拟装置，包括电流控制型变流器、电压控制型变流器、第一直流供电端口、第二直流供电端口、交流测试端口、电压变流器控制系统以及电流变流器控制系统；其中：
[0009]所述电流控制型变流器的端口包括一个直流输入端和一个交流输出端，所述电压控制型变流器的端口包括一个直流输入端和一个交流输出端；
[0010]所述电流控制型变流器的直流输入端与所述第一直流供电端口相连，所述电压控制型变流器的直流输入端与所述第二直流供电端口相连，所述第一直流供电端口和所述第二直流供电端口分别与外部电源连接；
[0011]所述电流控制型变流器的交流输出端和所述电压控制型变流器的交流输出端并联后，与所述交流测试端口相连；所述交流测试端口输出电网特性，并与外部待测试变流器相连；
[0012]所述电压控制型变流器包括相互连接的高开关频率变流器和电阻抗网络B，用于通过控制交流测试端口电压，实现对被模拟的低中频电网阻抗和低频惯量的模拟；其中，电阻抗网络B用于滤除电压谐波；
[0013]所述电流控制型变流器包括相互连接的低开关频率变流器和电阻抗网络A，用于通过发出或吸收交流测试端口基频或低频电流，实现提供或吸收被测试变流器的功率；其中，所述电阻抗网络A用于滤除电流谐波；
[0014]所述电压变流器控制系统，包括依次连接的虚拟惯量控制模块、虚拟阻抗控制模块和高频脉宽调制器；其中，所述虚拟惯量控制模块的输入信号作为所述电压变流器控制系统的输入信号，所述虚拟惯量控制模块的输出信号作为虚拟阻抗控制模块的输入信号；所述虚拟阻抗控制模块的输入信号作为所述虚拟惯量控制模块的输出信号，所述虚拟阻抗控制模块的输出信号作为所述高频脉宽调制器的输入信号；所述高频脉宽调制器的输出信号作为所述电压控制型变流器的高开关频率变流器的开关信号；其中：
[0015]所述虚拟惯量控制模块用于描述被模拟电网中考虑线路阻抗的惯量特性，包括相位控制单元和幅值控制单元；其中，所述相位控制单元包括虚拟阻抗A部分、有功功率计算部分和转矩方程部分；所述虚拟阻抗A部分利用交流测试端口电压v
g
、交流测试端口电流i
g
和虚拟阻抗Z
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得到虚拟电压v
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，所述虚拟电压v
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和交流测试端口电流i
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通过所述有功功率计算部分得到有功功率P
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，所述有功功率P
s
通过所述转矩方程部分得到给定电流的相位信号θ；所述幅值控制单元包括虚拟阻抗A部分、无功功率计算部分、幅值下垂方程部分和虚拟阻抗B部分，其中所述虚拟阻抗A部分利用交流测试端口电压v
g
、交流测试端口电流i
g
和虚拟阻抗Z
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得到虚拟电压v
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，所述虚拟电压v
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和交流测试端口的采样电流i
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通过所述无功功率计算部分得到无功功率Q
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，所述无功功率Q
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通过所述幅值下垂方程部分得到虚拟电压幅值给定V
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，所述虚拟电压幅值给定V
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经过所述虚拟阻抗B部分后得到给定电流的dq轴的幅值信号(i
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,i
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)；所述给定电流的相位信号和所述给定电流的dq轴的幅值信号共同组成所述虚拟阻抗控制模块的给定信号；
[0016]所述虚拟阻抗控制模块采用诺顿等效电路描述被模拟电网的端口阻抗特性并生成高开关频率变流器的调制信号e
v
；其中，所述虚拟阻抗控制模块主要包括反馈信号计算单元和电压控制单元两个部分；所述反馈信号计算单元利用被测试端口的电压信号v
g
、被虚拟阻抗Z
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和被测试端口的电压信号i
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生成诺顿等效电路中的反馈信号i
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；所述电压控制单元利用虚拟惯量控制模块的输出信号i
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和反馈信号i
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生成高开关频率变流器的调制信号e
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；所述高频脉宽调制器将所述调制信号e
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变为对应的所述高开关频率变流器的高频开关信号；
[0017]所述虚拟惯量控制模块的输入信号包括给定信号、交流测试端口的采样电压信号v
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和交流测试端口的采样电流信号i
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；所述虚拟惯量控制模块的输出信号包括虚拟阻抗控制模块的输入给定信号i
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、交流测试端口的采样电压信号v
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和交流测试端口的采样电流信号i
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；
[0018]所述虚拟阻抗控制模块的输入信号包括虚拟惯量控制模块的输出电流给定信号i
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、交流测试端口的采样电压信号v
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和交流测试端口的采样电流信号i
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；所述虚拟阻抗控制模块的输出信号为高频脉宽调制器的输入调制信号e
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；
[0019]所述高频脉宽调制器的输入信号为所述电压控制单元的输出信号e
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，所述高频脉宽调制器的输出信号为高开关频率变流器的开关信号；
[0020]所述电流变流器控制系统与所述电流控制型变流器连接，用于吸收或发出交流测试端口的负载电流，包括依次连接的电流控制模块和低频脉宽调制器；其中：
[0021]所述电流控制模块用于产生所述电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于虚拟同步机稳定性测试的电网模拟装置，其特征在于，包括电流控制型变流器、电压控制型变流器、第一直流供电端口、第二直流供电端口、交流测试端口、电压变流器控制系统以及电流变流器控制系统；其中：所述电流控制型变流器的端口包括一个直流输入端和一个交流输出端，所述电压控制型变流器的端口包括一个直流输入端和一个交流输出端；所述电流控制型变流器的直流输入端与所述第一直流供电端口相连，所述电压控制型变流器的直流输入端与所述第二直流供电端口相连，所述第一直流供电端口和所述第二直流供电端口分别与外部电源连接；所述电流控制型变流器的交流输出端和所述电压控制型变流器的交流输出端并联后，与所述交流测试端口相连；所述交流测试端口输出电网特性，并与外部待测试变流器相连；所述电压控制型变流器包括相互连接的高开关频率变流器和电阻抗网络B，用于通过控制交流测试端口电压，实现对被模拟的低中频电网阻抗和低频惯量的模拟；其中，电阻抗网络B用于滤除电压谐波；所述电流控制型变流器包括相互连接的低开关频率变流器和电阻抗网络A，用于通过发出或吸收交流测试端口基频或低频电流，实现提供或吸收被测试变流器的功率；其中，所述电阻抗网络A用于滤除电流谐波；所述电压变流器控制系统，包括依次连接的虚拟惯量控制模块、虚拟阻抗控制模块和高频脉宽调制器；其中，所述虚拟惯量控制模块的输入信号作为所述电压变流器控制系统的输入信号，所述虚拟惯量控制模块的输出信号作为虚拟阻抗控制模块的输入信号；所述虚拟阻抗控制模块的输入信号作为所述虚拟惯量控制模块的输出信号，所述虚拟阻抗控制模块的输出信号作为所述高频脉宽调制器的输入信号；所述高频脉宽调制器的输出信号作为所述电压控制型变流器的高开关频率变流器的开关信号；其中：所述虚拟惯量控制模块用于描述被模拟电网中考虑线路阻抗的惯量特性，包括相位控制单元和幅值控制单元；其中，所述相位控制单元包括虚拟阻抗A部分、有功功率计算部分和转矩方程部分；所述虚拟阻抗A部分利用交流测试端口电压v
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和虚拟阻抗Z
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和交流测试端口电流i
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通过所述有功功率计算部分得到有功功率P
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，所述有功功率P
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通过所述转矩方程部分得到给定电流的相位信号θ；所述幅值控制单元包括虚拟阻抗A部分、无功功率计算部分、幅值下垂方程部分和虚拟阻抗B部分，其中所述虚拟阻抗A部分利用交流测试端口电压v
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、交流测试端口电流i
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和虚拟阻抗Z
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得到虚拟电压v
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，所述虚拟电压v
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和交流测试端口的采样电流i
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通过所述无功功率计算部分得到无功功率Q
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，所述无功功率Q
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通过所述幅值下垂方程部分得到虚拟电压幅值给定V
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，所述虚拟电压幅值给定V
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经过所述虚拟阻抗B部分后得到给定电流的dq轴的幅值信号(i
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)；所述给定电流的相位信号和所述给定电流的dq轴的幅值信号共同组成所述虚拟阻抗控制模块的给定信号；所述虚拟阻抗控制模块采用诺顿等效电路描述被模拟电网的端口阻抗特性并生成高开关频率变流器的调制信号e
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；其中，所述虚拟阻抗控制模块主要包括反馈信号计算单元和电压控制单元两个部分；所述反馈信号计算单元利用被测试端口的电压信号v
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、虚拟阻抗Z
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和被测试端口的电压信号i
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生成诺顿等效电路中的反馈信号i
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；所述电压控制单元利用虚拟惯量控制模块的输出信号i
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和反馈信号i
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生成高开关频率变流器的调制信号e
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；
所述高频脉宽调制器将所述调制信号e
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变为对应的所述高开关频率变流器的高频开关信号；所述虚拟惯量控制模块的输入信号包括给定信号、交流测试端口的采样电压信号v
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和交流测试端口的采样电流信号i
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；所述虚拟惯量控制模块的输出信号包括虚拟阻抗控制模块的输入给定信号i
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、交流测试端口的采样电压信号v
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和交流测试端口的采样电流信号i
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；所述虚拟阻抗控制模块的输入信号包括虚拟惯量控制模块的输出电流给定信号i
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、交流测试端口的采样电压信号v
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和交流测试端口的采样电流信号i
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；所述虚拟阻抗控制模块的输出信号为高频脉宽调制器的输入调制信号e
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；所述高频脉宽调制器的输入信号为所述电压控制单元的输出信号e
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，所述高频脉宽调制器的输出信号为高开关频率变流器的开关信号；所述电流变流器控制系统与所述电流控制型变流器连接，用于吸收或发出交流测试端口的负载电流，包括依次连接的电流控制模块和低频脉宽调制器；其中：所述电流控制模块用于产生所述电流控制型变流器的低开关频率变流器的调制信号；其中，所述电流控制模块的输入信号为交流测试端口的电流采样信号i
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，所述电流控制模块的输入反馈信号为流经所述电阻抗网络A的电流信号，所述电流控制模块的输出信号为所述低频脉宽调制器的输入调制信号e
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【专利技术属性】
技术研发人员：马柯，王嘉石，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：