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大功率低頻振蕩試驗(yàn)電源裝置的制作方法

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大功率低頻振蕩試驗(yàn)電源裝置的制作方法

本發(fā)明涉及的是一種大功率低頻振蕩試驗(yàn)電源裝置,針對(duì)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置及并網(wǎng)變流器等設(shè)備在電網(wǎng)存在低頻振蕩情況下性能進(jìn)行測(cè)試。



背景技術(shù):

隨著電網(wǎng)規(guī)模的日益擴(kuò)大和電網(wǎng)負(fù)荷水平的急劇增長(zhǎng),諧波問(wèn)題日益突出。負(fù)載電流中存在的諧波信號(hào)有可能與電網(wǎng)系統(tǒng)阻抗或系統(tǒng)中的無(wú)功補(bǔ)償裝置發(fā)生諧振,引起諧振放大現(xiàn)象,造成負(fù)載過(guò)電壓保護(hù)。諧波電流通常指電網(wǎng)頻率整數(shù)倍的諧波,但也存在非整數(shù)倍的諧波,稱為間諧波。位于電網(wǎng)頻率附近的間諧波與電網(wǎng)阻抗發(fā)生諧振時(shí),電網(wǎng)電壓幅度將會(huì)出現(xiàn)以電網(wǎng)頻率和間諧波頻率的差值為振蕩頻率的低頻振蕩現(xiàn)象。

風(fēng)電場(chǎng)裝設(shè)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備可以提供無(wú)功支撐,有效緩解電網(wǎng)電壓波動(dòng)及提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。在電網(wǎng)發(fā)生低頻振蕩工況下動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備及風(fēng)機(jī)控制策略及參數(shù)對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定具有重要影響,無(wú)低頻振蕩抑制控制策略或相關(guān)參數(shù)參數(shù)設(shè)置不合理可能進(jìn)一步發(fā)散電力系統(tǒng)低頻振蕩現(xiàn)象。

針對(duì)并網(wǎng)變流器等設(shè)備存在誘發(fā)低頻振蕩可能波及在低頻蕩工況下動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置存在進(jìn)一步發(fā)散電力系統(tǒng)低頻振蕩現(xiàn)象,決定研發(fā)設(shè)計(jì)一種大功率低頻振蕩試驗(yàn)電源裝置,可實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置及并網(wǎng)變流器等設(shè)備在電網(wǎng)存在低頻振蕩情況下性能進(jìn)行測(cè)試。



技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

本發(fā)明是一種大功率低頻振蕩試驗(yàn)電源裝置,測(cè)試動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置及并網(wǎng)變流器等設(shè)備在電網(wǎng)存在低頻振蕩工況下的控制性能及低頻振蕩抑制功能。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的,通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):

一種大功率低頻振蕩試驗(yàn)電源裝置,包括系統(tǒng)電源、電網(wǎng)電壓PT、整流閥側(cè)電流CT、低頻振蕩試驗(yàn)電源、電源輸出電壓PT、整流側(cè)控制器、逆變側(cè)控制器、風(fēng)機(jī)變流器或無(wú)功補(bǔ)償器、直流電壓PT,其特征在于,所述大功率低頻振蕩試驗(yàn)電源裝置并聯(lián)在電網(wǎng)上通過(guò)采樣電網(wǎng)電壓、整流閥側(cè)電流、直流側(cè)電壓實(shí)現(xiàn)整流側(cè)的定直流側(cè)電壓及定無(wú)功功率控制;逆變側(cè)通過(guò)采樣電源輸出電壓作為控制器反饋輸入信號(hào)進(jìn)行定交流側(cè)電壓與頻率控制,同時(shí)采用電壓閉環(huán)對(duì)電網(wǎng)低頻電壓進(jìn)行控制,從而實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)電壓低頻振蕩發(fā)生器功能。

所述的一種大功率低頻振蕩試驗(yàn)電源裝置,具體的實(shí)現(xiàn)方法是:

1)將低頻振蕩實(shí)驗(yàn)電源并聯(lián)掛接在系統(tǒng)電源上,啟動(dòng)整流側(cè)單元,整流側(cè)控制器采樣電網(wǎng)電壓PT、整流閥側(cè)電流CT、直流電壓PT實(shí)現(xiàn)整流側(cè)的定直流側(cè)電壓及定無(wú)功功率控制;

2)直流側(cè)電壓建立后啟動(dòng)逆變側(cè)單元,逆變側(cè)控制器通過(guò)采樣電源輸出電壓PT5作為控制器反饋輸入信號(hào)進(jìn)行定交流側(cè)電壓與頻率控制;啟動(dòng)風(fēng)機(jī)變流器或無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備使其正常工作;逆變側(cè)通過(guò)電壓閉環(huán)對(duì)電網(wǎng)低頻電壓進(jìn)行控制從而實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)電壓低頻振蕩發(fā)生器功能;觀察被測(cè)試設(shè)備性能及使能變流器或補(bǔ)償設(shè)備低頻振蕩抑制功能,觀察被測(cè)試設(shè)備抑制效果;

整流側(cè)定直流側(cè)電壓及定無(wú)功功率控制的具體控制策略如下:

整流控制策略由直流電壓外環(huán)與有功、無(wú)功電流內(nèi)環(huán)組成,直流電壓外環(huán)參考值Udc_ref與反饋值Udc_fdb做差進(jìn)入PI控制器環(huán)節(jié);PI控制器輸出作為有功電流內(nèi)環(huán)的電流參考值;整流器輸出電流檢測(cè)值Ia、Ib、Ic經(jīng)abc/dq變換得到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流電Id、Iq;將電流內(nèi)環(huán)電流參考值Id_ref、Iq_ref與電流反饋值Id、Iq進(jìn)行比較通過(guò)相應(yīng)的PI調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)電流內(nèi)環(huán)的無(wú)靜差控制;電流內(nèi)環(huán)PI控制器輸出分量Ud*、Uq*與前饋分量、解耦分量運(yùn)算得到整流器控制輸出Md、Mq;Md、Mq經(jīng)dq/abc逆變換得到整流控制調(diào)制波Ma、Mb、Mc從而實(shí)現(xiàn)整流側(cè)定直流側(cè)電壓與定無(wú)功功率控制;

逆變側(cè)定交流側(cè)電壓與頻率控制的控制策略如下:

首先實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)基頻電壓與低頻電壓的檢測(cè):逆變側(cè)低頻振蕩發(fā)生器采樣逆變器輸出電壓Ua、Ub、Uc;Ua、Ub、Uc在基頻下進(jìn)行DQ變換得到Ud與Uq;經(jīng)平均值濾波后輸出基頻成分在DQ坐標(biāo)系下的直流分量Ud_f與Uq_f;同時(shí)Ud與Uq經(jīng)過(guò)帶通濾波器得到低頻振蕩分量Ud_dp與Uq_dp;低頻振蕩分量Ud_dp與Uq_dp在振蕩頻率下進(jìn)行DQ變換得到振蕩頻率成分在DQ坐標(biāo)系下的直流分量Ud_dp_d、Ud_dp_q、Uq_dp_d、Uq_dp_q;求取DQ坐標(biāo)系下的電壓幅值A(chǔ)_d_dp、A_q_dp;

通過(guò)上述檢測(cè)實(shí)現(xiàn)基波d軸幅值Ud_f、基波q軸幅值Uq_f,低頻d軸幅值A(chǔ)_d_dp、低頻q軸幅值A(chǔ)_q_dp檢測(cè);基頻幅值Ud_f、Uq_f與Ud_ref、Uq_ref做差進(jìn)入PI控制器環(huán)節(jié);PI控制器輸出Ud*、Uq*在基頻下進(jìn)行DQ反變換得到調(diào)制波Ma、Mb、Mc控制逆變器基頻輸出電壓;低頻幅值A(chǔ)_d_dp、A_q_dp與Ud_dp_ref、Uq_dp_ref做差進(jìn)入PI控制器環(huán)節(jié);PI控制器輸出Ud_dp、Uq_dp與低頻振蕩頻率正弦波相乘得到低頻振蕩控制分量Ud_dp*、Uq_dp*;Ud_dp*、Uq_dp*在基頻下進(jìn)行DQ反變換得到調(diào)制波Ma_dp、Mb_dp、Mc_dp,控制逆變器低頻輸出電壓。

與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明的有益效果是:

針對(duì)并網(wǎng)變流器等設(shè)備存在誘發(fā)低頻振蕩可能波及在低頻蕩工況下動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置存在進(jìn)一步發(fā)散電力系統(tǒng)低頻振蕩現(xiàn)象,研發(fā)設(shè)計(jì)的一種大功率低頻振蕩試驗(yàn)電源裝置,可實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置及并網(wǎng)變流器等設(shè)備在電網(wǎng)存在低頻振蕩情況下性能進(jìn)行測(cè)試。

附圖說(shuō)明

圖1低頻振蕩測(cè)試系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。

圖2整流側(cè)控制策略原理框圖。

圖3逆變側(cè)控制策略原理框圖。

圖4電網(wǎng)基頻電壓與低頻電壓檢測(cè)原理框圖。

圖5低頻振蕩實(shí)驗(yàn)電源測(cè)試具體實(shí)施流程圖。

圖6低頻振蕩(10Hz、0.1pu)實(shí)驗(yàn)電源發(fā)生器電壓波形。

圖7低頻振蕩(10Hz、0.1pu)實(shí)驗(yàn)電源發(fā)生器電壓FFT頻譜。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體內(nèi)容及實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

大功率低頻振蕩試驗(yàn)電源裝置并聯(lián)在電網(wǎng)上通過(guò)采樣電網(wǎng)電壓、整流閥電流、直流側(cè)電壓實(shí)現(xiàn)整流側(cè)的定直流側(cè)電壓及定無(wú)功功率控制;逆變側(cè)通過(guò)采樣電源輸出電壓作為控制器反饋輸入信號(hào)進(jìn)行定交流側(cè)電壓與頻率控制,同時(shí)采用電壓閉環(huán)對(duì)電網(wǎng)低頻電壓進(jìn)行控制從而實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)電壓低頻振蕩發(fā)生器功能。

如圖1所示,大功率低頻振蕩試驗(yàn)電源裝置,本發(fā)明方案包含系統(tǒng)電源1電網(wǎng)電壓PT 2、整流閥側(cè)電流CT 3、低頻振蕩實(shí)驗(yàn)電源4、電源輸出電壓PT 5、整流側(cè)控制器6、逆變側(cè)控制器7、風(fēng)機(jī)變流器或無(wú)功補(bǔ)償器8、直流側(cè)電壓PT9。方案拓?fù)淙鐖D1所示:通過(guò)低頻振蕩實(shí)驗(yàn)電源4并聯(lián)掛接在系統(tǒng)電源1上,啟動(dòng)整流側(cè)單元,整流側(cè)控制器6采樣電網(wǎng)電壓PT 2、整流閥側(cè)電流CT3、直流側(cè)電壓PT9實(shí)現(xiàn)整流側(cè)的定直流側(cè)電壓及定無(wú)功功率控制;直流側(cè)電壓建立后啟動(dòng)逆變側(cè)單元,逆變側(cè)控制器7通過(guò)采樣電源輸出電壓PT5作為控制器反饋輸入信號(hào)進(jìn)行定交流側(cè)電壓與頻率控制;啟動(dòng)風(fēng)機(jī)變流器或無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備8使其正常工作;逆變側(cè)通過(guò)電壓閉環(huán)對(duì)電網(wǎng)低頻電壓進(jìn)行控制從而實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)電壓低頻振蕩發(fā)生器功能;觀察被測(cè)試設(shè)備性能及;使能變流器或補(bǔ)償設(shè)備低頻振蕩抑制功能,觀察被測(cè)試設(shè)備抑制效果。

試驗(yàn)過(guò)程如下:

1.完成低頻振蕩實(shí)驗(yàn)電源初步調(diào)試(完成實(shí)驗(yàn)電源控制箱、信號(hào)處理單元、實(shí)驗(yàn)電源閥組和設(shè)備初步調(diào)試)。確定低頻振蕩實(shí)驗(yàn)電源能夠正常的進(jìn)行采樣和控制等重要操作。

2.啟動(dòng)整流側(cè),通過(guò)圖2所示控制策略實(shí)現(xiàn)整流側(cè)定直流側(cè)電壓與定無(wú)功功率控制功能;

3.啟動(dòng)逆變側(cè),通過(guò)圖3所示控制策略實(shí)現(xiàn)定交流側(cè)電壓及頻率控制功能;

4.對(duì)整流側(cè)、逆變側(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,確定系統(tǒng)運(yùn)行正常。

5.接入被測(cè)試設(shè)備,啟動(dòng)被測(cè)試設(shè)備使其正常運(yùn)行。

6.通過(guò)上位機(jī)設(shè)置低頻振蕩幅值及頻率,觀察被測(cè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)并對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,判斷設(shè)備在電網(wǎng)電壓中存在低頻振蕩工況下工作性能,同時(shí)通過(guò)低頻振蕩實(shí)驗(yàn)電源錄波數(shù)據(jù)分析被測(cè)設(shè)備的性能表現(xiàn)。

7.使能被測(cè)設(shè)備的低頻振蕩抑制功能,對(duì)低頻振蕩實(shí)驗(yàn)電源的錄波數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,評(píng)估被測(cè)設(shè)備的抑制功能效果。

8.分析整理相關(guān)數(shù)據(jù)。

如圖2所示,整流側(cè)的控制策略如下:

整流控制策略由直流電壓外環(huán)與有功、無(wú)功電流內(nèi)環(huán)組成。直流電壓外環(huán)參考值Udc_ref與反饋值Udc_fdb做差進(jìn)入PI控制器環(huán)節(jié);PI控制器輸出作為有功電流內(nèi)環(huán)的電流參考值;整流器輸出電流檢測(cè)值Ia、Ib、Ic經(jīng)abc/dq變換得到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流量Id、Iq;將電流內(nèi)環(huán)電流參考值Id_ref、Iq_ref與電流反饋值Id、Iq進(jìn)行比較通過(guò)相應(yīng)的PI調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)電流內(nèi)環(huán)的無(wú)靜差控制;電流內(nèi)環(huán)PI控制器輸出分量Ud*、Uq*與前饋分量、解耦分量運(yùn)算得到整流器控制輸出Md、Mq;Md、Mq經(jīng)dq/abc逆變換得到整流控制調(diào)制波Ma、Mb、Mc從而實(shí)現(xiàn)整流側(cè)定直流側(cè)電壓與定無(wú)功功率控制;

如圖4所示,電網(wǎng)基頻電壓與低頻電壓檢測(cè)方法如下:

逆變側(cè)低頻振蕩發(fā)生器采樣逆變器輸出電壓Ua、Ub、Uc;Ua、Ub、Uc在基頻下進(jìn)行DQ變換得到Ud與Uq;經(jīng)平均值濾波后輸出基頻成分在DQ坐標(biāo)系下的直流分量Ud_f與Uq_f;同時(shí)Ud與Uq經(jīng)過(guò)帶通濾波器得到低頻振蕩分量Ud_dp與Uq_dp;低頻振蕩分量Ud_dp與Uq_dp在振蕩頻率下進(jìn)行DQ變換得到振蕩頻率成分在DQ坐標(biāo)系下的直流分量Ud_dp_d、Ud_dp_q、Uq_dp_d、Uq_dp_q;求取DQ坐標(biāo)系下的電壓幅值A(chǔ)_d_dp、A_q_dp。

通過(guò)上述檢測(cè)實(shí)現(xiàn)基波d軸幅值Ud_f、基波q軸幅值Uq_f,低頻d軸幅值A(chǔ)_d_dp、低頻q軸幅值A(chǔ)_q_dp檢測(cè)。

如圖3所示,逆變側(cè)的控制策略如下:

基頻幅值Ud_f、Uq_f與Ud_ref、Uq_ref做差進(jìn)入PI控制器環(huán)節(jié);PI控制器輸出Ud*、Uq*在基頻下進(jìn)行DQ反變換得到調(diào)制波Ma、Mb、Mc控制逆變器基頻輸出電壓;低頻幅值A(chǔ)_d_dp、A_q_dp與Ud_dp_ref、Uq_dp_ref做差進(jìn)入PI控制器環(huán)節(jié);PI控制器輸出Ud_dp、Uq_dp與低頻振蕩頻率正弦波相乘得到低頻振蕩控制分量Ud_dp*、Uq_dp*;Ud_dp*、Uq_dp*在基頻下進(jìn)行DQ反變換得到調(diào)制波Ma_dp、Mb_dp、Mc_dp,控制逆變器低頻輸出電壓。

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