大功率低频振荡试验电源装置的制作方法

本发明涉及的是一种大功率低频振荡试验电源装置，针对动态无功补偿装置及并网变流器等设备在电网存在低频振荡情况下性能进行测试。

背景技术：

随着电网规模的日益扩大和电网负荷水平的急剧增长，谐波问题日益突出。负载电流中存在的谐波信号有可能与电网系统阻抗或系统中的无功补偿装置发生谐振，引起谐振放大现象，造成负载过电压保护。谐波电流通常指电网频率整数倍的谐波，但也存在非整数倍的谐波，称为间谐波。位于电网频率附近的间谐波与电网阻抗发生谐振时，电网电压幅度将会出现以电网频率和间谐波频率的差值为振荡频率的低频振荡现象。

风电场装设动态无功补偿设备可以提供无功支撑，有效缓解电网电压波动及提高系统稳定性。在电网发生低频振荡工况下动态无功补偿设备及风机控制策略及参数对电力系统稳定具有重要影响，无低频振荡抑制控制策略或相关参数参数设置不合理可能进一步发散电力系统低频振荡现象。

针对并网变流器等设备存在诱发低频振荡可能波及在低频荡工况下动态无功补偿装置存在进一步发散电力系统低频振荡现象，决定研发设计一种大功率低频振荡试验电源装置，可实现对动态无功补偿装置及并网变流器等设备在电网存在低频振荡情况下性能进行测试。

技术实现要素：

本发明是一种大功率低频振荡试验电源装置，测试动态无功补偿装置及并网变流器等设备在电网存在低频振荡工况下的控制性能及低频振荡抑制功能。

为实现上述发明目的，通过以下技术方案实现：

一种大功率低频振荡试验电源装置，包括系统电源、电网电压PT、整流阀侧电流CT、低频振荡试验电源、电源输出电压PT、整流侧控制器、逆变侧控制器、风机变流器或无功补偿器、直流电压PT，其特征在于，所述大功率低频振荡试验电源装置并联在电网上通过采样电网电压、整流阀侧电流、直流侧电压实现整流侧的定直流侧电压及定无功功率控制；逆变侧通过采样电源输出电压作为控制器反馈输入信号进行定交流侧电压与频率控制，同时采用电压闭环对电网低频电压进行控制，从而实现电网电压低频振荡发生器功能。

所述的一种大功率低频振荡试验电源装置，具体的实现方法是：

1)将低频振荡实验电源并联挂接在系统电源上，启动整流侧单元，整流侧控制器采样电网电压PT、整流阀侧电流CT、直流电压PT实现整流侧的定直流侧电压及定无功功率控制；

2)直流侧电压建立后启动逆变侧单元，逆变侧控制器通过采样电源输出电压PT5作为控制器反馈输入信号进行定交流侧电压与频率控制；启动风机变流器或无功补偿设备使其正常工作；逆变侧通过电压闭环对电网低频电压进行控制从而实现电网电压低频振荡发生器功能；观察被测试设备性能及使能变流器或补偿设备低频振荡抑制功能，观察被测试设备抑制效果；

整流侧定直流侧电压及定无功功率控制的具体控制策略如下：

整流控制策略由直流电压外环与有功、无功电流内环组成，直流电压外环参考值Udc_ref与反馈值Udc_fdb做差进入PI控制器环节；PI控制器输出作为有功电流内环的电流参考值；整流器输出电流检测值Ia、Ib、Ic经abc/dq变换得到同步旋转坐标系下的直流电Id、Iq；将电流内环电流参考值Id_ref、Iq_ref与电流反馈值Id、Iq进行比较通过相应的PI调节器实现电流内环的无静差控制；电流内环PI控制器输出分量Ud^*、Uq^*与前馈分量、解耦分量运算得到整流器控制输出Md、Mq；Md、Mq经dq/abc逆变换得到整流控制调制波Ma、Mb、Mc从而实现整流侧定直流侧电压与定无功功率控制；

逆变侧定交流侧电压与频率控制的控制策略如下：

首先实现电网基频电压与低频电压的检测：逆变侧低频振荡发生器采样逆变器输出电压Ua、Ub、Uc；Ua、Ub、Uc在基频下进行DQ变换得到Ud与Uq；经平均值滤波后输出基频成分在DQ坐标系下的直流分量Ud_f与Uq_f；同时Ud与Uq经过带通滤波器得到低频振荡分量Ud_dp与Uq_dp；低频振荡分量Ud_dp与Uq_dp在振荡频率下进行DQ变换得到振荡频率成分在DQ坐标系下的直流分量Ud_dp_d、Ud_dp_q、Uq_dp_d、Uq_dp_q；求取DQ坐标系下的电压幅值A_d_dp、A_q_dp；

通过上述检测实现基波d轴幅值Ud_f、基波q轴幅值Uq_f，低频d轴幅值A_d_dp、低频q轴幅值A_q_dp检测；基频幅值Ud_f、Uq_f与Ud_ref、Uq_ref做差进入PI控制器环节；PI控制器输出Ud^*、Uq^*在基频下进行DQ反变换得到调制波Ma、Mb、Mc控制逆变器基频输出电压；低频幅值A_d_dp、A_q_dp与Ud_dp_ref、Uq_dp_ref做差进入PI控制器环节；PI控制器输出Ud_dp、Uq_dp与低频振荡频率正弦波相乘得到低频振荡控制分量Ud_dp^*、Uq_dp^*；Ud_dp^*、Uq_dp^*在基频下进行DQ反变换得到调制波Ma_dp、Mb_dp、Mc_dp，控制逆变器低频输出电压。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

针对并网变流器等设备存在诱发低频振荡可能波及在低频荡工况下动态无功补偿装置存在进一步发散电力系统低频振荡现象，研发设计的一种大功率低频振荡试验电源装置，可实现对动态无功补偿装置及并网变流器等设备在电网存在低频振荡情况下性能进行测试。

附图说明

图1低频振荡测试系统拓扑结构图。

图2整流侧控制策略原理框图。

图3逆变侧控制策略原理框图。

图4电网基频电压与低频电压检测原理框图。

图5低频振荡实验电源测试具体实施流程图。

图6低频振荡(10Hz、0.1pu)实验电源发生器电压波形。

图7低频振荡(10Hz、0.1pu)实验电源发生器电压FFT频谱。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体内容及实施例作进一步详细描述。

大功率低频振荡试验电源装置并联在电网上通过采样电网电压、整流阀电流、直流侧电压实现整流侧的定直流侧电压及定无功功率控制；逆变侧通过采样电源输出电压作为控制器反馈输入信号进行定交流侧电压与频率控制，同时采用电压闭环对电网低频电压进行控制从而实现电网电压低频振荡发生器功能。

如图1所示，大功率低频振荡试验电源装置，本发明方案包含系统电源1电网电压PT 2、整流阀侧电流CT 3、低频振荡实验电源4、电源输出电压PT 5、整流侧控制器6、逆变侧控制器7、风机变流器或无功补偿器8、直流侧电压PT9。方案拓扑如图1所示：通过低频振荡实验电源4并联挂接在系统电源1上，启动整流侧单元，整流侧控制器6采样电网电压PT 2、整流阀侧电流CT3、直流侧电压PT9实现整流侧的定直流侧电压及定无功功率控制；直流侧电压建立后启动逆变侧单元，逆变侧控制器7通过采样电源输出电压PT5作为控制器反馈输入信号进行定交流侧电压与频率控制；启动风机变流器或无功补偿设备8使其正常工作；逆变侧通过电压闭环对电网低频电压进行控制从而实现电网电压低频振荡发生器功能；观察被测试设备性能及；使能变流器或补偿设备低频振荡抑制功能，观察被测试设备抑制效果。

试验过程如下：

1.完成低频振荡实验电源初步调试(完成实验电源控制箱、信号处理单元、实验电源阀组和设备初步调试)。确定低频振荡实验电源能够正常的进行采样和控制等重要操作。

2.启动整流侧，通过图2所示控制策略实现整流侧定直流侧电压与定无功功率控制功能；

3.启动逆变侧，通过图3所示控制策略实现定交流侧电压及频率控制功能；

4.对整流侧、逆变侧数据进行分析，确定系统运行正常。

5.接入被测试设备，启动被测试设备使其正常运行。

6.通过上位机设置低频振荡幅值及频率，观察被测设备运行状态并对其数据进行分析，判断设备在电网电压中存在低频振荡工况下工作性能，同时通过低频振荡实验电源录波数据分析被测设备的性能表现。

7.使能被测设备的低频振荡抑制功能，对低频振荡实验电源的录波数据进行分析，评估被测设备的抑制功能效果。

8.分析整理相关数据。

如图2所示，整流侧的控制策略如下：

整流控制策略由直流电压外环与有功、无功电流内环组成。直流电压外环参考值Udc_ref与反馈值Udc_fdb做差进入PI控制器环节；PI控制器输出作为有功电流内环的电流参考值；整流器输出电流检测值Ia、Ib、Ic经abc/dq变换得到同步旋转坐标系下的直流量Id、Iq；将电流内环电流参考值Id_ref、Iq_ref与电流反馈值Id、Iq进行比较通过相应的PI调节器实现电流内环的无静差控制；电流内环PI控制器输出分量Ud^*、Uq^*与前馈分量、解耦分量运算得到整流器控制输出Md、Mq；Md、Mq经dq/abc逆变换得到整流控制调制波Ma、Mb、Mc从而实现整流侧定直流侧电压与定无功功率控制；

如图4所示，电网基频电压与低频电压检测方法如下：

逆变侧低频振荡发生器采样逆变器输出电压Ua、Ub、Uc；Ua、Ub、Uc在基频下进行DQ变换得到Ud与Uq；经平均值滤波后输出基频成分在DQ坐标系下的直流分量Ud_f与Uq_f；同时Ud与Uq经过带通滤波器得到低频振荡分量Ud_dp与Uq_dp；低频振荡分量Ud_dp与Uq_dp在振荡频率下进行DQ变换得到振荡频率成分在DQ坐标系下的直流分量Ud_dp_d、Ud_dp_q、Uq_dp_d、Uq_dp_q；求取DQ坐标系下的电压幅值A_d_dp、A_q_dp。

通过上述检测实现基波d轴幅值Ud_f、基波q轴幅值Uq_f，低频d轴幅值A_d_dp、低频q轴幅值A_q_dp检测。

如图3所示，逆变侧的控制策略如下：

基频幅值Ud_f、Uq_f与Ud_ref、Uq_ref做差进入PI控制器环节；PI控制器输出Ud^*、Uq^*在基频下进行DQ反变换得到调制波Ma、Mb、Mc控制逆变器基频输出电压；低频幅值A_d_dp、A_q_dp与Ud_dp_ref、Uq_dp_ref做差进入PI控制器环节；PI控制器输出Ud_dp、Uq_dp与低频振荡频率正弦波相乘得到低频振荡控制分量Ud_dp^*、Uq_dp^*；Ud_dp^*、Uq_dp^*在基频下进行DQ反变换得到调制波Ma_dp、Mb_dp、Mc_dp，控制逆变器低频输出电压。