基于虚拟同步机的试验装置的制作方法

本实用新型涉及虚拟同步机领域，具体地，涉及一种基于虚拟同步机的试验装置。

背景技术：

近年来，电化学储能技术在中国能源战略的重要性日益凸显，这种基于变流器接口的可控电源，在高渗透率新能源接入的电力系统中可以为新能源发电提供跟踪计划出力、平抑波动、削峰填谷等辅助服务功能，包括中国、欧盟和美国在内的国家和地区均制定了各自的电化学储能发展计划。与传统电力系统中占支配地位的同步发电机相比，基于电力电子变流接口的储能系统一般采用定有功/无功功率控制方式，几乎不存在有利于保持系统稳定的旋转惯性和阻尼分量，其大量接入会影响到电力系统的动态响应及稳定性。因此模拟同步发电机转子运动方程、具备主动支撑调频/调压功能的储能虚拟同步发电机技术逐步开展示范应用。

基于电压控制模式的储能虚拟同步机可以在并网和自治模式下运行，模拟同步发电机的转子和一次调频特性，提高了系统频率的稳定支撑，相比而言，电流控制型虚拟同步机只适用于并网场景，在弱电网或自治模式下难以支撑系统电压。然而，储能虚拟同步机由于其自身实现虚拟同步功能引入的惯性时间常数、下垂系数等，一方面会对其主动调频/调压支撑能力和控制效果产生影响，另一方面，虚拟同步功能会引入新的振荡模态，因此，需要一种试验装置测试储能虚拟同步机在并网后的并网性能和稳定性风险。而目前并没有可以测试储能虚拟同步机并网性能和稳定性风险的试验装置。

技术实现要素：

本实用新型实施例的主要目的在于提供一种基于虚拟同步机的试验装置，可以测试储能虚拟同步机并网性能和稳定性风险，避免了现场测试的局限性。

为了实现上述目的，本实用新型实施例提供一种基于虚拟同步机的试验装置，包括：

控制器、与控制器连接的多个集成电路板、与多个集成电路板一一连接的多个光电转换模块，以及分别与控制器、多个集成电路板和多个光电转换模块连接的RTLAB试验平台；

RTLAB试验平台包括多个断路器和多个功率器件，用于：输出直流电压、三相电流和直流电流至多个集成电路板，输出三相电压采样信号和三相电压至控制器；根据合闸信号闭合对应的断路器，并输出已合闸信号至集成电路板；根据电脉冲信号运行多个功率器件；

集成电路板用于：根据直流电压、三相电流和直流电流输出合闸信号至RTLAB试验平台；根据已合闸信号进入并网运行状态并发送并网运行信号至控制器；通过空间矢量脉宽调制方式，根据电网相位信息、电压伏值信息和功率控制信号输出光脉冲信号至光电转换模块；

控制器用于：根据三相电压采样信号和三相电压输出电网相位信息和电压伏值信息；根据并网运行信号输出功率控制信号，并将电网相位信息、电压伏值信息和功率控制信号输出至集成电路板；

光电转换模块用于：将光脉冲信号转换为电脉冲信号，将电脉冲信号输出至RTLAB试验平台。

在其中一种实施例中，还包括：

分别与RTLAB试验平台和集成电路板连接的第一信号放大器，用于对直流电压、三相电流和直流电流进行放大。

在其中一种实施例中，还包括：

分别与RTLAB试验平台和控制器连接的第二信号放大器，用于对电压采样信号和三相电压进行放大。

在其中一种实施例中，还包括：

分别与控制器和集成电路板连接的光纤，用于将来自控制器的电网相位信息、电压伏值信息和功率控制信号输出至集成电路板。

在其中一种实施例中，还包括：

分别与控制器和集成电路板连接的rs485通信模块，用于将来自控制器的电网相位信息、电压伏值信息和功率控制信号输出至集成电路板。

在其中一种实施例中，直流电压包括：直流母线电压和直流侧电压；

三相电流包括：网侧三相总电流和滤波电容三相电流。

在其中一种实施例中，集成电路板包括：模块控制板和模块扩展板；

模块控制板接收直流母线电压、网侧三相总电流和滤波电容三相电流；

模块扩展板接收直流侧电压和所述直流电流。

在其中一种实施例中，合闸信号包括：并网断路器合闸信号和直流断路器合闸信号；

模块控制板输出并网断路器合闸信号至RTLAB试验平台；

模块扩展板输出直流断路器合闸信号至RTLAB试验平台。

在其中一种实施例中，三相电压采样信号为35kV三相电压采样信号；

三相电压为变压器低压三相侧电压。

在其中一种实施例中，还包括：

分别与控制器和集成电路板连接的电源，用于给控制器和集成电路板供电。

本实用新型实施例的基于虚拟同步机的试验装置包括控制器、与控制器连接的多个集成电路板、与多个集成电路板一一连接的多个光电转换模块，以及分别与控制器、多个集成电路板和多个光电转换模块连接的RTLAB试验平台，可以测试储能虚拟同步机并网性能和稳定性风险，避免了现场测试的局限性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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实用新型的一些实施例，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是本实用新型实施例中基于虚拟同步机的试验装置的拓扑图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

鉴于目前并没有可以测试储能虚拟同步机并网性能和稳定性风险的试验装置，本实用新型实施例提供一种基于虚拟同步机的试验装置，可以测试储能虚拟同步机并网性能和稳定性风险，避免了现场测试的局限性。以下结合附图对本实用新型进行详细说明。

图1是本实用新型实施例中基于虚拟同步机的试验装置的拓扑图。如图1所示，基于虚拟同步机的试验装置包括：控制器、与控制器连接的多个集成电路板、与多个集成电路板一一连接的多个光电转换模块，以及分别与控制器、多个集成电路板和多个光电转换模块连接的RTLAB试验平台。图1中集成电路板的数量为4个。

其中，RTLAB试验平台包括多个断路器和多个功率器件，用于：输出直流电压、三相电流和直流电流至多个集成电路板，输出三相电压采样信号和三相电压至控制器；根据合闸信号闭合对应的断路器，并输出已合闸信号至集成电路板；根据电脉冲信号运行多个功率器件。

集成电路板用于：根据直流电压、三相电流和直流电流输出合闸信号至RTLAB试验平台；根据已合闸信号进入并网运行状态并发送并网运行信号至控制器；通过空间矢量脉宽调制方式，根据电网相位信息、电压伏值信息和功率控制信号输出光脉冲信号至光电转换模块。

控制器用于：根据三相电压采样信号和三相电压输出电网相位信息和电压伏值信息；根据并网运行信号输出功率控制信号，并将电网相位信息、电压伏值信息和功率控制信号输出至集成电路板。

光电转换模块用于：将光脉冲信号转换为电脉冲信号，将电脉冲信号输出至RTLAB试验平台。

一实施例中，还包括：分别与RTLAB试验平台和集成电路板连接的第一信号放大器，用于对直流电压、三相电流和直流电流进行放大。分别与RTLAB试验平台和控制器连接的第二信号放大器，用于对电压采样信号和三相电压进行放大。

一实施例中，还包括：分别与控制器和集成电路板连接的光纤，用于将来自控制器的电网相位信息、电压伏值信息和功率控制信号输出至集成电路板。或者，还包括分别与控制器和集成电路板连接的rs485通信模块，用于将来自控制器的电网相位信息、电压伏值信息和功率控制信号输出至集成电路板。

一实施例中，直流电压包括：直流母线电压和直流侧电压；三相电流包括：网侧三相总电流和滤波电容三相电流。集成电路板包括：模块控制板和模块扩展板；模块控制板接收直流母线电压、网侧三相总电流和滤波电容三相电流；模块扩展板接收直流侧电压和直流电流。合闸信号包括：并网断路器合闸信号和直流断路器合闸信号；模块控制板输出并网断路器合闸信号至RTLAB试验平台；模块扩展板输出直流断路器合闸信号至RTLAB试验平台。

一实施例中，三相电压采样信号为35kV三相电压采样信号；三相电压为变压器低压三相侧电压。

一实施例中，还包括：分别与控制器和集成电路板连接的电源，用于给控制器和集成电路板供电。

如图1所示，图1中的虚拟同步机包括电源、控制器、多个集成电路板和多个光电转换模块。电源外接交流电(AC)220V。RTLAB试验平台上的AO为模拟输出接口，输出的模拟信号为直流电压、三相电流直流电流、三相电压采样和三相电压。DO为数字输出接口，输出的数字信号为已合闸信号。DI为数字输入接口，接入的数字输入信号为并网断路器合闸信号、直流断路器合闸信号和电脉冲信号。

表1是RTLAB试验平台输出的模拟信号表。如表1所示，RTLAB试验平台输出35kV三相电压采样信号和变压器低压三相侧电压所述控制器，输出直流母线电压、网侧三相总电流和滤波电容三相电流至模块控制板，输出直流侧电压和直流电流至模块扩展板。

其中，35kV三相电压采样信号包括35kV电压采样A信号、35kV电压采样B信号和35kV电压采样C信号；变压器低压三相侧电压包括变压器低压侧电压Uab，变压器低压侧电压Ubc和变压器低压侧电压Uca。直流母线电压为直流母线电压Udc；网侧三相总电流包括网侧A相总电流Ia、网侧B相总电流Ib和网侧C相总电流Ic；滤波电容三相电流包括：滤波电容A相电流IC_a、滤波电容B相电流IC_b和滤波电容C相电流IC_c。直流侧电压包括直流侧电压Udc1和直流侧电压Udc2。直流电流包括直流电流1和直流电流2。

表1

表2是RTLAB试验平台接收的数字信号表。如表2所示，模块控制板输出并网断路器合闸信号至RTLAB试验平台，模块扩展板输出直流断路器合闸信号至RTLAB试验平台。

其中，并网断路器合闸信号包括：并网断路器QF1合闸信号、并网断路器QF2合闸信号、并网断路器QF3合闸信号和并网断路器QF4合闸信号。直流断路器合闸信号包括：直流断路器QF1_1合闸信号、直流断路器QF1_2合闸信号、直流断路器QF2_1合闸信号、直流断路器QF2_2合闸信号、直流断路器QF3_1合闸信号、直流断路器QF3_2合闸信号、直流断路器QF4_1合闸信号和直流断路器QF4_2合闸信号。

表2

表3是RTLAB试验平台输出的数字信号表。如表3所示，RTLAB试验平台的接口输出的数字信号为已合闸信号。RTLAB试验平台输出并网断路器已合闸信号至模块控制板，RTLAB试验平台输出直流断路器已合闸信号至模块扩展板。

其中，并网断路器已合闸信号包括：并网断路器QF1已合闸信号、并网断路器QF2已合闸信号、并网断路器QF3已合闸信号和并网断路器QF4已合闸信号。直流断路器已合闸信号包括：直流断路器QF1_1已合闸信号、直流断路器QF1_2已合闸信号、直流断路器QF2_1已合闸信号、直流断路器QF2_2已合闸信号、直流断路器QF3_1已合闸信号、直流断路器QF3_2已合闸信号、直流断路器QF4_1已合闸信号和直流断路器QF4_1已合闸信号。

表3

本实用新型实施例的基于虚拟同步机的试验装置可以应用于主动调频并网控制性能试验、主动调压并网控制性能试验、激发虚拟同步机的低频谐振模态试验、激发虚拟同步机的高频谐振模态试验等。

本实用新型进行试验的步骤如下：

1、RTLAB试验平台输出直流电压、三相电流和直流电流至第一信号放大器，并将放大后的直流电压、三相电流和直流电流输入多个集成电路板；输出三相电压采样信号和三相电压至第二信号放大器，并将放大后的三相电压采样信号和三相电压输入控制器。

2、集成电路板根据直流电压、三相电流和直流电流输出合闸信号作为数字量输入信号至RTLAB试验平台。

3、RTLAB试验平台根据合闸信号闭合对应的断路器，并输出已合闸信号至集成电路板。

4、集成电路板根据已合闸信号进入并网运行状态并发送并网运行信号至控制器。

5、控制器根据三相电压采样信号和三相电压输出电网相位信息和电压伏值信息；根据并网运行信号输出功率控制信号，并将电网相位信息、电压伏值信息和功率控制信号通过光纤或rs485模块输出至集成电路板。

6、集成电路板通过空间矢量脉宽调制(SVPWM，Space Vector Pulse Width Modulation)方式，根据电网相位信息、电压伏值信息和功率控制信号输出光脉冲信号至光电转换模块。

7、光电转换模块将光脉冲信号转换为电脉冲信号，将电脉冲信号输出至RTLAB试验平台。

8、RTLAB试验平台根据电脉冲信号运行多个功率器件。

综上，本实用新型实施例的基于虚拟同步机的试验装置包括控制器、与控制器连接的多个集成电路板、与多个集成电路板一一连接的多个光电转换模块，以及分别与控制器、多个集成电路板和多个光电转换模块连接的RTLAB试验平台，可以测试储能虚拟同步机并网性能和稳定性风险，避免了现场测试的局限性。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。