基于超级电容的动态电压恢复器电压支撑实验测试平台及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电网电压支撑技术领域，涉及一种基于超级电容的动态电压恢复器电 压支撑实验测试平台及方法。
【背景技术】
[0002] 随着科技的日益进步，更多的用户采用了性能好、效率高但对电源特性变化敏感 的高科技设备，如：机器人、医疗急救机构，自动化生产线、精密数控机床、高精度测量仪器、 计算机信息管理系统等。这些用电系统和用电设备对于电网的各种干扰十分敏感。由于任 何原因造成的电能质量问题都可能造成重大的经济损失和不良的社会影响。电能质量问题 中发生最频繁造成结果最严重的即电压暂降。造成电压暂降的原因有很多，如雷电，线路故 障，大功率负载启停等。电压暂降是指供电电压均方根值在短时间突然下降的事件。电压 暂降典型持续时间为〇. 5~30周波。国际电工委员会（IEC)将其定义为下降到额定值的 90%~1% ;电气与电子工程师学会（IEEE)将其定义为下降到额定值的90%~10%。在 电压暂降的分析中，通常将暂降时的电压有效值与额定电压有效值的比值定义为暂降的幅 值。实际测量仪器中可对应不同的暂降幅值给出相应的持续时间，即将电压暂降均方根值 低于制定电压阈值的一段时间定义为与特定暂降幅值对应的持续时间。
[0003] 此外，电压暂降往往还伴随有电压相位的突然改变，称之为相位跳变。电压出现相 位跳变，是由于系统和线路的电抗与电阻的比值的不同，或不平衡暂降向低压系统传递引 起的。电压暂降的幅值、持续时间和相位跳变被标称为电压暂降的最重要的三个特征量。
[0004] 由于电网可能会出现电压幅值跌落、电压频率偏移、三相电压不平衡以及谐波电 压畸变等各种故障状态，因此在电压支撑的研究的过程中，考虑电网可能出现的这些故障 状态并研究系统在故障状态下的工作性能是非常重要的。
[0005] 市场上的动态电压恢复器大多数是进口设备，价格过高，功能局限。所以近些年， 高等院校，研究机构，研发组织等都开始进行动态电压恢复器的研制。
[0006] 在实验室研究过程中，电网提供的电压为低谐波的标准正弦电压，电网故障具有 偶然性和不可控性，在分布式发电的研究以及系统测试时，仅通过电网本身无法模拟出各 种故障状态。因此，需要通过一些专门的设备来模拟电网的故障情况。
[0007] 现有的故障模拟器有很多种。例如：基于阻抗形式实现的电压故障模拟器，是通过 在主电路中并联或串联电阻/电抗实现电压跌落；基于变压器的电压故障模拟器，是通过 变压器的变比实现电网电压的跌落；基于电力电子变换的电压故障模拟器，利用交流电力 控制电路、交交变频电路以及交直交变换器等实现电压的跌落。但是，该模拟装置功能相对 单一，无法模拟各种电网故障，因此不能完全满足分布式发电系统的测试要求。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的是为了解决现有超级电容的动态电压恢复器在实际应用中缺少准 确的理论数据的问题，本发明提供一种基于超级电容的动态电压恢复器电压支撑实验测试 平台及方法。
[0009] 本发明的一种基于超级电容的动态电压恢复器电压支撑实验测试平台，所述测试 平台包括可编程电网故障模拟器、可编程负载和基于超级电容的动态电压恢复器；
[0010] 可编程电网故障模拟器，用于模拟电网的电压跌落，为可编程负载输入工作电 压；
[0011] 基于超级电容的动态电压恢复器，用于采集可编程电网故障模拟器输出的电压， 根据所述电压判断跌落，并根据跌落对可编程负载的工作电压进行补偿；
[0012] 可编程负载，可以设置不同低压保护阈值的负载。
[0013] 所述基于超级电容的动态电压恢复器包括整流器、支撑电容、逆变器、超级电容、 DC-DC变换器和第一控制器；
[0014] 电网输出的三相交流电压经整流器后输出直流电，所述直流电经逆变器后输出交 流电为可编程负载提供补偿电源；
[0015] 整流器直流母线上并联支撑电容；
[0016] 整流器直流母线上还挂接有DC-DC变换器，直流电经DC-DC变换器注入超级电容 中储能，超级电容中储存的电能通过DC-DC变换器反馈至整流器直流母线中；
[0017] 控制器，用于采集可编程电网故障模拟器输出的电压，根据所述电压判断跌落的 程度，控制DC-DC变换器的工作状态：
[0018] 当可编程电网故障模拟器输出的电压属于轻度跌落，控制DC-DC变换器不工作， 支撑电容输出电压通过逆变器对可编程负载的工作电压进行补偿；
[0019] 当可编程电网故障模拟器输出的电压属于重度跌落，控制DC-DC变换器工作，超 级电容中储存的电能通过DC-DC变换器反馈至整流器直流母线中，，并通过逆变器对可编 程负载的工作电压进行补偿；
[0020] 当超级电容的电压由放点跌至满额的二分之一时，控制DC-DC变换器停止工作；
[0021] 当超级电容的电能不满且电网电压正常时，控制DC-DC变换器工作，对超级电容 进行充电，直至充满。
[0022] 可编程电网故障模拟器包括PWM整流器、三个单相全桥逆变电路和第二控制器； 电网输出的三相交流电压由PWM整流器整流，三个单相全桥逆变电路并联设置；每个单相 全桥逆变电路的正极输入端均与PWM整流器的正极电源输出端相连，每个单相全桥逆变电 路的负极输入端均与PWM整流器的负极电源输出端相连，三个单相全桥逆变电路的一个交 流输出端连接在一起，并接地；三个单相全桥逆变电路的另一个交流输出端分别输出，构成 三相交流电压为可编程负载供电；
[0023] 第二控制器，用于控制PWM整流器和三个单相全桥逆变电路的开关状态，进而控 制电压跌落的幅度和持续时间。
[0024] 所述基于超级电容的动态电压恢复器还包括升压滤波系统，逆变器输出的电压经 升压滤波系统后，对可编程负载的工作电压进行补偿。
[0025] 基于超级电容的动态电压恢复器电压支撑实验测试方法，所述测试方法包括如下 步骤：
[0026] 用于模拟电网的电压跌落，为负载输入工作电压的步骤；
[0027]用于采集负载的输入工作电压，根据所述电压判断跌落，并根据跌落对负载的工 作电压进行补偿的步骤；
[0028] 设置负载低压保护阈值的步骤。
[0029] 本发明的有益效果在于，实验平台通过添加可编程电网故障模拟器及特制负载， 根据现场采集及测试数据，对于真实的现场环境、电网故障、用电设备状态进行模拟，制造 出接近于真实电压闪变故障条件。
[0030] 本发明在具备电网闪变故障模拟的前提下，通过添加基于超级电容的动态电压恢 复器，完成电压支撑实验，从而为超级电容动态电压恢复器的现场应用提供准确理论数据 及技术积累。该实验测试平台用于科学研究，大型电压补偿项目前期论证，预研性研发等。
【附图说明】
[0031] 图1为【具体实施方式】一所述的基于超级电容的动态电压恢复器电压支撑实验测 试平台的原理示意图。
[0032] 图2为【具体实施方式】一所述的基于超级电容的动态电压恢复器电压支撑实验测 试平台的电气连接示意图。
【具体实施方式】
【具体实施方式】 [0033] 一：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述的基于超级电 容的动态电压恢复器电压支撑实验测试平台，
[0034] 所述测试平台包括可编程电网故障模拟器、可编程负载和基于超级电容的动态电 压恢复器；
[0035] 可编程电网故障模拟器，用于模拟电网的电压跌落，为可编程负载输入工作电 压；
[0036] 在实际应用中，由雷电、线路故障等很容易引起电网电压跌落的情况；
[0037] 基于超级电容的动态电压恢复器，用于采集可编程电网故障模拟器输出的电压， 根据所述电压判断跌落，并根据跌落对可编程负载的工作电压进行补偿；
[0038] 可编程负载，可以设置不同低压保护阈值的负载。
[0039] 可编程电网故障模拟器包括PWM整流器、三个单相全桥逆变电路和第二控制器； 电网输出的三相交流电压由PWM整流器整流，三个单相全桥逆变电路并联设置；每个单相 全桥逆变电路的正极输入端均与PWM整流器的正极电源输出端相连，每个单相全桥逆变电 路的负极输入端均与PWM整流器的负极电源输出端相连，三个单相全桥逆变电路的一个交 流输出端连接在一起，并接地；三个单相全桥逆变电路的另一个交流输出端分别输出，构成 三相交流电压为可编程负载供电；
[0040] 第二控制器，用于控制PWM整流器和三个单相全桥逆变电路的开关状态，进而控 制电压跌落的幅度和持续时间；
[0041] 本实施方式的拓扑结构可以分别控制三相电压幅值及相角，可以模拟三相电压跌 落及单相电压跌落，电压相角跳变等，同时可以通过编程控制电压跌落的幅度及持续时间。 电压跌落幅度由0