电网模拟装置的控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电气工程领域，具体的涉及电网模拟装置的控制方法，尤其是采用三 相四桥臂逆变器进行逆变变换的电网模拟装置控制方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，风能、光伏等分布式发电系统因其清洁、可持续、发电方式灵活等特点而 备受关注。国网电科院报告显示中国现已成为世界上最大的光伏电池组件生产国，到2020 年中国光伏发电的装机总量将达到20GW-50GW。光伏等分布式发电系统通过逆变器与电网 相连，对电网运行带来挑战，对电网优化配置资源的能力提出了要求。
[0003] 针对分布式发电系统并网所带来的各种技术问题，如电能质量、电压无功、孤岛效 应、继电保护和安全稳定问题等，国家电网公司制定了一系列规定要求分布式发电系统并 网时应达到相关标准。因此需要研究分布式发电系统并网技术，建设分布式发电系统检测 能力。分布式发电系统并网等问题的关键是研究在电网故障情况下，分布式发电系统并网 相关参数是否符合国网公司下发的《光伏电站接入电网技术规定》。
[0004] 然而在正常情况下，电网提供三相对称的正弦电压，电网出现各类故障的情况并 不常见。因此在检测分布式发电系统并网特性时，需要一套能模拟产生电网各类故障的装 置。但国内对专门的电网模拟器研究并不系统，国外则研究的较为完善并已进入产品化阶 段，可是性能优良的电网模拟装置价格非常昂贵，难以在普通测试使用。因此，对电网模拟 装置的研究仍然具有很重要的意义。
[0005]目前国内研究的电网模拟器逆变侧拓扑结构有采用三个单相分别模拟电网三相 输出，也有采用三相半桥结构逆变器模拟电网输出，但是这些拓扑结构都存在着缺陷。例如 采用三个单相逆变器分别模拟电网三相输出的结构会使得整个电网模拟装置体积过大，硬 件多，三相输出之间存在同步调节和通讯的问题。而采用三相半桥结构逆变器的电网模拟 装置，因为三相三线制电路中无法给零序分量提供通道，电网中不存在零序分量，不能模拟 电网出现的不对称故障。
【发明内容】
[0006] 针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种电网模拟装置的控制方法。
[0007] 本发明针对电网模拟装置的输入给定信号，设计了基于矢量变换的给定信号产生 控制方法；针对电网模拟装置采用的三相四桥臂逆变器，设计了不需进行同步坐标分解控 制的控制策略，其中电压外环采用在静止三相坐标下的PR控制，电流内环采用PID控制。
[0008] 根据本发明提供的电网模拟装置的控制方法，包括如下步骤：
[0009] 步骤1 :输入给定三相电压在同步d_q坐标系中正负零序的数值及偏移频率f;
[0010] 步骤2 :将步骤1中输入的值通过矢量反变换得到三相输出电压给定信号:
[0011] 步骤3 :采集三相输出电压信号uabc;
[0012] 步骤4 :将采集得到的三相输出电压信号uabc与给定的三相电压信号进行比 较，得到三相电压比较差值Λuabc;
[0013] 步骤5 :将步骤4得到的三相电压比较差值Λuabc经过PR调节器，得到电流内环的 参：考值
[0014] 步骤6 :采集输出侧三相电容电流ieab。，将采集的电容电流ieab。与步骤5得到的电 流参考值^&进行比较得到差值Λieab。，Λieab。经过PID调节，得到三相输出电压调制信号 ^?tabc*
[0015] 步骤7 :对步骤6中得到的三相输出电压调制信号utab。进行空间矢量变换，得到 α、β、〇分量ua、up、u。，其中变换公式如下；
[0017] 式中：ua表示静止αβ〇坐标系α轴中电压值，up表示静止αβ〇坐标系β轴 中电压值，u。表示静止αβ〇坐标系〇轴中电压值，uta表示a相调制电压，utb表示b相调 制电压，ute表示c相调制电压；
[0018] 步骤8 :将α、β、〇分量经过三维空间矢量调制，得到逆变器四个桥臂的PWM信 号。
[0019] 优选地，所述步骤4包括：
[0020] 步骤4. 1 :根据正负零序给定d、q值及偏移频率f的值，得到相关的coscot、 sinω?从而计算零序电压分量，计算公式如下：
[0021] ω= 2πf；
[0022] u〇=d〇cosωt;
[0023] 式中：u。表示零序给定电压，d。表示输入的同步d_q坐标系中零序给定值，ω表示 零序电压的角频率，t表示时间；
[0024] 步骤4. 2 :将输入的正序给定d、q值经过C逆变换得到在静止两相αβ坐标的值， 计算公式如下：
[0026] 式中：ua+表示静止αβ坐标系α轴中正序值，up+表示静止αβ坐标系β轴 中正序值，ud+表示输入的同步d-q坐标系d轴中正序给定值，uq+表示输入的同步d-q坐标 系q轴中正序给定值；
[0027] 步骤4. 3 :将静止两相αβ坐标系下的值经过C23变换得到正序三相给定电压，计 算公式如下：
[0029] 式中：ua+表示正序a相给定电压，ub+表示正序b相给定电压，u。+表示正序c相给 定电压；
[0030] 步骤4. 4 :将输入的负序给定d、q值经过C逆变换和C23变换得到负序三相给定电 压，计算公式如下：
[0033] 式中：ua表示静止αβ坐标系α轴中负序值，up表示静止αβ坐标系β轴 中负序值，ud表示输入的同步d-q坐标系d轴中负序给定值，uq表示输入的同步d-q坐标 系q轴中负序给定值，ua表示负序a相给定电压，ub表示负序b相给定电压，u。表示负序 c相给定电压；
[0034] 步骤4. 5 :将正负零序三相给定电压按照abc三相分别进行叠加，得到给定的三相 电压信号，计算公式如下：
[0036] 式中：_<表示a相给定电压，表示b相给定电压，％:表示c相给定电压；
[0037] 步骤4. 6:将采集得到的三相输出电压信号UabA给定的三相电压信号;^进行比 较，得到三相电压比较差值Λuabc。
[0038] 优选地，所述步骤5包括：采用PR调节器控制电压外环，其中PR调节的原理公式 如下：
[0040] 式中：GPR(s)表示PR调节器的传递函数，Kp表示比例控制器增益，Ki表示谐振控 制器增益，η表示谐波次数，ω。表示截止频率，ω。表示谐振频率。
[0041] 优选地，所述步骤6包括：采用PID调节器控制电流内环，同时三相给定电压的前 馈控制，得到三相输出电压调制信号。
[0042] 与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
[0043] 1、本发明提供的方法只需通过改变输入正负零序在d_q坐标系上的值及频率f， 即可实现输出不同类型的给定电压。
[0044] 2、本发明提供的方法中三相四桥臂逆变器电压外环采用PR控制器，无需进行坐 标变换即可达到好的控制效果，简单实用。
[0045] 3、本发明提供的方法中三相整定信号产生控制方法及三相四桥臂逆变器控制策 略，都比较容易实现数字化控制。
【附图说明】
[0046] 通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、 目的和优点将会变得更明显：
[0047] 图1为三相给定电压输出控制方法框图；
[0048] 图2为三相给定电压输出控制方法在MATLAB/Simulink中的仿真模块示意图；
[0049] 图3为三相四桥臂逆变器双闭环控制框图；
[0050] 图4为电网模拟装置逆变器与电网连接示意图；
[0051] 图5为三相四桥臂逆变器在MATLAB/Simulink中的仿真模块示意图；
[0052]图6为电网模拟装置整的系统仿真模型示意图；
[0053] 图7为电网模拟装置模拟正常三相电压的a相电压输出值；
[0054] 图8为电网模拟装置模拟三相电压跌落的a相电压输出值；
[0055] 图9为电网模拟装置模拟三相电压频率偏移的a相电压输出值。
【具体实施方式】
[0056] 下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术 人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术 人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明 的保护范围。
[0057] 根据输出给定三相电压信号计算其在d_q坐标系上进行正负序分解后的值； 对输出三相电压及电容电流信号进行采样；电流内环采用PID调节器控制，电压外环采用PR调节器控制；对电流内环输出信号进行空间矢量变换，采用三维空间矢量进行调制，产 生控制逆变器的PWM信号，输出三相目标电压。
[0058] 本发明提供的电网模拟装置的控制方法，包括如下步骤：
[0059] 步骤1 :输入给定三相电压在同步d_q坐标系中正负零序的数值及偏移频率f;
[0060] 步骤2 :将步骤1中输入的值通过矢量反变换得到三相输出电压给定信号;
[0061] 步骤3 :采集三相输出电压信号uabc;
[0062] 步骤4 :将采集得到的三相输出电压信号uab。与给定的三相电压信号m；^进行比 较，得到三相电压比较差值Λuabc;
[0063] 步骤5 :将步骤4得到的三相电压比较差值Λuabc经过PR调节器，得到电流内环的 参考值;
[0064] 步骤6 :采集输出侧三相电容电流ieab。，将采集的电容电流ieab。与步骤5得到的电 流参考进行比较得到差值Λieab。，Λieab。经过PID调节，得到三相输出电压调制信号 ^?tabc *
[0065] 步骤7 :对步骤6中得到的三相输出电压调制信号utab。进行空间矢量变换，得到 α、β、〇分量ua、up、u。，其中变换公式如下；
[0067] 式中：ua表示静止αβ〇坐标系α轴中电压值，up表示静止αβ〇坐标系β轴 中电压值，u。表示静止αβ〇坐标系〇轴中电压值，uta表示a相调制电压，utb表示b相调 制电压，ute表示c相调制电压；
[0068] 步骤8 :将α、β、〇分量经过三维空间矢量调制，得到逆变器四个桥臂的PWM信 号。
[0069] 具体地，如图1所示，三相电压分别通过电压跌落比例模块，确定三相分别跌落比 例大小。正负零序d、q值的改变，可以分别决定正负