專利名稱：一種檢測海上風電柔性直流輸電變流器特性的試驗系統的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電力變換技術領域的試驗系統，屬于風電變流器控制領域，具體是一種用于測試變流器整流端輸出的母線電壓和電流特性以及功率控制特性，以獲得較好的整流效果的試驗系統。
背景技術：
柔性直流輸電技術利用電壓源換流器和具有自關斷能力的絕緣柵雙極晶體，由于采用全控型電力電子器件IGBT作為開關器件，系統具有自關斷電流的能力，可以工作在無源逆變方式，受端系統可以是無源網絡；控制靈活方便，可以同時且分別獨立地控制有功功率和無功功率；采用脈寬調制控制技術，開關頻率相對較高。該技術很適合應用于可再生能源并網、分布式發(fā)電并網、孤島供電、城市電網供電、異步交流電網互聯等領域。由于風能、 太陽能發(fā)電等新能源接入電網的最大障礙就是其間歇性和不確定性，而柔性直流輸電技術可以有效解決其因不確定性而引發(fā)的諧波污染、電壓間斷和波形閃變等問題，是公認新能源接入電網的最好方式。經對現有技術文獻的檢索發(fā)現，Poh Chiang Loh等人在IEEE TRANSACTIONS ONPOffER ELECTRONICS 期刊上發(fā)表的《Implementation and Control of DistributedPWM Cascaded Multilevel Inverters With Minimal Harmonic Distortion andCommon—Mode Voltage》(《具有最小諧波和共模電壓的級聯多電平PWM傳輸系統的實現和控制》)設計了一種多電平的PWM變流器，以DSP數字信號處理器為核心，通過將主電路、檢測電路、觸發(fā)電路和控制方法集成于一體，驗證多電平系統觸發(fā)算法。但該方案對于實際產品開發(fā)和測試還存在以下缺點1)系統主電路部分采用星形連接，沒有公共直流側，給有功功率傳輸帶來一定的困難；2)試驗系統只為其觸發(fā)算法驗證設計，容量較小，使得試驗系統向實際產品的轉化存在一定困難；3)主電路為級聯多電平結構，適用于高壓大功率系統設計，對于中小功率系統，該結構過于復雜，系統成本過高。綜上，該實驗系統設計方案不能作為變流器產品設計開發(fā)和性能測試的通用平臺，主電路拓撲結構過于復雜，不適用于中小功率系統。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服現有技術的缺陷而提供一種檢測海上風電柔性直流輸電變流器特性的試驗系統，該試驗系統主電路拓撲結構簡單，適用于中小功率系統。本發(fā)明的目的是這樣實現的本發(fā)明的一種檢測海上風電柔性直流輸電變流器特性的試驗系統,包括整流側單元和與之相連的主控模塊，所述整流側單元包括依次相連的隔離變壓器、電抗器和變流器以及輸入端接于隔離變壓器和電抗器之間、輸出端接地的濾波模塊，隔離變壓器與風電場交流系統相連，所述主控模塊包括交流電壓電流傳感器、直流電壓傳感器、直流電壓控制模塊、交流電壓控制模塊、無功功率控制模塊、有功功率控制模塊、內環(huán)電流控制模塊、頻率控制模塊、二選一開關、三選一開關、第一加法器和第二加法器，所述的內環(huán)電流控制模塊包括PWM模塊、鎖相位模塊、坐標變換模塊、第一 PI解耦算法模塊、第二 PI解耦算法模塊、第三加法器和第四加法器，其中所述的交流電壓電流傳感器采集風電場交流系統的電流和電壓，分別輸入第一加法器、無功功率控制模塊、有功功率控制模塊、鎖相位模塊、坐標變換模塊和頻率控制模塊；所述的第一加法器根據輸入的三相電壓參考值和三相電壓，計算得到三相電壓誤差值，輸入交流電壓控制模塊；所述的交流電壓控制模塊根據輸入的三相電壓誤差值，計算得到第一無功電流， 輸入二選一開關的第一動態(tài)觸點；所述的無功功率控制模塊根據輸入的三相電流和電壓和無功功率參考值，計算得到第二無功電流，輸入二選一開關的第二動態(tài)觸點；所述的二選一開關選取第一無功電流或第二無功電流作為無功電流，通過其靜態(tài)觸點輸入至第三加法器；所述的直流電壓傳感器采集變流器兩輸出端間的直流電壓，輸入第二加法器；所述的第二加法器根據輸入的直流電壓參考值和直流電壓，計算得到直流電壓誤差值，輸入交流直流電壓控制模塊；所述的直流電壓控制模塊根據輸入的直流電壓誤差值，計算得到第一有功電流， 輸入三選一開關的第一動態(tài)觸點；所述的頻率控制模塊根據輸入的三相電流和電壓以及頻率參考值，計算得到第二有功電流，輸入三選一開關的第二動態(tài)觸點；所述的有功功率控制模塊根據輸入的三相電流和電壓以及有功功率參考值，計算得到第三有功電流，輸入三選一開關的第三動態(tài)觸點；所述的三選一開關選取第一有功電流、第二有功電流或第三有功電流作為有功電流，通過其靜態(tài)觸點輸入至第四加法器；所述的鎖相位模塊根據輸入的三相電壓，檢測風電場交流電壓矢量的相位，輸入坐標變換模塊；所述的坐標變換模塊將三相電流變換到兩相旋轉坐標系下，得到無功、有功電流測量值，分別輸入第三加法器和第四加法器；所述的第三加法器根據輸入的無功電流和無功電流測量值，計算得到無功電流誤差值，輸入第一 PI解耦算法模塊；所述的第四加法器根據輸入的有功電流和有功電流測量值，計算得到有功電流誤差值，輸入第二 PI解耦算法模塊；所述的第一 PI解耦算法模塊根據輸入的無功電流誤差值，計算得到無功基波電壓指令值，輸入PWM模塊；所述的第二 PI解耦算法模塊根據輸入的有功電流誤差值，計算得到有功基波電壓指令值，輸入PWM模塊；所述的PWM模塊得到基波電壓指令值后，通過空間矢量脈寬調制，生產開關信號作用于變流器的三相橋路開關。
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上述的一種檢測海上風電柔性直流輸電變流器特性的試驗系統，其中，所述的濾波模塊包括依次串聯的電阻和電容，所述的電阻的一端接地。本發(fā)明與現有技術相比具有以下有益效果I.采用雙閉環(huán)直接電流控制，基于換流站的dq模型分別控制d軸和q軸電流實現對有功和無功功率的分別控制，減小了控制環(huán)節(jié)的穩(wěn)態(tài)誤差，完善了控制環(huán)節(jié)的動態(tài)特性。 同時，解決了海上風電由于其間歇性和不確定性在并網過程中引發(fā)的諧波污染、電壓間斷和波形閃變等問題；2.利用該試驗系統，可以測試整流端輸出的母線電壓、電流特性以及功率控制特性，滿足整流控制要求，且主電路拓撲結構簡單，適用于中小功率系統。


圖I是本發(fā)明的原理圖。
具體實施例方式下面將結合附圖對本發(fā)明作進一步說明。請參閱圖1，圖中示出了本發(fā)明檢測海上風電柔性直流輸電變流器特性的試驗系統，包括整流側單元和與之相連的主控模塊1，整流側單元包括依次相連的隔離變壓器T、 電抗器L和變流器4以及輸入端接于隔離變壓T和電抗器L之間、輸出端接地的濾波模塊 2，隔離變壓器T與風電場交流系統9相連，主控模塊I包括交流電壓電流傳感器、直流電壓傳感器、直流電壓控制模塊、交流電壓控制模塊、無功功率控制模塊、有功功率控制模塊、內環(huán)電流控制模塊3、頻率控制模塊、二選一開關6、三選一開關8、第一加法器5和第二加法器 7，內環(huán)電流控制模塊3包括PWM(脈沖寬度調制)模塊、鎖相位(PLL)模塊、坐標變換模塊 35、第一 PI (比例積分)解耦算法模塊33、第二 PI解耦算法模塊34、第三加法器31和第四加法器32，其中交流電壓傳感器和電流傳感器分別設于風電場交流系統9和隔離變壓器T之間， 采集風電場交流系統9的電流值ial、ibl、icl和電壓值ual、ubl、ucl ；第一加法器5將三相電壓參考值
Ualref、^blref Λ ^clref 和三相電壓Ual、Ubl、Ucl分別相
減的三相電壓誤差值，輸入交流電壓控制模塊；交流電壓控制模塊根據輸入的三相電壓誤差值，計算得到無功電流Iql ；無功功率控制模塊根據輸入的電流值ial、ibl、U和電壓值Ual、Ubl、Ucl以及無功功率參考值QMfl，計算得到無功電流Iq2 ；二選一開關6手動選取無功電流Iql或無功電流Iq2作為無功電流Iq，并輸入至第三加法器31 ；直流電壓傳感器采集變流器兩輸出端間的直流電壓值Udl，輸入第二加法器7 ；第二加法器7將直流電壓參考值udlMf減去直流電壓值Udl得到直流電壓誤差值， 輸入交流直流電壓控制模塊；直流電壓控制模塊根據輸入的直流電壓誤差值，計算得到有功電流Idl ；頻率控制模塊根據輸入的電流值ial、ibl、U和電壓值Ual、Ubl、Ucl以及頻率參考值 Frefl，計算得到有功電流Id2;
有功功率控制模塊根據輸入的電流值ial、ibl、U和電壓值Ual、Ubl、Ucl以及有功功率參考值PMfl，計算得到有功電流Id3 ；三選一開關手動選取有功電流Idl、有功電流Id2或有功電流Id3作為有功電流Id， 并輸入至第四加法器32;鎖相位模塊根據輸入的三相電壓值ual、ubl, Uel，檢測風電場交流電壓矢量的相位 Θ，輸入坐標變換模塊35 ；坐標變換模塊35將三相電流變換到兩相旋轉坐標系下，得到無功電流測量值Iqm、 有功電流測量值Idm，分別輸入第三加法器31和第四加法器32 ；第三加法器31將輸入的無功電流Iq減去無功電流測量值Iqm得到無功電流誤差值，輸入第一 PI解耦算法模塊33 ；第四加法器32將輸入的有功電流Id減去有功電流測量值Idffl得到有功電流誤差值，輸入第二 PI解耦算法模塊34 ；第一 PI解耦算法模塊33輸入的無功電流誤差值，計算得到無功基波電壓指令值 Uq，輸入PWM模塊；第二 PI解耦算法模塊34輸入的有功電流誤差值，計算得到有功基波電壓指令值 Ud，輸入PWM模塊；PWM模塊得到基波電壓指令值Uq、Ud后，通過空間矢量脈寬調制，生產開關信號作用于變流器的三相橋路開關。上述濾波模塊包括依次串聯的電阻和電容，電阻的一端接地。以上實施例僅供說明本發(fā)明之用，而非對本發(fā)明的限制，有關技術領域的技術人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以作出各種變換或變型，因此所有等同的技術方案也應該屬于本發(fā)明的范疇，應由各權利要求所限定。
權利要求
1.一種檢測海上風電柔性直流輸電變流器特性的試驗系統，包括整流側單元和與之相連的主控模塊，所述整流側單元包括依次相連的隔離變壓器、電抗器和變流器以及輸入端接于隔離變壓器和電抗器之間、輸出端接地的濾波模塊，隔離變壓器與風電場交流系統相連，其特征在于，所述主控模塊包括交流電壓電流傳感器、直流電壓傳感器、直流電壓控制模塊、交流電壓控制模塊、無功功率控制模塊、有功功率控制模塊、內環(huán)電流控制模塊、頻率控制模塊、二選一開關、三選一開關、第一加法器和第二加法器，所述的內環(huán)電流控制模塊包括PWM模塊、鎖相位模塊、坐標變換模塊、第一 PI解耦算法模塊、第二 PI解耦算法模塊、 第三加法器和第四加法器，其中所述的交流電壓電流傳感器采集風電場交流系統的電流和電壓，分別輸入第一加法器、無功功率控制模塊、有功功率控制模塊、鎖相位模塊、坐標變換模塊和頻率控制模塊；所述的第一加法器根據輸入的三相電壓參考值和三相電壓，計算得到三相電壓誤差值，輸入交流電壓控制模塊；所述的交流電壓控制模塊根據輸入的三相電壓誤差值，計算得到第一無功電流，輸入二選一開關的第一動態(tài)觸點；所述的無功功率控制模塊根據輸入的三相電流和電壓和無功功率參考值，計算得到第二無功電流，輸入二選一開關的第二動態(tài)觸點；所述的二選一開關選取第一無功電流或第二無功電流作為無功電流，通過其靜態(tài)觸點輸入至第三加法器；所述的直流電壓傳感器采集變流器兩輸出端間的直流電壓，輸入第二加法器；所述的第二加法器根據輸入的直流電壓參考值和直流電壓，計算得到直流電壓誤差值，輸入交流直流電壓控制模塊；所述的直流電壓控制模塊根據輸入的直流電壓誤差值，計算得到第一有功電流，輸入三選一開關的第一動態(tài)觸點；所述的頻率控制模塊根據輸入的三相電流和電壓以及頻率參考值，計算得到第二有功電流，輸入三選一開關的第二動態(tài)觸點；所述的有功功率控制模塊根據輸入的三相電流和電壓以及有功功率參考值，計算得到第三有功電流，輸入三選一開關的第三動態(tài)觸點；所述的三選一開關選取第一有功電流、第二有功電流或第三有功電流作為有功電流， 通過其靜態(tài)觸點輸入至第四加法器；所述的鎖相位模塊根據輸入的三相電壓，檢測風電場交流電壓矢量的相位，輸入坐標變換模塊；所述的坐標變換模塊將三相電流變換到兩相旋轉坐標系下，得到無功、有功電流測量值，分別輸入第三加法器和第四加法器；所述的第三加法器根據輸入的無功電流和無功電流測量值，計算得到無功電流誤差值，輸入第一 PI解耦算法模塊；所述的第四加法器根據輸入的有功電流和有功電流測量值，計算得到有功電流誤差值，輸入第二 PI解耦算法模塊；所述的第一 PI解耦算法模塊根據輸入的無功電流誤差值，計算得到無功基波電壓指令值，輸入PWM模塊；所述的第二 PI解耦算法模塊根據輸入的有功電流誤差值，計算得到有功基波電壓指令值，輸入PWM模塊；所述的PWM模塊得到基波電壓指令值后，通過空間矢量脈寬調制，生產開關信號作用于變流器的三相橋路開關。
2.如權利要求I所述的一種檢測海上風電柔性直流輸電變流器特性的試驗系統，其特征在于，所述的濾波模塊包括依次串聯的電阻和電容，所述的電阻的一端接地。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種檢測海上風電柔性直流輸電變流器特性的試驗系統，包括整流側單元和與之相連的主控模塊，所述主控模塊包括交流電壓電流傳感器、直流電壓傳感器、直流電壓控制模塊、交流電壓控制模塊、無功功率控制模塊、有功功率控制模塊、內環(huán)電流控制模塊、頻率控制模塊、二選一開關、三選一開關、第一加法器和第二加法器。本發(fā)明采用雙閉環(huán)直接電流控制，基于換流站的dq模型分別控制d軸和q軸電流實現對有功和無功功率的分別控制，減小了控制環(huán)節(jié)的穩(wěn)態(tài)誤差，完善了控制環(huán)節(jié)的動態(tài)特性；本發(fā)明主電路拓撲結構簡單，適用于中小功率系統。
文檔編號G01R31/00GK102608468SQ20121008345
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月27日 優(yōu)先權日2012年3月27日
發(fā)明者李路遙, 江凱, 王志新 申請人:上海市電力公司