可控负荷模拟器在电力系统动态模拟中的应用研究

摘要

电力系统动态模拟是一种用于研究电力系统动态特性的物理模拟，其实质就是在实验室中根据相似性原理建立电力系统的模型，从而进行相关新理论的验证、新技术和新设备的试验。电力系统动态模拟实验中使用的负荷模型有异步机组负荷模型、灯箱负荷模型、串并联电容器模型等，通过改变电压、串联回路内的电阻电抗，或者改变电动发电机组的激磁特性及附加飞轮片，可以得到一定范围内变化的负荷。但这类模拟负荷存在体积庞大、元件数量多、成本高、能量不回馈，而且不易在线更改等缺点，因此无法精确模拟时变的系统负荷，同时对于动模实验也造成了很多不便。 本文针对电力系统负荷的多样性和时变性，提出了一种应用于电力系统动态模拟的可控负荷模拟器设计方案。采用双三相桥结构及脉宽调制控制策略，选用一系列全控型电力电子器件（IGBT）与少量储能元件（电容）来构建可控负荷的硬件电路，通过实时算法来控制开关器件的开闭规律，实现所需的负载特性。作为负荷模拟器的主要组成单元，本文对三相PWM整流器的数学模型进行了详细分析，讨论了PWM整流器的双闭环控制系统的设计方法。 在设计中，采用固定开关频率PWM电流控制的三相桥A调节发电机输出电流的相位，三相桥B采用滞环PWM控制，通过调节进入电网的有功电流的大小来间接调节发电机输出的有功电流，与三相桥A配合，改变模拟器的阻抗值。本文对整个系统模型进行了Matlab/Simulink仿真试验，得到了相关仿真波形，证实了设计方案的可行性和有效性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪 论

1.1模拟理论简述

1.2电力系统动态模拟简介

1.2.1电力系统动模原理

1.2.2电力系统动态模拟对象及设计特点

1.2.3模型建立

1.3本课题的研究现状

1.4论文的主要研究内容与章节安排

第二章 电力系统负荷动态模型研究

2.1电力负荷简介

2.1.1电力负荷组成

2.1.2负荷的时变性

2.2电力负荷的数学模拟

2.2.1电力负荷的常用数学建模方法

2.2.2电力负荷的动态模型

2.3电力负荷的物理模拟

2.4物理模拟和数学模拟的比较

2.5本章小结

第三章 PWM整流器的分析与建模

3.1 PWM整流基本原理及分类

3.1.1 PWM整流器原理概述

3.1.2 PWM整流器的分类及拓扑

3.2三相电压型PWM整流器的建模

3.2.1三相VSR一般数学模拟建模方法

3.2.2VSR的一般数学模型

3.2.3三相VSR的(d，q)坐标系模型

3.3三相VSR控制系统设计

3.3.1电流内环控制系统

3.3.2电压外环控制系统

3.3本章小结

第四章可控负荷模拟器设计

4.1可控负荷的基本思想

4.2可控负荷的电路结构

4.3可控负荷控制系统的设计

4.3.1可控负荷的电流控制技术

4.3.2三相桥A控制系统的设计

4.3.3三相桥B控制系统的设计

4.3.4可控负荷中其他参数的设计

4.4本章小结

第五章 SIMULINK仿真与分析

5.1基于Simulink的可控负荷仿真模型

5.2仿真波形分析

总结与展望

参考文献

致谢

攻读学位期间主要的研究成果