大功率电网模拟装置的研制

摘要

近年来，新能源发电技术的发展备受关注，由风能、太阳能等发出的电能通常需要经过变流器控制后并入电网。变流器与电网的关系是相互制约、相互影响的，变流器的接入对电网的稳定性及并网电能质量等产生影响；同时，电网故障对变流器的故障穿越能力也提出挑战。由于实际电网发生故障具有随机性，不易进行变流器对电网适应能力的研究。因此，有必要研制一种灵活、完善的电网模拟装置来模拟各种电网故障情况。本文详细阐述了一种基于变流器形式下模拟电网故障的发生装置，围绕变流器控制技术展开研究，对整流侧和逆变侧的控制策略进行分析探讨，并通过仿真和实验验证了理论研究成果的正确性及发生装置的可行性。
　　首先，研究了整流侧变流器的数学模型和控制策略。基于三相电压型PWM整流器的数学模型，分析了电网电压定向矢量控制的工作原理，并阐述了PI调节器与空间矢量脉冲调制方式的实现方法。
　　其次，针对于逆变侧变流器的控制方法展开研究。介绍了对称分量法分析不平衡电压、电流矢量的原理，分析了双dq坐标系实现不平衡电压正负序分离的方法，重点研究了发生不对称跌落故障的数学算法和控制策略；采取不同的控制方法模拟不同类型的电网故障，并作出对比分析。同时，将较新颖的比例谐振控制器应用于发生电压不对称跌落的矢量控制系统中。
　　作为对理论分析的检验，本文基于MATLAB的软件环境对电网模拟装置系统进行了仿真分析，分别研究了整流侧变流器的动静态特性和逆变侧变流器发生不同电网故障时的运行特性，并针对采用不同的控制策略的仿真结果展开了比较分析。
　　作为对理论和仿真分析的验证，搭建了电网模拟装置实验平台进行实验验证。电网模拟装置产生了电网不同类型的故障，通过带25kW双馈风力发电实验模拟平台运行，考核了电网模拟装置变流器整流侧和逆变侧控制策略的稳态及动态性能，证明了电网模拟装置控制策略的有效性和可行性，为今后检测变流器低电压穿越等相关性能创造了条件。