基本信息
- 項目名稱：
- 可控負荷模擬實驗裝置
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本文提出一種模塊化可控負荷電流擾動發(fā)生裝置，該裝置由整流變壓器、PWM高頻整流H橋模塊、放電支路、高頻H橋模塊、低頻級聯(lián)H橋模塊、高頻連接電抗和低頻連接電抗組成。通過相應的控制策略，能有效模擬諧波、無功以及電流波動和負荷電流不平衡,并能模擬復合擾動。在電路仿真和實物實驗中取得良好效果。
- 詳細介紹：
- 首先介紹下，主電路各部分的主要功能： 輸入整流變壓器：整流變壓器采用單相多繞組結(jié)構(gòu)，為了降低變壓器原邊電流值，因此變壓器原邊電壓采用線電壓接入方式，提高電壓等級在同等功率等級下降低了變壓器原邊輸入電流，有利于提高裝置運行效率。 PWM整流器：PWM整流器是連接交流電網(wǎng)和直流母線電壓之間的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，為裝置后級級聯(lián)H橋功率模塊提供穩(wěn)定的直流母線電壓，同時保證整流側(cè)輸入功率因數(shù)近似為1，并使輸入電流諧波含量較低近似為正弦波。 放電支路：由于本裝置能夠輸出有功功率，同時能夠?qū)ω摵捎泄M行一定的補償，因此本裝置在實際運行過程中會出現(xiàn)很大的有功交換，特別是對于沖擊性負荷的補償，可能會出現(xiàn)直流電壓的劇烈波動，甚至會出現(xiàn)直流母線過壓，因此加入放電回路是很有必要的，在PWM整流器不能限制過電壓時，放電回路IGBT就開始工作，將直流母線電容通過放電電路放電，使直流母線電壓降低。 高頻H橋模塊：為了提高裝置的整體性能，特別是裝置發(fā)生高次諧波電流的性能，因此引入高頻H橋模塊，該H橋與低頻級聯(lián)H橋的控制策略和調(diào)制方式不用，使得高頻諧波電流與基波電流可以實現(xiàn)解耦控制，從而兩者的開關(guān)頻率、控制參數(shù)等指標可以進行優(yōu)化設(shè)計，使裝置整體性能最優(yōu)。 低頻級聯(lián)H橋模塊：低頻級聯(lián)H橋主要輸出的是基波電壓，通過調(diào)節(jié)級聯(lián)H模塊輸出的基波電壓幅值和相位實現(xiàn)裝置基波功率的控制，包括裝置從系統(tǒng)吸收或者發(fā)出無功功率和有功功率，當級聯(lián)H橋模塊輸出電壓與系統(tǒng)電壓完全同相位，進行幅值調(diào)節(jié)時，即裝置運行于STATCOM狀態(tài)，對系統(tǒng)無功進行有效的補償；當級聯(lián)H橋輸出電壓與系統(tǒng)電壓有相位差時，此時裝置能夠?qū)ο到y(tǒng)有功進行調(diào)節(jié)，因此大大提高了本裝置的應用場合。裝置容量的絕大部分取決于基頻分量的容量，因此本裝置的大部分容量由低頻級聯(lián)H橋決定。 高頻連接電抗：高頻連接電抗是為裝置補償高頻諧波電流而設(shè)計的，根據(jù)裝置需要可選擇合理的參數(shù)。 低頻連接電抗：低頻連接電抗主要流過的是基波分量，級聯(lián)H橋輸出基波電壓與系統(tǒng)電壓的差值就降落在低頻連接電抗器之上，通過電抗器將基波電壓差轉(zhuǎn)換成基波電流，從而實現(xiàn)向系統(tǒng)注入或者吸收無功和有功。 控制系統(tǒng)部分： 可控負荷用電品質(zhì)擾動發(fā)生裝置的控制系統(tǒng)主要分為兩個部分：指令信號產(chǎn)生電路和控制電路。指令信號產(chǎn)生電路的功能是產(chǎn)生所需要的各種擾動的信號，如諧波電流信號，無功電流信號和負序電流信號等?？刂齐娐返闹饕δ苁窃诮o定的指令信號下，經(jīng)過適當?shù)碾娏骺刂品绞疆a(chǎn)生需要的調(diào)制信號，再通過可行的調(diào)制技術(shù)得到控制IGBT導通與關(guān)斷的開關(guān)信號，從而控制主電路使之輸出所需要的電流。 不同的環(huán)節(jié)采用不同的控制策略。整流模塊控制部分采用PI控制，引入直流電壓控制環(huán)；高頻諧波模塊采用電流滯環(huán)控制；基波模塊采用3H橋級聯(lián)結(jié)構(gòu)，單極倍頻載波移相CPS-SPWM調(diào)制的控制方法。通過控制調(diào)制波，可控制基波模塊輸出電壓的大小和相位。 應用以上的主電路拓撲和相應的控制策略，我們在仿真實驗和實物實驗中取得了較好的效果。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 目的：電力系統(tǒng)動態(tài)模擬就是一種用于研究電力系統(tǒng)動態(tài)特性的物理模擬，其實質(zhì)就是在實驗室中根據(jù)相似性原理建立電力系統(tǒng)的模型來研究電力系統(tǒng)的特性。無論是新的理論問題的證實，電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的分析，新裝置、新設(shè)備投入運行前的試驗等，都需要在實驗室中進行相關(guān)的電力系統(tǒng)動態(tài)模擬實驗。由于動模實驗的日益復雜性，對系統(tǒng)模型的精度等各方面有了更高的要求。該負荷模擬裝置可以取代傳統(tǒng)負荷模擬實驗裝置，高精度模擬各種負荷特性。 基本思路：由PWM整流H橋模塊得到穩(wěn)定直流電壓，然后由PWM逆變H橋模塊輸出希望的波形。該過程選用用合適的控制策略，以期更好地實現(xiàn)目的。 創(chuàng)新點：采用電力電子技術(shù)取代傳統(tǒng)的負載模擬形式，具有體積小，可控性，模擬精度高，易在線更改，復合模擬等優(yōu)點。 技術(shù)關(guān)鍵：H橋的設(shè)計，及相應的控制策略研究。
科學性、先進性
- 先進性科學性： 1.采用電力電子變流裝置取代傳統(tǒng)負載模擬裝置，解決了傳統(tǒng)模擬負荷體積龐大、元件數(shù)量多、成本高、能量不回饋，而且不易在線更改等缺點。 2.基波模塊和諧波模塊采用解耦控制，實現(xiàn)了任意單次諧波以及多次諧波疊加擾動輸出，輸出最大諧波電流的次數(shù)在17次以上，仿真效果良好。 3.多目標復合模擬，可以模擬多種單一以及復合的負載特性，比如同時進行諧波和無功的模擬補償。 4.試驗能量回饋電網(wǎng)，節(jié)約能源。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 完成仿真實驗，并初步完成實物裝置制作和相關(guān)實驗
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 暫無
作品可展示的形式
- 實物展示和現(xiàn)場實驗展示
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 使用說明：通過在人際交互系統(tǒng)輸入波形的參數(shù)，就可以輸出相應的波形，并進行實驗數(shù)據(jù)的觀察和記錄。 技術(shù)優(yōu)勢：與傳統(tǒng)負載模擬裝置相比，具有易實驗操作、體積小、元件數(shù)量少、成本低、模擬精度高等優(yōu)點，并能實現(xiàn)多目標復合模擬，可以模擬各種單一以及復合的負載特性，同時該裝置用于實驗的能量可回饋給電網(wǎng)，達到節(jié)能的目的。 適用范圍：該裝置適用于電力系統(tǒng)動態(tài)模擬實驗中，可有效模擬包括諧波、無功、有功、電流擾動、三相不平衡電流在內(nèi)的各種負荷特性，由于其具有前文所述的優(yōu)勢，其在電力系統(tǒng)動態(tài)模擬實驗中的應用前景廣闊。
同類課題研究水平概述
- 傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)動態(tài)模擬實驗中使用的負荷模型有異步機組負荷模型、燈箱負荷模型、串并聯(lián)電容器模型等，通過改變電壓、串聯(lián)回路內(nèi)的電阻電抗，或者改變電動發(fā)電機組的激磁特性及附加飛輪片，可以得到一定范圍內(nèi)變化的負荷。但這類負荷模擬裝置存在體積龐大、元件數(shù)量多、成本高、能量不回饋，而且不易在線更改等缺點，尤其是無法精確模擬各種負荷，并且進行實驗時不易操作，十分不便。
