林琳

摘 要：分布式發(fā)電具有很多的優(yōu)點，可以有效的降低能耗。本文提出了用于分布式發(fā)電并網(wǎng)變流器測試裝置的設(shè)計方案，并實現(xiàn)。主要闡述了分布式發(fā)電裝置的工作原理，并且進行了相關(guān)的裝置拓?fù)涞默F(xiàn)場試驗，以此證明波動電壓發(fā)生裝置的優(yōu)勢，為以后的工作提供指導(dǎo)和借鑒。

關(guān)鍵詞：分布式發(fā)電并網(wǎng)變流器；測試；設(shè)計方案；波動電壓

一、引言

電力工業(yè)相關(guān)的領(lǐng)域越來越關(guān)注更多的節(jié)能、低耗的一些能源分布式發(fā)電。比如：風(fēng)能、生物等可再生能源。多半的分布式發(fā)電系統(tǒng)與電網(wǎng)之間進行連接都是要通過電力電子并網(wǎng)變流器這個途徑進行的。所以，為了實現(xiàn)分布式發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和科學(xué)性，就要保證并網(wǎng)變流器的工作進行的順利。國家對于此出臺的規(guī)定不僅對于新能源分布式發(fā)電系統(tǒng)提出了更高的要求，也對電壓和頻率適應(yīng)能力同時提出了相關(guān)的新的要求。因此，為了適應(yīng)更多行業(yè)領(lǐng)域的要求和國家的要求，設(shè)計一種分布式發(fā)電并網(wǎng)電流其測試裝置是十分重要的。

二、裝置結(jié)構(gòu)以及運作原理

本文對于分布式發(fā)電并網(wǎng)變流器測試裝置的設(shè)計方案，可以達到更多的性能指標(biāo)，主要有：輸出頻率45～66Hz，達到更精密的精度，輸出的幅值是20%～120%，誤差相當(dāng)?shù)男?。輸出波動頻率0.5～25Hz和波動幅值為0～10%基波電壓幅值的波動電壓。而且誤差低于0.1%。輸出不平衡度為0～10%的三相不平衡電壓，精度也是可以精密的達到0.1%，并且在輸出的時候，負(fù)序電壓幅值相位可以調(diào)動，輸出額定電壓的THD可以更低。

測試的端口是測試系統(tǒng)與分布式發(fā)電系統(tǒng)的接口，測試的端口是測試電壓的輸出端口。如果想要隔離測試系統(tǒng)和電網(wǎng)之間，就像必須采用一種拓?fù)涞慕Y(jié)構(gòu)。因為測試系統(tǒng)輸入端口要介入三相電網(wǎng)，所以要采用三相變流器。因此，本次設(shè)計的測試裝置采取的是符合這個要求的級聯(lián)H橋拓?fù)?。它有多種優(yōu)勢，可以生成測試電壓，還能夠通過分布式發(fā)電系統(tǒng)的電壓等級，進而匹配適合的系統(tǒng)電壓等級，與此同時，級聯(lián)H橋單元數(shù)目來配合系統(tǒng)電壓等級，另外，它還具有其他的優(yōu)勢：濾波更加便捷，對開關(guān)器件所承受的電壓要求較低等多種優(yōu)勢。在主電路拓?fù)涞氖疽鈭D中，前級首先從輸入變壓器接入電網(wǎng)，后級從輸出的電壓器接入分布式的發(fā)電系統(tǒng)，在實際上的裝置中，每個系統(tǒng)都要和斷路器相連接，這是在示意圖中缺少的。輸入變壓器的二次繞組是3N組，級聯(lián)H橋單元數(shù)目是N。不同的組級和單元數(shù)目主要是由電網(wǎng)和分布式發(fā)電系統(tǒng)的電壓等級進行決定的，在里面的每個不同的獨立單元的直流母線電壓分別由三相PWM變流器所提供。3個級聯(lián)H橋變流器是獨立被控制的，并且構(gòu)成一相，采用的是三電平移相載波調(diào)至策略，這種策略有著諸多的優(yōu)點。

1.對稱工況電壓頻率偏差

由上文得知，測試裝置的輸出電壓是3個級聯(lián)H橋變流器結(jié)合成的，所以，每一個的級聯(lián)H橋變流器都可以當(dāng)作一個獨立的單相電壓源逆變器。在實際的控制中，如果想要輸出電壓的幅值和頻率偏差實現(xiàn)，就要通過表達式中的幅值和頻率進行改變。

2.非對稱電網(wǎng)故障

通過已經(jīng)指導(dǎo)的不平衡度和正負(fù)序分量參數(shù)可以很容易的得出相應(yīng)的非對稱故障的三相系統(tǒng)幅值和相位的參考值。非堆成的故障主要包括三相電壓跌落、相間短路以及兩相或者單相接地等電網(wǎng)故障。在進行實際的操作中，使用者主要是進行遠程控制，發(fā)不平衡度指令，然后選擇適合的故障類型，得到指令后控制器進行自動計算ABC三相電壓幅值相位的參考值。

3.波動電壓

測試裝置控制系統(tǒng)的目標(biāo)是要保證輸出波動電壓的高低頻段分量的幅度和頻率的精度要達到一定的值，從而才能使波動電壓達到確定的準(zhǔn)確的值，并網(wǎng)變流器測試才能順利的進行。本文提出了波動有效值反饋控制的控制策略，這種策略有一個重要的優(yōu)點就是輸出波動電壓的精度十分的高，并且控制結(jié)構(gòu)相對比較簡單，參數(shù)能夠較容易的進行選擇，主要適用于高壓大功率場合。在這個策略的控制框圖，外環(huán)指令信號主要是實時的計算波動信號滑動窗有效值，也可以呈現(xiàn)波動的特性。在進行對稱工況電壓頻率偏差的測試當(dāng)中，我們所采用的這個控制策略能實現(xiàn)所有的測試裝置的功能，更加的可行、有效。

三、現(xiàn)場試驗結(jié)果

以安全性為前提，數(shù)據(jù)都是通過“Fluke-1760”數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集，采樣頻率為100kHz，并通過Matlab進行解析。在實驗中，測試系統(tǒng)輸出的電壓是采集電壓互感器PT2，進行實驗的時候風(fēng)機發(fā)電系統(tǒng)首先要通過“35kV測試點母線”接入測試系統(tǒng)。裝置拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中N=3，電網(wǎng)電壓等級是35kV。裝置中LC濾波器電抗和電容都規(guī)定了準(zhǔn)確的數(shù)值，其中要進行6MW的風(fēng)機測試。還要有效的計算間隔和準(zhǔn)確的采樣時間。另外，需要主要注意的是，上面所說的數(shù)據(jù)都是在測試裝置輸出測控載的前提下所進行并實現(xiàn)的。空載前提下小于帶載前提下穩(wěn)定域。所以一定要適應(yīng)空載穩(wěn)定域。

實驗中還設(shè)置了電波波形的輸出頻率以及幅度的偏差，頻率均為50Hz，在實驗中能偶看出輸出電壓的幅值和頻率以及控制的目標(biāo)，三者是相同的。測試的裝置輸出的波動電壓波形，頻率1Hz，幅值9%和另一種：12Hz和10%。實驗中得到不同的波動頻率和幅值，不同的幅值和理論之間的誤差比較小。另外，我們可以得出，在輸出電壓頻率偏差以及模擬的非對稱電網(wǎng)故障這個情景的時候，因為并不需要輸出波動電壓，所以顯示出來的指令信號并不是相應(yīng)的波動信號，而是一種有特定幅值頻率的正弦信號。在使用FRFC的時候，測試方案中的裝置能夠根據(jù)不同的需求調(diào)節(jié)輸出電壓的頻率和幅值，以此來保證波動電壓精度和電壓不平衡度的精度，并且輸出正常電壓的時候TH不高于2%。

四、結(jié)論

本文提出了分布式發(fā)電并網(wǎng)電流器測試的波動電壓發(fā)生裝置設(shè)計方案，裝置的性能得到了大幅度的提高，更加的高效、可行。該方案為分布式發(fā)電并網(wǎng)變流器測試裝置的設(shè)計提供了可行的參考和指導(dǎo)。

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