一種具有電壓暫升和暫降功能的電源發(fā)生裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種同時(shí)具有電壓暫升和暫降功能的電源發(fā)生裝置，可以模擬電網(wǎng)電 壓的異常情況，能模擬IEEE1159-1995標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的電網(wǎng)電壓暫升/暫降現(xiàn)象，可用于變頻器 高低電壓穿越支持裝置的試驗(yàn)要求，也可以用于其它電氣和電子產(chǎn)品在電網(wǎng)電壓異常情況 下的性能測(cè)試和研宄。
【背景技術(shù)】
[0002] 實(shí)際電網(wǎng)中，特高壓交直流線路故障、電網(wǎng)低頻振蕩、大型電機(jī)啟動(dòng)和電網(wǎng)短路故 障等會(huì)引起較大的電壓暫降；而大規(guī)模負(fù)載的突減、大容量電容補(bǔ)償器的投入等又會(huì)引起 電網(wǎng)電壓的暫升。這類電網(wǎng)電壓暫升/暫降的情況，經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致發(fā)電廠變頻器的停機(jī)，如果 停機(jī)發(fā)生在一些關(guān)鍵設(shè)備上，進(jìn)而會(huì)使整個(gè)發(fā)電機(jī)組跳機(jī)，對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行造成嚴(yán) 重的威脅。這個(gè)安全隱患已引起業(yè)內(nèi)的高度重視，為了解決此類大型汽輪發(fā)電機(jī)組一類輔 機(jī)變頻器高低電壓穿越能力的問(wèn)題，需要研制模擬電網(wǎng)電壓暫升/暫降的電源，它是研發(fā) 變頻器高低壓穿越支持設(shè)備的基礎(chǔ)和驗(yàn)證手段。
[0003]目前，國(guó)內(nèi)外的研宄主要集中于對(duì)電網(wǎng)電壓暫降的模擬，即電壓跌落發(fā)生器 (VoltageSagGenerator，VSG)，其實(shí)現(xiàn)方式可分為4種：基于放大器、基于開(kāi)關(guān)阻抗、基于 自耦變壓器及基于逆變器。基于放大器的VSG主要由工作在線性放大區(qū)的功率器件來(lái)實(shí) 現(xiàn)，主要結(jié)構(gòu)是由信號(hào)發(fā)生器、A/D轉(zhuǎn)換和功率放大器組成，它具有波形較豐富，動(dòng)態(tài)特性好 的特點(diǎn)，但其輸出功率受功率放大器的限制；基于開(kāi)關(guān)阻抗形式的VSG結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是 設(shè)備中增加串并聯(lián)補(bǔ)償部分，通過(guò)控制電抗器接入電路的時(shí)間，改變電路的阻抗，進(jìn)而實(shí)現(xiàn) 輸出電壓的暫變，其控制簡(jiǎn)單，便于實(shí)現(xiàn)，但其能量損耗大，輸出精度不夠高；基于自耦變壓 器與全控型交流電子開(kāi)關(guān)的VSG，主要結(jié)構(gòu)是自耦變壓器、不同位置引出端子連接電力電子 開(kāi)關(guān)、輸出回路，具有響應(yīng)速度快、效率高、能量可雙向流動(dòng)等特點(diǎn)，并能實(shí)現(xiàn)任意時(shí)刻的電 壓暫升/暫降、不規(guī)則波形的輸出，但其無(wú)法產(chǎn)生任意頻率與諧波的波形，電壓無(wú)法自動(dòng)調(diào) 節(jié)。目前為止研宄比較多的VSG，是基于各類電子開(kāi)關(guān)的技術(shù)，并產(chǎn)生了諸多的技術(shù)方案。 基于逆變器的VSG控制先進(jìn)、靈活、能模擬多種電壓故障，但目前研宄較少，見(jiàn)諸報(bào)道的只 有實(shí)現(xiàn)電壓的暫降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種基于三相 PWM逆變器的同時(shí)具有電壓暫升和暫降功能的電源發(fā)生裝置。
[0005] 為此，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：一種具有電壓暫升和暫降功能的電源發(fā)生裝 置，其特征在于，它包括升壓變壓器、整流單元、逆變單元、LC正弦波濾波器、IGBT驅(qū)動(dòng)與保 護(hù)電路、采樣電路和控制單元；
[0006] 所述整流單元的交流側(cè)與升壓變壓器的副邊相連；所述逆變單元的直流側(cè)與整流 單元的直流側(cè)相連；所述LC正弦波濾波器的輸入側(cè)與逆變單元的交流側(cè)相連，LC正弦波濾 波器的輸出側(cè)用于與負(fù)載端相連；
[0007] 所述的采樣電路包括電壓霍爾傳感器和電流霍爾傳感器，電壓霍爾傳感器安裝在 LC正弦波濾波器的輸出側(cè)，電流霍爾傳感器安裝在逆變單元的輸出側(cè)；電壓霍爾傳感器的 信號(hào)輸出端與控制單元相連，電流霍爾傳感器的信號(hào)輸出端也與控制單元相連；所述的控 制單元是以微機(jī)為核心的控制電路，其信號(hào)輸出端與IGBT驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路相連；
[0008] 所述的逆變單元為三相PWM逆變器，所述的整流單元為三相不控整流橋。
[0009] 本發(fā)明的工作原理是：由升壓變壓器將380V電壓升高至660V，通過(guò)三相不控整 流橋進(jìn)行整流輸出，為三相PWM逆變器提供直流電壓。三相PWM逆變器輸出額定電壓為 50Hz/400V。通過(guò)控制單元對(duì)逆變器的PWM控制采用矢量控制策略，可調(diào)節(jié)輸出電壓幅值， 理論上范圍最高可達(dá)0-660V，實(shí)際根據(jù)需要設(shè)定在0-560V左右（高電壓值約為額定電壓的 1. 4倍），期間保持頻率不變，符合實(shí)際電網(wǎng)電壓暫升/暫降的現(xiàn)象，裝置發(fā)生暫態(tài)電壓的持 續(xù)時(shí)間和相位任意可調(diào)。
[0010] 進(jìn)一步，所述的三相PWM逆變器中，若三相進(jìn)線電抗器的電感和內(nèi)阻相等，即r= ra=rb=r。，L=La=Lb=L。，則在以輸出電壓Uab。定向的同步旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系（簡(jiǎn)稱dq 坐標(biāo)系）下，三相PWM逆變器等效數(shù)學(xué)模型的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下所示：
[0011]
[0012] 其中，仏、1、11(1、11(1、1、'分別為輸出電壓、電感電流、三相交流側(cè)電壓在(^坐標(biāo) 系下的d、q軸分量；Vd。為直流母線電壓；P。為不控整流端輸入直流側(cè)的有功功率；P。為逆 變器輸出有功功率；t為時(shí)間；《為輸出電壓角頻率；C為直流側(cè)母線電容。
[0013] 進(jìn)一步，所述的升壓變壓器將380V電壓升高至660V，為電源發(fā)生裝置提供電壓暫 升的空間。
[0014] 進(jìn)一步，所述的逆變單元通過(guò)改變各開(kāi)關(guān)導(dǎo)通/關(guān)斷的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)輸出電壓 0-540V范圍的無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，輸出頻率固定，進(jìn)而模擬IEEE1159-1995標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的電網(wǎng)電壓暫 升/暫降現(xiàn)象。
[0015] 進(jìn)一步，所述的LC正弦波濾波器可濾除來(lái)自于逆變單元的高頻開(kāi)關(guān)諧波，同時(shí)保 持基頻電壓的幅值和相位不變，保證輸出電壓正弦波形滿足實(shí)驗(yàn)要求。
[0016] 進(jìn)一步，所述的控制單元將來(lái)自采樣電路的信息進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，結(jié)合相應(yīng)算法，通 過(guò)矢量控制，獲得控制逆變單元開(kāi)關(guān)導(dǎo)通/關(guān)斷的脈沖信號(hào)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)輸出電壓的精確控 制。
[0017] 進(jìn)一步，所述的控制單元是采用TMS320F2812為核心的控制電路，在dq坐標(biāo)系下 采用電壓閉環(huán)控制策略。
[0018] 本發(fā)明的電源發(fā)生裝置，基于PWM調(diào)制技術(shù)，具有可靈活調(diào)節(jié)、輸出精確以及動(dòng)態(tài) 響應(yīng)快等特點(diǎn)。根據(jù)實(shí)際試驗(yàn)的要求配置全額試驗(yàn)功率，可滿足目前電廠一類輔機(jī)變頻器 高低電壓穿越支持裝置的試驗(yàn)要求，并且適用于其它電氣及電子產(chǎn)品在各類電網(wǎng)電壓故障 下的性能測(cè)試與研宄。
【附圖說(shuō)明】
[0019] 圖1為本發(fā)明的主電路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020] 圖2為本發(fā)明在dq坐標(biāo)系下的逆變器等效數(shù)學(xué)模型（其中Udq、IUq、Vdq分別為dq 坐標(biāo)下輸出電壓、電感電流、三相交流側(cè)電壓矢量；Vd。為直流母線電壓；P。為不控整流端輸 入直流側(cè)的有功功率；P。為逆變器輸出有功功率；《為輸出電壓角頻率；C為直流側(cè)母線電 容；s為拉普拉斯算子，j為復(fù)數(shù)的虛數(shù)單位）。
[0021] 圖3為本發(fā)明電壓誤差傳遞函數(shù)波特圖。
[0022] 圖4為本發(fā)明逆變器的控制原理圖。
[0023] 圖5為本發(fā)明在不同帶載情況下，交流側(cè)電壓到輸出電壓Gv/U(s)傳遞函數(shù)波特 圖。
[0024] 圖6-7為本發(fā)明電壓暫升/暫降波形細(xì)部圖（圖6中，p=l- 1.3;圖7中，p= 1 - 0? 2) 〇
[0025] 圖8為本發(fā)明電壓暫升波形圖（p= 1. 3,t=0?5s)。
[0026] 圖9為本發(fā)明電壓暫降波形圖（p= 0. 5,t=Is)。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 以下結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0028] 參照?qǐng)D1，本發(fā)明暫升/暫降電源發(fā)生裝置的組成如下：升壓變壓器、三相不控整 流橋、三相PWM逆變器、LC正弦波濾波器、IGBT驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路、由電壓霍爾傳感器與電流 霍爾傳感器組成的采樣電路及以TMS320F2812為核心的控制電路。
[0029] 升壓變壓器將電網(wǎng)380V電壓升高到660V，三相不可控整流橋的交流側(cè)與升壓 變壓器的副邊相連，將交流電壓整流成直流電壓約為890V;三相PWM逆變器的直流側(cè)與 三相不控整流橋的直流側(cè)相連；LC正弦波濾波器輸入側(cè)與三相PWM逆變器的交流側(cè)相連， LC正弦波濾波器輸出側(cè)與負(fù)載端相連；電壓霍爾傳感器安裝在LC正弦波濾波器的輸出 偵牝電流霍爾傳感器安裝在三相PWM逆變器的輸出側(cè)；電壓霍爾傳感器的信號(hào)輸出端與