[发明专利]一种基于四象限电力电子变流器的电机模拟装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种基于四象限电力电子变流器的电机模拟装置及方法。

背景技术

电机在工业生产和研究试验中有着至关重要的作用。同步发电机、异步发电机可以发出有功功率和感性、容性无功功率，因此可以为负载供电或对电网进行有功、无功调节。同步电动机、异步电动机可以吸收有功功率和感性、容性无功功率，因此可以作为负载或对电网进行有功、无功调节。

由于传统电机的惯性大、响应慢且功能具有局限性，对电机的控制较复杂，因此，用电力电子装置模拟电机特性得到青睐。申请号为201410157692.0的中国发明专利公开了《一种基于虚拟同步发电机的微网微源控制方法》，该专利利用电力电子来模拟同步发电机的特性，可以模拟同步发电机对微网进行有功调节和无功调节，同时还可实现微网不同运行模式下的切换，但是该方法只能模拟同步发电机的运行特性，具有一定的局限性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于四象限电力电子变流器的电机模拟装置及方法，既可以模拟同步发电机、异步发电机的特性，还可以模拟同步电动机、异步电动机的特性。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于四象限电力电子变流器的电机模拟装置，包括输入开关、输入变压器、连接电抗、功率单元、输出电抗、输出开关及第一控制系统，所述输入变压器采用三个单相变压器串联结构，原边采用三角形接法，副边采用多副边绕组结构，每个副边绕组均依次连接连接电抗及单个功率单元，每个副边绕组上的单个功率单元之间采用级联形式连接起来，组成单相功率单元，功率单元由三个单相功率单元组成，三个单相功率单元的输出端均分别通过输出电抗及输出开关与电网或待测设备相连，功率单元的输出端采用带中线的星型接法，第一控制系统控制连接功率单元的逆变侧，用于形成调制波对功率单元的逆变侧进行调制；

所述第一控制系统在形成调制波时，先对功率单元逆变侧有功功率的参考值和实际值的差值进行PI控制，同时第一控制系统还对功率单元逆变侧无功功率的参考值和实际值的差值进行PI控制，将有功功率和无功功率的PI控制结果进行坐标变换，得到功率单元逆变侧的电流参考值，第一控制系统再将此参考值与功率单元逆变侧电流实际值之差进行重复学习控制，得到电压调制信号，然后第一控制系统将变流器输出端的输出电压及超前于输出端电压90°的调制电压相加，得到电压前馈控制信号，最后，第一控制系统将此电压前馈控制信号与电压调制信号相加，得到功率单元逆变侧的调制波，将此调制波加在功率单元的逆变侧，即可对功率单元的逆变侧进行调制，从而调节装置输出电压和输出电流的相位。

所述每个副边绕组上的单个功率单元采用两个H桥背靠背连接方式，左侧H桥为整流侧，右侧H桥为逆变侧，H桥采用全控半导体器件，且均并联有反向续流二极管，在两个H桥之间并联有储能电容。

所述的每个副边绕组上的单个功率单元之间采用级联形式连接起来，级联个数由待模拟电机的电压等级确定，每相的单个功率单元的逆变侧采用载波移相正弦波脉宽调制方式进行控制。

还包括第二控制系统，第二控制系统控制连接功率单元的整流侧，用来形成调制波对功率单元整流侧进行调制，在形成调制波时，第二控制系统通过先将采集到的储能电容两端的电压进行滑窗求平均，得到一个周期的平均值之后，再将此平均值和储能电容两端的额定电压之差进行PI控制，第二控制系统再将PI控制的输出信号与电压互感器采集到的输入变压器副边绕组的电压相乘后，得到功率单元输入电流的参考值，然后，第二控制系统将此参考值与电流互感器采集到的功率单元输入电流的测量值之差进行P控制，得到调制信号，接着，第二控制系统将输入变压器副边绕组的电压进行P控制后得到前馈控制信号，最后，第二控制系统将调制信号与前馈控制信号相加，即可得到功率单元整流侧的调制波，将此调制波加在功率单元的整流侧，即可对功率单元的整流侧进行调制，使储能电容上具有稳定的电压。

一种基于四象限电力电子变流器的电机模拟方法，依次包括以下步骤

(1)先闭合输入开关，输入变压器投入工作，储能电容开始充电；