[发明专利]一种电网模拟装置

说明书

技术领域

本发明属于电力状况模拟领域，尤其是一种电网模拟装置。

背景技术

在研究分布式发电装置、变流器与电网的相互影响时，常常需要电网处于一些特殊的工况之下，如电压跌落、三相不平衡、频率波动、含背景谐波等等。对于实际的实验系统，由于电网的特殊性，往往很难使实际电网出现上述情况，这便给分布式发电装置、变流器与电网的相互影响研究带来了不便。

当研究对象包含电网时，我们会习惯的选择电力系统仿真软件，如matlab、RTDS、PSASP等。可是软件仿真获取的结果，往往不能够准确反应实际情况。仿真结果常用作定性分析，而不能定量的研究问题。另一方面，假如我们用实物做实验，这种耗资是巨大的。尤其涉及到庞大的电力系统，对电力系统做实验不现实，特别是电力系统特殊工况的模拟。

该装置与实际负载和变流器连接或与半实物仿真装置连接可模拟多种电网形态，以定量研究电网与并网变流器或者负载之间的相互影响，解决当前研究过程中存在的软件仿真精度差、实际电网试验成本昂贵的问题。

发明内容

如背景技术中的描述，面对这种情况，可以设计一种电网模拟装置，将模拟电网与实际负载和变流器接到一起。实现各种电网特殊工况的模拟。考虑到RTDS丰富的电力系统模型库与实时性，能实现与外界实物连接，适合做电网模拟。但实际实验证实，RTDS的功率输出能力很低，不能够满足模拟大容量电网的要求。需要采用功率放大器放大输出信号。可以考虑采用A类推挽功放，但是A类功放发热量惊人，为了有效处理散热问题，A类功放必须采用大型散热器，并且效率低。D类功率放大（数字功放）的工作原理有点类似开关稳压电源，它是通过控制功率管的开关(通／断)来获得功率转换的。开关管在导通时虽然电流最大，但是管压降却很低。在截止时虽然电压最大，电流却等于零。通常D类放大的效率可达90％～95％。数字功放技术广泛应用于音响设备，主要是对音频信号进行功率放大。数字功放芯片的开关频率至少为200KHz，是人耳听到的音频范围（20Hz～20KHz）的10倍以上。可以很好的复现电网中的50kHz以内谐波。

本发明提供一种用于模拟多种形态的电网模拟装置，该装置即可与实际负载和变流器接到一起，也可与半实物仿真装置连接，用于研究电网与并网变流器或者负载的相互影响。

本发明提供一种电网模拟装置，其特征是，主要由实时数字仿真模块、信号调制器、功率放大器、滤波器和采样反馈模块五部分组成，实时数字仿真模块连接信号调制器，信号调制器连接功率放大器，功率放大器连接滤波器，滤波器连接采样反馈模块，采样反馈模块连接实时数字仿真模块，滤波器输出模拟信号；实时数字仿真模块用于建立和仿真电网模型，产生正弦信号；功率放大器采用应用数字功放技术的数字功放芯片，采用两级放大形式，第一级放大由信号调制器将幅值较低的正弦信号转化为5V的PWM信号，第二级放大由功率放大器将第一级的PWM波形作为驱动信号进行幅值和功率放大，其信号输出方式采用桥接式负载BTL（Bridge Tied load），具有两个功放输出端，一个功放的输出是另外一个输出端的镜像，两输出波形在相位上相差180°，幅值是单端输出波形的两倍；滤波器采用LCL拓扑结构，用于滤除高次谐波，确保波形不失真且不向电网引入谐波；采样反馈模块用于采集滤波器输出信号，并将其反馈至实时数字仿真模块的AD采集端，系统形成闭环，消除误差。

本发明电网模拟装置用于模拟多种形态的电网，如电压跌落、三相不平衡、频率波动等。它将RTDS仿真软件和实物接到一起，具有可靠的半实物仿真功能；利用实时数字仿真模块（RTDS）建立和仿真电网模型，输出某节点的电压、电流波形，经外部功率放大器放大波形的幅值和功率，保证波形不失真且不向电网引入谐波，同时可根据需要增加反馈环节。

进一步，电网模拟装置主要包含RTDS和功率放大器，RTDS可以选用业内认可的电力系统仿真软件或者控制器，后者是自主开发的功率放大器，该功率放大器采用数字功放技术，其核心为数字功放芯片，它的开关频率可达300kHz。

进一步，功率放大器采用两级形式，第一级将RTDS输出的正弦波转变为5V的PWM信号，第二级将PWM波形作为驱动信号，驱动数字功放芯片输出PWM。输出方式采用桥接式负载BTL（Bridge Tied load），互差180°的双路输出，最终得到的电压是原来单端输出的两倍。