[发明专利]带有谐波电压发生和ZIP虚拟负荷的系统及控制方法

权利要求书

1.一种带有谐波电压发生和ZIP虚拟负荷的系统，其特征在于，包括电网、三相STS静态切换开关、谐波发生模块(20)、三相串联耦合式变压器组(30)和ZIP虚拟负荷模块；所述谐波发生模块(20)包括直流源(21)、三相三电平PWM逆变器(22)、三相LC滤波器和三相STS₁静态切换开关；所述ZIP虚拟负荷模块(40)包括电容C、三相三电平PWM变流器(41)和三相L型滤波器；

所述电网三相输出端与所述三相STS静态切换开关输入端一一对应连接，所述三相STS静态切换开关输出端与所述三相串联耦合式变压器组(30)副边输入端一一对应连接；所述直流源(21)输出端与所述三相三电平PWM逆变器(22)输入端一一对应连接，所述三相三电平PWM逆变器(22)输出端与所述三相LC滤波器的电感输入端一一对应连接，所述三相LC滤波器的电容输出端与所述三相STS₁静态切换开关输入端一一对应连接，所述三相STS₁静态切换开关输出端与所述三相串联耦合式变压器组(30)原边输入端一一对应连接，所述三相串联耦合式变压器组(30)原边输出端与所述三相LC滤波器的电容中性点N短接；所述三相串联耦合式变压器组(30)副边输出端与所述三相L型滤波器输入端一一对应连接，所述三相L型滤波器输出端与所述三相三电平PWM变流器(41)输入端一一对应连接，所述三相三电平PWM变流器(41)输出端与电容C一一对应连接。

2.一种如权利要求1所述的带有谐波电压发生和ZIP虚拟负荷的系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，先采集一个开关周期内所述三相串联耦合式变压器组(30)副边输出端三相相电压u_a、u_b、u_c和三相电流i_a、i_b、i_c，然后先通过坐标变换分别得到三相相电压αβ轴分量u_α、u_β和三相电流αβ轴分量i_α、i_β，再通过相角检测得到锁相角γ；

所述坐标变换公式分别为：

uα=33ub-33uc]]>

uβ=23ua-13ub-13uc]]>

iα=33ib-33ic]]>

iβ=23ia-13ib-13ic]]>

所述相角检测公式为：

sinγ==uβuα2+uβ2cosγ==uαuα2+uβ2]]>

步骤2，根据步骤1中得到的三相相电压αβ轴分量u_α、u_β和三相电流αβ轴分量i_α、i_β以及锁相角γ，通过坐标变换得到三相相电压dq轴分量u_d、u_q和三相电流dq轴分量i_d、i_q；

所述坐标变换公式分别为：

u_d＝u_βcosγ+u_αsinγ

u_q＝-u_βsinγ+u_αcosγ

i_d＝i_βcosγ+i_αsinγ

i_q＝-i_βsinγ+i_αcosγ

步骤3，根据步骤2中得到的三相相电压dq轴分量u_d、u_q，给定有功功率P_o，给定无功功率Q_o,检测得到的三相相电压频率偏差量△f，通过ZIP虚拟负荷算法得到三相电流dq轴指令分量i_dref、i_qref；

所述ZIP虚拟负荷算法公式为：

id=uqPo(p1(uq2+ud2uo2)+p2uq2+ud2uo2+p3)(1+kpfΔf)+udQo(q1(uq2+ud2uo2)+q2uq2+ud2uo2+q3)(1+kqfΔf)uq2+ud2]]>

dq=udPo(p1(uq2+ud2uo2)+p2uq2+ud2uo2+p3)(1+kpfΔf)-uqQo(q1(uq2+ud2uo2)+q2uq2+ud2uo2+q3)(1+kqfΔf)uq2+ud2]]>

其中，k_pf,k_qf分别为d轴和q轴的频率变动系数，p₁,p₂,p₃分别为给定的ZIP虚拟负荷中阻抗、电流、功率分量在q轴所占的比例，q₁,q₂,q₃分别为给定的ZIP虚拟负荷中阻抗、电流、功率分量在d轴所占比例，设p₁,p₂,p₃总和、q₁,q₂,q₃总和均为1；

步骤4，根据步骤2中得到的三相电流dq轴分量i_d、i_q和步骤3中得到的三相电流dq轴指令分量i_dref、i_qref，通过控制器方程计算得到三相三电平PWM变流器(41)的驱动信号dq轴分量d_d、d_q，再通过坐标变换得到三相三电平PWM变流器(41)的三相驱动信号d_a、d_b和d_c；

控制器方程为：

dd=(Kp+Kis)(idref-id)]]>

dq=(Kp+Kis)(iqref-iq)]]>

其中，K_p为控制器的比例系数，K_i为控制器的积分系数，s为拉普拉斯算子；

坐标变换公式为：

da=ddsinγ+dqcosγdb=ddsin(γ-23π)+dqcos(γ-23π)dc=ddsin(γ+23π)+dqcos(γ+23π).]]> 2