[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

摘要

本发明公开了一种带有谐波电压发生和ZIP虚拟负荷的系统及控制方法，包括电网，三相STS静态切换开关，谐波电压发生模块，三相串联耦合式变压器组和ZIP虚拟负荷模块。其中所述ZIP虚拟负荷模块通过采集系统输出电压电流以及给定外部的有功功率和无功功率，根据ZIP虚拟负荷算法，实现ZIP虚拟负荷模型的建立。本发明公开的一种带有谐波电压发生和ZIP虚拟负荷的系统及控制方法，既可以模拟电力系统中的本地负载，还可以实现负荷就地消纳的功能，可应用于抽水储能、光伏自清和电动汽车等多种场合，同时系统还具备谐波发生的功能，提高了系统的完备性和可靠性。

主权项

1.一种带有谐波电压发生和ZIP虚拟负荷的系统的控制方法，其中带有谐波电压发生和ZIP虚拟负荷的系统包括电网、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；其特征在于，本控制方法包括以下步骤：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：所述相角检测公式为：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_αsinγu_q＝‑u_βsinγ+u_αcosγi_d＝i_βcosγ+i_αsinγi_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Δf，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：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：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：d_a＝d_dsinγ+d_qcosγ