淺析分布式發(fā)電并網(wǎng)變流器測試裝置設(shè)計(jì)方案及實(shí)現(xiàn)

林琳

摘 要：分布式發(fā)電具有很多的優(yōu)點(diǎn)，可以有效的降低能耗。本文提出了用于分布式發(fā)電并網(wǎng)變流器測試裝置的設(shè)計(jì)方案，并實(shí)現(xiàn)。主要闡述了分布式發(fā)電裝置的工作原理，并且進(jìn)行了相關(guān)的裝置拓?fù)涞默F(xiàn)場試驗(yàn)，以此證明波動(dòng)電壓發(fā)生裝置的優(yōu)勢，為以后的工作提供指導(dǎo)和借鑒。

關(guān)鍵詞：分布式發(fā)電并網(wǎng)變流器；測試；設(shè)計(jì)方案；波動(dòng)電壓

一、引言

電力工業(yè)相關(guān)的領(lǐng)域越來越關(guān)注更多的節(jié)能、低耗的一些能源分布式發(fā)電。比如：風(fēng)能、生物等可再生能源。多半的分布式發(fā)電系統(tǒng)與電網(wǎng)之間進(jìn)行連接都是要通過電力電子并網(wǎng)變流器這個(gè)途徑進(jìn)行的。所以，為了實(shí)現(xiàn)分布式發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和科學(xué)性，就要保證并網(wǎng)變流器的工作進(jìn)行的順利。國家對于此出臺(tái)的規(guī)定不僅對于新能源分布式發(fā)電系統(tǒng)提出了更高的要求，也對電壓和頻率適應(yīng)能力同時(shí)提出了相關(guān)的新的要求。因此，為了適應(yīng)更多行業(yè)領(lǐng)域的要求和國家的要求，設(shè)計(jì)一種分布式發(fā)電并網(wǎng)電流其測試裝置是十分重要的。

二、裝置結(jié)構(gòu)以及運(yùn)作原理

本文對于分布式發(fā)電并網(wǎng)變流器測試裝置的設(shè)計(jì)方案，可以達(dá)到更多的性能指標(biāo)，主要有：輸出頻率45～66Hz，達(dá)到更精密的精度，輸出的幅值是20%～120%，誤差相當(dāng)?shù)男?。輸出波?dòng)頻率0.5～25Hz和波動(dòng)幅值為0～10%基波電壓幅值的波動(dòng)電壓。而且誤差低于0.1%。輸出不平衡度為0～10%的三相不平衡電壓，精度也是可以精密的達(dá)到0.1%，并且在輸出的時(shí)候，負(fù)序電壓幅值相位可以調(diào)動(dòng)，輸出額定電壓的THD可以更低。

測試的端口是測試系統(tǒng)與分布式發(fā)電系統(tǒng)的接口，測試的端口是測試電壓的輸出端口。如果想要隔離測試系統(tǒng)和電網(wǎng)之間，就像必須采用一種拓?fù)涞慕Y(jié)構(gòu)。因?yàn)闇y試系統(tǒng)輸入端口要介入三相電網(wǎng)，所以要采用三相變流器。因此，本次設(shè)計(jì)的測試裝置采取的是符合這個(gè)要求的級聯(lián)H橋拓?fù)?。它有多種優(yōu)勢，可以生成測試電壓，還能夠通過分布式發(fā)電系統(tǒng)的電壓等級，進(jìn)而匹配適合的系統(tǒng)電壓等級，與此同時(shí)，級聯(lián)H橋單元數(shù)目來配合系統(tǒng)電壓等級，另外，它還具有其他的優(yōu)勢：濾波更加便捷，對開關(guān)器件所承受的電壓要求較低等多種優(yōu)勢。在主電路拓?fù)涞氖疽鈭D中，前級首先從輸入變壓器接入電網(wǎng)，后級從輸出的電壓器接入分布式的發(fā)電系統(tǒng)，在實(shí)際上的裝置中，每個(gè)系統(tǒng)都要和斷路器相連接，這是在示意圖中缺少的。輸入變壓器的二次繞組是3N組，級聯(lián)H橋單元數(shù)目是N。不同的組級和單元數(shù)目主要是由電網(wǎng)和分布式發(fā)電系統(tǒng)的電壓等級進(jìn)行決定的，在里面的每個(gè)不同的獨(dú)立單元的直流母線電壓分別由三相PWM變流器所提供。3個(gè)級聯(lián)H橋變流器是獨(dú)立被控制的，并且構(gòu)成一相，采用的是三電平移相載波調(diào)至策略，這種策略有著諸多的優(yōu)點(diǎn)。

1.對稱工況電壓頻率偏差

由上文得知，測試裝置的輸出電壓是3個(gè)級聯(lián)H橋變流器結(jié)合成的，所以，每一個(gè)的級聯(lián)H橋變流器都可以當(dāng)作一個(gè)獨(dú)立的單相電壓源逆變器。在實(shí)際的控制中，如果想要輸出電壓的幅值和頻率偏差實(shí)現(xiàn)，就要通過表達(dá)式中的幅值和頻率進(jìn)行改變。

2.非對稱電網(wǎng)故障

通過已經(jīng)指導(dǎo)的不平衡度和正負(fù)序分量參數(shù)可以很容易的得出相應(yīng)的非對稱故障的三相系統(tǒng)幅值和相位的參考值。非堆成的故障主要包括三相電壓跌落、相間短路以及兩相或者單相接地等電網(wǎng)故障。在進(jìn)行實(shí)際的操作中，使用者主要是進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，發(fā)不平衡度指令，然后選擇適合的故障類型，得到指令后控制器進(jìn)行自動(dòng)計(jì)算ABC三相電壓幅值相位的參考值。

3.波動(dòng)電壓

測試裝置控制系統(tǒng)的目標(biāo)是要保證輸出波動(dòng)電壓的高低頻段分量的幅度和頻率的精度要達(dá)到一定的值，從而才能使波動(dòng)電壓達(dá)到確定的準(zhǔn)確的值，并網(wǎng)變流器測試才能順利的進(jìn)行。本文提出了波動(dòng)有效值反饋控制的控制策略，這種策略有一個(gè)重要的優(yōu)點(diǎn)就是輸出波動(dòng)電壓的精度十分的高，并且控制結(jié)構(gòu)相對比較簡單，參數(shù)能夠較容易的進(jìn)行選擇，主要適用于高壓大功率場合。在這個(gè)策略的控制框圖，外環(huán)指令信號(hào)主要是實(shí)時(shí)的計(jì)算波動(dòng)信號(hào)滑動(dòng)窗有效值，也可以呈現(xiàn)波動(dòng)的特性。在進(jìn)行對稱工況電壓頻率偏差的測試當(dāng)中，我們所采用的這個(gè)控制策略能實(shí)現(xiàn)所有的測試裝置的功能，更加的可行、有效。

三、現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果

以安全性為前提，數(shù)據(jù)都是通過“Fluke-1760”數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集，采樣頻率為100kHz，并通過Matlab進(jìn)行解析。在實(shí)驗(yàn)中，測試系統(tǒng)輸出的電壓是采集電壓互感器PT2，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的時(shí)候風(fēng)機(jī)發(fā)電系統(tǒng)首先要通過“35kV測試點(diǎn)母線”接入測試系統(tǒng)。裝置拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中N=3，電網(wǎng)電壓等級是35kV。裝置中LC濾波器電抗和電容都規(guī)定了準(zhǔn)確的數(shù)值，其中要進(jìn)行6MW的風(fēng)機(jī)測試。還要有效的計(jì)算間隔和準(zhǔn)確的采樣時(shí)間。另外，需要主要注意的是，上面所說的數(shù)據(jù)都是在測試裝置輸出測控載的前提下所進(jìn)行并實(shí)現(xiàn)的?？蛰d前提下小于帶載前提下穩(wěn)定域。所以一定要適應(yīng)空載穩(wěn)定域。

實(shí)驗(yàn)中還設(shè)置了電波波形的輸出頻率以及幅度的偏差，頻率均為50Hz，在實(shí)驗(yàn)中能偶看出輸出電壓的幅值和頻率以及控制的目標(biāo)，三者是相同的。測試的裝置輸出的波動(dòng)電壓波形，頻率1Hz，幅值9%和另一種：12Hz和10%。實(shí)驗(yàn)中得到不同的波動(dòng)頻率和幅值，不同的幅值和理論之間的誤差比較小。另外，我們可以得出，在輸出電壓頻率偏差以及模擬的非對稱電網(wǎng)故障這個(gè)情景的時(shí)候，因?yàn)椴⒉恍枰敵霾▌?dòng)電壓，所以顯示出來的指令信號(hào)并不是相應(yīng)的波動(dòng)信號(hào)，而是一種有特定幅值頻率的正弦信號(hào)。在使用FRFC的時(shí)候，測試方案中的裝置能夠根據(jù)不同的需求調(diào)節(jié)輸出電壓的頻率和幅值，以此來保證波動(dòng)電壓精度和電壓不平衡度的精度，并且輸出正常電壓的時(shí)候TH不高于2%。

四、結(jié)論

本文提出了分布式發(fā)電并網(wǎng)電流器測試的波動(dòng)電壓發(fā)生裝置設(shè)計(jì)方案，裝置的性能得到了大幅度的提高，更加的高效、可行。該方案為分布式發(fā)電并網(wǎng)變流器測試裝置的設(shè)計(jì)提供了可行的參考和指導(dǎo)。

參考文獻(xiàn)：

[1]李宇飛，王躍，吳金龍，馮宇鵬.一種分布式發(fā)電并網(wǎng)變流器測試裝置設(shè)計(jì)方案及實(shí)現(xiàn)[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2015，30（03）：115-122.

[2]張洪陽.永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)分布式直流并網(wǎng)變流器的研究與實(shí)現(xiàn)[D].沈陽工業(yè)大學(xué)，2011.

[3]常偉，史麗萍，土思捷.空問矢量調(diào)制技術(shù)在6MW級靜比同步補(bǔ)償器中的應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2012，40（12）：95-99.

[4]宮力，康勇，陳晶晶.鏈?zhǔn)絊TATCOM直流電容電壓分布式控制[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2011，26（10）：217-223.endprint