淺析分布式發電并網變流器測試裝置設計方案及實現

林琳

摘 要：分布式發電具有很多的優點，可以有效的降低能耗。本文提出了用于分布式發電并網變流器測試裝置的設計方案，并實現。主要闡述了分布式發電裝置的工作原理，并且進行了相關的裝置拓撲的現場試驗，以此證明波動電壓發生裝置的優勢，為以后的工作提供指導和借鑒。

關鍵詞：分布式發電并網變流器；測試；設計方案；波動電壓

一、引言

電力工業相關的領域越來越關注更多的節能、低耗的一些能源分布式發電。比如：風能、生物等可再生能源。多半的分布式發電系統與電網之間進行連接都是要通過電力電子并網變流器這個途徑進行的。所以，為了實現分布式發電系統的穩定性和科學性，就要保證并網變流器的工作進行的順利。國家對于此出臺的規定不僅對于新能源分布式發電系統提出了更高的要求，也對電壓和頻率適應能力同時提出了相關的新的要求。因此，為了適應更多行業領域的要求和國家的要求，設計一種分布式發電并網電流其測試裝置是十分重要的。

二、裝置結構以及運作原理

本文對于分布式發電并網變流器測試裝置的設計方案，可以達到更多的性能指標，主要有：輸出頻率45～66Hz，達到更精密的精度，輸出的幅值是20%～120%，誤差相當的小。輸出波動頻率0.5～25Hz和波動幅值為0～10%基波電壓幅值的波動電壓。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到0.1%，并且在輸出的時候，負序電壓幅值相位可以調動，輸出額定電壓的THD可以更低。

測試的端口是測試系統與分布式發電系統的接口，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和電網之間，就像必須采用一種拓撲的結構。因為測試系統輸入端口要介入三相電網，所以要采用三相變流器。因此，本次設計的測試裝置采取的是符合這個要求的級聯H橋拓撲。它有多種優勢，可以生成測試電壓，還能夠通過分布式發電系統的電壓等級，進而匹配適合的系統電壓等級，與此同時，級聯H橋單元數目來配合系統電壓等級，另外，它還具有其他的優勢：濾波更加便捷，對開關器件所承受的電壓要求較低等多種優勢。在主電路拓撲的示意圖中，前級首先從輸入變壓器接入電網，后級從輸出的電壓器接入分布式的發電系統，在實際上的裝置中，每個系統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H橋單元數目是N。不同的組級和單元數目主要是由電網和分布式發電系統的電壓等級進行決定的，在里面的每個不同的獨立單元的直流母線電壓分別由三相PWM變流器所提供。3個級聯H橋變流器是獨立被控制的，并且構成一相，采用的是三電平移相載波調至策略，這種策略有著諸多的優點。

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個級聯H橋變流器結合成的，所以，每一個的級聯H橋變流器都可以當作一個獨立的單相電壓源逆變器。在實際的控制中，如果想要輸出電壓的幅值和頻率偏差實現，就要通過表達式中的幅值和頻率進行改變。

2.非對稱電網故障

通過已經指導的不平衡度和正負序分量參數可以很容易的得出相應的非對稱故障的三相系統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故障。在進行實際的操作中，使用者主要是進行遠程控制，發不平衡度指令，然后選擇適合的故障類型，得到指令后控制器進行自動計算ABC三相電壓幅值相位的參考值。

3.波動電壓

測試裝置控制系統的目標是要保證輸出波動電壓的高低頻段分量的幅度和頻率的精度要達到一定的值，從而才能使波動電壓達到確定的準確的值，并網變流器測試才能順利的進行。本文提出了波動有效值反饋控制的控制策略，這種策略有一個重要的優點就是輸出波動電壓的精度十分的高，并且控制結構相對比較簡單，參數能夠較容易的進行選擇，主要適用于高壓大功率場合。在這個策略的控制框圖，外環指令信號主要是實時的計算波動信號滑動窗有效值，也可以呈現波動的特性。在進行對稱工況電壓頻率偏差的測試當中，我們所采用的這個控制策略能實現所有的測試裝置的功能，更加的可行、有效。

三、現場試驗結果

以安全性為前提，數據都是通過“Fluke-1760”數據采集系統采集，采樣頻率為100kHz，并通過Matlab進行解析。在實驗中，測試系統輸出的電壓是采集電壓互感器PT2，進行實驗的時候風機發電系統首先要通過“35kV測試點母線”接入測試系統。裝置拓撲結構中N=3，電網電壓等級是35kV。裝置中LC濾波器電抗和電容都規定了準確的數值，其中要進行6MW的風機測試。還要有效的計算間隔和準確的采樣時間。另外，需要主要注意的是，上面所說的數據都是在測試裝置輸出測控載的前提下所進行并實現的。空載前提下小于帶載前提下穩定域。所以一定要適應空載穩定域。

實驗中還設置了電波波形的輸出頻率以及幅度的偏差，頻率均為50Hz，在實驗中能偶看出輸出電壓的幅值和頻率以及控制的目標，三者是相同的。測試的裝置輸出的波動電壓波形，頻率1Hz，幅值9%和另一種：12Hz和10%。實驗中得到不同的波動頻率和幅值，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故障這個情景的時候，因為并不需要輸出波動電壓，所以顯示出來的指令信號并不是相應的波動信號，而是一種有特定幅值頻率的正弦信號。在使用FRFC的時候，測試方案中的裝置能夠根據不同的需求調節輸出電壓的頻率和幅值，以此來保證波動電壓精度和電壓不平衡度的精度，并且輸出正常電壓的時候TH不高于2%。

四、結論

本文提出了分布式發電并網電流器測試的波動電壓發生裝置設計方案，裝置的性能得到了大幅度的提高，更加的高效、可行。該方案為分布式發電并網變流器測試裝置的設計提供了可行的參考和指導。

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