浅析分布式发电并网变流器测试装置设计方案及实现

林琳

摘 要：分布式发电具有很多的优点，可以有效的降低能耗。本文提出了用于分布式发电并网变流器测试装置的设计方案，并实现。主要阐述了分布式发电装置的工作原理，并且进行了相关的装置拓扑的现场试验，以此证明波动电压发生装置的优势，为以后的工作提供指导和借鉴。

关键词：分布式发电并网变流器；测试；设计方案；波动电压

一、引言

电力工业相关的领域越来越关注更多的节能、低耗的一些能源分布式发电。比如：风能、生物等可再生能源。多半的分布式发电系统与电网之间进行连接都是要通过电力电子并网变流器这个途径进行的。所以，为了实现分布式发电系统的稳定性和科学性，就要保证并网变流器的工作进行的顺利。国家对于此出台的规定不仅对于新能源分布式发电系统提出了更高的要求，也对电压和频率适应能力同时提出了相关的新的要求。因此，为了适应更多行业领域的要求和国家的要求，设计一种分布式发电并网电流其测试装置是十分重要的。

二、装置结构以及运作原理

本文对于分布式发电并网变流器测试装置的设计方案，可以达到更多的性能指标，主要有：输出频率45～66Hz，达到更精密的精度，输出的幅值是20%～120%，误差相当的小。输出波动频率0.5～25Hz和波动幅值为0～10%基波电压幅值的波动电压。而且误差低于0.1%。输出不平衡度为0～10%的三相不平衡电压，精度也是可以精密的达到0.1%，并且在输出的时候，负序电压幅值相位可以调动，输出额定电压的THD可以更低。

测试的端口是测试系统与分布式发电系统的接口，测试的端口是测试电压的输出端口。如果想要隔离测试系统和电网之间，就像必须采用一种拓扑的结构。因为测试系统输入端口要介入三相电网，所以要采用三相变流器。因此，本次设计的测试装置采取的是符合这个要求的级联H桥拓扑。它有多种优势，可以生成测试电压，还能够通过分布式发电系统的电压等级，进而匹配适合的系统电压等级，与此同时，级联H桥单元数目来配合系统电压等级，另外，它还具有其他的优势：滤波更加便捷，对开关器件所承受的电压要求较低等多种优势。在主电路拓扑的示意图中，前级首先从输入变压器接入电网，后级从输出的电压器接入分布式的发电系统，在实际上的装置中，每个系统都要和断路器相连接，这是在示意图中缺少的。输入变压器的二次绕组是3N组，级联H桥单元数目是N。不同的组级和单元数目主要是由电网和分布式发电系统的电压等级进行决定的，在里面的每个不同的独立单元的直流母线电压分别由三相PWM变流器所提供。3个级联H桥变流器是独立被控制的，并且构成一相，采用的是三电平移相载波调至策略，这种策略有着诸多的优点。

1.对称工况电压频率偏差

由上文得知，测试装置的输出电压是3个级联H桥变流器结合成的，所以，每一个的级联H桥变流器都可以当作一个独立的单相电压源逆变器。在实际的控制中，如果想要输出电压的幅值和频率偏差实现，就要通过表达式中的幅值和频率进行改变。

2.非对称电网故障

通过已经指导的不平衡度和正负序分量参数可以很容易的得出相应的非对称故障的三相系统幅值和相位的参考值。非堆成的故障主要包括三相电压跌落、相间短路以及两相或者单相接地等电网故障。在进行实际的操作中，使用者主要是进行远程控制，发不平衡度指令，然后选择适合的故障类型，得到指令后控制器进行自动计算ABC三相电压幅值相位的参考值。

3.波动电压

测试装置控制系统的目标是要保证输出波动电压的高低频段分量的幅度和频率的精度要达到一定的值，从而才能使波动电压达到确定的准确的值，并网变流器测试才能顺利的进行。本文提出了波动有效值反馈控制的控制策略，这种策略有一个重要的优点就是输出波动电压的精度十分的高，并且控制结构相对比较简单，参数能够较容易的进行选择，主要适用于高压大功率场合。在这个策略的控制框图，外环指令信号主要是实时的计算波动信号滑动窗有效值，也可以呈现波动的特性。在进行对称工况电压频率偏差的测试当中，我们所采用的这个控制策略能实现所有的测试装置的功能，更加的可行、有效。

三、现场试验结果

以安全性为前提，数据都是通过“Fluke-1760”数据采集系统采集，采样频率为100kHz，并通过Matlab进行解析。在实验中，测试系统输出的电压是采集電压互感器PT2，进行实验的时候风机发电系统首先要通过“35kV测试点母线”接入测试系统。装置拓扑结构中N=3，电网电压等级是35kV。装置中LC滤波器电抗和电容都规定了准确的数值，其中要进行6MW的风机测试。还要有效的计算间隔和准确的采样时间。另外，需要主要注意的是，上面所说的数据都是在测试装置输出测控载的前提下所进行并实现的。空载前提下小于带载前提下稳定域。所以一定要适应空载稳定域。

实验中还设置了电波波形的输出频率以及幅度的偏差，频率均为50Hz，在实验中能偶看出输出电压的幅值和频率以及控制的目标，三者是相同的。测试的装置输出的波动电压波形，频率1Hz，幅值9%和另一种：12Hz和10%。实验中得到不同的波动频率和幅值，不同的幅值和理论之间的误差比较小。另外，我们可以得出，在输出电压频率偏差以及模拟的非对称电网故障这个情景的时候，因为并不需要输出波动电压，所以显示出来的指令信号并不是相应的波动信号，而是一种有特定幅值频率的正弦信号。在使用FRFC的时候，测试方案中的装置能够根据不同的需求调节输出电压的频率和幅值，以此来保证波动电压精度和电压不平衡度的精度，并且输出正常电压的时候TH不高于2%。

四、结论

本文提出了分布式发电并网电流器测试的波动电压发生装置设计方案，装置的性能得到了大幅度的提高，更加的高效、可行。该方案为分布式发电并网变流器测试装置的设计提供了可行的参考和指导。

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