[发明专利]用于虚拟同步机稳定性测试的电网模拟装置及测试装置

权利要求书

1.一种用于虚拟同步机稳定性测试的电网模拟装置，其特征在于，包括电流控制型变流器、电压控制型变流器、第一直流供电端口、第二直流供电端口、交流测试端口、电压变流器控制系统以及电流变流器控制系统；其中：

所述电流控制型变流器的端口包括一个直流输入端和一个交流输出端，所述电压控制型变流器的端口包括一个直流输入端和一个交流输出端；

所述电流控制型变流器的直流输入端与所述第一直流供电端口相连，所述电压控制型变流器的直流输入端与所述第二直流供电端口相连，所述第一直流供电端口和所述第二直流供电端口分别与外部电源连接；

所述电流控制型变流器的交流输出端和所述电压控制型变流器的交流输出端并联后，与所述交流测试端口相连；所述交流测试端口输出电网特性，并与外部待测试变流器相连；

所述电压控制型变流器包括相互连接的高开关频率变流器和电阻抗网络B，用于通过控制交流测试端口电压，实现对被模拟的低中频电网阻抗和低频惯量的模拟；其中，电阻抗网络B用于滤除电压谐波；

所述电流控制型变流器包括相互连接的低开关频率变流器和电阻抗网络A，用于通过发出或吸收交流测试端口基频或低频电流，实现提供或吸收被测试变流器的功率；其中，所述电阻抗网络A用于滤除电流谐波；

所述电压变流器控制系统，包括依次连接的虚拟惯量控制模块、虚拟阻抗控制模块和高频脉宽调制器；其中，所述虚拟惯量控制模块的输入信号作为所述电压变流器控制系统的输入信号，所述虚拟惯量控制模块的输出信号作为虚拟阻抗控制模块的输入信号；所述虚拟阻抗控制模块的输入信号作为所述虚拟惯量控制模块的输出信号，所述虚拟阻抗控制模块的输出信号作为所述高频脉宽调制器的输入信号；所述高频脉宽调制器的输出信号作为所述电压控制型变流器的高开关频率变流器的开关信号；其中：

所述虚拟惯量控制模块用于描述被模拟电网中考虑线路阻抗的惯量特性，包括相位控制单元和幅值控制单元；其中，所述相位控制单元包括虚拟阻抗A部分、有功功率计算部分和转矩方程部分；所述虚拟阻抗A部分利用交流测试端口电压v_g、交流测试端口电流i_g和虚拟阻抗Z_ref得到虚拟电压v_s，所述虚拟电压v_s和交流测试端口电流i_g通过所述有功功率计算部分得到有功功率P_s，所述有功功率P_s通过所述转矩方程部分得到给定电流的相位信号θ；所述幅值控制单元包括虚拟阻抗A部分、无功功率计算部分、幅值下垂方程部分和虚拟阻抗B部分，其中所述虚拟阻抗A部分利用交流测试端口电压v_g、交流测试端口电流i_g和虚拟阻抗Z_ref得到虚拟电压v_s，所述虚拟电压v_s和交流测试端口的采样电流i_g通过所述无功功率计算部分得到无功功率Q_s，所述无功功率Q_s通过所述幅值下垂方程部分得到虚拟电压幅值给定V_sref，所述虚拟电压幅值给定V_sref经过所述虚拟阻抗B部分后得到给定电流的dq轴的幅值信号(i_sdref,i_qdref)；所述给定电流的相位信号和所述给定电流的dq轴的幅值信号共同组成所述虚拟阻抗控制模块的给定信号；

所述虚拟阻抗控制模块采用诺顿等效电路描述被模拟电网的端口阻抗特性并生成高开关频率变流器的调制信号e_v；其中，所述虚拟阻抗控制模块主要包括反馈信号计算单元和电压控制单元两个部分；所述反馈信号计算单元利用被测试端口的电压信号v_g、虚拟阻抗Z_ref和被测试端口的电压信号i_g生成诺顿等效电路中的反馈信号i_s；所述电压控制单元利用虚拟惯量控制模块的输出信号i_sref和反馈信号i_s生成高开关频率变流器的调制信号e_v；所述高频脉宽调制器将所述调制信号e_v变为对应的所述高开关频率变流器的高频开关信号；

所述虚拟惯量控制模块的输入信号包括给定信号、交流测试端口的采样电压信号v_g和交流测试端口的采样电流信号i_g；所述虚拟惯量控制模块的输出信号包括虚拟阻抗控制模块的输入给定信号i_sref、交流测试端口的采样电压信号v_g和交流测试端口的采样电流信号i_g；

所述虚拟阻抗控制模块的输入信号包括虚拟惯量控制模块的输出电流给定信号i_sref、交流测试端口的采样电压信号v_g和交流测试端口的采样电流信号i_g；所述虚拟阻抗控制模块的输出信号为高频脉宽调制器的输入调制信号e_v；

所述高频脉宽调制器的输入信号为所述电压控制单元的输出信号e_v，所述高频脉宽调制器的输出信号为高开关频率变流器的开关信号；

所述电流变流器控制系统与所述电流控制型变流器连接，用于吸收或发出交流测试端口的负载电流，包括依次连接的电流控制模块和低频脉宽调制器；其中：

所述电流控制模块用于产生所述电流控制型变流器的低开关频率变流器的调制信号；其中，所述电流控制模块的输入信号为交流测试端口的电流采样信号i_g，所述电流控制模块的输入反馈信号为流经所述电阻抗网络A的电流信号，所述电流控制模块的输出信号为所述低频脉宽调制器的输入调制信号e_i；

所述低频脉宽调制器用于生成所述低开关频率变流器的开关信号。