基于电网线路建模的交流弱电网实时动态模拟装置

本技术涉及电网模拟器领域，且更为具体地，涉及一种基于电网线路建模的交流弱电网实时动态模拟装置。

背景技术：

1、近年来，随着新能源渗透率的提高，新能源并网设备与电网交互引发的电力系统稳定性问题愈发严重。具体地，以光伏、风电等为主的新能源发电系统多呈分散分布，且多分布在沙漠、海岛等偏远地方，通常通过较长距离的输配电线路进行并网，此时系统线路阻抗往往会改变电网的阻抗特性，使得电网呈现出弱电网特性，影响并网设备的工作性能，进而引发系统振荡等稳定性问题。因此，新能源并网设备投入运行前的电网适应性测试引起了行业越来越多的重视。

2、现有的电网模拟技术研究多数是将电网看作无穷大强电网而忽略电网阻抗的影响，极少数学者们考虑了电网线路阻抗的存在，但也仅把电网线路等效为感性或阻感性。

3、例如，在中国专利（公开号为cn116819210a）中，其揭露了一种电网模拟器的控制方法、控制装置和电网模拟器。在该现有技术中，其采用改进的电压电流双闭环控制策略对电网模拟器中的变流器进行控制，通过阻感性阻抗等效和同步电源的频率波动特性模拟来减小电网模拟器模拟的电网环境和实际电网之间的差异。但是，该现有技术只考虑阻感性阻抗在基频下的影响，这不仅与当前的实际电网情况存在差异，而且也无法满足新型电力系统的发展需求。

4、具体地，在实际电力系统中，新能源发电系统往往需要较长的传输线路进行并网，此时不仅要考虑线路的阻感特征，同时还要考虑线缆与地、以及线缆与线缆之间的电容效应，因此传输线路不只呈现为感性或者阻感性。并且，在现有的电网模拟器中没有将电网线路类型考虑在内，更不要说将电网输电线路等值电路类型作为输入条件来研究其对电网模拟控制的影响。此外，随着新能源渗透率的提高，大量的电力电子变流装置并入电网，随之出现的是丰富的各次开关谐波的流入，此时仅覆盖低频段的传输线路模拟已不能反映实际电网与并网设备的交互情况，而需要考虑更宽频域。

5、因此，为更真实、准确地模拟新能源高渗透率下弱电网的特征，期待一种更为优化的交流弱电网实时动态模拟装置方案。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，提出了本技术。本技术的实施例提供了一种基于电网线路建模的交流弱电网实时动态模拟装置，其基于交流电网线路阻抗等值电路模型来实现不同程度的交流弱电网的模拟。具体地，所述基于电网线路建模的交流弱电网实时动态模拟装置将电网线路等值电路类型作为输入条件来研究其对电网逆变控制的影响，包括电网线路等值电路类型对电流动态扰动影响和电压动态扰动影响，进而通过原始输入参考电压值、原始输入电压动态扰动分量和pcc点电流动态扰动分量的叠加来实时构造电网模拟参考信号，从而实现弱电网模拟的高精度、高动态和高实时性。

2、根据本技术的一个方面，提供了一种基于电网线路建模的交流弱电网实时动态模拟装置，包括：变流器模块和用于控制所述变流器模块的主控模块；其中，所述变流器模块包括逆变电路单元和滤波电路单元，所述主控模块包括逆变控制单元，所述逆变控制单元电连接于所述逆变电路单元；

3、其中，所述逆变控制单元用于基于交流电网线路阻抗等值电路模型来实现不同程度的交流弱电网的模拟，所述交流电网线路阻抗等值电路模型包括电路类型、电网线路阻抗等值电路的阻抗值、输入扰动系数和电流扰动系数，其中，所述输入扰动系数和所述电流扰动系数与所述电路类型和所述电网线路阻抗等值电路的阻抗值有关。

4、在根据本技术的基于电网线路建模的交流弱电网实时动态模拟装置中，所述逆变控制单元进一步用于：

5、基于由部署于公共耦合点的电流传感器实时采集的pcc点电流值和所述电流扰动系数，确定pcc点电流动态扰动分量；

6、基于设定的所述逆变电路单元的原始输入参考电压值和所述输入扰动系数，确定原始输入电压动态扰动分量；

7、基于所述原始输入参考电压值、所述原始输入电压动态扰动分量和所述pcc点电流动态扰动分量，确定pcc点参考电压；

8、基于所述pcc点参考电压、所述公共耦合点的pcc点电压值和所述滤波电路单元的电容电流值，确定逆变单元最终调制信号；以及

9、基于所述逆变单元最终调制信号与载波信号之间的比较，生成所述pwm调制信号。

10、在根据本技术的基于电网线路建模的交流弱电网实时动态模拟装置中，所述电路类型为型电路和t型电路，所述电网线路阻抗等值电路的阻抗值包括第一阻抗值、第二阻抗值和第三阻抗值。

11、在根据本技术的基于电网线路建模的交流弱电网实时动态模拟装置中，当所述电路类型为型电路时，所述输入扰动系数为：

12、

13、其中，为所述第一阻抗值，为第三阻抗值；

14、当所述电路类型为型电路时，所述输入扰动系数为：

15、

16、其中，为所述第一阻抗值，为第三阻抗值。

17、在根据本技术的基于电网线路建模的交流弱电网实时动态模拟装置中，当所述电路类型为型电路时，所述电流扰动系数为：

18、

19、其中，为所述第一阻抗值，为第三阻抗值；

20、当所述电路类型为型电路时，所述电流扰动系数为：

21、

22、其中，为所述第一阻抗值，为第二阻抗值，为第三阻抗值。

23、在根据本技术的基于电网线路建模的交流弱电网实时动态模拟装置中，基于所述原始输入参考电压值、所述原始输入电压动态扰动分量和所述pcc点电流动态扰动分量，确定逆变电路单元电压最终调制信号，包括：

24、基于所述原始输入参考电压值、所述原始输入电压动态扰动分量和所述pcc点电流动态扰动分量，以如下公式来确定所述pcc点参考电压；

25、其中，所述公式为：

26、

27、其中，表示pcc点电流值、为输入扰动系数、为电流扰动系数、为原始输入参考电压值。

28、在根据本技术的基于电网线路建模的交流弱电网实时动态模拟装置中，基于所述pcc点参考电压、由部署于所述公共耦合点的电压传感器实时采集的pcc点电压值和所述滤波电路单元的电容电流值，确定逆变单元最终调制信号，包括：计算所述pcc点参考电压和所述pcc点电压值之间的差值；将所述差值输入电压控制器以得到逆变单元初步调制信号；以及，将所述逆变单元初步调制信号与所述电容电流值进行作差，并将所得到的差值与比例系数进行相乘以得到所述逆变单元最终调制信号。

29、在根据本技术的基于电网线路建模的交流弱电网实时动态模拟装置中，所述公共耦合点为所述基于电网线路建模的交流弱电网实时动态模拟装置与被测试并网设备之间的连接点，或者，所述公共耦合点为述基于电网线路建模的交流弱电网实时动态模拟装置与变压器之间的连接点，所述变压器用于电连接于所述被测试并网设备。

30、在根据本技术的基于电网线路建模的交流弱电网实时动态模拟装置中，所述基于电网线路建模的交流弱电网实时动态模拟装置还包括可通信地连接于所述逆变控制单元的上位机，所述上位机用于设置所述电路类型和所述电网线路阻抗等值电路的阻抗值。

31、在根据本技术的基于电网线路建模的交流弱电网实时动态模拟装置中，所述变流器模块还包括整流电路单元，所述主控模块还包括整流控制单元，所述整流电路单元的输出端电连接于所述逆变电路单元，所述整流控制单元电连接于所述整流电路单元。

32、在根据本技术的基于电网线路建模的交流弱电网实时动态模拟装置中，所述逆变控制单元进一步用于基于所述pcc点参考电压的时间序列和所述pcc点电压值的时间序列对所述输入扰动系数和所述电流扰动系数进行更新以得到更新的输入扰动系数和更新的电流扰动系数

33、与现有技术相比，本技术提供的基于电网线路建模的交流弱电网实时动态模拟装置，其基于交流电网线路阻抗等值电路模型来实现不同程度的交流弱电网的模拟。具体地，所述基于电网线路建模的交流弱电网实时动态模拟装置将电网线路阻抗等值电路类型作为输入条件来研究其对电网模拟实现的影响，包括电网线路类型对电流动态扰动影响和电压动态扰动影响，进而通过原始输入参考电压值、原始输入电压动态扰动分量和pcc点电流动态扰动分量的叠加来实时构造电网模拟参考信号，从而实现弱电网的高精度、高动态和高实时性模拟。