微电网用单相能馈型模拟负载的控制问题研究

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1、微电网用单相能馈型模拟负载的控制问题研究1绪论1.1研究的目的和意义随着人类社会能源需求的不断增加以及人们的环境保护意识的不断增强，新能源的开发以及能源的循环利用显得日益重要。微电网是将分布式电源、负荷、储能装置、变流器和监控保护装置有机整合在一起的小型发配电系统[1]，是人类对新能源开发利用的成果之一。微电网在运行、调试以及测试过程中，需要用到大功率多样性负载。而传统上所用负载主要为电阻、电感、电容等元器件组成的负载，这种负载具有以下缺点：（1）体积庞大，非常笨重，当对微电网进行调试时搬运非常不方便；（2）电阻这种耗能元件会将电能

2、转化为热能，会造成实验室的温度升高；（3）电阻、电感、电容等元件由于制作工艺的原因，误差较大，不能准确测试微电网的性能指标。（4）自动化水平低，测试时需要大量的人力对负载进行调试，且寿命低。伴随着节能环保与能源循环利用理念的大力推进，能馈型模拟负载（EnergyFeedbackAnalogLoad）已经成为当今社会的研究的热点之一[2-10]，它是由大功率的电力电子元件构成，利用电力电子控制技术对各种电源设备进行节能、环保考核的电源测试设备，也可称为能馈型电力电子负载（PoP11-10K）一台及超级电容构成的储能装置；（5）以智能家

3、居为主的系统负荷；（6）由96台计算机构成的能与微网集中控制中心互动的试验终端。而新能源技术基础实验室主要是由光伏发电系统检测试验台和太阳电池组件测试仪组成。检测试验台上的设备主要包括：逆控一体机、并网逆变器、蓄电池、电压表、电流表及充放电回路等。配套设备包括：模拟负载、模拟光源、光伏太阳能电池板（单晶、多晶、非晶）。检测试验台可实现如下实验：（1）离网运行；（2）并网发电；（3）不同材料的太阳能电池效率比较；（4）蓄电池充放电；（5）光照强度对发电质量的影响等。太阳电池组件测试台系统组成包括：太阳模拟器、计算机、软件、打印机、测试

4、柜。测试系统的基本工作原理是：当太阳模拟光照到被测太阳电池组件上时，用电子负载控制太阳电池组件中电流变化，测出组件的伏安特性曲线。............2系统工作原理和主电路参数设计本章从单相能馈型模拟负载的主电路拓扑入手，深入分析系统的工作原理，并根据微电网技术实验室的实际情况确定系统的容量以及根据系统的要求确定主电路主要储能元件的参数。2.1能馈型模拟负载基本拓扑和适用范围能馈型模拟负载除了可以模拟各种负载特性，应用于各种电源的性能测试以及应用于动态模拟交流传动平台外，还可以在电网电压畸变以及电网故障时应用一定的控制策略对上述

5、情况进行改善[59]。本文采用的单相能馈型模拟负载主电路拓扑结构如图2.1所示。图2.1中，u1表示被测试电源的电源部分，如逆变器，UPS，发电机组等；u2表示交流电网部分；r1、r2表示模拟变换器侧、并网变换器侧的等效内阻部分（包括输入侧、并网侧电阻，线路电阻，死区作用和开关导通损耗等）；L1与Si（i=1,2,3,4）共同组成负载模拟变换器部分；L2与Si（i=5,6,7,8）共同构成并网变换器部分；C表示公共母线电容，可以使系统的前、后级变换器可以分别进行控制；T表示并网连接变压器，用来确保单相能馈型模拟负载与电网电气隔离，避

6、免单相能馈型模拟负载与电网直接连接，进而互相影响，从而污染电网。由于单相能馈型模拟负载的模拟变换器由全桥结构构成，而全桥结构的P整流电路可以看作是4个升压型整流电路组成，故对单相能馈型模拟负载进行适当的控制也可完成对直流电源的测试。在图2.1所示电路中，将开关管S1、S3断开，开关管S4恒导通，开关管S2为受控器件，等效电路如图2.2所示。图2.2中，单相能馈型模拟负载的模拟变换器部分为是一个boost电路。当被测试的电源为一直流源时，使电流i1跟踪一特定的电流指令时，就可以实现模拟阻性或一阶电路的阻感性负载，完成对直流电源的测试功

7、能。电容C的电压由并网变换器进行调节，并网侧是以电压外环、电流内环的双环控制的，以保证系统的能量平衡。值得一提的是，与单相能馈型模拟负载相同，系统正常工作时，被测电源电源是小于直流母线电压的。.........2.2系统的工作原理单相能馈型模拟负载由负载模拟变换器（LSC）和并网变换器（GCC）组成，LSC可灵活模拟各种负载，GCC可将电容侧能量单位功率因数回馈给电网。下面对各部分工作原理进行分析。负载模拟变换器（LSC）可控制P变换器的实际电流i1跟踪所模拟的负载特性指令i1ref，从而灵活模拟各种负载。在交流电压下，负载可根据电

8、流的连续、断续情况分为线性负载和非线性负载。其中，线性负载由电气属性可分为阻性、阻感性、阻容性等多种负载，按负载与输入电压的关系可分为恒阻抗负载、恒电流负载和恒功率负载。非线性负载谐波含量很大，电流幅值变化剧烈，可用于严格模拟微电网技