電力負(fù)載模擬器概述

電力負(fù)載仿真的概念涉及電力電子轉(zhuǎn)換器的控制，使其行為類似于實(shí)際電力負(fù)載的行為。例如，電壓源逆變器 (VSI) 可以模擬感應(yīng)電機(jī) [1]。在不同的場景下，負(fù)載模擬器的使用是必不可少的。它有助于分析在各種負(fù)載條件和環(huán)境下將多臺機(jī)器連接到電網(wǎng)的可行性。的部分是，這可以在沒有任何機(jī)電機(jī)械的情況下完成。負(fù)載仿真器可以提供負(fù)載特性來驗(yàn)證控制算法和逆變器設(shè)計。因此，這可以作為在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中驗(yàn)證逆變器的更靈活的平臺。

不平衡三相四線負(fù)載設(shè)置可以使用電壓源逆變器 (VSI) 和 LCL 濾波器來實(shí)現(xiàn) [2]。負(fù)載既能吸收電能，又能提供電能。針對波動電壓水平下的不同負(fù)載條件對仿真器進(jìn)行了研究，并且還驗(yàn)證了再生向轉(zhuǎn)換器供電的能力。然后可以在不同條件下調(diào)整控制器，以根據(jù)這些負(fù)載的性質(zhì)注入所需的參考電流值。一般來說，PI 和 PID 等線性控制器在控制大多數(shù)工業(yè)過程中使用的由電力驅(qū)動器驅(qū)動的非線性負(fù)載方面不是很有效 [3]。為了填補(bǔ)這一空白，需要結(jié)合自適應(yīng)、魯棒和智能的非線性控制方法來設(shè)計合適的控制器，而這只有使用的非線性負(fù)載仿真器才能實(shí)現(xiàn)。

使用電力負(fù)載模擬器進(jìn)行工作

負(fù)載仿真的主要目標(biāo)是為實(shí)際電氣負(fù)載設(shè)計電源接口。它可以控制電源轉(zhuǎn)換器，同時通過在多個功率級別實(shí)時仿真負(fù)載來促進(jìn)系統(tǒng)驗(yàn)證。負(fù)載仿真的兩個重要方面包括仿真目標(biāo)的建模和設(shè)計有效的控制器[4]。圖 1顯示了電氣負(fù)載仿真器的示例原理圖。

圖 1：電力負(fù)載仿真器的示例示意圖 [1]

所提出的負(fù)載仿真器配置具有三相電網(wǎng)或三相電壓源逆變器（VSI）作為電源。電源電壓的相位角對于操作至關(guān)重要，并使用鎖相環(huán) (PLL) 方法進(jìn)行跟蹤。電源的三相電壓作為 PLL 的輸入，并產(chǎn)生與電源頻率相同的正弦信號。負(fù)載仿真的實(shí)現(xiàn)使得重要算法生成所需的電流來模擬實(shí)際負(fù)載，并作為系統(tǒng)的主要組件。然后，控制系統(tǒng)確保 VSI 汲取或提供接近所需參考電流的電流。

由于負(fù)載仿真器 VSI 模仿電力負(fù)載的行為，因此它必須根據(jù)負(fù)載特性提取或提供有功功率。為了實(shí)現(xiàn)同樣的目的，VSI 通過 LCL 濾波器連接到電源，該濾波器充當(dāng)接口阻抗。帶 LCL 濾波器的仿真器接口如圖 2所示。

 

圖 2：帶有 LCL 濾波器的仿真器接口 [1]

為了實(shí)現(xiàn)電源的供電和吸收，圖 1示出了背靠背 VSI 拓?fù)?，其中一個拓?fù)湎鄬τ诹硪粋€充當(dāng)反向功率流轉(zhuǎn)換器。需要兩個控制器來滿足所需的系統(tǒng)行為，并且反向功率流轉(zhuǎn)換器在電流控制模式下進(jìn)行控制，以確保雙向功率流，同時維持這些背靠背轉(zhuǎn)換器之間的直流鏈路的恒定電壓。主VSI通過控制策略進(jìn)行控制，所使用的反饋控制器是線性二次調(diào)節(jié)器(LQR)。