设计和分析构网型转换器

示例概览

在本示例中，您将学习如何：

有关详细信息，请按照以下步骤操作，对 Web 浏览器中打开的概览内容做进一步的探索，或参阅 Power Converter Circuit and Control Design with Simscape (MATLAB Central File Exchange)。

下载文件

使用 gitclone 函数在当前文件夹中克隆最新的存储库。

gitclone("https://github.com/simscape/Power-Converter-Circuit-Control-Simscape");

或者，您也可以使用以下选项下载最新文件。

打开工程

使用 gitclone 函数后，MATLAB 会在当前文件夹中创建一个新文件夹。此示例使用工程来管理支持文件。打开 GridFormingConverterWithSimscape 工程文件。如果有任何已打开的工程，MATLAB 会先将其关闭，然后再加载此工程。配置工程环境需要几分钟时间，因为该模型有数百个支持文件。工程会在您的 Web 浏览器中打开概览，帮助您探索该模型。

openProject("Power-Converter-Circuit-Control-Simscape");

探索工程

GFM 转换器系统

顶层模型展示了此示例中 GFM 转换器系统的设计。该模型包含一个容量为 500 kVA、电压为 415 V、频率为 50 Hz 的三相 GFM 转换器，该转换器连接到一个 415 V/11 kV 升压变压器。变压器通过一条输电线连接到 11 kV 电网。在低压侧，GFM 转换器输出连接了一个本地负载。该构网型转换器模型提供了一个测试框架，您可以使用该测试框架更改电网电压、频率、相位、本地负载、短路比 (SCR)、X/R 比率、参考功率、孤岛模式，并应用故障。

控制器策略

要指定控制策略，请将 testCondition.activePowerMethod 变量的值设置为 Virtual Synchronous Machine 或 Droop Control。要选择虚拟同步电机 (VSM) 策略，请在 MATLAB 命令行窗口中运行：

testCondition.activePowerMethod = 'Virtual Synchronous Machine'; 

VSM 控制方法模拟同步电机的惯量和阻尼。软件使用恒定参考频率或测得的电网系统频率来计算控制器阻尼功率。基于电网频率测量值的阻尼功率可在电网频率发生扰动时提供更好的性能。

故障穿越方法

对于电网规范标准，所有基于逆变器的设备资源都必须具有应对电压和频率扰动的故障穿越能力。要指定故障穿越选项，请将 testCondition.currentLimitMethod 变量的值设置为以下任一值：

要将故障穿越选项设置为 Virtual Impedance，请在 MATLAB 命令行窗口中运行：

testCondition.currentLimitMethod = 'Virtual Impedance';  

测试场景

此示例提供了 13 个测试场景，您可以在这些场景下评估 GFM 转换器和控制器的性能：

使用 PlotGridFormingConverter 函数绘制 13 个测试场景的仿真结果。此函数还分析测得的有功功率和频率，以检查系统在仿真时间结束时是否达到稳定状态。PlotGridFormingConverter 函数接受以下输入：

您可以在 GridFormingConverterTestCondition.mlx 文件中定义测试场景以及随时间变化的测试变量配置文件。

对测试场景进行仿真

要设置测试场景并对其进行仿真，请首先设置 testCondition 变量的值。

testCondition 变量定义：

以下规范将 GFM 转换器的有功功率控制方法设置为 "Virtual Synchronous Machine"，将故障穿越方法设置为 "Virtual Impedance"，电网短路比为 2.5，X/R 比率为 5。

在此测试场景中，系统经历了有功参考功率的瞬时变化。使用此测试场景，您可以研究 GFM 转换器的跟踪能力、响应时间和输出电压波动。要设置此测试场景并对其进行仿真，请在 MATLAB 命令行窗口中运行：

testCondition.activePowerMethod = 'Virtual Synchronous Machine'; 
testCondition.currentLimitMethod = 'Virtual Impedance'; 
testCondition.SCR = 2.5;
testCondition.XbyR = 5;
testCondition.testCondition = 'Change in active power reference'; 
outputTable = PlotGridFormingConverter(testCondition,1); 

要查找 MathWorks® Simscape™ Team 提供的最新示例，请访问 MATLAB Central 上的 MathWorks Simscape Team。