电力负载模拟器概述

电力负载仿真的概念涉及电力电子转换器的控制，使其行为类似于实际电力负载的行为。例如，电压源逆变器 (VSI) 可以模拟感应电机 [1]。在不同的场景下，负载模拟器的使用是必不可少的。它有助于分析在各种负载条件和环境下将多台机器连接到电网的可行性。的部分是，这可以在没有任何机电机械的情况下完成。负载仿真器可以提供负载特性来验证控制算法和逆变器设计。因此，这可以作为在实验室环境中验证逆变器的更灵活的平台。

不平衡三相四线负载设置可以使用电压源逆变器 (VSI) 和 LCL 滤波器来实现 [2]。负载既能吸收电能，又能提供电能。针对波动电压水平下的不同负载条件对仿真器进行了研究，并且还验证了再生向转换器供电的能力。然后可以在不同条件下调整控制器，以根据这些负载的性质注入所需的参考电流值。一般来说，PI 和 PID 等线性控制器在控制大多数工业过程中使用的由电力驱动器驱动的非线性负载方面不是很有效 [3]。为了填补这一空白，需要结合自适应、鲁棒和智能的非线性控制方法来设计合适的控制器，而这只有使用的非线性负载仿真器才能实现。

使用电力负载模拟器进行工作

负载仿真的主要目标是为实际电气负载设计电源接口。它可以控制电源转换器，同时通过在多个功率级别实时仿真负载来促进系统验证。负载仿真的两个重要方面包括仿真目标的建模和设计有效的控制器[4]。图 1显示了电气负载仿真器的示例原理图。

 
图 1：电力负载仿真器的示例示意图 [1]

所提出的负载仿真器配置具有三相电网或三相电压源逆变器（VSI）作为电源。电源电压的相位角对于操作至关重要，并使用锁相环 (PLL) 方法进行跟踪。电源的三相电压作为 PLL 的输入，并产生与电源频率相同的正弦信号。负载仿真的实现使得重要算法生成所需的电流来模拟实际负载，并作为系统的主要组件。然后，控制系统确保 VSI 汲取或提供接近所需参考电流的电流。

由于负载仿真器 VSI 模仿电力负载的行为，因此它必须根据负载特性提取或提供有功功率。为了实现同样的目的，VSI 通过 LCL 滤波器连接到电源，该滤波器充当接口阻抗。带 LCL 滤波器的仿真器接口如图 2所示。

图 2：带有 LCL 滤波器的仿真器接口 [1]

为了实现电源的供电和吸收，图 1示出了背靠背 VSI 拓扑，其中一个拓扑相对于另一个充当反向功率流转换器。需要两个控制器来满足所需的系统行为，并且反向功率流转换器在电流控制模式下进行控制，以确保双向功率流，同时维持这些背靠背转换器之间的直流链路的恒定电压。主VSI通过控制策略进行控制，所使用的反馈控制器是线性二次调节器(LQR)。