本发明涉及电力电子装置控制，具体涉及一种能量回馈型电子负载系统、运行方法和控制器。
背景技术：
1、能源电子产业是电子信息技术和新能源需求融合创新产生并快速发展的新兴产业，是实现碳达峰碳中和目标的中坚力量，各类电源产品已在能源、交通、航天、化工等领域得到了广泛应用且扮演重要角色。为保证产品符合检验标准，电力电子装置在出厂前需要进行带载老化测试和校验，这会消耗庞大的电力，传统的负载测试存在灵活性差、能耗大等缺点，难以满足复杂场景测试要求，特别在要求用动态负载、非线性负载、具有负阻特性负载以及有源负载等测试场景。因此，能量回馈型电子负载装置引起了人们的广泛研究。
2、针对能量回馈型电子负载装置及控制，现有技术中，研究者提出一种基于二级管整流电路和并网逆变器的电子负载。但由于前级二级管整流电路不可控，无法对被测设备的输出电流进行控制。研究者提出了一种指令电流数值算法，可对稳态线性负载实现准确模拟，但模拟效果高度依赖系统的采样精度，且算法的抗干扰能力较差。研究者提出一种实时检测电子负载系统谐波电流的自适应检测算法，根据检测出的谐波对系统并网指令电流进行补偿，可有效降低并网电流的谐波成分，但仍难以滤除其高频谐波。总之，现有技术仍然存在输出电能的低总谐波失真(total harmonic distortion voltage，thd)、能量回收效率低的缺点。
3、如何提高能量转换效率，降低输出电能的总谐波失真，是本发明要解决的技术问题。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种提高能量转换效率，降低输出电能的总谐波失真的能量回馈型电子负载系统及其运行方法和控制器。
2、第一方面，本发明实施例提供一种能量回馈型电子负载系统，包括升压模块、隔离模块、转换模块、输出滤波模块；
3、所述升压模块用于将被测设备输出的交流电转化为第一电压直流电并传输至所述隔离模块；
4、所述隔离模块用于将所述第一电压直流电转化为第二电压直流电，将所述第二电压直流电传输至所述转换模块，并通过隔离变压器确保所述第一电压直流电和所述第二电压直流电的电气隔离；
5、所述转换模块用于将所述第二电压直流电转换为待滤波交流电并传输至所述输出滤波模块；
6、所述输出滤波模块用于将所述待滤波交流电滤波并传输至电网；
7、所述转换模块包括由开关器件组成的逆变器，以及控制所述开关器件的运算控制器；
8、所述运算控制器包括锁相环；所述运算控制器的运行方法包括：
9、根据锁相环提供的旋转角度，将转换模块输出的三相交流电的电压和电流通过clarke变换和park变换转化为两相旋转的dq坐标系下的dq轴电压和电流；所述锁相环确保系统输出电能与电网电能频率、相位同步；
10、根据dq轴电压和参考电压进行计算，生成电压误差信号，所述电压误差信号通过电压环pi控制器处理，输出参考电流；
11、根据dq轴电流和所述参考电流进行计算，得到电流误差信号，将所述电流误差信号通过电流环，得到控制信号，所述电流环包括pi控制器；
12、根据所述控制信号，生成pwm驱动信号，控制所述开关器件的导通与关断。
13、可选地，所述运算控制器包括锁相环；所述锁相环包括相位检测器、低通滤波器和电压控制振荡器；
14、所述相位检测器用于比较所述输出滤波模块输入电网的电压信号与所述逆变器输出电压信号的相位差，生成相位误差信号；
15、所述低通滤波器用于滤除所述相位误差信号中的高频噪声；
16、所述电压控制振荡器用于根据滤波后的相位误差信号生成相应的电压信号；
17、所述运算控制器还用于根据所述控制信号和所述电压控制振荡器发送的所述电压信号，生成所述pwm驱动信号。
18、可选地，所述相位检测器用于根据以下公式计算相位误差δθ：
19、
20、其中，vgrid为电网电压幅值，vinv为逆变器输出电压幅值，θgrid为电网电压相位，θinv为逆变器输出电压相位；
21、所述锁相环的开环传递函数gol_p(s)为：
22、
23、所述锁相环引入锁相环pi控制器后的闭环传递函数gcl_p(s)为：
24、
25、其中，δθ(s)为复频域下的相位误差，vctrl(s)为锁相环的输出控制电压，gvco(s)为振荡电路vco的传递函数，kp_p为锁相环控制器的比例增益，ki_p为锁相环控制器的积分增益。
26、可选地，所述参考电流包括d轴参考电流，所述d轴参考电流由逆变器电压误差经过电压环得到；所述逆变器电压误差由所述逆变器的输入电压和所述逆变器的输入参考电压得到；
27、所述电压环的闭环传递函数gcl_v(s)为：
28、
29、其中，电压环pi控制器的传递函数gpi_v(s)为kp_v为电压环pi控制器的比例增益，ki_v为电压环pi控制器的积分增益；
30、逆变器输入端的直流链路电压的开环传递函数gol_v(s)为vdc为逆变器的输入电压，c为逆变器两输入端之间的电容。
31、可选地，所述电流环的开环传递函数gopen(s)为：
32、gopen(s)＝gpi(s)·gdelay(s)·gplant(s)
33、其中，gplant(s)是电流环路传递函数，为延时传递函数，ts为采样时间，pi控制器的传递函数gpi(s)为：
34、
35、其中，kp_i是pi控制器的比例增益，ki_i是pi控制器的积分增益；
36、所述电流环的闭环传递函数gclosed(s)为：
37、
38、可选地，所述升压模块为功率因数校正pfc升压模块；所述功率因数校正pfc升压模块包括整流桥、电感和开关管；
39、所述升压模块的运行方法包括：
40、根据所述升压模块的输出电压vo和所述升压模块的输出参考电压vref，得到所述升压模块的电压误差ev＝vref-vo；
41、将所述升压模块的电压误差ev输入比例积分pi控制器，通过比例积分调节得到修正后的控制电压信号；
42、将修正后的控制电压信号与所述整流桥整流后的电压vrect相乘，生成电流内环的参考值iref；
43、采样所述电感的电流iinc并与所述电流内环的参考值iref比较，得到电流误差ei＝iref-iinc；
44、将所述电流误差ei输入pi控制器，得到调制信号；
45、根据所述调制信号控制所述开关管的导通与关断，以调节所述电感的电流。
46、可选地，所述输出滤波模块为rl滤波器。
47、可选地，所述隔离模块包括pwm控制器、变压器、初级侧开关管模块和次级侧整流模块；
48、所述初级侧开关管模块根据pwm控制信号，将所述第一电压直流电转换为高频方波；
49、所述变压器将电压从初级侧传输到次级侧；
50、次级侧整流模块将变压器次级侧输出的高频电压通过整流二极管转换为直流电；
51、pwm控制器监测次级侧的输出电压，根据反馈回路输出所述pwm控制信号。
52、第二方面，本发明实施例提供一种能量回馈系统运行方法，应用于第一方面的能量回馈型电子负载系统的运算控制器；
53、所述能量回馈系统运行方法包括：
54、根据锁相环提供的旋转角度，将转换模块输出的三相交流电的电压和电流通过clarke变换和park变换转化为两相旋转的dq坐标系下的dq轴电压和电流；所述锁相环确保系统输出电能与电网电能频率、相位同步；
55、根据dq轴电压和参考电压进行计算，生成电压误差信号，所述电压误差信号通过电压环pi控制器处理，输出参考电流；
56、根据dq轴电流和所述参考电流进行计算，得到电流误差信号，将所述电流误差信号通过电流环，得到控制信号，所述电流环包括pi控制器；
57、根据所述控制信号，生成pwm驱动信号，控制所述开关器件的导通与关断。
58、第三方面，本发明实施例提供一种运算控制器，所述运算控制器用于执行第二方面的能量回馈系统运行方法。
59、相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
60、通过运算控制器，转换模块可以动态调节电流和电压的波形实现模拟负载与能量回馈的功能，使输出电能满足并网要求，实现电能并网。
61、当被测设备的输出电流输入到升压模块后，可以先计算输出电压v0与给定参考电压vref误差，然后基于此误差通过电压外环控制器动态修正输出电压v0并将其输入到乘法器中，在乘法器中与整流后的电压运算后作为电流内环的参考值，然后将电感电流iin与电流内环的参考给定值相比较，其误差经过电流内环控制器后得到驱动信号，使电感电流iin跟随整流电压波形，校正输入电流波形畸变程度和相位，从而改善功率因数。
62、隔离模块隔离前级与后级之间的电流和电压干扰，降低电路故障和短路的风险，保护电路。
63、输出滤波模块采用rl滤波器减小并网电流谐波，提高并网电能质量和功率因数。
1.一种能量回馈型电子负载系统，其特征在于，包括升压模块、隔离模块、转换模块、输出滤波模块；
2.如权利要求1所述的能量回馈型电子负载系统，其特征在于，所述锁相环包括相位检测器、低通滤波器和电压控制振荡器；
3.如权利要求2所述的能量回馈型电子负载系统，其特征在于，所述相位检测器用于根据以下公式计算相位误差δθ：
4.如权利要求1所述的能量回馈型电子负载系统，其特征在于，所述参考电流包括d轴参考电流，所述d轴参考电流由逆变器电压误差经过电压环得到；所述逆变器电压误差由所述逆变器的输入电压和所述逆变器的输入参考电压得到；
5.如权利要求1所述的能量回馈型电子负载系统，其特征在于，所述电流环的开环传递函数gopen(s)为：
6.如权利要求1所述的能量回馈型电子负载系统，其特征在于，所述升压模块为功率因数校正pfc升压模块；所述功率因数校正pfc升压模块包括整流桥、电感和开关管；
7.如权利要求1所述的能量回馈型电子负载系统，其特征在于，所述输出滤波模块为rl滤波器。
8.如权利要求1所述的能量回馈型电子负载系统，其特征在于，所述隔离模块包括pwm控制器、变压器、初级侧开关管模块和次级侧整流模块；
9.一种能量回馈系统运行方法，其特征在于，应用于权利要求1至8中任意一项所述的能量回馈型电子负载系统的运算控制器；
10.一种运算控制器，其特征在于，所述运算控制器用于执行权利要求9所述的能量回馈系统运行方法。
