一种单相交流系统dq分解阻抗测量方法技术方案

本发明专利技术公开了一种单相交流系统dq分解阻抗测量方法，通过向电路中注入两个独立的扰动，测得

A method for measuring DQ decomposition impedance of single phase AC system

The invention discloses a method for measuring DQ decomposition impedance of a single-phase AC system, by injecting two independent disturbances into the circuit

【技术实现步骤摘要】
一种单相交流系统dq分解阻抗测量方法
本专利技术涉及单相系统的阻抗测量
，具体为一种单相交流系统dq分解阻抗测量方法。
技术介绍
随着对能量产生，传输和利用的更高要求，更多的电力电子转换器由于其高效率和灵活的控制而在当今的电力系统中投入使用。考虑到每个转换器的复杂控制，基于阻抗的稳定性分析方法被广泛采用。整个系统的稳定性可以通过分析级联或并联的每个子系统的外部阻抗或导纳来分析。因此，测量各种子系统的精确阻抗具有重要意义。目前，在交流电力系统中使用的电力电子转换器通常采用基于dq分解的控制，因为它在直流电平中有效功率和无功功率的单独控制方面是优异的。如果阻抗可以在dq坐标系下测得，则用其进行稳定性分析更为方便，因为它与dq分解控制密切相关。G.Francis等人实现dq阻抗测量方法并应用于三相系统，S.Lissandron等人介绍了单相系统的RI坐标系中的阻抗测量方法，而单相系统的dq阻抗测量方法仍处于研究中。
技术实现思路
基于上述原因，本专利技术的目的在于提供一种适用于测量所有单相系统的阻抗，且可弥补基于Hilbert变换的测量方法中扫频大于基频的失效情况的单相交流系统dq分解阻抗测量方法，技术方案如下：一种单相交流系统dq分解阻抗测量方法，包括以下步骤：步骤1：注入扰动，测量α轴的响应电压和电流：选择一个频率ωp，注入两个独立的电流扰动ipα1和ipα2：ipα1＝cos(ω1-ωp)tipα2＝cos(ω1+ωp)t其中ωp为扰动频率，ω1为基波频率；然后测得电路α轴的响应电压uα1、uα2和响应电流iα1、iα2；步骤2：通过Hilbert变换，获得β轴的电压和电流：对α轴的响应电压uα1、uα2和响应电流iα1、iα2进行Hilbert变换，使其相位产生π/2的滞后，得到β轴的电压uβ1、uβ2和电流iβ1、iβ2：其中，H表示Hilbert变换，步骤3：通过Park变换，将αβ坐标系下的数据转换为dq坐标系下的数据：其中，x表示变量u或i，Pθ为Park变换矩阵；步骤4：利用FFT方法获得相应频率下的电压和电流：其中，x表示变量u或i，N为采样点的数量；步骤5：计算dq坐标下的阻抗矩阵：式中，ud1、id1、uq1、iq1分别为注入第一个扰动后d轴响应电压、d轴响应电流、q轴响应电压、q轴响应电流；ud2、id2、uq2、iq2分别为注入第二个扰动后d轴响应电压、d轴响应电流、q轴响应电压、q轴响应电流。进一步的，当ω1<ωp时，注入一个新的扰动-cos(ω1-ωp)t，获得α轴新的响应电压u'α1和响应电流i'α1，对u'α1和i'α1进行Hilbert变换，得到新的β轴的电压uβ1_des和电流iβ1_des以替换原来计算所得的uβ1和iβ1，而uα1和iα1保持不变。本专利技术的有益效果是：本专利技术将三相系统中的dq轴阻抗测量拓展于单相交流系统，通过虚构β轴的方法实现了单相系统阻抗的精确测量；且修正了由Hilbert变换中绝对值运算引起的β轴的电压和电流，解决了基于Hilbert变换中扫频大于基频的测量方法失效问题。附图说明图1a为本专利技术的电流扰动注入示意图。图1b为本专利技术的电压扰动注入示意图。图2为本专利技术的实际扰动ipα注入到实际电路的示意图。图3为本专利技术的RL串联电路仿真电路图。图4为本专利技术的算法流程图。图5a为采用未修正测量方法测得RL串联电路Zdd阻抗的波特图(幅频图、相频图)。图5b为采用未修正测量方法测得RL串联电路Zdq阻抗的波特图(幅频图、相频图)。图5c为采用未修正测量方法测得RL串联电路Zqd阻抗的波特图(幅频图、相频图)。图5d为采用未修正测量方法测得RL串联电路Zqq阻抗的波特图(幅频图、相频图)。图6a为采用修正后测量方法测得RL串联电路Zdd阻抗的波特图(幅频图、相频图)。图6b为采用修正后测量方法测得RL串联电路Zdq阻抗的波特图(幅频图、相频图)。图6c为采用修正后测量方法测得RL串联电路Zqd阻抗的波特图(幅频图、相频图)。图6d为采用修正后测量方法测得RL串联电路Zqq阻抗的波特图(幅频图、相频图)。具体实施方式下面结合附图和实例对本专利技术的实施例做详细说明。本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施过程，以注入电流扰动为例进行分析。包括注入扰动，测量α轴的响应电压和电流；通过Hilbert变换，获得β轴的电压和电流；通过Park变换，将αβ坐标系下的数据转换为dq坐标系下的数据；利用FFT方法获得相应频率下的电压和电流；通过计算得到dq坐标下的阻抗矩阵。步骤1：注入扰动，测量α轴的响应电压和电流。为了测量子系统的外部阻抗的值，需要注入扰动，如图1a和图1b所示。有两种类型的扰动，电压扰动和电流扰动，其与源的类型相关。在单相系统中，实际扰动可以仅注入到实际电路中，即图1a中的ipα。前面提到的，id和iq上的两对扰动需要是独立的，因此ipα上的扰动不是任意的。为了产生我们需要的扰动，使用Park反变换来获得注入的实际扰动，如图2所示。dq坐标系中的期望扰动被设计为：式中ip1和ip2是独立的，ωp是扰动的频率。通过Park反变换，α轴中的扰动可以获得为：[ipα1ipα2]＝[cos(ω1-ωp)tcos(ω1+ωp)t]其中ω1是电源基波的频率。通过注入上述两个独立的电流扰动ipα1和ipα2，可测得电路α轴的响应电压uα1、uα2和响应电流iα1、iα2。步骤2：通过Hilbert变换，获得β轴的电压和电流。通过将步骤1中的扰动注入到单相系统中，可以测量响应电压和电流。为了实现Park变换，需要通过相位滞后α分量π/2来生成虚构的β分量。对获得α轴的响应电压uα1、uα2和响应电流iα1、iα2进行Hilbert变换，即：其中H表示Hilbert变换：通过Hilbert变换得到β轴的电压和电流，记作uβ1、uβ2、iβ1、iβ2；当ω1<ωp时，注入一个新的扰动-cos(ω1-ωp)t，获得α轴新的响应电压u'α1和响应电流i'α1，对u'α1和i'α1进行Hilbert变换，得到修正的β轴的电压和电流，记作uβ1_des、iβ1_des。使用uβ1_des、iβ1_des替代原有的uβ1、iβ1。步骤3：通过Park变换，将αβ坐标系下的数据转换为dq坐标系下的数据。在单相系统中，交流电压和电流可以通过Park变换被分解为ud，uq和id，iq：式中x表示变量u或i，ω1为基波频率，Pθ定义为Park变换矩阵。Pθ中的-π/2相移是为了确保当xα是理想正弦波时，d轴分量值等于基波的振幅，并且q轴分量值等于零。从而dq坐标系下的阻抗Zdq与电压电流可以表示如下：4)、利用FFT方法获得相应频率下的电压和电流；其中x表示变量u或i，N为采样点的数量。通过对步骤3中的ud，uq和id，iq作FFT变换，可得到该ωp下所对应的频域信号，为步骤5中的阻抗矩阵提供基础。步骤5：计算dq坐标下的阻抗矩阵：式中ud1、id1、uq1、iq1分别为注入第一个扰动后d轴响应电压、d轴响应电流、q轴响应电压、q轴响应电流；ud2、id2、uq2、iq2分别为注入第二个扰动后d轴响应电压、d轴响应电流、q轴响应电压、q轴响应电流。在Ma本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单相交流系统dq分解阻抗测量方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：注入扰动，测量α轴的响应电压和电流：选择一个频率ω

【技术特征摘要】
1.一种单相交流系统dq分解阻抗测量方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：注入扰动，测量α轴的响应电压和电流：选择一个频率ωp，注入两个独立的电流扰动ipα1和ipα2：ipα1＝cos(ω1-ωp)tipα2＝cos(ω1+ωp)t其中ωp为扰动频率，ω1为基波频率；然后测得电路α轴的响应电压uα1、uα2和响应电流iα1、iα2；步骤2：通过Hilbert变换，获得β轴的电压和电流：对α轴的响应电压uα1、uα2和响应电流iα1、iα2进行Hilbert变换，使其相位产生π/2的滞后，得到β轴的电压uβ1、uβ2和电流iβ1、iβ2：其中，H表示Hilbert变换，步骤3：通过Park变换，将αβ坐标系下的数据转换为dq坐标系下的数据：

【专利技术属性】
技术研发人员：刘志刚，廖一橙，胡鑫烜，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川,51