一种基于PRBS扰动注入的电网阻抗在线辨识方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及电气工程技术领域，公开一种基于PRBS扰动注入的电网阻抗在线辨识装置，主要由并网逆变器、电流环控制器、采样装置和阻抗辨识单元组成，其特征在于：所述并网逆变器与电流环控制器相连，在并网稳定情况下可利用并网逆变器向电网进行PRBS扰动的注入，在PRBS信号注入过程中，内置输出电压THD反馈控制器以确保逆变器输出电压的THD值小于5%；所述采样装置连接电网PCC处，对PCC处的电压和电流进行采样和记录；所述阻抗辨识单元将采样装置所得数据进行DFT分析，并可对该采样周期下的电压和电流各谐波分量的幅值和相位取平均值。本发明专利技术精度高、速度快、实时性强、频率范围广，降低测量成本与难度，提高稳定性。

On line identification method and device for power network impedance based on PRBS disturbance injection

The present invention relates to the technical field of electrical engineering, discloses a grid impedance on-line identification device based on PRBS disturbance injection, mainly composed of grid connected inverter, the current loop controller, sampling device and impedance identification unit, which is characterized in that the grid connected inverter with current loop controller, can be injected into the PRBS disturbance to the grid by grid connected inverter in the grid stable situation, in the PRBS signal injection process, the built-in THD output voltage feedback controller to ensure the inverter output voltage of the THD value is less than 5%; the sampling device is connected with the power grid PCC, sampling and recording of the PCC voltage and current; the impedance identification unit sampling device data obtained by DFT analysis, and the amplitude and phase of the sampled voltage and current harmonic components of the average. The invention has the advantages of high accuracy, high speed, strong real-time, wide frequency range, reduced measuring cost and difficulty, and improved stability.

【技术实现步骤摘要】
一种基于PRBS扰动注入的电网阻抗在线辨识方法及装置
本专利技术涉及电气工程、计算机控制和电力电子技术
，更具体地，涉及一种基于PRBS扰动注入的电网阻抗在线辨识方法及装置。
技术介绍
随着风力发电和光伏发电等大规模可再生分布式电源接入电网，大规模电动汽车的接入，以及以电力电子变换接口的负载在电网总负荷占比的不断提高，电网的电源和负荷特性发生了显著的变化，电力系统的电力电子化特征越来越明显，给电网的安全稳定运行带来新的挑战。由于风电和光伏等并网逆变器在设计阶段难以事先获得逆变器投运时所在电网的电网阻抗信息，并事先考虑到其它并网逆变器和负载对所设计并网逆变器可能造成的影响，因此当电网中(特别是中低压配电网)并网逆变器与并网逆变器之间、并网逆变器与电网之间，通过并网公共点(pointofcommoncoupling，PCC)发生交互作用时，可能引发并网公共点的谐波振荡，从而产生大量谐波，它轻则影响电网的电能质量，重则会危及电网的安全稳定运行。目前的国内外研究已经表明其主要是并网逆变器的输出阻抗与并网公共点PCC的电网阻抗不匹配，引发DC/AC逆变器的谐波振荡。当前，为了解决并网逆变器的谐波振荡问题，通常有两种解决方案：1、在逆变器并网前，先通过扫频仪离线测量并网逆变器的输出阻抗和电网阻抗，判断电网与自身阻抗是否匹配再决定是否并网；2、并网逆变器实时获取电网的阻抗信息，自动调节并网逆变器的输出阻抗，自动适应电网参数的变化，进而达到提高电网质量和稳定性的目的。但是，方案1在现实应用中可操作性不强，难以自动适应电网参数的变化；方案2的关键的难点就在于电网阻抗的在线辨识。传统的阻抗辨识方法主要分为被动谐振法和主动注入法。其中，被动方法利用电网畸变或者并网逆变器的固有谐波，通过傅里叶变换提取一定的谐波分量并计算得到电网阻抗。被动方法是非入侵式的，辨识过程不会对电网正常运行造成影响，但这种方法的一个主要缺点是现实电网中的畸变幅值和重复率都难以正确测量，因此难以对电网阻抗做出准确的测量。而常用的主动方法需要通过附加的电力电子设备向电网注入一定的电压或电流扰动，并对扰动和响应信号进行频率分析以得到各自的频率成分，经过计算得到电网阻抗。主动方法最大的缺点在于需要串联或者并联一个附加电力电子装置，给实际实现方法带来巨大局限性。主动注入法仍是最常用的方法，然而当需要测量多个频率下的阻抗特性时，需要同时注入多个特征信号(如：正弦波)，这使得实现难度大大提高，即需要串联多个正弦信号源，在工程实践中是非常不切实际的。现有的阻抗网络测试仪需要确定比较多的参数，例如网络的工作电压等，以实现阻抗测试，且需要将测试仪串入并网系统的公共点以实现扰动的注入以及响应的测量，这样才能测量出某一个网络的阻抗值。该方法属于硬件注入扰动法，需要在并网系统中加入附加的电力电子装置，为系统增加设计难度和测量成本，且测量的阻抗属于外部变量，无法传入逆变器进行自适应控制，这无疑是阻抗测试仪的缺点。另外，在专利CN104198843B提出的电网阻抗测试方法与装置中，其通过逆变器输出非特征频率谐波来得到非特征频率的阻抗，再拟合曲线得出阻抗频率特性，之后再通过曲线算出特征频率下的阻抗值。然而该方法想要利用非特征频率下电网无对应响应的思想，那么电压和电流的插值即为测量得到的电压和电流本身，之后通过欧姆定律算出对应阻抗。这种方法是存在着不足的，因为噪声是无处不在的，这意味着即使在非特征频率下，电网仍然存在着许多噪声，这会严重影响电网阻抗测试结果。
技术实现思路
本专利技术提出了一种基于PRBS扰动注入的电网阻抗在线辨识方法及装置，一种基于PRBS扰动注入的电网阻抗在线辨识装置，主要由并网逆变器、电流环控制器、采样装置和阻抗辨识单元组成，其特征在于：所述并网逆变器与电流环控制器相连，在并网稳定情况下可利用并网逆变器向电网进行PRBS扰动的注入，在PRBS信号注入过程中，内置输出电压THD反馈控制器以确保逆变器输出电压的THD值小于5％；所述采样装置连接电网PCC处，对PCC处的电压和电流进行采样和记录；所述阻抗辨识单元将采样装置所得数据进行DFT分析，并可对该采样周期下的电压和电流各谐波分量的幅值和相位取平均值，利用所得到的PRBS扰动激励与电压响应各谐波分量的幅值和相位平均值，计算出电网阻抗的频率序列；本装置采用最小二乘曲线拟合方法对电网阻抗进行预测，提高在高频段的辨识精度。特别地，所述并网逆变器为单相并网逆变器，向电网进行PRBS扰动的注入方式为在电流环控制器的参考输入中叠加。特别地，所述并网逆变器为三相并网逆变器，向电网进行PRBS扰动的注入方式为在电流环控制器的d轴参考输入中叠加。使用上述装置进行电网阻抗在线辨识的方法，基本步骤如下：(1)在并网逆变器电流环控制器的幅值参考输入中，增加PRBS扰动信号通道，进行PRBS扰动的周期性叠加；其中，PRBS扰动信号的频率为电网基频的频率或根据具体要求自行设置，比特位数N可根据测量精度的要求自行选择在5-11之间的任意整数；PRBS扰动信号的幅值为逆变器额定输出的10％以下；(2)并网逆变器输出叠加PRBS扰动信号，周期性进行PRBS扰动信号注入和停止PRBS扰动信号注入，使得逆变器周期处于含扰动与无扰动的两个稳定状态；(3)采样装置分别在含扰动与无扰动的两个稳定状态对PCC点的输出电压和输出电流进行测量与采样，随后阻抗辨识单元对采样结果进行离散傅里叶分析取得电压和电流的频域序列，对频域序列进行矢量差值运算，取得各频率下的PRBS激励扰动及其对电网引起的电压响应，并求得该时段的电网阻抗值；同时对含扰动状态下的电压进行总谐波畸变分析得到逆变器输出电压的THD值，保证输出电压的THD<5％。(4)该装置内置程序将步骤(2)至(3)周期进行，不断实时的更新测量得到的电网阻抗频率特性，完成电网阻抗的在线辨识。特别地，所述并网逆变器为单相并网逆变器，步骤(1)所述PRBS扰动的叠加方式为PRBS扰动信号在电流环控制器的参考输入中叠加。特别地，所述并网逆变器为三相并网逆变器，步骤(1)所述PRBS扰动的叠加方式PRBS扰动信号在电流环控制器的d轴参考输入中叠加。特别地，所述并网逆变器输出叠加PRBS扰动信号的周期可选取为5个电网波形，周期即为0.1s。本专利技术的有益效果：PRBS是一种非特征序列，其主要参数在于序列的比特位数N，序列的比特位数又决定了序列的步长M。其中步长M与比特位数N之间的关系为M＝2N-1。在信号领域中，PRBS由于其自身的编码特性，使得它的信号中存在的多次谐波，其中谐波基频取决于PRBS的频率。因此，我们可以利用PRBS包含多次谐波的特性，将其注入到逆变器并网点，然后进行电网阻抗的在线辨识。本专利技术的主要特点是在逆变器的控制器中，周期性地在逆变器输出幅值的参考输入上叠加一个PRBS扰动信号，使得逆变器输出电压(或电流)中包含PRBS扰动信号，这就相当于输出电压(或电流)存在多个谐波分量，再对并网公共点(PointofCommonCoupling，PCC)所采集到的三相电压和电流的扰动信号响应进行傅里叶分析、计算得出实时的电网阻抗。该专利技术属于软件法注入，与传统电网阻抗辨识方法相比，它不仅精度高、速度快、实时本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于PRBS扰动注入的电网阻抗在线辨识装置，主要由并网逆变器、电流环控制器、采样装置和阻抗辨识单元组成，其特征在于：所述并网逆变器与电流环控制器相连，在并网稳定情况下可利用并网逆变器向电网进行PRBS扰动的注入，在PRBS信号注入过程中，内置输出电压THD反馈控制器以确保逆变器输出电压的THD值小于5%；所述采样装置连接电网PCC处，对PCC处的电压和电流进行采样和记录；所述阻抗辨识单元将采样装置所得数据进行DFT分析，并可对该采样周期下的电压和电流各谐波分量的幅值和相位取平均值，利用所得到的PRBS扰动激励与电压响应各谐波分量的幅值和相位平均值，计算出电网阻抗的频率序列；本装置采用最小二乘曲线拟合方法对电网阻抗进行预测，提高在高频段的辨识精度。

【技术特征摘要】
1.一种基于PRBS扰动注入的电网阻抗在线辨识装置，主要由并网逆变器、电流环控制器、采样装置和阻抗辨识单元组成，其特征在于：所述并网逆变器与电流环控制器相连，在并网稳定情况下可利用并网逆变器向电网进行PRBS扰动的注入，在PRBS信号注入过程中，内置输出电压THD反馈控制器以确保逆变器输出电压的THD值小于5%；所述采样装置连接电网PCC处，对PCC处的电压和电流进行采样和记录；所述阻抗辨识单元将采样装置所得数据进行DFT分析，并可对该采样周期下的电压和电流各谐波分量的幅值和相位取平均值，利用所得到的PRBS扰动激励与电压响应各谐波分量的幅值和相位平均值，计算出电网阻抗的频率序列；本装置采用最小二乘曲线拟合方法对电网阻抗进行预测，提高在高频段的辨识精度。2.根据权利要求1所述的辨识装置，其特征在于：所述并网逆变器为单相并网逆变器，向电网进行PRBS扰动的注入方式为在电流环控制器的参考输入中叠加。3.根据权利要求1所述的辨识装置，其特征在于：所述并网逆变器为三相并网逆变器，向电网进行PRBS扰动的注入方式为在电流环控制器的d轴参考输入中叠加。4.使用权利要求1所述的辨识装置进行电网阻抗在线辨识的方法，基本步骤如下：（1）在并网逆变器电流环控制器的幅值参考输入中，增加PRBS扰动信号通道，进行PRBS扰动的周期性叠加；其中，PRBS扰动信号的频率为电网基频的频率或根据具体要求自行设置，比特位数N...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋绍剑，陶云峰，刘斌，廖碧莲，宋春宁，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：发明
国别省市：广西,45