一种二次侧施加扰动的非变工况逆变器广义阻抗测量方法技术

本发明专利技术公开了一种二次侧施加扰动的非变工况逆变器广义阻抗测量方法。双环矢量控制的逆变器并网系统的逆变器内环电流控制输入端对内控制环的电流参考值施加扰动；使用采样设备对扰动施加前与扰动施加后的逆变器输出的三相电压和电流进行采样；计算扰动量，使用离散傅里叶变换将扰动量由时域变换到频域；所施加不同的扰动计算获得广义阻抗；改变所施加扰动的频率进行扫频，直至测得待测频段内所有频率点的广义阻抗。本发明专利技术对逆变器的广义阻抗进行测量，测量更加便捷，成本更低，且不用改变工况，也降低了多次测量产生的现场因素的干扰。

A method of measuring generalized impedance of non variable condition inverter with disturbance from secondary side

【技术实现步骤摘要】
一种二次侧施加扰动的非变工况逆变器广义阻抗测量方法
本专利技术涉及了一种逆变器参数测量方法，尤其是涉及一种基于二次侧施加扰动的同一工况下在任意功率因数下逆变器广义阻抗测量方法。
技术介绍
随着全球能源危机的加剧和环境污染问题的加重，以风电、光伏为代表的可再生清洁能源越来越受到能源行业的重视。一方面，新能源发电通常带有很强的随机性、间歇性和波动性，属于强随机波动性、低可控性的电源，大规模接入电网可能带来电网整体安全性问题。另一方面，大规模电力电子设备的接入改变了电网的动态特性，使得电力系统的电力电子化特征日趋明显。近年来世界各地已经发生了多起与新能源机组相关的振荡问题，给电力系统的安全稳定运行带来了新的挑战。分析逆变器并网稳定问题可以通过建立阻抗模型，通过对逆变器和网络的阻抗进行分析，进而判断并网系统的稳定性，并对逆变器控制的设计给出指导。而三相并网系统的广义阻抗通过严格的数学推导，得到对角形式的逆变器广义导纳矩阵和对称形式的网络广义导纳矩阵(广义阻抗为广义导纳求逆)，能够方便地分析逆变器并网稳定性。广义阻抗模型既可以通过解析的方法求得，也可以通过外加测量设备的方法测得。已有的阻抗测量方法通过外加高压设备的方法来注入扰动，设备较为昂贵，操作也更为复杂。借助逆变器和电网本身的装置来注入扰动进行测量，尤其是在二次侧也就是控制部分加入扰动，可以使设备更加便捷，成本也可以更低。已有的二次侧注入扰动的广义阻抗测量技术大都是在功率因数为1的前提假设下，功率因数非1的情况下需要变工况测量，实验次数更多而且变工况更加复杂，这样不仅不方便，而且多次测量引入了更多的不确定性误差。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
中存在的问题，本专利技术公开了一种二次侧施加扰动的非变工况逆变器广义阻抗测量方法，是二次系统注入扰动的不变工况的任意功率因数下变流器广义阻抗测量方法。可用于在同一工况运行下测量功率因数为1下逆变器并网时逆变器的广义阻抗，在计算机中采用第三方软件进行离线处理。所述的二次侧是指逆变器并网系统的低压侧，本专利技术所述的二次侧施加扰动是指在逆变器的控制环施加扰动。非变工况是指在同一工况下进行测量。如图1所示，本专利技术的技术方案采用如下步骤：1)针对双环矢量控制的逆变器并网系统，逆变器连接到电网组成逆变器并网系统，逆变器并网系统的功率因数不为1，在逆变器的内环电流控制输入端对内控制环的电流参考值施加扰动；2)使用采样设备对扰动施加前与扰动施加后的逆变器输出的三相电压和电流进行采样获得采样值，对获得的采样值坐标变换后获得电压和电流在dq坐标系下的分量；3)计算扰动量，使用离散傅里叶变换将扰动量由时域变换到频域；4)重复步骤1)～3)并在步骤1)中所施加不同的扰动，共进行两次测量，根据逆变器的广义阻抗端口特性，用所施加的扰动、计算获得的扰动量和锁相环的传递参数计算获得广义阻抗；5)重复上述步骤1)～4)并改变步骤1)中所施加扰动的频率进行扫频，直至测得待测频段内所有频率点的广义阻抗。所述步骤1)中，并网逆变器采用双环矢量控制，内环为矢量电流控制，外环是功率控制，施加扰动是在逆变器的内环电流控制输入端对电流环矢量控制参考值的d轴分量Idref和电流环矢量控制参考值的q轴分量Iqref施加正弦扰动。所述步骤4)具体为：以往的方法在功率因数为1的情况下，电流参考值扰动时所述的逆变器的广义阻抗端口特性采用以下公式表示：然而本专利技术中，建立了不同的逆变器的广义阻抗端口特性。4.1)在电流参考值施加扰动时，建立以下逆变器的广义阻抗端口特性：其中，ΔU′、ΔI′、Δδ′表示采样值在全局旋转极坐标下的电压幅值U、电流幅值I、电流相角和电压相角δ的扰动量的离散傅里叶变换结果，即步骤3)的结果，ΔI′dper和ΔI′qper分别表示内控制环的电流参考值上所施加的扰动的d轴分量和q轴分量的离散傅里叶变换结果，Yg1(s)、Yg2(s)、Yg3(s)、Yg4(s)分别表示第一、第二、第三、第四传递参数，Yg5(s)、Yg6(s)、Yg7(s)、Yg8(s)表示由电流参考值扰动至三相电流幅值扰动量ΔI的第五、第六、第七、第八传递参数；其中，为广义阻抗矩阵。所述的全局旋转极坐标系是以无穷大电网为参考系，以电网中电压为极轴的坐标系。全局旋转极坐标系相对于静止坐标系的角度θ采用给定的方式，采用随时间变化的波形为锯齿波，斜率为(2π×50)rad/s，即以同步转速ω0(100πrad/s)增加，周期为0.02s，幅值为2π。静止坐标系是指abc三相坐标系4.2)重复步骤1)～3)并在步骤1)中所施加相同频率和不同幅值的扰动，共进行两次测量，得到的各个电参数的扰动量ΔD及离散傅里叶变换的频域结果，各个电参数包括逆变器输出的三相电压和三相电流；4.3)然后利用步骤4.2)获得的结果在dq坐标系进行求解，然后转化到全局极坐标系得到广义阻抗：4.3.1)用两次测量得到频域下的电参数扰动量ΔD的离散傅里叶变换结果代入以下公式计算获得广义阻抗矩阵中的dq轴下的传递参数：其中，下标1和2分别表示两次施加扰动后测得的两组结果，ΔI′dper1和ΔI′dper2分别表示第一次施加扰动后和第二次施加扰动后内控制环的电流参考值上所施加的扰动的d轴分量的离散傅里叶变换结果，ΔI′qper1和ΔI′qper2分别表示第一次施加扰动后和第二次施加扰动后内控制环的电流参考值上所施加的扰动的q轴分量的离散傅里叶变换结果，ΔU′d1和ΔU′d2分别表示第一次施加扰动后和第二次施加扰动后的电压的d轴分量的扰动量的离散傅里叶变换结果，ΔU′q1和ΔU′q2分别表示第一次测量后和第二次测量后电压的q轴分量的扰动量的离散傅里叶变换结果，ΔI′d1和ΔI′d2分别表示第一次测量后和第二次测量后电流的d轴分量的扰动量的离散傅里叶变换结果，DI′q1和ΔI′q2分别表示第一次测量后和第二次测量后电流的q轴分量的扰动量的离散傅里叶变换结果；Ydd、Ydq、Yqq、Yper分别是dq坐标系下的第一、第二、第三、第四阻抗端口特性参数；第一、第二、第三、第四阻抗端口特性参数Ydd、Ydq、Yqq、Yper是dq坐标系下的阻抗端口特性参数，具体表达式为：然后将第一、第二、第三阻抗端口特性参数Ydd、Ydq、Yqq代入如下公式计算获得第一、第二、第三、第四传递参数Yg1(s)、Yg2(s)、Yg3(s)、Yg4(s)：其中，Hpll(s)是锁相环的传递参数，Id和Iq分别表示非变工况时变流器输出的稳态电流的d轴和q轴分量，Ud表示该工况时稳态电压的d轴分量，δ为全局旋转极坐标下电压相角，为全局旋转极坐标下电流相角；4.3.2)最后由获得的八个传递参数形成广义阻抗矩阵。现有技术以往解决功率因数非1的测量问题，采用的是变工况测量的处理方法。本专利技术通过非变工况，使系统运行在空载和常规两个工况下，进行四次扰动注入，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二次侧施加扰动的非变工况逆变器广义阻抗测量方法，其特征在于主要包括以下三个步骤：/n1)针对双环矢量控制的逆变器并网系统，在逆变器的内环电流控制输入端对内控制环的电流参考值施加扰动；/n2)使用采样设备对扰动施加前与扰动施加后的逆变器输出的三相电压和电流进行采样获得采样值，对获得的采样值坐标变换后获得电压和电流在dq坐标系下的分量；/n3)计算扰动量，使用离散傅里叶变换将扰动量由时域变换到频域；/n4)重复步骤1)～3)并在步骤1)中所施加不同的扰动，共进行两次测量，根据逆变器的广义阻抗端口特性，用所施加的扰动、计算获得的扰动量和锁相环的传递参数计算获得广义阻抗；/n5)重复上述步骤1)～4)并改变步骤1)中所施加扰动的频率进行扫频，直至测得待测频段内所有频率点的广义阻抗。/n

【技术特征摘要】
1.一种二次侧施加扰动的非变工况逆变器广义阻抗测量方法，其特征在于主要包括以下三个步骤：
1)针对双环矢量控制的逆变器并网系统，在逆变器的内环电流控制输入端对内控制环的电流参考值施加扰动；
2)使用采样设备对扰动施加前与扰动施加后的逆变器输出的三相电压和电流进行采样获得采样值，对获得的采样值坐标变换后获得电压和电流在dq坐标系下的分量；
3)计算扰动量，使用离散傅里叶变换将扰动量由时域变换到频域；
4)重复步骤1)～3)并在步骤1)中所施加不同的扰动，共进行两次测量，根据逆变器的广义阻抗端口特性，用所施加的扰动、计算获得的扰动量和锁相环的传递参数计算获得广义阻抗；
5)重复上述步骤1)～4)并改变步骤1)中所施加扰动的频率进行扫频，直至测得待测频段内所有频率点的广义阻抗。


2.根据权利要求1所述的一种二次侧施加扰动的非变工况逆变器广义阻抗测量方法，其特征在于：所述步骤1)中，并网逆变器采用双环矢量控制，内环为矢量电流控制，外环是功率控制，施加扰动是在逆变器的内环电流控制输入端对电流环矢量控制参考值的d轴分量Idref和电流环矢量控制参考值的q轴分量Iqref施加正弦扰动。


3.根据权利要求1所述的一种二次侧施加扰动的非变工况逆变器广义阻抗测量方法，其特征在于：所述步骤4)具体为：
4.1)在电流参考值施加扰动时，建立以下逆变器的广义阻抗端口特性：



其中，ΔU′、ΔI′、Δδ′表示采样值在全局旋转极坐标下的电压幅值U、电流幅值I、电流相角和电压相角δ的扰动量的离散傅里叶变换结果，ΔI′dper和ΔI′qper分别表示内控制环的电流参考值上所施加的扰动的d轴分量和q轴分量的离散傅里叶变换结果，Yg1(s)、Yg2(s)、Yg3(s)、Yg4(s)分别表示第一、第二、第三、第四传递参数，Yg5(s)、Yg6(s)、Yg7(s)、Yg8(s)表示第五、第六、第七、第八传递参数；
4.2)重复步骤1)～3)并在步骤1)中所施加相同频率和不同幅值的扰动，共进行两次测量，得到的各个电参数的扰动量ΔD及离散傅里叶变换的频域结果，各个电参数包括逆变器输出的三相电压和三相电流；
4.3)然后利用步骤4.2)获得的结果在dq坐标系进行求解，然后转化到全局极坐标系得到广义阻抗：
4.3.1)用两次测量得到频域下的电参数扰动量ΔD的离散傅里叶变换结果代入以下公式计算获得广义阻抗矩阵中的dq轴下的传递参数：

【专利技术属性】
技术研发人员：辛焕海，万炜，汪震，鞠平，蒙志全，杨超然，
申请(专利权)人：浙江大学，国网浙江省电力有限公司，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33