风力发电系统宽频阻抗在线主动测量装置、方法及应用制造方法及图纸

风力发电系统宽频阻抗在线主动测量装置、方法及其应用，包括耗能装置，当所述耗能装置实现故障穿越功能的同时实现主动阻抗测量功能；通过向系统内注入受控的宽频小信号电流，实现测量风场侧或系统侧的响应，进而实现对风电场及电网侧的宽频阻抗的在线测量；本发明专利技术实现风电场及输电系统的电网阻抗实时测量，配合反相线性调频(RC

【技术实现步骤摘要】
风力发电系统宽频阻抗在线主动测量装置、方法及应用


[0001]本专利技术涉及一种测量装置，尤其是涉及一种风力发电系统宽频阻抗在线主动测量装置、方法及其应用。

技术介绍

[0002]近十几年来，风力发电系统以其清洁、低成本等优点得到了迅速发展，为解决能源危机做出了巨大贡献。大量文献指出，风电场数量的激增极大地改变了电力系统的动态运行状况，引发了包括次、超同步振荡、中频振荡、宽频振荡等各种振荡问题。一个有效的解决方案是根据相应的系统阻抗改进电力电子器件的控制环，如增加有源阻尼控制。通常可以利用系统阻抗求得谐振点，并以此为据指导控制参数优化并应用到电力电子器件的控制回路中，可以大大降低系统不稳定性，保证风力发电系统的安全稳定运行。
[0003]实际应用中，出于保密的需求，风机的控制环、拓扑结构等具体参数难以获知，从而导致计算建模的准确性难以验证。因此，阻抗测量技术常被用来获得实时的系统阻抗，文献指出，外加扰动方法，更为可靠。由于基于正弦波扫描频法的测量方法时间较长，宽频阻抗测量技术受到广泛关注，该方法可在较短的信号注入时间内获得系统的宽频特性。常见的宽频阻抗测量技术有随机脉冲宽度调制信号，其特点为激励频带不可控；伪随机二进制序列，其可施加在并网变流器的控制回路，但频谱分辨率为分数，容易造成傅里叶变换中的频谱泄露；Chrip脉冲调制信号，其特点为需要额外的扰动电路，同时注入频带中存在的间隙限制了其应用
[0004]现有技术，如中国专利申请，其申请号：CN201811357313.7，公开号：CN109738703A公开了一种高压宽频带阻抗测量装置及其控制方法,高压宽频带阻抗测量装置主要包括高压宽频带电压扰动注入装置、电压与电流信号处理单元、宽频带阻抗计算与监控系统。高压宽频带电压扰动注入装置采用工频降压变压器+多绕组移相变压器两级变压方式从高压侧取电,多绕组移相变压器二次侧的每个绕组均接一个AC/DC/AC功率单元；AC/DC/AC功率单元由三相可控全桥、直流侧电容和单相H桥组成；扰动注入装置通过宽频带升压变压器串联接入到待测新能源发电装备的高压侧线路中,电压扰动注入装置的三相可控全桥采用整流/回馈控制、其输出采用考虑直流侧电压波动的开环控制。本专利技术可满足光伏、风电、无功补偿等电力电子装备的宽频带输出阻抗特性在线测量的需求。
[0005]中国专利申请，其申请号：CN202010975113.9，公开号：CN112260263A，公开了一种陆上双馈风场经传统直流送出系统的阻抗测量方法及装置,涉及可再生能源发电及传输系统
,用于实现陆上双馈风场经传统直流送出系统的阻抗测量,为稳定性分析提供可靠准确的数据基础。方案如下：获取双馈风场子系统的结构参数；根据给定双馈风场子系统的结构参数、控制参数及相关稳态值,计算得到特定频率f下的风场阻抗值Z
wf
(s)。获取传统直流送出子系统的输出有功功率P、传统直流送出子系统的输出无功功率Q。计算特定频率f下的传统直流送出子系统的阻抗值Z
LCC
(s)；将Z
wf
(s)以及Z
LCC
(s)进行阻抗级联进行相应的阻抗级联,得到特定频率f下的整个陆上双馈风场经传统直流送出系统的总阻抗值。
[0006]然而，上述现有技术依赖于复杂的整流、逆变及相应的储能稳压设备。系统中的工频电压载波将导致频移产生频带间隙，相比本专利技术无法达到对阻抗进行低成本、高精度的测量。

技术实现思路

[0007]为了解决现有技术中的不足，本专利技术公开一种风力发电系统宽频阻抗在线主动测量装置、方法及其应用，其技术方案如下：
[0008]一种风力发电系统宽频阻抗在线主动测量装置，包括实现耗能的模块1、实现宽频阻抗测量功能的模块2、实现电压等级变换的模块3以及模块4；其特征为：
[0009]所述模块1为一组反并联晶闸管及耗能电阻：当风力发电系统由于故障产生功率盈余时，晶闸管导通，耗能电阻投入使用，以消耗盈余能量，实现故障穿越，正常情况下备用；
[0010]所述模块2与模块1串联，包括耗能电阻及双向开关并联：所述双向开关由一组反串联电力电子开关及对应续流二极管构成，所述电力电子开关用于接收微处理器产生的控制信号，以产生扰动电流用于测量阻抗；
[0011]所述模块3包括变压器，该模块3将耗能功能模块接入点的风电系统电压降低至装置的工作电压，以降低对模块1、2的额定电压等级、散热及绝缘等级方面的要求；
[0012]模块4包括电流互感器CT、电压互感器PT及微处理器：电流互感器CT安装在装置并网点风场侧，用来测量风电系统侧扰动电流注入情况；电压互感器PT放置在耗能装置并网点处用于测量该点电压信号。
[0013]本专利技术还公开一种宽频阻抗的在线主动测量方法，包括权利要求1
‑
2任一所述的风力发电系统宽频阻抗在线主动测量装置，其特征为：包括如下步骤：
[0014]步骤1：通过风力发电系统宽频阻抗在线主动测量装置获得适用于风电场的宽频阻抗；
[0015]步骤2：采用反相线性调频PWM(RC
‑
PWM)信号控制交流斩波器；
[0016]步骤3：分析反串联IGBT工作状态以获取干扰电流和响应电压；分别获得在电压正、负周期RC
‑
PWM信号控制下桥臂产生的扰动电流i
d
(t)；
[0017]步骤4：利用快速傅里叶变换获得无频带间隙影响的阻抗值。
[0018]本专利技术还公开一种将宽频阻抗的在线测量方法应用于风电场的风力发电系统中。
[0019]有益效果
[0020]1)扰动信号产生装置无需复杂的整流、逆变及相应的储能稳压设备，通过对风电场固有耗能装置的简单改造即可实现，降低了成本。
[0021]2)所提出的RC
‑
PWM控制信号使扰动电流在所需测试的较宽频带范围内均匀分布，避免了由于工频电压载波导致的频移产生的频带间隙。
[0022]3)模块化改造，可以根据实际响应灵活调节投切组别，控制注入信号的幅值。
附图说明
[0023]图1为本专利技术风电系统原理图；
[0024]图2(a)为本专利技术典型交流斩波器拓扑；图2(b)具备主动阻抗测量的改进交流斩波
器(单相视图)；图2(c)为桥臂按照Δ接或者Y接接法示意图。
[0025]图3RC
‑
PWM信号和CPWM信号控制下的干扰电流和幅频特性：
[0026](a)Chirp信号和CPWM信号；
[0027](b)RC
‑
PWM信号；幅频特性；
[0028](c)CPWM信号；
[0029](d)由CPWM信号产生的扰动电流；
[0030](e)RC
‑
PWM信号；
[0031](f)由RC
‑
PWM信号产生的扰动电流；
[0032]图4(a)第一阶段，系统电压的正周期，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种风力发电系统宽频阻抗在线主动测量装置，包括实现耗能的模块1、实现宽频阻抗测量功能的模块2、实现电压等级变换的模块3以及模块4；其特征为：所述模块1为一组反并联晶闸管及耗能电阻：当风力发电系统由于故障产生功率盈余时，晶闸管导通，耗能电阻投入使用，以消耗盈余能量，实现故障穿越，正常情况下备用；所述模块2与模块1串联，包括耗能电阻及双向开关并联：所述双向开关由一组反串联电力电子开关及对应续流二极管构成，所述电力电子开关用于接收微处理器产生的控制信号，以产生扰动电流用于测量阻抗；所述模块3包括变压器，该模块3将耗能功能模块接入点的风电系统电压降低至装置的工作电压，以降低对模块1、2的额定电压等级、散热及绝缘等级方面的要求；模块4包括电流互感器CT、电压互感器PT及微处理器：电流互感器CT安装在装置并网点风场侧，用来测量风电系统侧扰动电流注入情况；电压互感器PT放置在耗能装置并网点处用于测量该点电压信号。2.根据权利要求1所述的一种风力发电系统宽频阻抗在线主动测量装，其特征为：测量该点电压信号均传输至本地微处理器中，当电压出现幅值持续上升并超过阈值时，微处理器触发模块1启动耗能功能；微处理器也用于产生用于阻抗测量的控制信号，通过模块2产生相应的扰动信号；此外，当向风电系统注入扰动信号后，利用模块3 中CT、PT两互感器获得风场侧的扰动信号及响应信号信息，通过微处理器进行频域分析及响应计算后，即可获得风电系统侧的宽频阻抗信息。3.一种宽频阻抗的在线主动测量方法，包括权利要求1
‑
2任一所述的风力发电系统宽频阻抗在线主动测量装置，其特征为：包括如下步骤：步骤1：通过风力发电系统宽频阻抗在线主动测量装置获得适用于风电场的宽频阻抗；步骤2：采用反相线性调频PWM(RC
‑
PWM)信号控制交流斩波器；步骤3：分析反串联IGBT工作状态以获取干扰电流和响应电压；分别获得在电压正、负周期RC
‑
PWM信号控制下桥臂产生的扰动电流i
d
(t)；步骤4：利用快速傅里叶变换获得无频带间隙影响的阻抗值。4.根据权利要求3所述的频阻抗的在线测量方法，其特征为：所述步骤2进一步包括如下内容：采用RC
‑
PWM信号控制交流斩波器，该RC
...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐磊，刘逸菲，张翔宇，石岩，郭小江，潘霄峰，
申请(专利权)人：华能集团技术创新中心有限公司中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：