时从V4或VD1通。
[0044]根据上面的分析，由uAB (即uA-uB)和iA，iB的组合关系，推出A、B相所有桥臂和元件的导通组合规律:uAB的高电平+Ud对应桥臂1、6的导通，此时VI和V6都是控制导通状态，再利用iA和iB的方向组合，确定此时该桥臂中实际通路是相应的IGBT还是二极管；uAB的低电平-Ud对应桥臂3、4的导通，零电平0对应桥臂1、3或桥臂4、6的导通，具体分析与高电平+Ud时同理。电平状态的切换频率等于逆变器开关频率。
[0045]根据以上原理，得整个逆变器内所有桥臂和元件的通断组合规律及其时序转换。最终得到扰动信号进入逆变器共有16种信号通道(一周波内未必全部出现，取决于iA、iB和uAB的相对相位关系)。按照iA、iB —个周期内的正负组合关系，将其分为四种情况:iA正iB负，iA正iB正，iA负iB正，iA负iB负，每种情况下包含四种通道。此处仅取第一种情况下即iA正iB负时的4种通道，如图4a，其余12种参见图4b、图4c、图4d。
[0046]图4a中涵盖了四种典型的扰动信号通道(图4b_图4d为同理)，如图中虚线路径所示，扰动信号流向均为从A相进B相出。扰动信号电流叠加在原系统大电流之上，其流向与系统电流一致或相反，不影响系统电流通道和方向。
[0047]就外部阻抗特性而言，进一步归结为两类通道，即经开关元件直接短路的通道和经开关元件进入直流部分的通道。取16种通道中的2种代表这两类通道，如图5、6所示。
[0048]关于图6所示的第二类信号通道，扰动信号经逆变器进入到直流部分，需进一步分析其经逆变器进入更内部后的通道，如图2虚线以左部分。根据Boost电路的开关控制，分为如下二种情况:
[0049]在图2 Boost电路中IGBT导通情况下(情况1)，二极管呈截止状态，信号将直接通过直流电容Cdc流出逆变器，不再进入风机更内部的Boost电路和整流器及同步发电机部分。情况1下的等值测量阻抗如图7中右图部分所示，与更内部的Boost、整流器和同步发电机无关。
[0050]在图2Boost电路中IGBT关断情况下(情况2)，二极管呈导通状态，左侧直流部分为电容Cdc充电，极小的扰动信号将叠加在大的原系统直流充电电流之上，进入Boost及后续部分，尽管信号电流成分方向与二极管导通方向相反。二者叠加后的合电流仍与原系统直流充电电流相同。
[0051]对于该情况，根据不可控整流电路的原理，整流器的6个桥臂在每时每刻有且仅有2个桥臂导通(一个来自上方3个桥臂之一，另一个来自下方3个桥臂之一)，同相上下二个桥臂除外。扰动信号叠加在整流电流之上，与上文同理，由2个导通状态的整流桥臂进入与这2个桥臂相连的同步发电机两相，尽管信号电流方向与二极管导通方向相反。再由同步发电机的等值模型和三相电路对称性，得情况2下的信号通道及等值阻抗图，包含了Boost、整流器和同步发电机等部分，如图7。图中小箭头为扰动信号流向，大箭头为扰动信号与原系统直流充电电流的合电流方向。
[0052]图7中，LSG为同步发电机单相等值电感，Cdc为直流稳压电容，其电容值极大，Ldc为Boost中续流电感，其电感值大，根据XL = coLdc，XC = 1/ω Cdc，将有XL远大于XC，高频下，ω的放大作用将更使XL远大于XC，千赫兹级时超过103?104倍，忽略直流电容Cdc的左侧支路，等值阻抗与第一种情况下的等值阻抗趋同。即，进入到Boost、整流器、同步发电机等的扰动信号分流极小。
[0053]综合本部分，整个PMSG风机在对外部扰动信号的响应上，呈现的是逆变器部分的响应特性，就测量阻抗法而言，其在外部扰动信号下，对外呈现两种阻抗特性:短路阻抗特性和电容阻抗特性，如图8所示。
[0054]逆变器外部测量阻抗特性模型为:0和XC两种阻抗状态高频切换的动态时变阻抗特性，且每种阻抗状态持续时间为变化值。动态切换规律与AB相间电压PWM波变换规律一致。在高频情形下，使XC = 1/ ω C测量阻抗值趋于0 (稳压电容C亦为大电容)，高频下两种阻抗状态趋同，从而成功将逆变器的动态时变阻抗特性，转化为恒态阻抗特性。
[0055]鉴于本方法的分析基础和条件，应用本发明所述方法所得模型不受风机运行条件(如风速与出力)和不同风机控制策略(只要采用PWM基本原理，目前逆变器基本采用PWM控制)的局限，故能适用于多台、多类型逆变器类电源集群，如多逆变器光伏系统、永磁直驱风机多机集群、及多种逆变器类电源混合多机集群。
[0056]需要说明的是，上述实施方式仅为本发明较佳的实施方案，不能将其理解为对本发明保护范围的限制，在未脱离本发明构思前提下，对本发明所做的任何微小变化与修饰均属于本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种外部扰动信号下逆变器并网类电源测量阻抗模型优化方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤: 步骤1、根据逆变器开关规律进行通道分析，由不同相的电压和电流及其相对关系，能完全确定相关相的电流通过器件的组合，分析得出外部扰动信号进入逆变器的动态通道及其转换规律； 步骤2、对信号通道进行分类:经开关元件直接短路的通道和经开关元件进入直流部分的通道；对经开关元件直接短路的通道，信号到达深度直接判定为仅到达逆变器，与逆变器以后的Boost电路、整流器和同步发电机或光伏电流源的部分无关；对经开关元件进入直流部分的通道，Boost电路中IGBT控制导通时，Boost中二极管呈反向截止状态，此时信号经直流电容流出，不再进入Boost电路；进一步分析信号经过逆变器后的后续通道； 步骤3、根据信号通道分析结果，通过归纳和等值，求得逆变器并网类电源的外部测量阻抗特性； 步骤4、在外部测量阻抗特性基础上，进行动态时变阻抗向恒态阻抗的转化。2.根据权利要求1中所述的一种外部扰动信号下逆变器并网类电源测量阻抗模型优化方法，其特征在于，所述阻抗模型优化方法鉴于孤岛和正常运行时均有三相结构对称性，A、B相间电气量和参数已足够反映其整体阻抗特性，采取外部扰动信号注入于系统公共耦合点方式。3.根据权利要求1中所述的一种外部扰动信号下逆变器并网类电源测量阻抗模型优化方法，其特征在于，所述阻抗模型优化方法的基础为: (1)与原系统电流相比，外部注入信号小，按照叠加原理叠加在原系统大电流之上，不影响原电流的正负和原有通断控制规律； (2)所关心频段范围内，电力电子器件视为理想器件，即通态视为短路，断态视为开路。4.根据权利要求1中所述的一种外部扰动信号下逆变器并网类电源测量阻抗模型优化方法，其特征在于，所述步骤1中，通道分析原理和方法为: 步骤101、基于同一相上下桥臂的互补导通控制原理和直流电容的电位钳制作用，得某桥臂中的IGBT的通断控制完全对应于其所在的该桥臂整体的电流通断，即:IGBT控制导通时，则该桥臂必有电流通过，但通过器件不定；IGBT控制关断时，则该桥臂也必无电流通过，其IGBT和续流二极管都是断态，从而由该相PWM电压控制确定该相中桥臂整体的电流通断； 步骤102、在步骤101基础上，基于桥臂中二极管的续流作用，由某相瞬时电流方向，进一步确定该桥臂中的具体电流通过器件为IGBT还是续流二极管； 步骤103、基于步骤101、步骤102的单相分析方法，由不同相的电压和电流及其相对关系，能完全确定相关相的电流通过器件的组合，从而得到扰动信号的通道路径及其变换规律。5.根据权利要求1中所述的一种外部扰动信号下逆变器并网类电源测量阻抗模型优化方法，其特征在于，所述步骤2中，信号经过逆变器后的后续通道的分析方法如下: Boost电路中IGBT控制关断时，二极管呈导通状态，流过大的直流充电电流；扰动信号电流叠加在直流大电流之上，将通过二极管、经Boost电路到达整流器；再根据整流器中上下桥臂互补导电控制和三相瞬时电压相互的电位钳制作用，扰动信号电流将叠加在大的整流电流上，经上面三个整流桥臂中正在导通的一个和下面三个中正在导通的一个，从整流器到达同步发电机中与这两个导通桥臂对应的两相。6.根据权利要求1中所述的一种外部扰动信号下逆变器并网类电源测量阻抗模型优化方法，其特征在于，所述步骤3中，求得逆变器并网类电源的外部测量阻抗特性的方法为:以步骤1、步骤2中通道分析及归类为基础，基于三相对称性和理想开关器件原则，并利用电路中续流电感L值和稳压电容C值将使在一定频率ω下感抗4= coLd。远大于容抗xc= l/?cd。的特征，进行支路等值处理，Cd。为直流稳压电容，Ld。为Boost中续流电感，等值后得到以χε= 1/ ω C d。和0两种阻抗状态快速交替变化的阻抗特性，其对外测量阻抗特性实质上呈现的为逆变器部分的阻抗特性。7.根据权利要求1中所述的一种外部扰动信号下逆变器并网类电源测量阻抗模型优化方法，其特征在于，所述步骤4中，采用高频扰动信号成分，使高频下容抗Xe趋同于0阻抗状态，从而将动态时变阻抗特性，转换为简单且实用的恒态阻抗特性。
【专利摘要】本发明属于电力系统中的新能源发电并网技术领域，特别涉及到一种外部扰动信号下逆变器并网类电源测量阻抗模型优化方法，其特征在于，包括以下步骤：首先根据逆变器开关规律，分析得出外部扰动信号进入逆变器的动态通道及其转换规律；对信号通道进行分类，针对每一类，进一步分析信号经过逆变器后的后续通道；根据以上信号通道分析结果，通过归纳和等值，求得逆变器并网类电源的外部测量阻抗特性；在外部测量阻抗特性基础上，进行动态时变阻抗向恒态阻抗的转化。本发明不受发电源类型的限制，只需满足经逆变器并网，不受运行条件和不同控制策略的局限，只需满足电压源型PWM逆变器，具有原理上的普适性，能适用于复杂的多机集群，精度高。
【IPC分类】H02J3/38
【公开号】CN105305483
【申请号】CN201510641410
【发明人】贾科, 郇凯翔, 魏宏升, 毕天姝, 任哲峰
【申请人】华北电力大学
【公开日】2016年2月3日
【申请日】2015年9月30日