一种适用于电网及联网设备的广义阻抗测量与计算方法与流程

本发明涉及一种阻抗的测量方法，尤其涉及一种适用于电网及联网设备的广义阻抗测量与计算方法。

背景技术：

随着电力电子技术的持续发展和电力系统对灵活可控的需求的持续增长，电力电子设备在电力系统中得到越来越多的应用。如新能源并网系统、HVDC系统、FACTS系统等。大规模的变流器接入电力系统改变了传统电网的运行特性，其自身的动态与交直流电网特性的相互作用引发了新的振荡问题，给无功控制、电压及频率适应性、调频调压性能带来新的挑战。

目前，逆变器并网系统振荡问题大都从小干扰角度分析，其中一种常用的方法为基于频域理论的阻抗法。阻抗法可以将逆变器和网络视作黑盒，从两者等效的外特性之间的相互作用来分析系统的稳定性，这种方法尤其适用于分析具体参数未知的系统。而阻抗法根据坐标系的不同，会有不同的表达方式，本发明提到的广义阻抗是基于全局极坐标下建立的一种新型阻抗定义，通过分析逆变器与电网的广义阻抗相互作用，可以用来分析这两者互联所产生的稳定问题。广义阻抗法相比于传统阻抗法，可以在极坐标下对由逆变器和网络输出矩阵形成的闭环特征方程进行降阶，从而避免传统阻抗法由于阻抗矩阵耦合导致的误差。

对于电网或者逆变器，基于小信号模型在极坐标下建立广义阻抗外特性如公式1，

其中，由Z_g1、Z_g2、Z_g3、Z_g4组成的阻抗矩阵定义为广义阻抗，非对角元素Z_g3、Z_g4几乎为零。θ_I是端口电流的功角，θ_U是端口处电压的功角，ΔU是逆变器或电网端口处电压的偏差值，UΔθ_U是逆变器或电网端口处电压乘以电压功角的偏差值，ΔI是逆变器或电网端口处电流的偏差值，IΔθ_I是逆变器或电网端口处电流乘以电流功角的偏差值。

若要使用广义阻抗法分析，获取参数未知的逆变器以及电网的广义阻抗是分析的前提。因此如何通过可行实验的方法，获取广义阻抗，成为一个亟待解决的问题。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提出一种适用于电网及联网设备的广义阻抗测量与计算方法，可以通过实验的方法测量逆变器的广义阻抗。

本发明的技术方案采用如下步骤：

1)三相电源与逆变器连接，并且运行于稳定工作点，三相扰动电流源与三相电源及逆变器并联；

2)使用控制器控制三相扰动电流源产生扰动，采用电压测量装置、电流测量装置测量逆变器端口的三相电压及电流，并通过AD采样装置输入控制器；

3)在控制器内，利用D-Q变换，计算得到两次相同幅值不同相角扰动下的逆变器端口处电压的偏差值、电流的偏差值以及电压乘以电压功角的偏差值、电流乘以电流功角的偏差值，使用阻抗计算公式，计算该频率点的广义阻抗，通过扫频的方法，得到一定频段内的广义阻抗。

所述步骤1)中，三相电源采用一般的三相正弦电压源，逆变器是待测的三相设备，三相扰动电流源采用控制器控制的逆变器输出给定扰动电流。

所述步骤2)中，控制器产生的扰动源，其电压等级与三相电源及逆变器的电压等级相同，其电流的幅值与相角都由控制器给定。电压测量装置与电流测量装置均采用一般的电压电流传感器。所述的控制器采用一般的DSP处理器。

所述步骤3)中，各个偏差值采用以下公式2、公式3：

其中，ΔU_d是d轴电压在施加扰动后的偏差值，ΔU_q是q轴电压在施加扰动后的偏差值，ΔI_d是d轴电流在施加扰动后偏差值，ΔI_q是q轴电流在施加扰动后偏差值。

所述步骤3)中，所用的广义阻抗计算采用以下公式：

其中，下标1和2分别表示在同一频率点进行的两次扰动得到的相应偏差测量值。

本发明具有的有益的效果是：

本发明根据广义阻抗的定义，给出广义阻抗的实验测量方法。这种方法不需要了解待测设备的内部参数，仅需要使待测设备运行于稳定工作点后施加扰动，便可以用过扰动测量与计算得到广义阻抗。这种方法基于小信号模型，可以得到一段频域内的广义阻抗，可以用广义阻抗来分析实际系统在运行时的稳定性。

附图说明

图1为本发明方法的简要逻辑示意框图。

图2为本发明方法采用的连接电路图。

图3为本发明方法的控制器内部的示意步骤图。

图4为本发明方法的控制器采用的扫频流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本发明包括以下步骤：

1)三相电源与逆变器连接，并且运行于稳定工作点，三相扰动电流源与三相电源及逆变器并联；

2)使用控制器控制三相扰动电流源产生扰动，采用电压测量装置、电流测量装置测量逆变器端口的三相电压及电流，并通过AD采样装置输入控制器；

3)在控制器内，利用D-Q变换，计算得到两次相同幅值不同相角扰动下的逆变器端口处电压的偏差值、电流的偏差值以及电压乘以电压功角的偏差值、电流乘以电流功角的偏差值，使用阻抗计算公式，计算该频率点的广义阻抗，通过扫频的方法，得到一定频段内的广义阻抗。

所述步骤1)中，三相电源、逆变器、扰动电流源的电路连接方式如图2所示。

所述步骤2)中，电压测量装置、电流测量装置的测量点如图2所示，测量得到的逆变器端口三相电压、三相电流通过AD采样输入到控制器中。

所述步骤3)中，控制器内的算法步骤如图3所示，使用三相电压、电流的AD值计算扰动前后的三相电压电流扰动值；使用PLL锁相环得到和三相电压同步的相角，用于三相电压、电流的D-Q变换及扰动电流的DQ-ABC变换。使用偏差值转换公式得到广义阻抗计算需要的偏差值；使用D/A输出将控制器控制的三相扰动电流值输出到扰动电流源。

步骤3)中，各个偏差值采用以下公式进行计算。

其中，ΔU_d是d轴电压在施加扰动后的偏差值，ΔU_q是q轴电压在施加扰动后的偏差值，ΔI_d是d轴电流在施加扰动后偏差值，ΔI_q是q轴电流在施加扰动后偏差值。由于逆变器以及电力系统均是非线性系统，因此进行阻抗计算的偏差值均基于小信号模型，即在工作点进行线性化，因此所有偏差值均是系统在线运行时测得的。

步骤3)中，广义阻抗计算采用以下公式进行计算。

其中，ΔI表示逆变器端口电流偏差值，下标1和2分别表示在同一频率点进行的两次扰动得到的偏差测量值。

步骤3)中，控制扫频的策略图4所示，每一频率点的广义阻抗计算均需两次扰动实验和偏差测量，两次扰动电流频率相同，仅电流相角不同；扫频可以得到一段频率的广义阻抗，这些广义阻抗均是在系统运行与基本工作点上的不同频段的广义阻抗。