在电网阻抗未知的情况下测量并网逆变器等效导纳的方法与流程

本发明涉及新能源并网领域，尤其涉及一种在电网阻抗未知的情况下测量并网逆变器等效导纳的方法。

背景技术：

近年来，环境恶化、气候变暖和化石燃料枯竭等问题，使全球各国政府大力发展可再生新能源。目前，以风电、光伏为代表的新能源得到大力发展。截至2018年底，我国风电风电装机容量为1.84亿千瓦，光伏发电装机容量为1.74亿千瓦。新增及累计装机容量都继续处于世界第一。新能源并网容易冲击电网稳定性，如2015年新疆哈密风电基地发生25hz、75hz的谐波振荡，引起数百公里以外三台火电机组保护动作切机，损失功率150万kw。新能源并网系统不同于传统的并网系统，区别在于：传统的并网系统以无源装备为主导，而新能源并网系统以有源装备主导，其中，有源装备主要以逆变器为代表。然而并网逆变器具有较强的非线性的特性，导致谐波振荡频发，造成系统不稳定。因此，为了分析此类逆变器并网系统的稳定性，孙建教授提出了阻抗分析方法。将该系统分为源阻抗和负载阻抗，根据两个阻抗的比值来分析系统稳定性，以逆变器并网系统为例，通过分析逆变器阻抗和电网阻抗比值的奈奎斯特曲线是否包围(-1,0)点，来判断系统的稳定性。该阻抗分析方法已成功应用于新疆哈密地区的谐波振荡。为了能分析逆变器并网系统的稳定性，逆变器的阻抗获取显得尤为重要，但在测量并网逆变器的阻抗的过程中，目标电网的阻抗往往处于未知状态。

因此，亟需一种在电网阻抗未知时能准确测量逆变器阻抗的测量方法。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种在电网阻抗未知的情况下测量并网逆变器等效导纳的方法。

本发明提供一种在电网阻抗未知的情况下测量并网逆变器等效导纳的方法，其特征在于：包括：并网逆变器等效导纳yinv采用如下方法确定：

其中，yinv(fp)表示逆变器并网系统中逆变器的等效导纳，ysa(fp)表示频率为fp的互导纳，表示频率为2f0-fp的共轭后的互导纳，表示不同频率下的自导纳及其共轭后的乘积，表示频率为2f0-fp的共轭后的电网阻抗；

其中，ysa(fp)、和通过联立式子(2)至式子(4)确定，

其中，ysa(fp)表示频率为fp的互导纳，表示频率为2f0-fp的共轭后的互导纳，表示不同频率下的自导纳及其共轭后的乘积，ip(fp)表示测量的正序响应电流，vp(fp)表示测量的正序响应电压，表示频率为2f0-fp的共轭后的电网阻抗，表示共轭后频率2f0-fp测量的正序响应电流，表示共轭后频率2f0-fp测量的正序响应电压，zg(fp)表示频率为fp的电网阻抗，ip1(fp)表示接入测试阻抗ztest后测量的正序响应电流，vp1(fp)表示接入测试阻抗ztest后测量的正序响应电压，表示在2f0-fp下共轭后的测试阻抗与电网阻抗之和。

进一步，所述频率为2f0-fp的共轭后的电网阻抗通过以下方法确定，

其中，表示频率为2f0-fp的共轭后的电网阻抗，表示在电网侧测量的共轭后2f0-fp频率下正序响应电压，表示共轭后频率2f0-fp测量的正序响应电流；

所述频率为fp的电网阻抗zg(fp)采用如下方法确定，

其中，zg(fp)表示频率为fp的电网阻抗，vt,p(fp)表示在电网侧测量的正序响应电压，ip(fp)表示测量的正序响应电流；

所述频率2f0-fp下共轭后的测试阻抗与电网阻抗之和采用如下方法确定，

其中，表示频率2f0-fp下共轭后的测试阻抗与电网阻抗之和，表示接入测试阻抗ztest后电网侧测量的频率为2f0-fp正序响应电压，表示共轭后频率2f0-fp测量的正序响应电流。

进一步，所述测量的正序响应电流ip(fp)采用如下方法确定：

其中，ip(fp)表示测量的正序响应电流，ia表示交流电a相电流，ib表示交流电b相电流；

所述测量的正序响应电压vp(fp)采用如下方法确定：

其中，vp(fp)表示测量的正序响应电压，vab表示交流电a相和b相线电压，vbc表示交流电b相和c相线电压；

所述接入测试阻抗ztest后测量的正序响应电流ip1(fp)采用如下方法确定：

其中，ip1(fp)表示接入测试阻抗ztest后测量的正序响应电流，ia,1表示接入测试阻抗ztest后a相电流，ib,1表示接入测试阻抗ztest后b相电流；

所述接入测试阻抗ztest后测量的正序响应电压vp1(fp)采用如下方法确定：

其中，vp1(fp)表示接入测试阻抗ztest后测量的正序响应电压，vab，1表示接入测试阻抗ztest后逆变器侧交流电a相和b相线电压，vbc,1表示接入测试阻抗ztest后逆变器侧交流电b相和c相线电压；

所述在电网侧测量的正序响应电压vt,p(fp)采用如下方法确定：

其中,vt,p(fp)表示在电网侧测量的正序响应电压，vab，t表示电网侧交流电a相和b相线电压，vbc表示交流电b相和c相的线电压；

所述接入测试阻抗ztest后电网侧测量的正序响应电压vt1,p(fp)采用如下方法确定：

其中,vt1,p(fp)表示接入测试阻抗ztest后电网侧测量的正序响应电压，vab,t1表示接入测试阻抗ztest后电网侧交流电a相和b相线电压，vbc，1表示接入测试阻抗ztest后电网侧交流电b相和c相线电压；

所述共轭后频率2f0-fp测量的正序响应电流通过对ip(2f0-fp)取共轭确定：

其中，ip(2f0-fp)采用如下方法确定：

其中，ip(2f0-fp)表示频率2f0-fp测量的正序响应电流，ip(fp,γ-l)和ip(fp,l-δ)表示不同频率下测量的正序响应电流，γ＝δ+1，f0表示并网工频，fp表示注入的扰动电压的频率，

fp＝{fp,1,fp,2...fp,l...fp,n-1,fp,n}；

所述共轭后频率2f0-fp测量的正序电压通过对vp(2f0-fp)取共轭确定，

其中，vp(2f0-fp)采用如下方法确定：

其中，vp(2f0-fp)表示频率2f0-fp测量的正序电压，vp(fp,γ-l)和vp(fp,l-δ)表示不同频率下测量的正序响应电压，γ＝δ+1，f0表示并网工频，fp表示注入的扰动电压的频率，

fp＝{fp,1,fp,2...fp,l...fp,n-1,fp,n}；

所述在电网侧测量的共轭后2f0-fp频率下正序响应电压通过对vt,p(2f0-fp)取共轭确定，

其中，vt,p(2f0-fp)采用如下方法确定：

其中，vt,p(2f0-fp)表示在电网侧测量频率2f0-fp正序响应电压，vt,p(fp,γ-l)和vt,p(fp,l-δ)表示不同频率下在电网侧测量的正序响应电压，γ＝δ+1，表示并网工频，fp表示注入的扰动电压的频率，

fp＝{fp,1,fp,2...fp,l...fp,n-1,fp,n}；

所述接入测试阻抗ztest后电网侧测量的共轭后频率为2f0-fp正序响应电压通过对vt1,p(2f0-fp)取共轭确定，

其中，vt1,p(2f0-fp)采用如下方法确定：

其中，vt1,p(2f0-fp)表示接入测试阻抗ztest后电网侧测量的频率为2f0-fp正序响应电压，vt1,p(fp,γ-l)和vt1,p(fp,l-δ)表示接入测试阻抗ztest后电网侧测量的不同频率的响应电压，γ＝δ+1，f0表示并网工频，fp表示注入的扰动电压的频率，

fp＝{fp,1,fp,2...fp,l...fp,n-1,fp,n}。

进一步，所述电压电流均是在并网系统公共耦合点处注入扰动后测量的相电流或线电压。

进一步，所述注入扰动的频率为等差数列，所述等差数列的公差d＝2fp,1，其中，fp,1为首次注入的扰动频率，fp＝{fp,1,fp,2...fp,l...fp,n-1,fp,n}，且满足其中，δ为正整数。

进一步，所述测试阻抗ztest串联接入并网逆变器并网系统的公共耦合点。

本发明的有益技术效果：相比于现有的旋转坐标系(dq标系)的逆变器阻抗测量方法，本发明避免了同步相位角的引入，进而避免了额外的测量误差，提高测量的精确性；相较于现有序阻抗的测量方法，考虑了实际中电网阻抗的存在且在计算模型中考虑电网阻抗对逆变器阻抗的影响，测量结果表达的逆变器的阻抗信息也更为精确。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明的测量设置图。

图2为本发明的导纳ysa测量值与数学模型的伯德图。

图3为本发明的导纳测量值与数学模型的伯德图。

图4为本发明的测量值与数学模型的伯德图。

图5为本发明的实验室测量平台图。

图6为本发明的实验测量值与数学模型的伯德图。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明做出进一步的说明：

本发明提供的一种在电网阻抗未知的情况下测量并网逆变器等效导纳的方法，其特征在于：包括：并网逆变器等效导纳yinv采用如下方法确定：

其中，yinv(fp)表示逆变器并网系统中逆变器的等效导纳，ysa(fp)表示频率为fp的互导纳，表示频率为2f0-fp的共轭后的互导纳，表示不同频率下的自导纳及其共轭后的乘积，表示频率为2f0-fp的共轭后的电网阻抗；

其中，ysa(fp)、和通过联立式子(2)至式子(4)确定，

其中，ysa(fp)表示频率为fp的互导纳，表示频率为2f0-fp的共轭后的互导纳，表示不同频率下的自导纳及其共轭后的乘积，ip(fp)表示测量的正序响应电流，vp(fp)表示测量的正序响应电压，表示频率为2f0-fp的共轭后的电网阻抗，表示共轭后频率2f0-fp测量的正序响应电流，表示共轭后频率2f0-fp测量的正序响应电压，zg(fp)表示频率为fp的电网阻抗，ip1(fp)表示接入测试阻抗ztest后测量的正序响应电流，vp1(fp)表示接入测试阻抗ztest后测量的正序响应电压，表示在2f0-fp下共轭后的测试阻抗与电网阻抗之和。上述技术方案，相比于现有的旋转坐标系(dq标系)的逆变器阻抗测量方法，本发明避免了同步相位角的引入，进而避免了额外的测量误差，提高测量的精确性；相较于现有序阻抗的测量方法，考虑了实际中电网阻抗的存在且在计算模型中考虑电网阻抗对逆变器阻抗的影响，测量结果表达的逆变器的阻抗信息也更为精确。

在本实施例中，所述频率为2f0-fp的共轭后的电网阻抗通过以下方法确定，

其中，表示频率为2f0-fp的共轭后的电网阻抗，表示在电网侧测量的共轭后2f0-fp频率下正序响应电压，表示共轭后频率2f0-fp测量的正序响应电流；

所述频率为fp的电网阻抗zg(fp)采用如下方法确定，

其中，zg(fp)表示频率为fp的电网阻抗，vt,p(fp)表示在电网侧测量的正序响应电压，ip(fp)表示测量的正序响应电流；

所述频率2f0-fp下共轭后的测试阻抗与电网阻抗之和采用如下方法确定，

其中，表示频率2f0-fp下共轭后的测试阻抗与电网阻抗之和，表示接入测试阻抗ztest后电网侧测量的频率为2f0-fp正序响应电压，表示共轭后频率2f0-fp测量的正序响应电流。通过上述技术方案，通过测量注入扰动后的相电压或线电流，从而确定目标电网的阻抗。

在本实施例中，所述测量的正序响应电流ip(fp)采用如下方法确定：

其中，ip(fp)表示测量的正序响应电流，ia表示交流电a相电流，ib表示交流电b相电流；

所述测量的正序响应电压vp(fp)采用如下方法确定：

其中，vp(fp)表示测量的正序响应电压，vab表示交流电a相和b相线电压，vbc表示交流电b相和c相线电压；

所述接入测试阻抗ztest后测量的正序响应电流ip1(fp)采用如下方法确定：

其中，ip1(fp)表示接入测试阻抗ztest后测量的正序响应电流，ia,1表示接入测试阻抗ztest后a相电流，ib,1表示接入测试阻抗ztest后b相电流；

所述接入测试阻抗ztest后测量的正序响应电压vp1(fp)采用如下方法确定：

其中，vp1(fp)表示接入测试阻抗ztest后测量的正序响应电压，vab，1表示接入测试阻抗ztest后逆变器侧交流电a相和b相线电压，vbc,1表示接入测试阻抗ztest后逆变器侧交流电b相和c相线电压；

所述在电网侧测量的正序响应电压vt,p(fp)采用如下方法确定：

其中,vt,p(fp)表示在电网侧测量的正序响应电压，vab，t表示电网侧交流电a相和b相线电压，vbc表示交流电b相和c相的线电压；

所述接入测试阻抗ztest后电网侧测量的正序响应电压vt1,p(fp)采用如下方法确定：

其中,vt1,p(fp)表示接入测试阻抗ztest后电网侧测量的正序响应电压，vab,t1表示接入测试阻抗ztest后电网侧交流电a相和b相线电压，vbc，1表示接入测试阻抗ztest后电网侧交流电b相和c相线电压；

所述共轭后频率2f0-fp测量的正序响应电流通过对ip(2f0-fp)取共轭确定：

其中，ip(2f0-fp)采用如下方法确定：

其中，ip(2f0-fp)表示频率2f0-fp测量的正序响应电流，ip(fp,γ-l)和ip(fp,l-δ)表示不同频率下测量的正序响应电流，γ＝δ+1，f0表示并网工频，fp表示注入的扰动电压的频率，

fp＝{fp,1,fp,2...fp,l...fp,n-1,fp,n}；

所述共轭后频率2f0-fp测量的正序电压通过对vp(2f0-fp)取共轭确定，

其中，vp(2f0-fp)采用如下方法确定：

其中，vp(2f0-fp)表示频率2f0-fp测量的正序电压，vp(fp,γ-l)和vp(fp,l-δ)表示不同频率下测量的正序响应电压，γ＝δ+1，f0表示并网工频，fp表示注入的扰动电压的频率，

fp＝{fp,1,fp,2...fp,l...fp,n-1,fp,n}；

所述在电网侧测量的共轭后2f0-fp频率下正序响应电压通过对vt,p(2f0-fp)取共轭确定，

其中，vt,p(2f0-fp)采用如下方法确定：

其中，vt,p(2f0-fp)表示在电网侧测量频率2f0-fp正序响应电压，vt,p(fp,γ-l)和vt,p(fp,l-δ)表示不同频率下在电网侧测量的正序响应电压，γ＝δ+1，f0表示并网工频，fp表示注入的扰动电压的频率，

fp＝{fp,1,fp,2...fp,l...fp,n-1,fp,n}；

所述接入测试阻抗ztest后电网侧测量的共轭后频率为2f0-fp正序响应电压通过对vt1,p(2f0-fp)取共轭确定，

其中，vt1,p(2f0-fp)采用如下方法确定：

其中，vt1,p(2f0-fp)表示接入测试阻抗ztest后电网侧测量的频率为2f0-fp正序响应电压，vt1,p(fp,γ-l)和vt1,p(fp,l-δ)表示接入测试阻抗ztest后电网侧测量的不同频率的响应电压，γ＝δ+1，f0表示并网工频，fp表示注入的扰动电压的频率，

fp＝{fp,1,fp,2...fp,l...fp,n-1,fp,n}。

在本实施例中，所述电压电流均是在并网系统公共耦合点处注入扰动后测量的相电流或线电压。如图5和图1所示，所述相电流或线电压是在并网系统公共耦合点处注入扰动后测量获得，并对测量获得的相电流和线电压进行正负序分解。

在本实施例中，所述注入扰动的频率为等差数列，所述等差数列的公差d＝2fp,1，其中，fp,1为首次注入的扰动频率，fp＝{fp,1,fp,2...fp,l...fp,n-1,fp,n}，且满足其中，δ为正整数。在本实施例中，将扰动频率设置为等差数列可以节省测量时间，全频段不用每个频率都注入，有些扰动频率的相电流或相电压可以通过计算获得，如接入测试阻抗ztest后电网侧测量的频率为2f0-fp正序响应电压vt1,p(2f0-fp)可以通过接入测试阻抗ztest后电网侧测量的不同频率vt1,p(fp,γ-l)或vt1,p(fp,l-δ)的响应电压计算获得，从而节省现场测试时间。

在本实施例中，所述测试阻抗ztest串联接入并网逆变器并网系统的公共耦合点。测试阻抗串联接入对电网阻抗自身特性影响较小，所测试的系统更易于稳定，在测试的同时不对电网的稳定性造成影响。

首先根据d＝2fp,1和设置扰动注入频率，如δ＝10，fp，1＝5hz。通过注入设定频率下的单相电压扰动后，测量电压vab、vbc和vab，t，同时测量电流ia、ib。当接入测试阻抗ztest后，测量的电压电流信息为vab1、vbc1、vab，t1、ia1和ib1。利用式子(8)至式子(17)，得到正负序分解下的电流电压信息ip、ip1、vp、vp1、vt，p和vt1，p，将测量的电流电压信息代入电网阻抗式子，计算获得电网阻抗同时将测量的电流电压信息代入式子(2)至式子(4)，从而可以利用测量信息求解出导纳ysa(fp)、和同时将ysa(fp)、和和代入式子(1)，即可确定并网逆变器的等效导纳yinv(fp)。图2给出了ysa测量值与数学模型的对比，圆点代表测量值，实线代表数学模型。同样图3和图4分别给出了和的测量值与解析值，圆点代表测量值，实线代表数学模型。从图2-图4中可以看出，测量值与数学模型吻合的特别好，本发明确定的并网逆变器的等效导纳准确性高。

图5给出了实际平台的测量设备，利用交流电源和电感模拟真实的电网，网络分析仪为测量装置。利用实际的测量数据得到ysa、和利用等式(1)，得到了两种不同电网电感下的等效导纳，如图6所示。图6(a)为电网电感lg＝3mh，图6(b)为电网电感lg＝5.1mh。同样实线为等效导纳的数学模型，圆点为等效导纳实验测量值。从图6可以看出实验测量值与数学模型吻合度高。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。