CN107782972A - 一种基于变pwm载波频率的电网阻抗测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于变PWM载波频率的电网阻抗测量方法，在逆变器PWM调制中，改变载波的频率在设定频率附近变化，通过设定载波频率的变化规律，获得谐波幅值从低频到设定频率逐渐增加的载波频率频谱；用该频率变化的载波信号作为PWM调制的载波，与逆变器控制器产生的调制波进行调制产生PWM信号来控制逆变器开关管，由此控制的逆变器交流电源中也包含了多种载波频率，并且频率越接近设定频率，幅值越大；再对逆变器输出电压和电流信号进行采样和分析获得各种频率下的电网阻抗。本发明可有效解决现有的宽频谐波注入方法中，注入谐波幅值随频率增加而衰减的问题。

Description

一种基于变PWM载波频率的电网阻抗测量方法
技术领域
本发明涉及一种基于变PWM载波频率的电网阻抗测量方法。
背景技术
由于电力电子设备在电网中大量使用，特别是新能源并网发电的接入，电网阻抗比以往更加复杂。为了保持电力系统的稳定性，一些并网装置需要基于电网阻抗调整控制参数，为此需要进行电网阻抗的在线测量。基于逆变器的谐波注入方式测量电网阻抗是目前的主要方式。
逆变器是将直流电源转化为交流电源的变流装置，广泛用于新能源发电等领域，逆变器的基本原理是首先将直流电源斩波成宽度不同的高频脉冲电源，这些脉冲宽度不等的电源波形包含了传输功率的低频交流电和用于换流的高频交流电，再通过滤波器将其中的高频成分滤除，就获得需要的低频交流电源波形。逆变器的控制主要包括逆变器控制和脉宽调制（PWM）两部分。
PWM的调制原理：调制波是逆变器交流电源波形的参考信号，通过逆变器控制器产生。调制波与载波进行比较产生开关管的控制信号PWM1和PWM2，通过该控制信号可以控制逆变器产生高频脉冲形式的电源波形，滤波之后变成与参考信号波形一致的低频交流电。
PWM调制中的载波频率通常是固定的，本发明通过改变PWM调制中的载波频率对电网注入额外谐波，再通过对电网电压和电流中的这些额外谐波的计算来获得电网阻抗。
已有电网阻抗检测方法：
主要包括被动法和主动法两大类[1]。被动法是对电网存在的电压和电流信号进行大量的数据分析来获取电网阻抗，这种方法通常精度较低，计算量比较大，耗费时间长。更多的是采用主动法，主动法是对电网注入特征谐波，并测量电网两端的该特征谐波的电压和电流来分析电网阻抗。
特征谐波注入包括电流谐波注入和电压谐波注入两种方式。对于常用的电压源性逆变器，电压谐波注入比较简单，仅需在PWM调制环节改变调制波就可以实现；而电流谐波注入需要通过电流控制环实现，需要在逆变器控制器中改变电流参考来实现。由于电网在低频段阻抗较小，通常需要采用电流谐波注入，以免对电网产生过大的谐波电流干扰；而在高频段，逆变器的电流控制带宽有限，采用电压谐波注入更加简单有效。
注入的特征谐波包括单次谐波注入、若干次谐波注入和宽频谐波注入。单次谐波注入法中，典型的如选择75Hz谐波电流注入，该谐波接近工频50Hz，且电网中几乎没有该次谐波的干扰信号，对于工频的电网阻抗检测精度高。但是电网阻抗往往并非一阶系统甚至非线性，因此采用多个频率的谐波注入法可以更准确的获得电网阻抗和频率的关系，但是多个谐波注入增加了计算量，需要更长的时间，也增加了对电网的干扰。因此，如果注入宽频谐波信号，可以仅仅注入一次信号，通过分析获取宽频率范围的电网阻抗。典型的宽频谐波如方波信号，其中包含了频率丰富的谐波信号。
但是在宽频信号中，通常谐波幅值会随频率增加而衰减，因此在实际应用中，高频部分的谐波十分微弱，测量精度很低。往往需要注入若干个不同频率的方波信号来分别测量低频和高频阻抗。也可以通过测量PWM逆变器中，寄生的PWM载波频率的电压和电流来计算电网阻抗，但是PWM频率比较高，离电网特征频率的距离比较远。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于变PWM载波频率的电网阻抗测量方法，可有效解决现有的宽频谐波注入方法中，注入谐波幅值随频率增加而衰减的问题。
本发明的技术解决方案是：
一种基于变PWM载波频率的电网阻抗测量方法，其特征是：在逆变器PWM调制中，改变载波的频率在设定频率附近变化，通过设定载波频率的变化规律，获得谐波幅值从低频到设定频率逐渐增加的载波频率频谱；
用该频率变化的载波信号作为PWM调制的载波，与逆变器控制器产生的调制波进行调制产生PWM信号来控制逆变器开关管，由此控制的逆变器交流电源中也包含了多种载波频率，并且频率越接近设定频率，幅值越大；
再对逆变器输出电压和电流信号进行采样和分析获得各种频率下的电网阻抗。
本发明可有效解决现有的宽频谐波注入方法中，注入谐波幅值随频率增加而衰减的问题；本发明采用一种变PWM载波频率的方法，可以产生一种注入谐波幅值随频率增加。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明的系统框图。
图2是载波频率变化规律示意图。
图3是载波波形示意图。
图4是采用本发明载波信号的逆变器输出电流波形图。
图5是常数载波频率时的输出电流波形图。
具体实施方式
一种基于变PWM载波频率的电网阻抗测量方法，在逆变器PWM调制中，改变载波的频率在设定频率附近变化，通过设定载波频率的变化规律，获得谐波幅值从低频到设定频率逐渐增加的载波频率频谱；
用该频率变化的载波信号作为PWM调制的载波，与逆变器控制器产生的调制波进行调制产生PWM信号来控制逆变器开关管，由此控制的逆变器交流电源中也包含了多种载波频率，并且频率越接近设定频率，幅值越大；
再对逆变器输出电压和电流信号进行采样和分析获得各种频率下的电网阻抗。
实际应用系统如图1，虚线框是本发明部分，通常电网阻抗计算模块并不始终运行，可定时启动电网阻抗计算。当启动电网阻抗计算后，载波频率开始依照规律变化，“电网阻抗计算单元”根据对电网电压和电流的采样，实时计算电网阻抗。
作为实例，一种载波频率的变化规律和载波波形如图2、3。
使用此载波信号的逆变器，输出电流波形如图4，可见其中除了10kHz载波频率外，还包含了1kHz整数倍的谐波。作为对比图5给出了常数载波频率时的输出电流波形，其只包含载波频率附近的谐波电流。
因此，进一步可以根据电网中1kHz整数倍的谐波电压和电流的分析，获得1kHz整数倍的电网阻抗。

Claims (6)

1.一种基于变PWM载波频率的电网阻抗测量方法，其特征是：在逆变器PWM调制中，改变载波的频率在设定频率附近变化，通过设定载波频率的变化规律，获得谐波幅值从低频到设定频率逐渐增加的载波频率频谱；
用该频率变化的载波信号作为PWM调制的载波，与逆变器控制器产生的调制波进行调制产生PWM信号来控制逆变器开关管，由此控制的逆变器交流电源中也包含了多种载波频率，并且频率越接近设定频率，幅值越大；
再对逆变器输出电压和电流信号进行采样和分析获得各种频率下的电网阻抗。
2.根据权利要求1所述的基于变PWM载波频率的电网阻抗测量方法，其特征是：改变载波的频率在设定频率附近变化。
3.根据权利要求1所述的基于变PWM载波频率的电网阻抗测量方法，其特征是：通过设定载波频率的变化规律，获得谐波幅值从低频到设定频率逐渐增加的载波频率频谱。
4.根据权利要求1所述的基于变PWM载波频率的电网阻抗测量方法，其特征是：用该频率变化的载波信号作为PWM调制的载波。
5.根据权利要求1所述的基于变PWM载波频率的电网阻抗测量方法，其特征是：与逆变器控制器产生的调制波进行调制产生PWM信号来控制逆变器开关管。
6.根据权利要求1所述的基于变PWM载波频率的电网阻抗测量方法，其特征是：频率越接近设定频率，幅值越大。
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