CN108680792A - 一种含电力电子装置新能源并网系统动态导纳测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含电力电子装置新能源并网系统动态导纳测量方法。该测量方法将三相受控电压源串联在待测系统和源测系统之间，扰动信号发生器分别产生基于同步旋转坐标系的d轴和q轴扰动信号，扰动信号经dq0/abc变换后的三相电压为三相受控电压源的控制电压，分别对系统进行扰动测试，测量记录流经待测系统的三相电流并经abc/dq0变换后得dq轴电流分量，对d轴、q轴扰动信号及三相电流经abc/dq0变换后的dq轴电流分量进行傅里叶分析，最后计算得到待测系统的动态导纳。该测量方法基于系统稳态运行平衡点附近实施扰动，可适用于含有源及无源电力电子装置的新能源并网系统动态导纳测量。

Description

一种含电力电子装置新能源并网系统动态导纳测量方法

技术领域

本发明涉及电力系统及其自动化技术领域，具体涉及一种含电力电子装置新能源并网系统动态导纳测量方法。

背景技术

随着电力系统新能源发电、特高压直流及柔性输电技术、FACTS装置的发展，电力系统电力电子化特征也日益明显。电力电子技术给电力系统带来了更加灵活的发输电技术同时，电力电子变换器与电力系统之间的相互作用给电力系统也带来了一些新的稳定性问题，其中不乏新能源、柔性直流引发的次、超同步振荡问题。

通常，电力电子装置的稳定性都是基于理想电源(阻抗足够小，容量无限大)的情况下设计的，其单独工作或者与理想电网连接的时候，运行相对稳定。但是随着新能源占比的不断升高、特高压直流不断投运，局部电网呈现弱电网特征，其系统短路电流较小、等值阻抗偏大，电力电子装置与电网之间的相互作用明显，同时还存在电力电子装置相互间的影响，这些均会导致原本工作稳定的电力电子装置接入弱电网时发生不稳定的现象。

针对电力电子化系统的稳定性问题，人们提出了很多基于阻抗的判据，例如基于直流互联系统的阻抗判据，以及基于广义奈奎斯特判据的三相交流系统的阻抗判据。由此，阻抗的获取变得十分重要。电力电子装置由于非线性控制其阻抗理论公式推导十分复杂，且需要准确的获取具体的控制策略和参数后才能计算得出，因此利用测量的方法获取电力电子装置的阻抗特性受到广泛关注。

如何实现电力电子装置阻抗测量，有学者提出采用网络分析仪作为在dqo坐标系下的激励源，经dqo坐标系变换到abc坐标系，产生三相的激励源控制信号，从而控制并联在系统上的电流型扰动源的控制信号，然而这种方法需要针对测量频带实施多次不同频率下的扰动测试，耗时比较长。

本发明提出的导纳测量方法采用三相受控电压源串联在系统上实施系统扰动，扰动源的控制信号可一次包含多个频率且等幅值的扰动信号，整个测量过程执行两次操作即可，大大节约了测量时间。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提出一种含电力电子装置新能源并网系统动态导纳测量方法，可适用于含有源及无源电力电子装置的新能源并网系统动态导纳测量；该测量方法的扰动信号可同时包含多个频率等幅值的扰动信号，操作简单，节省测量时间。。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种含电力电子装置新能源并网系统动态导纳测量方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤S1，将新能源并网系统划分为待测系统和源测系统，其中待测系统为包含无源电力电子装置或有源电力电子装置的新能源电站系统，源测系统为三相交流等值电网；

步骤S2，将三相受控电压源串联在源测系统与待测系统之间；

步骤S3，扰动信号发生器产生一个dq0坐标系下的扰动信号1，其d轴信号为u_d1，q轴信号u_q1为0，该信号经dq0/abc变换得到三相电压控制信号u_{a_ctl1}、u_{b_ctl1}、u_{c_ctl1}，使三相受控电压源的控制电压为此控制信号，对新能源并网系统产生扰动；

步骤S4，进行扰动测试，测量记录流经待测系统的三相电流i_a1、i_b1和i_c1，将所述流经待测系统的三相电流i_a1、i_b1和i_c1经abc/dq0变换得到d轴电流分量i_d1和q轴电流分量i_q1；

步骤S5，扰动信号发生器产生一个dq0坐标系下的扰动信号2，其q轴信号为u_q2，d轴信号u_d2为0，该信号经dq0/abc变换得到三相电压控制信号u_{a_ctl2}、u_{b_ctl2}、u_{c_ctl2}，使三相受控电压源的控制电压为此控制信号，对新能源并网系统产生扰动；

步骤S6，进行扰动测试，测量记录流经待测系统的三相电流i_a2、i_b2和i_c2，将所述流经待测系统的三相电流i_a2、i_b2和i_c2经abc/dq0变换得到d轴电流分量i_d2和q轴电流分量i_q2；

步骤S7，对所述信号u_d1、u_q2、i_d1、i_q1、i_d2、i_q2进行傅里叶FFT分析，得到对应的频域变量u_{d1_fft}、u_{q2_fft}、i_{d1_fft}、i_{q1_fft}、i_{d2_fft}、i_{q2_fft}；

步骤S8，所述待测系统动态导纳为：

其中G_dd＝i_{d1_fft}/u_{d1_fft}，G_dq＝i_{q1_fft}/u_{d1_fft}，G_qd＝i_{d2_fft}/u_{q2_fft}，G_qq＝i_{q2_fft}/u_{q2_fft}。

优选的，所述dq0坐标系下的扰动信号1，具体为d轴信号该信号由n个幅值均为a、频率从f_min增长到f_max、频率增长步长为(f_max-f_min)/(n-1)的正弦信号叠加而成，而q轴信号u_q1为0。

优选的，d轴信号u_d1为一个包含频率1Hz，3Hz，……99Hz，幅值均为1的正弦扰动信号。

优选的，所述dq0坐标系下的扰动信号2，具体为q轴信号该信号由n个幅值均为a、频率从f_min增长到f_max、频率增长步长为(f_max-f_min)/(n-1)的正弦信号叠加而成，而d轴信号u_d2为0。

优选的，q轴信号u_q2为一个包含频率1Hz，3Hz，……99Hz，幅值均为1的正弦扰动信号。

优选的，所述FFT分析的频率使其与步骤S3和步骤S5中的扰动信号频率一一对应。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明提出的导纳测量方法采用三相受控电压源串联在系统上实施系统扰动，扰动源的控制信号可一次包含多个频率且等幅值的扰动信号，整个测量过程执行两次操作即可，无需针对测量频带实施多次不同频率下的扰动测试，从而大大节约了测量时间。

附图说明

图1为本发明方法的流程图；

图2为本发明方法的原理框图；

图3为本发明一个实施例中施加于d轴/q轴的扰动信号波形；

图4为本发明一个实施例中施加于d轴/q轴的扰动信号频域图；

图5为本发明一个实施例中施加于d轴的扰动信号经dq0/abc变换后的三相电压控制信号波形。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本发明的一种含电力电子装置新能源并网系统动态导纳测量方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤S1，将新能源并网系统划分为待测系统和源测系统，其中待测系统为包含无源电力电子装置或有源电力电子装置(如风电场、光伏电站)的新能源电站系统，源测系统为三相交流等值电网。

步骤S2，将三相受控电压源串联在源测系统与待测系统之间，每个受控电压源串联在源测系统与待测系统之间对应相的线路中，源测系统与三相受控电压源分界处的三相电压分别为u_a、u_b、u_c，将此三相电压u_a、u_b、u_c输入PLL锁相环中，可得到相角θ并将其输入步骤3、步骤5的dq0/abc变换中以及步骤4、步骤6的abc/dq0变换中，作为变换中的夹角参数。

步骤S3，扰动信号发生器产生一个dq0坐标系下的扰动信号1，该信号经dq0/abc变换得到三相电压控制信号u_{a_ctl1}、u_{b_ctl1}、u_{c_ctl1}，使三相受控电压源的控制电压为此控制信号，对新能源并网系统产生扰动。

所述dq0坐标系下的扰动信号1，具体为d轴信号该信号由n个幅值均为a、频率从f_min增长到f_max、频率增长步长为(f_max-f_min)/(n-1)的正弦信号叠加而成，而q轴信号u_q1为0，f_min和f_max需覆盖待测系统导纳的频率范围，n由扰动信号发生器的性能决定，理论上n越大越好。

步骤S4，进行扰动测试，测量记录流经待测系统的三相电流i_a1、i_b1和i_c1，将所述流经待测系统的三相电流i_a1、i_b1和i_c1经abc/dq0变换得到d轴电流分量i_d1和q轴电流分量i_q1。

步骤S5，扰动信号发生器产生一个dq0坐标系下的扰动信号2，该信号经dq0/abc变换得到三相电压控制信号u_{a_ctl2}、u_{b_ctl2}、u_{c_ctl2}，使三相受控电压源的控制电压为此控制信号，对新能源并网系统产生扰动。

dq0坐标系下的扰动信号2，具体为q轴信号该信号由n个幅值均为a、频率从f_min增长到f_max、频率增长步长为(f_max-f_min)/(n-1)的正弦信号叠加而成，而d轴信号u_d2为0，n、f_min和f_max的定义和取值范围等与扰动信号1中相同。

步骤S6，进行扰动测试，测量记录流经待测系统的三相电流i_a2、i_b2和i_c2，将所述流经待测系统的三相电流i_a2、i_b2和i_c2经abc/dq0变换得到d轴电流分量i_d2和q轴电流分量i_q2。

步骤S7，对所述信号u_d1、u_q2、i_d1、i_q1、i_d2、i_q2进行傅里叶FFT分析，得到对应的频域变量u_{d1_fft}、u_{q2_fft}、i_{d1_fft}、i_{q1_fft}、i_{d2_fft}、i_{q2_fft}，所述FFT分析的频率使其与步骤S3和步骤S5中的正弦扰动信号频率一一对应。

步骤S8，所述待测系统动态导纳为：

其中G_dd＝i_{d1_fft}/u_{d1_fft},G_dq＝i_{q1_fft}/u_{d1_fft},G_qd＝i_{d2_fft}/u_{q2_fft},G_qq＝i_{q2_fft}/u_{q2_fft}。

所述步骤3)、5)中的dq0/abc变换公式如下：

所述步骤4)、6)中的abc/dq0变换公式如下：

此dq0/abc变换和abc/dq0变换的具体过程参见现有技术，此处不多赘述。

实施例

本发明的一个实施例，以测量风电机组动态导纳为例，步骤如下(如图1所示)：

1)将风电并网系统划分为两部分，源测系统为三相交流等值电网，待测系统为风电机组，三相交流等值电网的三相电压分别为u_a、u_b、u_c。

2)将三相受控电压源串联在三相交流等值电网和风电机组之间。

3)对d轴施加一个包含频率1Hz，3Hz，……99Hz，幅值均为1的正弦扰动信号u_d1(波形如图3所示，频域分析如图4所示)，q轴信号u_q1为零，进行dq0/abc变换后的三相电压为三相受控电压源的控制电压(波形如图5所示，图5为扰动信号经dq0/abc变换后的三相电压控制信号波形)。

4)进行扰动测试，测量记录流经待测系统的三相电流i_a1、i_b1和i_c1，经abc/dq0变换得到d轴电流分量i_d1和q轴电流分量i_q1。

5)对q轴施加一个包含频率1Hz，3Hz，……99Hz，幅值均为1的正弦扰动信号u_q2(波形如图3所示，频域分析如图4所示)，d轴信号u_d2为零，进行dq0/abc变换后的三相电压为三相受控电压源的控制电压。

6)进行扰动测试，测量记录流经待测系统的三相电流i_a2、i_b2和i_c2，经abc/dq0变换得到d轴电流分量i_d2和q轴电流分量i_q2。

7)对上述信号u_d1、u_q2、i_d1、i_q1、i_d2、i_q2进行傅里叶FFT分析，得到对应的频域变量u_{d1_fft}、u_{q2_fft}、i_{d1_fft}、i_{q1_fft}、i_{d2_fft}、i_{q2_fft}，所述FFT分析的频率使其与上述步骤3和5中的正弦扰动信号频率一一对应。

8)计算被测系统动态导纳得：

其中G_dd＝i_{d1_fft}/u_{d1_fft},G_dq＝i_{q1_fft}/u_{d1_fft},G_qd＝i_{d2_fft}/u_{q2_fft},G_qq＝i_{q2_fft}/u_{q2_fft}。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种含电力电子装置新能源并网系统动态导纳测量方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤S1，将新能源并网系统划分为待测系统和源测系统，其中待测系统为包含无源电力电子装置或有源电力电子装置的新能源电站系统，源测系统为三相交流等值电网；

步骤S2，将三相受控电压源串联在源测系统与待测系统之间；

步骤S3，扰动信号发生器产生一个dq0坐标系下的扰动信号1，其d轴信号为u_d1，q轴信号u_q1为0，该信号经dq0/abc变换得到三相电压控制信号u_{a_ctl1}、u_{b_ctl1}、u_{c_ctl1}，使三相受控电压源的控制电压为此控制信号，对新能源并网系统产生扰动；

步骤S4，进行扰动测试，测量记录流经待测系统的三相电流i_a1、i_b1和i_c1，将所述流经待测系统的三相电流i_a1、i_b1和i_c1经abc/dq0变换得到d轴电流分量i_d1和q轴电流分量i_q1；

步骤S5，扰动信号发生器产生一个dq0坐标系下的扰动信号2，其q轴信号为u_q2，d轴信号u_d2为0，该信号经dq0/abc变换得到三相电压控制信号u_{a_ctl2}、u_{b_ctl2}、u_{c_ctl2}，使三相受控电压源的控制电压为此控制信号，对新能源并网系统产生扰动；

步骤S6，进行扰动测试，测量记录流经待测系统的三相电流i_a2、i_b2和i_c2，将所述流经待测系统的三相电流i_a2、i_b2和i_c2经abc/dq0变换得到d轴电流分量i_d2和q轴电流分量i_q2；

步骤S7，对所述信号u_d1、u_q2、i_d1、i_q1、i_d2、i_q2进行傅里叶FFT分析，得到对应的频域变量u_{d1_fft}、u_{q2_fft}、i_{d1_fft}、i_{q1_fft}、i_{d2_fft}、i_{q2_fft}；

步骤S8，所述待测系统动态导纳为：

其中G_dd＝i_{d1_fft}/u_{d1_fft}，G_dq＝i_{q1_fft}/u_{d1_fft}，G_qd＝i_{d2_fft}/u_{q2_fft}，G_qq＝i_{q2_fft}/u_{q2_fft}。

2.根据权利要求1所述的一种含电力电子装置新能源并网系统动态导纳测量方法，其特征是，所述dq0坐标系下的扰动信号1，具体为d轴信号该信号由n个幅值均为a、频率从f_min增长到f_max、频率增长步长为(f_max-f_min)/(n-1)的正弦信号叠加而成，而q轴信号u_q1为0。

3.根据权利要求2所述的一种含电力电子装置新能源并网系统动态导纳测量方法，其特征是，d轴信号u_d1为一个包含频率1Hz，3Hz，……99Hz，幅值均为1的正弦扰动信号。

4.根据权利要求1所述的一种含电力电子装置新能源并网系统动态导纳测量方法，其特征是，所述dq0坐标系下的扰动信号2，具体为q轴信号该信号由n个幅值均为a、频率从f_min增长到f_max、频率增长步长为(f_max-f_min)/(n-1)的正弦信号叠加而成，而d轴信号u_d2为0。

5.根据权利要求4所述的一种含电力电子装置新能源并网系统动态导纳测量方法，其特征是，q轴信号u_q2为一个包含频率1Hz，3Hz，……99Hz，幅值均为1的正弦扰动信号。

6.根据权利要求1所述的一种含电力电子装置新能源并网系统动态导纳测量方法，其特征是，所述FFT分析的频率使其与步骤S3和步骤S5中的扰动信号频率一一对应。