CN109932568B - 并网逆变器阻抗的测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种并网逆变器阻抗的测量方法，属于配电网并网技术领域，通过向电网中注入扰动电压，经现有的频率分析仪测量并网逆变器的等效导纳，进一步计算得出逆变器的三个主要特征值，根据逆变器三个主要特征值和目标电网的阻抗，计算得出目标电网中并网逆变器的阻抗。本发明相较现有的旋转坐标系阻抗测量方法因无需开发额外的专用设备具有更强的通用性和普适性，因在逆变器的阻抗模型中考虑了频率耦合对逆变器阻抗的影响，较现有的静止坐标系而言，其测量的逆变器的阻抗准确性更高。
Description
技术领域
本发明涉及配电网领域，尤其涉及并网逆变器阻抗的测量方法。
背景技术
近年来，随着可再生能源发电技术的发展，以风电、光伏为代表的新能源分布式发电模式得到了广泛的应用。并网逆变器因其性能优越而成为可再生能源发电系统并网的主要接口，在并网环节，逆变器性能是否稳定决定着其是否能顺利并网，且关系到是否能稳定运行关乎整个并网系统的稳定性；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。为了准确分析配电网系统的稳定性，Middlebrook在1976年提出了一种用阻抗来判定系统是否稳定的方法，通过分析逆变器的阻抗和电网阻抗的比值来判断逆变器并网系统的稳定性。对于逆变器阻抗的测量现在主要有旋转坐标系和静止坐标系测量，旋转坐标系测量能准确估算阻抗，但其注入扰动的设备需要专业开发，静止坐标系测量无需专业开发设备，但测量结果的精确度不高，不能准确的表征逆变器的阻抗特性。
因此，亟需一种能准确测量逆变器阻抗但无需额外开发测量设备的逆变器阻抗的测量方法。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种准确测量并网逆变器在目标配电网中的等效导纳的测量方法。
本发明提供一种并网逆变器阻抗的测量方法，其特征在于：包括
并网逆变器在目标配电网中的阻抗ZINV(ωP)采用如下方法计算,
其中，ZINV(ωP)表示目标配电网中并网逆变器的阻抗，γ(ωP)、ε(ωP)和ρ(ωP)表示三个中间变量，
表示目标配电网的阻抗，ω0表示配电网工频，ωp表示注入的扰动电压的频率。
进一步，所述三个中间变量γ(ωP)、ε(ωP)和ρ(ωP)采用如下方法计算，
其中，
和
表示三种不同的配电网的阻抗，YINV1、YINV2和YINV3表示三种不同配电网阻抗下并网逆变器的等效导纳。进一步，所述并网逆变器的等效导纳采用在配电网中注入扰动的方式测量获得，包括：
在配电网中注入扰动，通过频率分析仪检测所述配电网中的公共耦合点处的电压和电流；
对获取的电压和电流做正负序分解，正序电流与正序电压的比值为并网逆变器在正频率下的等效导纳，负序电流与负序电压的比值为并网逆变器在负频率下的等效导纳；
其中，所述并网逆变器在正频率下的等效导纳采用如下方法计算：
其中，Ia表示交流电A相电流，Ib表示交流电B相电流，Vab表示交流电A相和B相的线电压，Vbc表示交流电B相和C相的线电压；
其中，并网逆变器在负频率下的等效导纳采用如下方法计算：
其中，Ia表示交流电A相电流，Ib表示交流电B相电流，Vab表示交流电A相和B相的线电压，Vbc表示交流电B相和C相的线电压；
进一步，所述配电网阻抗
采用如下方法计算：
其中，
表示配电网阻抗，j表示目标电网的虚部，Lg表示配电网电感，Rg表示配电网中等效电阻，ωp表示扰动注入电压的频率。
进一步，所述注入扰动的方式包括利用频率响应分析仪在配电网的公共耦合点处加入扰动电压。
进一步，所述注入扰动的方式包括利用频率分析仪在交流电电源处注入扰动电压。
进一步，所述注入扰动的方式包括在三相交流电中的任一相串联扰动电压源。
进一步，所述注入扰动的方式包括在三相交流电中的任两相间并联扰动电压源。
本发明的有益效果：相比于现有的旋转坐标系的逆变器阻抗测量方法，本发明利用现有的频率响应分析仪，无需开发额外的测量设备，具有很强的通用性和普适性；相较于现有的静止坐标系的逆变器阻抗的测量方法，本方法对于逆变器阻抗的计算模型中考虑频率耦合对逆变器阻抗的影响，测量结果表达的逆变器的阻抗信息更为精确。
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为本发明的电压扰动的注入方式说明图。
图2为本发明的中间变量γ(ωP)的伯德图。
图3为本发明的中间变量ε(ωP)的伯德图。
图4为本发明的中间变量ρ(ωP)的伯德图。
图5为本发明的在不同负载的配电网中测量的逆变器阻抗的伯德图。
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：本发明提供的一种并网逆变器阻抗的测量方法，其特征在于：包括
并网逆变器在目标配电网中的阻抗ZINV(ωP)采用如下方法计算,
其中，ZINV(ωP)表示目标配电网中并网逆变器的阻抗，γ(ωP)、ε(ωP)和ρ(ωP)表示三个中间变量，
表示目标配电网的阻抗，ω0表示配电网工频，ωp表示注入的扰动电压的频率。
本发明通过基于阻抗模型的频域方法来分析并网逆变器与目标电网的稳定性，频域方法在分析并网逆变器的稳定性时将逆变器内部信息进行模糊处理，通过在在公共耦合点处测量电压和电流，从而根据式子(5)和(6)求解得出并网逆变器的阻抗，通过同一个型号的并网逆变器在三种不同阻抗的电网中的阻抗，获得当前型号的并网逆变器三个性能参数，随后当当前型号的并网逆变器与目标电网并网时，可通过式子(1)求解得出并网逆变器在目标电网中的阻抗，从而为并网过程中电网的稳定性分析提供逆变器阻抗的准确参数值。通过上述技术方案，可以快速的测量和获得并网逆变器的特性参数，提高了并网逆变器在目标电网中的阻抗测量的准确性。
目标配电网的阻抗与目标配电网的频率有关，相较于现有的静止坐标系的并网逆变器阻抗的测量方法而言，本方法对于并网逆变器的阻抗数学模型中考虑目标配电网中的工况频率对并网逆变器阻抗的影响，使测量的并网逆变器的阻抗更为精确，相较于现有的旋转坐标系的逆变器阻抗测量方法，无需额外开发专业的测量设备，仅需采用现有的频率响应分析仪，通用性和普适性高。
在本实施例中，所述三个中间变量γ(ωP)、ε(ωP)和ρ(ωP)采用如下方法计算，
联立式子(2)-(4)，求解出γ(ωP)、ε(ωP)和ρ(ωP)，
其中，
和
表示三种不同的配电网的阻抗，YINV1、YINV2和YINV3表示三种不同配电网阻抗下并网逆变器的等效导纳。γ(ωP)、ε(ωP)和ρ(ωP)表示并网逆变器的阻抗特征参数，因目前逆变器厂家很少给出逆变器的阻抗特征参数，故在实际使用过程中，将并网逆变器的各项参数看为一个黑箱，通过测量和计算获得γ(ωP)、ε(ωP)和ρ(ωP)。如图5所示，该测量是的电网电感为3.5mH时对逆变器阻抗ZINV的测量，传统的阻抗测量忽略频率耦合的影响，从图5中可以看出，本方法在100HZ-500HZ时存在差异，其差异的主要原因在于本方法考虑了频率耦合的影响，故本方法测量的并网逆变器的阻抗值更精确。
在本实施例中，所述并网逆变器的等效导纳采用在配电网中注入扰动的方式测量获得，包括：
在配电网中注入扰动，通过频率分析仪检测所述配电网中的公共耦合点处的电压和电流；
对获取的电压和电流做正负序分解，正序电流与正序电压的比值为并网逆变器在正频率下的等效导纳，负序电流与负序电压的比值为并网逆变器在负频率下的等效导纳；
其中，所述并网逆变器在正频率下的等效导纳采用如下方法计算：
其中，Ia表示交流电A相电流，Ib表示交流电B相电流，Vab表示交流电A相和B相的线电压，Vbc表示交流电B相和C相的线电压；
其中，并网逆变器在负频率下的等效导纳采用如下方法计算：
其中，Ia表示交流电A相电流，Ib表示交流电B相电流，Vab表示交流电A相和B相的线电压，Vbc表示交流电B相和C相的线电压。其中，交流电力系统ABC三相，电力系统的正序和负序是根据A、B、C三相的顺序来确定的，其中正序表示A相领先B相120度，B相领先C相120度，C相领先A相120度，其中负序表示A相落后B相120度，B相落后C相120度，C相落后A相120度，在本实施例中，并网逆变器在正频率下的等效导纳和并网逆变器在负频率下的等效导纳即是指目标配电网收到电压扰动后，电流出现不对称现象时，把三相不对称分量分解成对称分量的分解。在本实施例中的电压即可以是线电压也可以是相电压，本实施例中的电流即可以是线电流也可以是相电流，通过线电压相电压的换算关系相互换算，线电流与相电流的换算关系相互换算，从而采集电压和电流信息，在本实施例中，为了采集的方便，采集的是线电压和相电流，本领域技术人员，可根据实际工况选择采集的线电压或者相电压、线电流或者相电流。
在本实施例中，所述配电网阻抗
采用如下方法计算：
其中，
表示配电网阻抗，j表示目标电网阻抗的虚部，Lg表示配电网电感，Rg表示配电网中等效电阻，ωp表示扰动注入电压的频率。其中，Rg和Lg通过短路比SCR得到。
在本实施例中，所述注入扰动的方式包括利用频率响应分析仪在配电网的公共耦合点处加入扰动电压。所述注入扰动的方式包括利用频率分析仪在交流电电源处注入扰动电压。所述注入扰动的方式包括在三相交流电中的任一相串联扰动电压源。所述注入扰动的方式包括在三相交流电中的任两相间并联扰动电压源。上述注入扰动的方式都是为系统注入激励从而获得响应，从成本上看，在公共耦合点处加入扰动电压、在三相交流电中的任一相串联扰动电压源和在三相交流电中的任两相间并联扰动电压源的方式要比利用频率分析仪在交流电电源处注入扰动电压的成本低，但利用频率分析仪在交流电电源处注入扰动电压可以实现逆变器的在线测量，本发明优选利用频率分析仪在交流电电源处注入扰动电压的方式。
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。
Claims (6)
1.一种并网逆变器阻抗的测量方法，其特征在于：包括
并网逆变器在目标配电网中的阻抗ZINV(ωP)采用如下方法计算,
其中，ZINV(ωP)表示目标配电网中并网逆变器的阻抗，
表示目标配电网的阻抗，ω0表示配电网工频，ωp表示注入的扰动电压的频率；
其中，γ(ωP)、ε(ωP)和ρ(ωP)通过联立式子(2)、(3)和(4)计算获得，
其中，
和
表示三种不同的配电网的阻抗，YINV1、YINV2和YINV3表示三种不同配电网阻抗下并网逆变器的等效导纳；
所述并网逆变器的等效导纳采用在配电网中注入扰动的方式测量获得，包括：
在配电网中注入扰动，通过频率分析仪测量所述配电网中的公共耦合点处的电压和电流；
对获取的电压和电流做正负序分解，正序电流与正序电压的比值为并网逆变器在正频率下的等效导纳，负序电流与负序电压的比值为并网逆变器在负频率下的等效导纳；
其中，所述并网逆变器在正频率下的等效导纳采用如下方法计算：
其中，Ia表示交流电A相电流，Ib表示交流电B相电流，Vab表示交流电A相和B相的线电压，Vbc表示交流电B相和C相的线电压；
其中，并网逆变器在负频率下的等效导纳采用如下方法计算：
其中，Ia表示交流电A相电流，Ib表示交流电B相电流，Vab表示交流电A相和B相的线电压，Vbc表示交流电B相和C相的线电压。
2.根据权利要求1所述的并网逆变器阻抗的测量方法，其特征在于：所述配电网阻抗
采用如下方法计算：
其中，
表示配电网阻抗，Lg表示配电网电感，Rg表示配电网中等效电阻，ωp表示扰动注入电压的频率。
3.根据权利要求1所述的并网逆变器阻抗的测量方法，其特征在于：所述注入扰动的方式包括利用频率响应分析仪在配电网的公共耦合点处加入扰动电压。
4.根据权利要求1所述的并网逆变器阻抗的测量方法，其特征在于：所述注入扰动的方式包括利用频率分析仪在交流电电源处注入扰动电压。
5.根据权利要求1所述的并网逆变器阻抗的测量方法，其特征在于：所述注入扰动的方式包括在三相交流电中的任一相串联扰动电压源。
6.根据权利要求1所述的并网逆变器阻抗的测量方法，其特征在于：所述注入扰动的方式包括在三相交流电中的任两相间并联扰动电压源。
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