CN110112729B - 一种模块化谐波扰动装置及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种模块化谐波扰动装置，包括m*n个子模块；所述子模块包括电阻R1、电阻R2、第一IGBT和第二IGBT，R1的一端连接到第一IGBT的集电极，第一IGBT的发射极连接到第二IGBT的发射极，R2的一端连接到R1的另一端构成子模块的输入端，R2的另一端连接到第二IGBT的集电极构成子模块的输出端；n个子模块串联后构成一个串联支路，m个串联支路并联后构成模块化谐波扰动电路；模块化谐波扰动电路与激励负载Re串联后连接到降压变压器T的次边线圈。与现有技术相比，本发明的有益效果是：利用模块化谐波扰动装置，在供电系统中注入功率大小相匹配的谐波扰动，进而测量得到供电系统阻抗特性。

Description

一种模块化谐波扰动装置及其使用方法
技术领域
本发明涉及供电系统阻抗测量技术领域，特别是一种模块化谐波扰动装置及其使用方法。
背景技术
新能源发电及并网、柔性直流输电、电气化高速铁路作为我国能源与交通领域的重要发展规划，近些年取得了快速的发展。三者的快速发展都离不开电力电子变流技术，其中电压源型变流器以其主动可控性强、动态响应快、能量转换效率高等优点，已成为此些供电系统的核心变流装备。这些VSC型设备在发挥其优良变流性能的同时，由于其控制系统复杂、非线性变化和强耦合特性，以及特征谐波的宽频化，带了来一系列覆盖全频域的振荡与不稳定问题。此类振荡与不稳定问题是供电系统内部VSC型设备和电力网络间的阻抗不匹配造成的。由此，精确测量供电系统阻抗特性对保障其安全稳定运行有着重要作用。
而基于谐波扰动的宽频阻抗测量技术恰能满足其需求。此类方法中，向供电系统注入谐波扰动尤为重要。而供电系统往往具有不同的容量等级，对于不同容量的供电系统需要与之匹配的谐波扰动功率大小，由此需要谐波扰动装置的发出功率具有灵活可调性。模块化的谐波扰动电路能很好地满足此要求，根据实际测量功率的需求，灵活选取激励负载的大小以及子模块的串并联数量，从而满足不同容量的供电系统阻抗测量的需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种模块化谐波扰动装置及其使用方法。该装置和方法能根据不同被测供电系统的容量，便捷地调节与之匹配的谐波扰动电路拓扑，为快速精确地测量供电系统阻抗特性、分析及解决供电系统振荡/不稳定问题提供重要技术支持。
实现本发明目的的技术方案如下：
一种模块化谐波扰动装置，包括m*n个子模块；所述子模块包括电阻R1、电阻R2、第一IGBT和第二IGBT，R1的一端连接到第一IGBT的集电极，第一IGBT的发射极连接到第二IGBT的发射极，R2的一端连接到R1的另一端构成子模块的输入端，R2的另一端连接到第二IGBT的集电极构成子模块的输出端；n个子模块串联后构成一个串联支路，m个串联支路并联后构成模块化谐波扰动电路；模块化谐波扰动电路与激励负载Re串联后连接到降压变压器T的次边线圈。
进一步地，所述子模块串联数串联支路并联数/>激励负载/>其中，umax为降压变压器T的次边电压最大值，imax为降压变压器T的次边电流最大值，ue为子模块中IGBT最大承受电压，ie为子模块中IGBT最大承受电流，ku为子模块的电压裕度，ki为子模块的电流裕度，Pmax为所述模块化谐波扰动装置的功率设计值，UT2为降压变压器T的次边额定电压。
上述模块化谐波扰动装置的使用方法为，所述降压变压器T的原边线圈一端连接到供电系统的供电线路，另一端连接到地线；使用PWM控制信号对装置内所有的IGBT器件进行开关控制，实现宽频带谐波扰动激励。
或者，所述降压变压器T的原边线圈一端连接到供电系统的供电线路，另一端连接到地线；使用Chirp-PWM控制信号对装置内所有的IGBT器件进行开关控制，实现定频带谐波扰动激励。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：利用模块化谐波扰动装置，在供电系统中注入功率大小相匹配的谐波扰动，进而测量得到供电系统阻抗特性。并且，本发明具有以下优点：
一、利用此装置，能根据实际扰动功率需求，便捷地调节大功率模块化谐波扰动电路拓扑结构，由此可适用于不同容量的供电系统，适用性强。
二、通过调节激励负载的大小，可方便快速地对扰动装置输出功率进行控制，操作便捷。
三、当此装置运行过程中出现部分子模块损毁，由于其参数设计具有一定的冗余度，依靠剩下的子模块仍能完成其谐波扰动功能，实用性高。
附图说明
图1为模块化谐波扰动装置原理图。
图2为模块化谐波扰动装置在一种供电系统下使用的示意图。
图3为定频带阻抗测量结果。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
模块化谐波扰动装置原理图如图1，降压变压器(T)的原边线圈接在供电线路(L)和地线(E)之间，模块化谐波扰动电路与激励负载(Re)串联相连接后接在降压变压器(T)的次边线圈。其中：
模块化谐波扰动电路组成是：m为并联的子模块数，n为串联的子模块数。子模块11、子模块12、…、子模块1m并联相连接，子模块21、子模块22、…、子模块2m并联相连接，以此类推，子模块n1、子模块n2、…、子模块nm并联相连接。一共n组子模块分别并联相连接后，再将n组子模块串联相连接。其中：
各个子模块的组成是(以子模块11描述为例，其他子模块的组成与子模块11相同)：电阻(R1)的上端与电阻(R2)的上端相连接，电阻(R2)的下端与IGBT(T2)的集电极相连接，IGBT(T2)的发射极与IGBT(T1)的发射极相连接，IGBT(T1)的集电极与电阻(R1)的下端相连接。除此之外，电阻(R1)的上端与电阻(R2)的上端连接线上有接线点(j)，电阻(R2)的下端与IGBT(T2)的集电极连接线上有接线点(k)，接线点(j)与接线点(k)可作为子模块间相连接时接线使用。
模块化谐波扰动装置的参数设计方法是：
A、激励负载(Re)的阻值参数设计方法：选取模块化谐波扰动装置的功率设计值为Pmax，降压变压器(T)的次边额定电压为则UT2，则有：由此进一步得到激励负载(Re)的近似取值：/>因此，令/>作为激励负载(Re)的阻值参数。
B、模块化谐波扰动电路的子模块串并联数量选取方法：降压变压器(T)的二次侧电压最大值为umax，降压变压器(T)的二次侧电流最大值为imax，子模块中IGBT最大承受电压为ue，子模块中IGBT最大承受电流为ie，子模块的电压裕度选取为ku、子模块的电流裕度选取为ki。则子模块并联数m的计算公式为：子模块串联数n的计算公式为：通过以上计算方法，可选取得到模块化谐波扰动电路的子模块串并联数量。通过子模块的串并联，由此实现大功率。
在一种供电系统下使用的示意图如图2，在实际的供电系统中，模块化谐波扰动装置中降压变压器(T)的原边线圈一端与供电系统的供电线路(L)相连接，一端与地线(E)相连接，以此种方式接入实际供电系统。从而依靠模块化谐波扰动装置向供电系统注入扰动功率便捷可调的谐波扰动。以此在供电系统中激发电压电流谐波响应，利用响应数据，可计算得到被测供电系统的阻抗特性，实现阻抗测量的目的。
以定频带阻抗测量为例，使用Chirp-PWM控制信号对装置内所有的IGBT器件进行开关控制，可实现定频带谐波扰动激励，由此实现定频带的阻抗测量。当设定测量频带为2000—4000Hz，其定频带阻抗测量结果如图3所示。可见，在设定的测量频带内，阻抗测量值能与理论值保持一致。
或者，使用PWM控制信号对装置内所有的IGBT器件进行开关控制，可实现宽频带谐波扰动激励，以此实现宽频带阻抗测量。

Claims (3)

1.一种模块化谐波扰动装置，其特征在于，包括m*n个子模块；所述子模块包括电阻R1、电阻R2、第一IGBT和第二IGBT，R1的一端连接到第一IGBT的集电极，第一IGBT的发射极连接到第二IGBT的发射极，R2的一端连接到R1的另一端构成子模块的输入端，R2的另一端连接到第二IGBT的集电极构成子模块的输出端；n个子模块串联后构成一个串联支路，m个串联支路并联后构成模块化谐波扰动电路；模块化谐波扰动电路与激励负载Re串联后连接到降压变压器T的次边线圈；
所述子模块串联数串联支路并联数/>激励负载/>其中，umax为降压变压器T的次边电压最大值，imax为降压变压器T的次边电流最大值，ue为子模块中IGBT最大承受电压，ie为子模块中IGBT最大承受电流，ku为子模块的电压裕度，ki为子模块的电流裕度，Pmax为所述模块化谐波扰动装置的功率设计值，UT2为降压变压器T的次边额定电压。
2.如权利要求1所述的模块化谐波扰动装置的使用方法，其特征在于，所述降压变压器T的原边线圈一端连接到供电系统的供电线路，另一端连接到地线；使用PWM控制信号对装置内所有的IGBT器件进行开关控制，实现宽频带谐波扰动激励。
3.如权利要求1所述的模块化谐波扰动装置的使用方法，其特征在于，所述降压变压器T的原边线圈一端连接到供电系统的供电线路，另一端连接到地线；使用Chirp-PWM控制信号对装置内所有的IGBT器件进行开关控制，实现定频带谐波扰动激励。
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