CN113884770A - 一种用于测试逆变器阻抗的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于测试逆变器阻抗的方法及系统，属于电力系统技术领域。本发明方法，包括：针对逆变器1及逆变器2进行离线测试；控制逆变器1接收2组扰动信号，将2组扰动信号叠加在逆变器1的电流控制内环q轴电流分量上，确定逆变器2输入的扰动响应电压和扰动电流信号；将响应电压信号和响应电流信号进行傅里叶变换，获取所述响应电压信号和响应电流信号的频率分量；将所述频率分量组成矩阵，并对矩阵求逆，确定逆变器2的阻抗信号；根据阻抗信号获取逆变器2的阻抗矩阵，并确定阻抗矩阵中各元素的幅值及相位曲线，获取逆变器2阻抗的测量结果。本发明通过对逆变器进行离线和在线测试，能够得到逆变器的阻抗。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统技术领域，并且更具体地，涉及一种用于测试逆变器阻抗的方法及系系统。
背景技术
为实现“碳达峰、碳中和”目标，构建以新能源为主体的新型电力系统，以光伏、风电等为代表的新能源发电比重日益增大，越来越多的新能源并网逆变器被投入到电网中。与发电机等传统电磁变换装备相比，以电力电子装置为基础的逆变器在物理结构、控制方式、动态响应、与其它装置的交互作用等方面都存在显著差异，其快速灵活的控制特性将深刻影响电力系统的动态行为，在实际运行中常会发生与电网匹配不佳的情况，引起一系列复杂的次同步振荡问题，影响电力系统的安全稳定运行。
新能源逆变器振荡问题机理复杂，1976年Middle Brook提出基于系统阻抗的稳定性判据，可通过对比逆变器阻抗与电网阻抗，结合频域分析法判断整体系统的稳定性。由于逆变器阻抗是研究振荡机理、判断并网稳定性的重要参数，目前亟需一种能快速准确获取逆变器阻抗参数且无需额外开发测量设备的逆变器阻抗测试方案。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种用于测试逆变器阻抗的方法，包括：
针对逆变器1及逆变器2进行离线测试，所述逆变器1作为谐波发生源，所述逆变器2作为被测机组；
控制逆变器1接收2组扰动信号，将2组扰动信号叠加在逆变器1的电流控制内环q轴电流分量上，确定逆变器2输入的扰动响应电压和扰动电流信号；
将响应电压信号和响应电流信号进行傅里叶变换，获取所述响应电压信号和响应电流信号的频率分量；
将所述频率分量组成矩阵，并对矩阵求逆，确定逆变器2的阻抗信号；
根据阻抗信号获取逆变器2的阻抗矩阵，并确定阻抗矩阵中各元素的幅值及相位曲线，根据各元素的幅值及相位曲线获取逆变器2阻抗的测量结果。
可选的，方法还包括：控制逆变器1接收2组扰动信号的同时，记录逆变器2控制环节的4个中间控制信号；
对逆变器2控制环节的4个中间控制信号进行变换，获取对比测量结果，所述对比测量结果用于与测量结果对比，确定逆变器2在不同扰动下的阻抗测量结果；
所述中间控制信号，为逆变器2在接收到逆变器1的扰动谐波后，逆变器2控制环节的中间控制信号。
可选的，离线测试，具体为：
控制逆变器1按照设定指令发出扰动谐波；
读取逆变器2处频率的电压分量及电流分量，根据电压分量及电流分量，确定逆变器2注入频率处的阻抗。
可选的，方法还包括：若流入逆变器2的谐波电流小于逆变器2的额定电流的1％在逆变器1和电网电源之间加入电感。
可选的，扰动信号为频谱仪发出的正交无偏置噪声信号或白噪声信号。
本发明还提出了一种用于测试逆变器阻抗的系统，包括：
离线测试模块，针对逆变器1及逆变器2进行离线测试，所述逆变器1作为谐波发生源，所述逆变器2作为被测机组；
扰动模块，控制逆变器1接收2组扰动信号，将2组扰动信号叠加在逆变器1的电流控制内环q轴电流分量上，确定逆变器2输入的扰动响应电压和扰动电流信号；
计算模块，将响应电压信号和响应电流信号进行傅里叶变换，获取所述响应电压信号和响应电流信号的频率分量；
阻抗信号计算模块，将所述频率分量组成矩阵，并对矩阵求逆，确定逆变器2的阻抗信号；
输出模块，根据阻抗信号获取逆变器2的阻抗矩阵，并确定阻抗矩阵中各元素的幅值及相位曲线，根据各元素的幅值及相位曲线获取逆变器2阻抗的测量结果。
可选的，系统还包括：对比模块，控制逆变器1接收2组扰动信号的同时，记录逆变器2控制环节的4个中间控制信号；
对逆变器2控制环节的4个中间控制信号进行变换，获取对比测量结果，所述对比测量结果用于与测量结果对比，确定逆变器2在不同扰动下的阻抗测量结果；
所述中间控制信号，为逆变器2在接收到逆变器1的扰动谐波后，逆变器2控制环节的中间控制信号。
可选的，离线测试，具体为：
控制逆变器1按照设定指令发出扰动谐波；
读取逆变器2处频率的电压分量及电流分量，根据电压分量及电流分量，确定逆变器2注入频率处的阻抗。
可选的，流入逆变器2的谐波电流若小于逆变器2的额定电流的1％在逆变器1和电网电源之间加入电感。
可选的，扰动信号为频谱仪发出的正交无偏置噪声信号或白噪声信号。
本发明通过对逆变器进行离线和在线测试，能够得到逆变器的阻抗。
附图说明
图1为本发明方法的流程图；
图2为本发明方法实施例中逆变器阻抗离线测试示意图；
图3为本发明方法实施例中电网较强时逆变器阻抗离线测试示意图；
图4为本发明方法实施例中逆变器阻抗在线测试示意图；
图5为本发明方法实施例的流程图；
图6为本发明方法实施例的扫频结果示意图；
图7为本发明系统的结构图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
本发明提出了一种用于测试逆变器阻抗的方法，如图1所示，包括：
针对逆变器1及逆变器2进行离线测试，所述逆变器1作为谐波发生源，所述逆变器2作为被测机组；
控制逆变器1接收2组扰动信号，将2组扰动信号叠加在逆变器1的电流控制内环q轴电流分量上，确定逆变器2输入的扰动响应电压和扰动电流信号；
将响应电压信号和响应电流信号进行傅里叶变换，获取所述响应电压信号和响应电流信号的频率分量；
将所述频率分量组成矩阵，并对矩阵求逆，确定逆变器2的阻抗信号；
根据阻抗信号获取逆变器2的阻抗矩阵，并确定阻抗矩阵中各元素的幅值及相位曲线，根据各元素的幅值及相位曲线获取逆变器2阻抗的测量结果。
其中，控制逆变器1接收2组扰动信号的同时，记录逆变器2控制环节的4个中间控制信号；
对逆变器2控制环节的4个中间控制信号进行变换，获取对比测量结果，所述对比测量结果用于与测量结果对比，确定逆变器2在不同扰动下的阻抗测量结果；
所述中间控制信号，为逆变器2在接收到逆变器1的扰动谐波后，逆变器2控制环节的中间控制信号。
下面结合实施例对本发明进行进一步的说明：
测试包块两个部分，一是离线测试，二是在线测试；
一、逆变器阻抗离线测试：
逆变器阻抗离线测试，使用一台谐波发生源逆变器1和一台被测机组逆变器2，如图2所示，测试步骤如下：
(1)逆变器1按照设定指令进行扰动谐波发出。其中初始频率、间隔频率、结束频率、初始～间隔频率1，间隔频率1～间隔频率2，间隔频率2～结束频率的间隔都可以在逆变器1的外屏设置，固定频率谐波发生时序如表1所示。
(2)逆变器2内部定时记录逆变器1谐波注入后PCC点的三相电压、流入(或流出)逆变器的三相电流以及逆变器控制环节的中间控制变量，包括PCC点的d轴电压分量Ud、PCC点的q轴电压分量Uq、流入(或流出)逆变器的d轴电流分量Id、流入(或流出)逆变器的q轴电流分量Iq；
(3)读取逆变器2的数据，进行数据分析，得到逆变器2处频率为f的电流分量，逆变器2处频率为f的电压分量及注入逆变器2的谐波电流等，求取逆变器的dq轴阻抗幅值/相位曲线，得到逆变器2在注入频率处的阻抗值如式(1)所示：
其中，
是通过FFT分析提取的逆变器2处频率为f的电压分量，
是通过FFT分析提取的逆变器2处频率为f的电流分量。
(4)当发现逆变器1发出的谐波电流大部分流入电网，逆变器2所测到的谐波电流成分非常小(谐波电流小于额定电流的1％)时，可以在逆变器1和电网电源之间加入一个电感，使电网侧阻抗增加，让谐波电流更多的往逆变器2流，如图3所示。
二、逆变器阻抗在线测试
逆变器阻抗在线测试基于离线测试，通过逆变器1和1台频谱分析仪对逆变器2进行测试，如图4所示，测试步骤如下如图5所示：
(5)为解决三相交流系统的非线性问题，常在dq坐标系下进行分析，逆变器1接收频谱仪先后发出的2组扰动信号(正交无偏置或白噪声)，叠加在逆变器控制框图中的电流控制内环q轴电流分量上，输入扰动的响应电压和电流信号为：
其中，Vd1是第一次扰动后逆变器2接收到的d轴电压响应信号，Vq1是第一次扰动后逆变器2接收到的q轴电压响应信号，Id1是第一次扰动后逆变器2接收到的d轴电流响应信号，Iq1是第一次扰动后逆变器2接收到的q轴电流响应信号。Vd2是第二次扰动后逆变器2接收到的d轴电压响应信号，Vq2是第二次扰动后逆变器2接收到的q轴电压响应信号，Id2是第二次扰动后逆变器2接收到的d轴电流响应信号，Iq2是第二次扰动后逆变器2接收到的q轴电流响应信号。由于dq坐标系下d轴和q轴的电流电压存在耦合，逆变器阻抗表示为一个二维矩阵，其中Zdd(s)是逆变器2的d轴自阻抗，Zqq(s)是逆变器2的q轴自阻抗，Zdq(s)与Zqd(s)均为逆变器2的dq轴之间的互阻抗。
(6)频谱仪在扰动信号发出的同时记录逆变器2返回的逆变器控制环节的4个中间控制信号，包括PCC点的d轴电压分量Ud、PCC点的q轴电压分量Uq、流入(或流出)逆变器的d轴电流分量Id、流入(或流出)逆变器的q轴电流分量Iq，以保存汇总不同频率下的控制信号参数，时间段与噪声发出的时间段一致。
(7)将响应电压与电流信号进行傅里叶变换得到相应信号的频率分量：
其中，Vd1(t)是第一次扰动后逆变器2接收到的d轴响应电压，Vq1(t)是第一次扰动后逆变器2接收到的q轴响应电压，Id1(t)是第一次扰动后逆变器2接收到的d轴响应电流，Iq1(t)是第一次扰动后逆变器2接收到的q轴响应电流；与上述对应，Vd1(jw)是第一次扰动信号后d轴响应电压FFT分析结果，Vq1(jw)是第一次扰动信号后q轴响应电压FFT分析结果，Id1(jw)是第一次扰动信号后d轴响应电流FFT分析结果，Iq1(jw)是第一次扰动信号后q轴响应电流FFT分析结果。Vd2(t)是第二次扰动后逆变器2接收到的d轴响应电压，Vq2(t)是第二次扰动后逆变器2接收到的q轴响应电压，Id2(t)是第二次扰动后逆变器2接收到的d轴响应电流，Iq2(t)是第二次扰动后逆变器2接收到的q轴响应电流；与上述对应，Vd2(jw)是第二次扰动信号后d轴响应电压FFT分析结果，Vq2(jw)是第二次扰动信号后q轴响应电压FFT分析结果，Id2(jw)是第二次扰动信号后d轴响应电流FFT分析结果，Iq2(jw)是第二次扰动信号后q轴响应电流FFT分析结果。
(8)将两次正交扰动的各频率信号组成矩阵：
求逆可得该特定频率下的阻抗信号：
其中，Vd1(jw)是第一次扰动信号后d轴响应电压FFT分析结果，Vq1(jw)是第一次扰动信号后q轴响应电压FFT分析结果，Id1(jw)是第一次扰动信号后d轴响应电流FFT分析结果，Iq1(jw)是第一次扰动信号后q轴响应电流FFT分析结果；Vd2(jw)是第二次扰动信号后d轴响应电压FFT分析结果，Vq2(jw)是第二次扰动信号后q轴响应电压FFT分析结果，Id2(jw)是第二次扰动信号后d轴响应电流FFT分析结果，Iq2(jw)是第二次扰动信号后q轴响应电流FFT分析结果；Zdd(jw)逆变器2的d轴自阻抗FFT分析结果，Zqq(jw)逆变器2的d轴自阻抗FFT分析结果，Zdq(jw)与Zqd(jw)均为逆变器2的dq轴互阻抗FFT分析结果。由于两次正交信号线性独立，因此方程组有唯一解。
(9)频谱仪按照上述流程和算法重复测试，可以得到其他频率下的阻抗信号，最终可以获得逆变器阻抗矩阵中各元素(d轴自阻抗Zdd、q轴自阻抗Zqq、dq轴互阻抗Zdq与Zqd)的幅值、相位曲线，并将总共8条曲线进行结果展示(展示功能和PSS试验扫频结果类似，提供局部缩放等功能)，如图6所示。
(10)频谱仪根据公式(6)计算出新一组逆变器控制环节中的4个中间控制信号(d轴电压分量U'd、q轴电压分量U'q、d轴电流分量I'd、q轴电流分量I'q)，其中Idis为增加的电流小扰动信号，然后返回(7)再进行一次计算，同样显示8条曲线，并且可以提供选项。将d轴自阻抗Zdd和添加扰动后的新一组的d轴自阻抗Z'dd的幅值曲线显示在同一张图里，相位曲线显示在同一张图里；将q轴自阻抗Zqq和添加扰动后的新一组的q轴自阻抗Z'qq的幅值曲线显示在同一张图里，相位曲线显示在同一张图里。可以对于添加不同扰动后的阻抗测量结果进行对比分析。
频谱仪的信号源输出参数及频谱仪的信号分析输入参数如表2和表3所示：
表2
表3
本发明还提出了一种用于测试逆变器阻抗的系统200，如图7所示，包括：
离线测试模块201，针对逆变器1及逆变器2进行离线测试，所述逆变器1作为谐波发生源，所述逆变器2作为被测机组；
扰动模块202，控制逆变器1接收2组扰动信号，将2组扰动信号叠加在逆变器1的电流控制内环q轴电流分量上，确定逆变器2输入的扰动响应电压和扰动电流信号；
计算模块203，将响应电压信号和响应电流信号进行傅里叶变换，获取所述响应电压信号和响应电流信号的频率分量；
阻抗信号计算模块204，将所述频率分量组成矩阵，并对矩阵求逆，确定逆变器2的阻抗信号；
输出模块205，根据阻抗信号获取逆变器2的阻抗矩阵，并确定阻抗矩阵中各元素的幅值及相位曲线，根据各元素的幅值及相位曲线获取逆变器2阻抗的测量结果。
对比模块206，控制逆变器1接收2组扰动信号的同时，记录逆变器2控制环节的4个中间控制信号；
对逆变器2控制环节的4个中间控制信号进行变换，获取对比测量结果，所述对比测量结果用于与测量结果对比，确定逆变器2在不同扰动下的阻抗测量结果；
所述中间控制信号，为逆变器2在接收到逆变器1的扰动谐波后，逆变器2控制环节的中间控制信号。
其中，离线测试，具体为：
控制逆变器1按照设定指令发出扰动谐波；
读取逆变器2处频率的电压分量及电流分量，根据电压分量及电流分量，确定逆变器2频率处的阻抗；
其中，流入逆变器2的谐波电流若小于逆变器2的额定电流的1％在逆变器1和电网电源之间加入电感。
其中，扰动信号为频谱仪发出的正交无偏置噪声信号或白噪声信号。
本发明通过对逆变器进行离线和在线测试，能够得到逆变器的阻抗。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本发明实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种用于测试逆变器阻抗的方法，所述方法包括：
针对逆变器1及逆变器2进行离线测试，所述逆变器1作为谐波发生源，所述逆变器2作为被测机组；
控制逆变器1接收2组扰动信号，将2组扰动信号叠加在逆变器1的电流控制内环q轴电流分量上，确定逆变器2输入的扰动响应电压和扰动电流信号；
将响应电压信号和响应电流信号进行傅里叶变换，获取所述响应电压信号和响应电流信号的频率分量；
将所述频率分量组成矩阵，并对矩阵求逆，确定逆变器2的阻抗信号；
根据阻抗信号获取逆变器2的阻抗矩阵，并确定阻抗矩阵中各元素的幅值及相位曲线，根据各元素的幅值及相位曲线获取逆变器2阻抗的测量结果。
2.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：控制逆变器1接收2组扰动信号的同时，记录逆变器2控制环节的4个中间控制信号；
对逆变器2控制环节的4个中间控制信号进行变换，获取对比测量结果，所述对比测量结果用于与测量结果对比，确定逆变器2在不同扰动下的阻抗测量结果；
所述中间控制信号，为逆变器2在接收到逆变器1的扰动谐波后，逆变器2控制环节的中间控制信号。
3.根据权利要求1所述的方法，所述离线测试，具体为：
控制逆变器1按照设定指令发出扰动谐波；
读取逆变器2处频率的电压分量及电流分量，根据电压分量及电流分量，确定逆变器2注入频率处的阻抗。
4.根据权利要求3所述的方法，所述方法还包括：若流入逆变器2的谐波电流小于逆变器2的额定电流的1％在逆变器1和电网电源之间加入电感。
5.根据权利要求1所述的方法，所述扰动信号为频谱仪发出的正交无偏置噪声信号或白噪声信号。
6.一种用于测试逆变器阻抗的系统，所述系统包括：
离线测试模块，针对逆变器1及逆变器2进行离线测试，所述逆变器1作为谐波发生源，所述逆变器2作为被测机组；
扰动模块，控制逆变器1接收2组扰动信号，将2组扰动信号叠加在逆变器1的电流控制内环q轴电流分量上，确定逆变器2输入的扰动响应电压和扰动电流信号；
计算模块，将响应电压信号和响应电流信号进行傅里叶变换，获取所述响应电压信号和响应电流信号的频率分量；
阻抗信号计算模块，将所述频率分量组成矩阵，并对矩阵求逆，确定逆变器2的阻抗信号；
输出模块，根据阻抗信号获取逆变器2的阻抗矩阵，并确定阻抗矩阵中各元素的幅值及相位曲线，根据各元素的幅值及相位曲线获取逆变器2阻抗的测量结果。
7.根据权利要求6所述的系统，所述系统还包括：对比模块，控制逆变器1接收2组扰动信号的同时，记录逆变器2控制环节的4个中间控制信号；
对逆变器2控制环节的4个中间控制信号进行变换，获取对比测量结果，所述对比测量结果用于与测量结果对比，确定逆变器2在不同扰动下的阻抗测量结果；
所述中间控制信号，为逆变器2在接收到逆变器1的扰动谐波后，逆变器2控制环节的中间控制信号。
8.根据权利要求6所述的系统，所述离线测试，具体为：
控制逆变器1按照设定指令发出扰动谐波；
读取逆变器2处频率的电压分量及电流分量，根据电压分量及电流分量，确定逆变器2注入频率处的阻抗。
9.根据权利要求8所述的系统，所述流入逆变器2的谐波电流若小于逆变器2的额定电流的1％在逆变器1和电网电源之间加入电感。
10.根据权利要求6所述的系统，所述扰动信号为频谱仪发出的正交无偏置噪声信号或白噪声信号。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
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