CN114520594A - 基于Chirp扰动电压恒幅值注入的大功率阻抗测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于Chirp扰动电压恒幅值注入的大功率阻抗测量装置，装置拓扑采取交‑直‑交结构，具体包括：三相不控整流器、双向DC‑DC电路、大功率三相逆变器及耦合变压器；三相不控整流器将从电网吸收的三相交流电转化为直流电压；双向DC‑DC电路采取幅值环、电压环、电流环三环控制方式，用于调节交流侧输出的Chirp扰动电压幅值；大功率三相逆变器采取半开环控制方式，其调制信号由时变频率指令和时变调制系数指令构成；耦合变压器用于将三相逆变器输出的电压经升压处理后耦合至待测系统。本发明既实现了一次性注入，缩短了测量时间，也提高了阻抗测量精度。

Description

基于Chirp扰动电压恒幅值注入的大功率阻抗测量装置
技术领域
本发明属于大功率阻抗实测装置研发领域，具体涉及一种基于Chirp扰动电压恒幅值注入的大功率阻抗测量装置。
背景技术
随着新能源渗透率的提高，电力系统的运行特性和行为特征进一步复杂化，逆变器与电网之间、逆变器与逆变器之间的交互作用导致宽频振荡事故频发，阻抗分析法是分析宽频振荡现象的重要工具。获取准确的端口阻抗模型是应用阻抗分析法的前提，因此基于小扰动信号的宽频阻抗实测技术成为研究热点。
阻抗测量技术分为被动测量法和主动测量法。被动测量法通过提取待测系统自身背景谐波进行阻抗计算，由于设计良好的并网逆变器背景谐波含量低，被动测量法精度低；主动测量法通过向待测系统注入扰动信号，并提取扰动电压和电流来计算阻抗值，测量精度高，应用广泛。然而，传统扫频过程通过改变正弦扰动量的频率来获得宽频段阻抗值，测量时间长，对待测系统干扰大，采用宽频信号作为扰动信号可实现一次性注入，有效缩短测量时间。大部分宽频信号的频谱并不完全可控，如：脉冲信号、三角波信号、方波信号等存在部分频段信号缺失，而部分频段能量过高的问题；PRSB及MLBS信号的能量随着频率的升高而减小，高频段阻抗实测精度低；DIBS信号虽然在能量谱上有所改进，但频段仍然不完全可控。大量研究开始采用Chirp信号作为扫频信号，Chirp信号可自由设定信号频段，90％以上的能量均集中在设定频段内，且在整个设定频段内，信号幅值基本一致，波峰因数低，既有利于信号辨识，又降低了对待测系统的影响，因此研究基于Chirp扰动电压恒幅值注入的大功率阻抗测量装置及测量方法十分必要。
发明内容
为实现精确的一次性宽频阻抗实测，本发明提供了一种基于Chirp扰动电压恒幅值注入的大功率阻抗测量装置。
本发明的一种基于Chirp扰动电压恒幅值注入的大功率阻抗测量装置，装置拓扑采取交-直-交结构，具体包括：三相不控整流器、双向DC-DC电路、大功率三相逆变器及耦合变压器。
三相不控整流器将从电网吸收的三相交流电转化为直流电压；双向DC-DC电路采取幅值环、电压环、电流环三环控制方式，用于调节交流侧输出的Chirp扰动电压幅值；大功率三相逆变器采取半开环控制方式，其调制信号由时变频率指令和时变调制系数指令构成；耦合变压器用于将三相逆变器输出的电压经升压处理后耦合至待测系统。
上述双向DC-DC电路采取幅值环、电压环、电流环三环控制方式，具体为：
步骤1：取耦合变压器T2高压侧电压uabc进行park变换，进而得到uabc的幅值um；
步骤2：将um与幅值参考Um.ref进行对比，两者的差值经PI控制器后输出DC-DC变换器的输出电压参考值uAFE.ref；
步骤3：采用经典的电压电流双环控制用于控制双向DC-DC电路跟踪参考电压uAFE.ref；
步骤4：实时检测双向DC-DC电路输出电压uAFE；
步骤5：若uAFE大于AFE最大输出电压Umax时，变调制系数M从0.95跳变至1.2；若uAFE小于AFE最大输出电压Umax时，M再次从1.2减小至0.95；
步骤6：重复步骤1-5，直至测量过程结束。
上述大功率三相逆变器采取半开环控制方式，半开环控制的三相逆变器调制指令mabc来自于Chirp信号合成单元，mabc由时变频率指令fh和变调制系数M合成。
时变频率指令fh表达式为：
Figure BDA0003556422310000021
其中，T为扫频时间，fmin及fmax分别为最小扫频频率及最大扫频频率。
本发明和现有技术相比的有益技术效果为：
1.本发明采用Chirp扰动信号进行宽频阻抗实测，有效缩短了测量时间；
2.本发明采用Chirp扰动电压恒幅值注入控制策略，实现了扰动电压在全频段内的幅值恒定，提高了测量精度。
附图说明
图1为本发明基于Chirp扰动电压恒幅值注入的大功率阻抗测量装置结构示意图。
图2为本发明基于Chirp扰动电压恒幅值注入的大功率阻抗测量装置及其控策略等效示意图。
图3为本发明提供的Chirp扰动电压恒幅值注入控制策略中信号合成单元示意图。
图4为采用本发明提供的基于Chirp扰动电压恒幅值注入大功率阻抗测量装置进行宽频阻抗实测结果，被测对象为定电流控制的LCL型并网逆变器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方法对本发明做进一步详细说明。
本发明的一种基于Chirp扰动电压恒幅值注入的大功率阻抗测量装置如图1所示，装置拓扑采取交-直-交结构，具体包括：三相不控整流器、双向DC-DC电路、大功率三相逆变器及耦合变压器。
三相不控整流器将从电网吸收的三相交流电转化为直流电压；双向DC-DC电路采取幅值环、电压环、电流环三环控制方式，用于调节交流侧输出的Chirp扰动电压幅值；大功率三相逆变器采取半开环控制方式，其调制信号由时变频率指令和时变调制系数指令构成，其中，调制系数通过引入滞环控制器进行调节，为提高直流侧电压利用率，调制系数调节过程中采用过调制技术，阻抗实测装置在线性工作模式和非线性工作模式间切换以规避测量过程中直流侧调制饱和现象。耦合变压器用于将三相逆变器输出的电压经升压处理后耦合至待测系统。
上述双向DC-DC电路采取幅值环、电压环、电流环三环控制策略如图2所示，耦合变压器T2可等效为电感串电阻的形式，与Lf、Cf共同构成LCL滤波器。具体的：
步骤1：取耦合变压器T2高压侧电压uabc进行park变换，进而得到uabc的幅值um；
步骤2：将um与幅值参考Um.ref进行对比，两者的差值经PI控制器后输出DC-DC变换器的输出电压参考值uAFE.ref；
步骤3：采用经典的电压电流双环控制用于控制双向DC-DC电路跟踪参考电压uAFE.ref；
步骤4：实时检测双向DC-DC电路输出电压uAFE；
步骤5：若uAFE大于AFE最大输出电压Umax时，变调制系数M从0.95跳变至1.2；若uAFE小于AFE最大输出电压Umax时，M再次从1.2减小至0.95；
步骤6：重复步骤1-5，直至测量过程结束。
上述大功率三相逆变器采取半开环控制方式如图3所示，半开环控制的三相逆变器调制指令mabc来自于Chirp信号合成单元，mabc由时变频率指令fh和变调制系数M合成。
时变频率指令fh表达式为：
Figure BDA0003556422310000031
其中，T为扫频时间，fmin及fmax分别为最小扫频频率及最大扫频频率。
采用本发明提供的基于Chirp扰动电压恒幅值注入大功率阻抗测量装置进行宽频阻抗实测结果，被测对象为定电流控制的LCL型并网逆变器。如图4所示，其中曲线为理论值，圆点为测量值。测量值与理论值高度拟合，验证了所提控制策略及测量装置的有效性。

Claims (4)

1.一种基于Chirp扰动电压恒幅值注入的大功率阻抗测量装置，其特征在于，装置拓扑采取交-直-交结构，具体包括：三相不控整流器、双向DC-DC电路、大功率三相逆变器及耦合变压器；
所述三相不控整流器将从电网吸收的三相交流电转化为直流电压；双向DC-DC电路采取幅值环、电压环、电流环三环控制方式，用于调节交流侧输出的Chirp扰动电压幅值；大功率三相逆变器采取半开环控制方式，其调制信号由时变频率指令和时变调制系数指令构成；耦合变压器用于将三相逆变器输出的电压经升压处理后耦合至待测系统。
2.根据权利要求1所述的一种基于Chirp扰动电压恒幅值注入的大功率阻抗测量装置，其特征在于，所述双向DC-DC电路采取幅值环、电压环、电流环三环控制方式，具体为：
步骤1：取耦合变压器T2高压侧电压uabc进行park变换，进而得到uabc的幅值um；
步骤2：将um与幅值参考Um.ref进行对比，两者的差值经PI控制器后输出DC-DC变换器的输出电压参考值uAFE.ref；
步骤3：采用经典的电压电流双环控制用于控制双向DC-DC电路跟踪参考电压uAFE.ref；
步骤4：实时检测双向DC-DC电路输出电压uAFE；
步骤5：若uAFE大于AFE最大输出电压Umax时，变调制系数M从0.95跳变至1.2；若uAFE小于AFE最大输出电压Umax时，M再次从1.2减小至0.95；
步骤6：重复步骤1-5，直至测量过程结束。
3.根据权利要求1所述的一种基于Chirp扰动电压恒幅值注入的大功率阻抗测量装置，其特征在于，所述大功率三相逆变器采取半开环控制方式，半开环控制的三相逆变器调制指令mabc来自于Chirp信号合成单元，mabc由时变频率指令fh和变调制系数M合成。
4.根据权利要求3所述的一种基于Chirp扰动电压恒幅值注入的大功率阻抗测量装置，其特征在于，所述时变频率指令fh表达式为：
Figure FDA0003556422300000011
其中，T为扫频时间，fmin及fmax分别为最小扫频频率及最大扫频频率。
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