CN114935690A - 一种适用于新能源并网系统阻抗测量的扰动注入和阻抗测量方法及系统 - Google Patents

一种适用于新能源并网系统阻抗测量的扰动注入和阻抗测量方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种适用于新能源并网系统阻抗测量的扰动注入和阻抗测量方法及系统，在需要进行阻抗测量的新能源并网侧，串联接入扰动注入受控电压源，由扰动注入控制器控制注入受控电压信号，向并网系统中注入不同频率下纯粹的d、q轴电压信号，测量扰动信号实际回馈的电流，变换到dq轴上后计算得到所求系统的阻抗矩阵，无需详细并网逆变器系统参数即可得到并网逆变器系统在dq坐标系下的阻抗，便于分析并网逆变器系统在实际工程应用中宽频谐振、理论模型验证等问题研究。

Description

一种适用于新能源并网系统阻抗测量的扰动注入和阻抗测量 方法及系统
技术领域
本发明涉及新能源并网技术领域，特别是一种适用于新能源并网系统阻抗测量的扰动注入和阻抗测量方法及系统。
背景技术
随着电力系统中可再生能源比例和电力电子比例的不断提高，并网逆变器系统与电网动态交互引发的宽频谐振及谐波稳定性问题日益凸显。建立并网逆变器系统到电网的数学模型，将有利于研究人员分析引发并网逆变器系统出现宽频谐振及谐波稳定性问题的来源，并针对问题来源制定相应对策。
为了得到并网逆变器系统阻抗，目前常用的方法是利用详细的系统参数建立阻抗模型，这种方法能准确表达系统的传递函数。然而这种方法在工程应用中由于并网逆变器系统复杂的参数耦合、寄生参数等因素影响，在实际并网逆变器系统中很难建立出准确的数学模型。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于新能源并网系统阻抗测量的扰动注入和阻抗测量方法及系统，可在需要对新能源并网系统进行阻抗测量时，向并网系统中注入电压扰动信号，进而可根据并网系统对扰动信号的响应实现阻抗测量，而无需详细并网逆变器系统参数。本发明采用的技术方案如下。
一方面，本发明提供一种适用于新能源并网系统阻抗测量的扰动注入方法，包括：
获取电网实时电压ug，确定电网实时电压初相位θ0和频率f0；
确定扰动控制参数，所述扰动控制参数包括纯粹d轴扰动电压信号的幅值Ad和频率fdq，以及纯粹q轴扰动电压信号的幅值Aq和频率fdq；
将所述扰动控制参数以及电网实时电压初相位θ0和频率f0，作为预先设置的信号转换模型的输入，得到信号转换模型输出的两组三相扰动电压信号，该两组三相扰动电压信号叠加后，在q轴上的分量能够相互抵消或者在d轴上的分量能够相互抵消；
将所述两组三相扰动电压信号按相叠加，得到目标三相扰动电压信号ua、ub、uc；
将ua、ub、uc作为给定值，控制受控电压源输出与ua、ub、uc对应的三相扰动电压信号，至换流器交流输出端与电网ug并网侧三相交流母线之间的并网三相线路上。
可选的，所述确定扰动控制参数：若目标三相扰动电压信号为纯粹d轴扰动电压信号，则确定纯粹d轴扰动电压信号的幅值Ad不为0，纯粹q轴扰动电压信号的幅值Aq为0；若目标三相扰动电压信号为纯粹q轴扰动电压信号，则设置纯粹d轴扰动电压信号的幅值Ad为0，纯粹q轴扰动电压信号的幅值Aq不为0。
可选的，所述预先设置的信号转换模型根据输入的扰动控制参数以及电网电压初相位θ0和频率f0，得到两组三相扰动电压信号，包括：
根据扰动控制参数中不为0的扰动电压信号幅值Ad或Aq，确定所述两组三相扰动电压信号的幅值；根据fdq和f0确定第一三相扰动电压信号的频率f1；
比较频率fdq与电网实时电压f0的大小，根据比较结果确定第二三相扰动电压信号的频率f2，并以三相正序扰动电压与三相负序扰动电压在q轴或d轴上的分量能够相互抵消为目标，确定两组三相扰动电压信号的相位
Figure BDA0003624283890000021
和电网电压初相位θ0之间的关系；
根据f1和f2，以及
Figure BDA0003624283890000022
和θ0之间的关系，确定第一三相扰动电压信号ua1、ub1、uc1和第二三相扰动电压信号ua2、ub2、uc2。
可选的，若目标三相扰动电压信号为纯粹d轴扰动电压信号，则所述两组三相扰动电压信号的幅值满足A1＝A2＝Ad；若目标三相扰动电压信号为纯粹q轴扰动电压信号，则所述两组三相扰动电压信号的幅值满足A1＝A2＝Aq；
所述根据fdq和f0确定第一三相扰动电压信号的频率f1，公式为：f1＝f0+fdq；
若fdq>f0，则f2＝fdq-f0，
Figure BDA0003624283890000023
第二三相扰动电压信号为：
Figure BDA0003624283890000031
若fdq≤f0，则f2＝f0-fdq，
Figure BDA0003624283890000032
第二三相扰动电压信号为：
Figure BDA0003624283890000033
第一三相扰动电压信号ua1、ub1、uc1为：
Figure BDA0003624283890000034
以上，第一三相扰动电压信号ua1、ub1、uc1与第二三相扰动电压信号ua2、ub2、uc2经加法器叠加后即可得到目标纯粹d轴或纯粹q轴三相扰动注入电压，将目标三相扰动注入电压作为给定电压控制受控电压源，即可使得受控电压源向新能源并网侧三相线路输出相应的扰动电压信号。
可选的，所述确定扰动控制参数包括：查找预先设置的扰动控制参数表，选择扰动电压信号频率点及其对应的纯粹d轴扰动电压幅值Ad或纯粹q轴扰动电压幅值Aq，确定待输入信号转换模型的全部扰动控制参数；
其中，所述扰动控制参数表记录有多个扰动电压信号频率点及其对应的纯粹d轴扰动电压幅值Ad或纯粹q轴扰动电压幅值Aq。
一般的，扰动电压幅值范围与电压等级和功率等级具有固定的对应关系，该对应关系的探索过程可在扰动控制前进行，得到实际系统阻抗测试场景的功率等级和电压等级对应的扰动幅值选取范围表，在该范围内选取写入扰动控制参数表的扰动电压幅值。在系统阻抗测试过程中，直接选取扰动幅值选取范围表中的值进行扰动电压注入控制即可。
可选的，所述扰动控制参数中的扰动电压信号频率fdq的确定方法包括：
S11，注入对应测试频率fdq(m)且等效为纯粹d轴或q轴扰动电压的正负序谐波电压组合，记录稳态运行时逆变器输出侧的三相电流i0′；
S12，对所得三相电流i0′进行傅里叶变换，提取对应f0和正负序谐波频率fm1、fm2的各相分量；
S13，采用对称分量法分离谐波电流响应fm1、fm2中的正负零序分量，其中两个线性量为：fm1的正序分量电流ipm1和fm2的负序分量电流inm2；四个非线性量为：fm1的负序分量电流inm1、fm2的正序分量电流ipm2以及两个频率的零序分量电流i0m1、i0m2；
S14，计算非线性率l，公式为：
Figure BDA0003624283890000041
式中，Ipm1、Inm2、Inm1、Ipm2、I0m1、I0m2分别是电流ipm1、inm2、inm1、ipm2、i0m1、i0m2的电流峰值；
若非线性率l是否小于或等于设定值，若满足则在当前测试频率fdq(m)基础上增加扰动频率，转至步骤S11并再次执行步骤S11至步骤S14，直至非线性率l大于设定值，则将最后一次增加前的测试频率作为最大扰动电压信号频率；
S15，在小于或等于所述最大扰动电压信号频率的范围内选择扰动控制参数中的扰动电压信号频率fdq。
以上确定最大扰动电压信号范围的过程中，初始的测试频率fdq(m)从较小值开始选取，非线性率l的设定值可取值为3％。
可选的，所述扰动控制参数中的扰动电压幅值的预先确定方法包括：
S21，注入对应测试频率fdq(m)且等效为纯粹d轴或q轴扰动电压的正负序谐波电压组合，记录稳态运行时逆变器输出侧的三相电流i0′；
S22，对所得三相电流i0′进行傅里叶变换，提取对应f0和正负序谐波频率fm1、fm2的各相分量；
S23，采用对称分量法分离谐波电流响应fm1、fm2中的正负零序分量，其中两个线性量为：fm1的正序分量电流ipm1和fm2的负序分量电流inm2；四个非线性量为：fm1的负序分量电流inm1、fm2的正序分量电流ipm2以及两个频率的零序分量电流i0m1、i0m2；
S24，计算非线性率l和稳定工作点偏移率s，公式为：
Figure BDA0003624283890000051
Figure BDA0003624283890000052
式中，Ipm1、Inm2、Inm1、Ipm2、I0m1、I0m2分别是电流ipm1、inm2、inm1、ipm2、i0m1、i0m2的电流峰值；I0为注入扰动量前稳定工作点的基波电流幅值，I0′为注入扰动后的基波电流幅值；
若非线性率l和稳定工作点偏移率s均小于或等于设定值，则当前纯粹d轴或q轴扰动电压的幅值可作为扰动控制参数中的扰动注入幅值；若非线性率l大于设定值，则在当前扰动注入电压幅值的基础上增加幅值量，重复步骤S21-S24，直至非线性率l小于或等于设定值；若稳定工作点偏移率s大于设定值，则在当前扰动注入电压幅值的基础上减小幅值量，重复步骤S21-S24，直至稳定工作点偏移率s小于或等于设定值；
S25，选择使得非线性率l和稳定工作点偏移率s均小于或等于设定值的纯粹d轴或q轴扰动电压的幅值，作为扰动控制参数中的扰动注入幅值。
第二方面，本发明提供一种新能源并网系统阻抗测量方法，包括：
采用第一方面所述的扰动注入方法，向换流器交流输出端与电网ug并网侧三相交流母线之间的并网三相线路上注入扰动电压信号，所述扰动电压信号为纯粹d轴电压信号或纯粹q轴电压信号；
获取电网在所述扰动电压信号的激励下产生的响应扰动电流信号；
将所述扰动电压信号以及响应扰动电流信号变换到dq轴，根据dq轴变换后的扰动电压信号和响应扰动电流信号，计算得到新能源并网系统的阻抗矩阵。
扰动电流信号为注入扰动电压信号的响应，来自于扰动电压注入处所在线路的电流。扰动电压注入后，能够检测到的电流实际包含主电路电流和响应扰动电压信号注入的电流，利用FFT可分离出所需要的响应扰动电流信号。扰动注入电压为abc坐标轴下的信号，将其进行dq轴变换可得到d轴分量vd和q轴分量vq。
可选的，考虑dq坐标系下的阻抗矩阵对应的阻抗伯德图包括dd、dq、qd和qq通道的阻抗伯德图，因此本发明中，所述向并网三相线路上注入扰动电压信号为，多次注入对应多个频率点的扰动电压信号，对应每个频率点分别注入一次纯粹d轴电压信号和一次纯粹q轴电压信号；
对应每个频率点的扰动电压注入，dq坐标系下的阻抗矩阵按照下式计算：
Figure BDA0003624283890000061
式中，Zdd、Zdq、Zqd、Zqq分别表示dd、dq、qd和qq通道的阻抗；vd1、vq1分别表示纯粹d轴扰动注入电压的d轴和q轴电压分量，vd2、vq2分别为纯粹q轴扰动注入电压的d轴和q轴电压分量；id1、iq1分别表示纯粹d轴扰动注入电压的响应扰动电流信号的d轴和q轴电流分量，id2、iq2分别表示纯粹q轴扰动注入电压的响应扰动电流信号的d轴和q轴电流分量。
第三方面，本发明提供一种适用于新能源并网系统阻抗测量的扰动注入系统，包括被测新能源并网系统，用于三相扰动注入的受控交流电压源ua、ub、uc，和扰动注入控制器；所述被测新能源并网系统包括新能源发电源、电网ug和换流器；
换流器交流输出端与电网ug并网侧三相交流母线之间的并网三相线路上设有三相断路开关Sa1、Sb1、Sc1；受控直流电压源ua、ub、uc的电源输出端分别并联于三相断路开关Sa1、Sb1、Sc1的两端；
所述扰动注入控制器用于在三相断路开关Sa1、Sb1、Sc1断开时，控制受控直流电压源ua、ub、uc向并网三相线路注入扰动电压信号，所述扰动电压信号为纯粹d轴电压信号或纯粹q轴电压信号。
可选的，所述换流器为逆变器DC/AC或交-直-交变换器AC/DC/AC；所述新能源发电源为光伏发电单元或风力发电单元。
第四方面，本发明提供一种适用于新能源并网系统阻抗测量的阻抗测量系统，包括第三方面所述的扰动注入系统以及用于采集对扰动注入电压响应的电流信号的信号采集器，所述信号采集器采集扰动电压信号注入点所在线路上的电流；
新能源并网系统的阻抗根据扰动注入电压信号和所采集到的电流信号中的响应扰动电流信号进行计算。
第五方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，实现如第一方面所述的适用于新能源并网系统阻抗测量的扰动注入方法，或者实现如第二方面所述的新能源并网系统阻抗测量方法。
有益效果
本发明的扰动注入方法和新能源并网系统阻抗测量方法，可在不清楚实际逆变器并网系统具体参数情况下，通过向并网系统中注入不同频率成分的纯粹d、q轴电压信号，得到并网线路上实际回馈的扰动电流信号，进而可根据扰动注入电压和响应电流，快速准确地计算得到并网逆变器系统在dq坐标系下的阻抗矩阵。本发明能够更方便高效的适用于分析并网系统在实际工程应用中宽频谐振、理论模型验证等问题研究。
附图说明
图1为本发明扰动注入系统的主电路结构示意图；
图2为本发明扰动注入方法中纯粹d轴扰动注入信号的转换流程示意图；
图3为本发明扰动注入方法中纯粹q轴扰动注入信号的转换流程示意图；
图4为本发明扰动注入方法中dq扰动注入幅值调节流程示意图；
图5为本发明扰动注入方法中dq扰动注入频率调节流程示意图；
图6为在20Hz的纯粹d轴扰动下三相第一扰动电压信号源ua1、ub1、uc1，三相第二扰动电压信号源ua2、ub2、uc2和三相第一第二扰动电压注入源的合成电压信号ua、ub、uc的波形示意图；
图7为在20Hz的纯粹d轴扰动下合成电压信号ua、ub、uc变换到d轴和q轴后的信号波形示意图；
图8是在20Hz的纯粹q轴扰动下三相第一扰动电压信号源ua1、ub1、uc1，三相第二扰动电压信号源ua2、ub2、uc2和三相第一第二扰动电压注入源的合成电压信号ua、ub、uc的波形示意图；
图9是在20Hz的纯粹q轴扰动下三相第一第二扰动电压注入源的合成电压信号ua、ub、uc变换到d轴和q轴后的信号波形示意图；
图10为在120Hz的纯粹d轴扰动下三相第一扰动电压信号源ua1、ub1、uc1，三相第二扰动电压信号源ua2、ub2、uc2和三相第一第二扰动电压注入源的合成电压信号ua、ub、uc的波形示意图；
图11是在120Hz的纯粹d轴扰动下三相第一第二扰动电压注入源的合成电压信号ua、ub、uc变换到d轴和q轴后的信号波形示意图；
图12是在120Hz的纯粹q轴扰动下三相第一扰动电压信号源ua1、ub1、uc1、三相第二扰动电压信号源ua2、ub2、uc2和三相第一第二扰动电压注入源的合成电压信号ua、ub、uc的波形示意图；
图13是在120Hz的纯粹q轴扰动下三相第一第二扰动电压注入源的合成电压信号ua、ub、uc变换到d轴和q轴后的信号波形示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例进一步描述。
本发明的技术构思为：在需要进行阻抗测量的新能源并网侧，串联接入扰动注入受控电压源，由扰动注入控制器控制其注入受控电压信号，向并网系统中注入不同频率下的纯粹的d、q轴电压信号，测量扰动信号实际回馈的电流，变换到dq轴上后计算得到所求系统的阻抗矩阵，从而无需详细并网逆变器系统参数及相关的复杂建模过程，即可得到并网逆变器系统的阻抗测量结果。
参考图1所示，本发明所适用的新能源并网系统中，包括新能源发电源、电网ug和换流器；换流器交流输出端通过并网三相线路与电网ug并网侧三相交流母线连接。新能源发电源包括光伏发电单元或风力发电单元等，换流器相应的为逆变器DC/AC或交-直-交变换器AC/DC/AC。
实施例1
本实施例介绍一种适用于新能源并网系统阻抗测量的扰动注入方法，包括：
获取电网实时电压ug，通过锁相确定电网电压初相位θ0和频率f0；
设置扰动控制参数，所述扰动控制参数包括纯粹d轴扰动正弦电压信号的幅值Ad和频率fdq，以及纯粹q轴扰动正弦电压信号的幅值Aq和频率fdq；
将所述扰动控制参数以及电网电压初相位θ0和频率f0，作为预先设置的信号转换模型的输入，得到两组三相扰动电压信号，该两组三相扰动电压信号叠加后，在q轴上的分量能够相互抵消或者在d轴上的分量能够相互抵消；
将所述两组三相扰动电压信号按相叠加，得到目标三相扰动电压信号ua、ub、uc；
将ua、ub、uc作为给定值，控制受控电压源输出与ua、ub、uc对应的三相扰动电压信号，至换流器交流输出端与电网ug并网侧三相交流母线之间的并网三相线路上。
上述信号转换模型基于输入数据进行幅值转换、频率转换和相位转换，其转换思想为：在时域下同时注入正序扰动电压和负序扰动电压，它们合成的扰动电压信号ua、ub、uc变换到dq坐标系下后能够等效为纯粹的d轴扰动或q轴扰动。具体即：将幅值、频率和a相初相位分别为Ap、ω1、
Figure BDA0003624283890000091
的时域扰动三相正序电压，经过基于电网锁相得到的相位基准Park变换后，得到dq坐标系下正序扰动的幅值、频率和相位；将幅值、频率和a相初相位分别为An、ω2、
Figure BDA0003624283890000101
的时域扰动三相负序，经过基于电网锁相得到的相位基准Park变换后，得到dq坐标系下负序扰动的幅值、频率和相位。再在dq坐标系下将正序扰动和负序扰动的d轴分量相抵消，得到纯粹的q轴扰动注入信号；以及将正序扰动和负序扰动的q轴分量相抵消，得到纯粹的d轴扰动注入信号；根据相抵消得到的幅值、频率和相位的数学关系，得到纯粹d轴信号注入时，时域下正序扰动和负序扰动的幅值模型、频率模型和相位模型。
关于扰动控制参数的设置
本实施例的扰动控制参数中，若目标三相扰动电压信号为纯粹d轴扰动注入信号，则设置纯粹d轴扰动正弦电压信号的幅值Ad不为0，纯粹d轴扰动正弦电压信号的幅值Aq为0；若目标三相扰动电压信号为纯粹q轴扰动注入信号，则设置纯粹d轴扰动正弦电压信号的幅值Ad为0，纯粹d轴扰动正弦电压信号的幅值Aq不为0。
考虑到一般情况下，扰动电压幅值范围与电压等级和功率等级具有固定的对应关系，因此对该对应关系的探索过程可在扰动控制前进行，得到实际系统阻抗测试场景的功率等级和电压等级对应的扰动幅值频率选取范围表，在该范围内选取写入扰动控制参数表的扰动电压幅值和频率。在系统阻抗测试过程中，直接选取扰动幅值频率选取范围表中的值进行扰动电压注入控制即可。
具体的，本实施例中设置扰动控制参数也即：查找预先设置的扰动控制参数表，选择扰动电压信号频率点及其对应的纯粹d轴扰动电压幅值Ad或纯粹q轴扰动电压幅值Aq，确定待输入信号转换模型的全部扰动控制参数；
其中，所述扰动控制参数表记录有多个扰动电压信号频率点及其对应的纯粹d轴扰动电压幅值Ad或纯粹q轴扰动电压幅值Aq。
在实际阻抗测试的扰动注入过程中，需要针对多个频率点进行扰动电压注入，且对应每个频率点，至少分别注入一次纯粹d轴扰动电压信号和一次纯粹q轴扰动电压信号，后续对于每个频率点可得到一组并网逆变器系统的阻抗矩阵。
关于信号转换模型
参考图2和图3所示，本实施例中，预先设置的信号转换模型根据输入的扰动控制参数以及电网电压初相位θ0和频率f0，得到两组三相扰动电压信号，包括：
根据扰动控制参数中不为0的扰动电压信号幅值Ad或Aq，确定所述两组三相扰动电压信号的幅值；根据fdq和f0确定第一三相扰动电压信号的频率f1；此处如前所述，若目标三相扰动电压信号为纯粹d轴扰动注入信号，如图2，则两组三相扰动电压信号的幅值满足A1＝A2＝Ad；若目标三相扰动电压信号为纯粹q轴扰动注入信号，如图3则两组三相扰动电压信号的幅值满足A1＝A2＝Aq；第一三相扰动电压信号的频率f1为：f1＝f0+fdq；
比较频率fdq与电网实时电压f0的大小，根据比较结果确定第二三相扰动电压信号的频率f2，并以三相正序扰动电压与三相负序扰动电压在q轴或d轴上的分量能够相互抵消为目标，确定两组三相扰动电压信号的相位
Figure BDA0003624283890000111
和电网电压初相位θ0之间的关系；
根据f1和f2，以及
Figure BDA0003624283890000112
和θ0之间的关系，确定第一三相扰动电压信号ua1、ub1、uc1和第二三相扰动电压信号ua2、ub2、uc2。
若fdq>f0，则f2＝fdq-f0，
Figure BDA0003624283890000113
第二三相扰动电压信号为：
Figure BDA0003624283890000114
若fdq≤f0，则f2＝f0-fdq，
Figure BDA0003624283890000115
第二三相扰动电压信号为：
Figure BDA0003624283890000116
第一三相扰动电压信号ua1、ub1、uc1为：
Figure BDA0003624283890000121
以上，第一三相扰动电压信号ua1、ub1、uc1与第二三相扰动电压信号ua2、ub2、uc2经加法器叠加后即可得到目标纯粹d轴或纯粹q轴三相扰动注入电压，将目标三相扰动注入电压作为给定电压控制受控电压源，即可使得受控电压源向新能源并网侧三相线路输出相应的扰动电压信号。
以下给出上述信号转换原理的推导过程。
向系统中注入纯粹的d轴电压激励信号，即，三相扰动信号ua、ub、uc经过abc/dq的Park变换后q轴分量为0，仅d轴存在信号，需要在转换器中满足一定条件，使得三相第一扰动电压信号源ua1、ub1、uc1在q轴上的分量和三相第二扰动电压信号源ua2、ub2、uc2在q轴上的分量相互抵消，即此时注入的q轴电压信号等于0。同理，注入纯粹的q轴电压激励信号，即三相扰动信号ua1、ub1、uc1经过abc/dq的Park变换后d轴分量为0，仅q轴存在信号，需要在转换器中满足一定条件，使得三相第一扰动电压信号源ua1、ub1、uc1在d轴上的分量和三相第二扰动电压信号源ua2、ub2、uc2在d轴上的分量相互抵消，即此时注入的d轴电压信号等于0。
进一步的，为了实现纯粹的d轴或q轴扰动电压在系统中注入，需要反向推导出三相第一扰动信号ua1、ub1、uc1和三相第二扰动信号ua2、ub2、uc2经过abc/dq的Park变换到dq轴下的数学表达式，由此确定向扰动注入控制器中的信号转换模型输入的幅值、频率与相位的设计条件。
为选定坐标变换的基准，令θt为电压基波的实时相位，则坐标abc/dq变换矩阵为：
Figure BDA0003624283890000122
令θ0为电网电压的初始相位角度，ω0为电网电压角频率，θt的表达式为：
θt＝ω0t+θ0 (2)
假设有角频率为ω1＝2πfp的正序谐波分量，fp为三相正序谐波电压的频率，Ap表示三相正序谐波电压的峰值，
Figure BDA0003624283890000131
表示三相正序谐波电压的a相初始相位，则三相正序谐波电压可以表示为：
Figure BDA0003624283890000132
式(3)左乘式(1)所示的坐标变换矩阵后，该谐波的d轴分量表达式和简化结果为：
Figure BDA0003624283890000133
Figure BDA0003624283890000134
同理，q轴分量简化结果为：
Figure BDA0003624283890000135
假设有角频率为ω2＝2πfn的负序谐波电压分量，fn为三相负序谐波电压的频率，An表示三相负序谐波电压的峰值，
Figure BDA0003624283890000136
表示三相负序谐波电压的a相初始相位，则三相负序谐波电压可以表示为：
Figure BDA0003624283890000137
同理，坐标变换后d轴分量、q轴分量表达式如式(8)和(9)所示；
Figure BDA0003624283890000138
Figure BDA0003624283890000141
将上述式子整理后得到正序谐波扰动电压、负序谐波扰动电压分别转换到dq坐标系下的表达式为：
Figure BDA0003624283890000142
Figure BDA0003624283890000143
为了实现式子(10)和(11)中的vdp和vdn相互抵消从而注入纯粹的q轴扰动信号；或者使得vqp和vqn相互抵消从而注入纯粹的d轴扰动信号，需要在扰动注入控制器的转换器中从幅值、频率和相位三个方面满足条件：
1)幅值条件必须满足Ap＝An，即图1所示的Ad＝Aq＝A；
2)频率转换关系满足:由式子(10)和(11)知，dq坐标系下d轴、q轴扰动电压的频率fdq被确定时，则三相正序扰动电压频率fp和三相负序扰动电压频率fn也被确定。当fdq>f0时，三相正序扰动电压频率fp＝f0+fdq，三相负序扰动电压频率fn＝fdq-f0，此时三相第一扰动电压信号ua1、ub1、uc1的频率f1＝fp，三相第二扰动电压信号ua2、ub2、uc2的频率f2＝fn；当fdq<f0时，三相正序扰动电压频率fp＝f0+fdq或fp＝f0-fdq，此时负序无对应频率，此时三相第一扰动电压信号ua1、ub1、uc1的频率f1＝f0+fdq，三相第二扰动电压信号ua2、ub2、uc2的频率f2＝f0-fdq。
3)根据频率条件，显然相位关系分两种情况：
当在fdq＞50Hz情况下由式子(10)、(11)可知，此时将ω1＝2πfp和正序初始相位
Figure BDA0003624283890000144
赋予给三相第一扰动电压信号ua1、ub1、uc1,ω2＝2πfn和负序初始相位
Figure BDA0003624283890000145
赋予给三相第二扰动电压信号ua2、ub2、uc2，当
Figure BDA0003624283890000146
时正负序的d轴分量被抵消即vd1＝-vd2，剩下纯粹的q轴分量；当
Figure BDA0003624283890000151
时正负序的q轴分量被抵消即vq1＝-vq2，剩下纯粹的d轴分量。
当在fdq＜50Hz情况下，由图2知，此时存在两个正序角频率ω11和ω12，满足ω11＞ω0＞ω12，其中ω11＝2π(f0+fdq)，ω12＝2π(f0-fdq)，无负序频率。此时将ω11和正序初始相位
Figure BDA0003624283890000152
赋予给三相第一扰动电压信号ua1、ub1、uc1,ω12和正序初始相位
Figure BDA0003624283890000153
赋予给三相第二扰动电压信号ua2、ub2、uc2，得到式子(12)、(13)，此时当
Figure BDA0003624283890000154
时d轴分量被抵消即vd1＝-vd2，剩下纯粹的q轴分量；当
Figure BDA0003624283890000155
时q轴分量被抵消即vq1＝-vq2，剩下纯粹的d轴分量。
由此可得到图2和图3所示的信号转换模型的转换原理。
关于扰动控制参数的范围选取
考虑并网逆变器阻抗本质为小信号线性化模型，在具体测试过程中须保持“响应-激励”的线性特征。由于三相电流不对称和稳定工作点偏移等实际因素均会导致非线性，因此实际阻抗测试过程中还应在扰动量幅值的选取上施加约束条件。根据电流响应量的正负零序分离的结果，与abc坐标系下扰动电压同序同频的为线性分量，其余为非线性量，定义非线性率衡量三相不对称度；基于电流响应FFT分析的基波分量，定义稳定工作点偏移率衡量稳定工作点偏移程度。非线性率与稳定工作点偏移率的计算式分别为：
Figure BDA0003624283890000156
Figure BDA0003624283890000157
式(14)中分子为谐波电流非线性量的幅值之和，分母为谐波电流线性量的幅值之和；式(15)中I0为注入扰动量前稳定工作点的基波电流幅值，I0’为注入扰动后的基波电流幅值。
为了使注入的扰动电压不影响系统的正常运行，且能准确反映系统阻抗特性，所注入的正序扰动和负序扰动电压幅值受非线性率和稳定工作点偏移率的制约。根据电流响应量的正负零序分离的结果，当注入的扰动幅值过小时非线性增大，影响阻抗测量精度；注入的扰动幅值过大时，稳定工作点将发生偏移，不能准确反映系统特性。因此本实施例采用非线性率约束决定扰动量幅值的下限，稳定工作点偏移率约束决定扰动量幅值的上限，当非线性率和稳定工作点偏移率同时小于3％，微小的三相不对称和稳定工作点偏移影响可忽略，激励与响应关系符合测试的线性要求。
扰动控制参数表中的扰动电压应当在合理的幅值范围内选择，此外，在测试步骤中也可加入线性校验环节：若非线性率较大，适当加大扰动幅值使响应中线性量增加，非线性率下降至小于3％；若稳定工作点偏移率较大则适当减小扰动量使稳定工作点偏移率小于3％。
具体的，参考图4所示，扰动电压幅值的预先确定或在线调整方法包括：
S21，注入对应测试频率fdq(m)且等效为纯粹d轴或q轴扰动电压的正负序谐波电压组合，记录稳态运行时逆变器输出侧的三相电流i0′；
S22，对所得三相电流i0′进行傅里叶变换，提取对应f0和正负序谐波频率fm1、fm2的各相分量；
S23，采用对称分量法分离谐波电流响应fm1、fm2中的正负零序分量，其中两个线性量为：fm1的正序分量电流ipm1和fm2的负序分量电流inm2；四个非线性量为：fm1的负序分量电流inm1、fm2的正序分量电流ipm2以及两个频率的零序分量电流i0m1、i0m2；
S24，计算非线性率l和稳定工作点偏移率s，公式为：
Figure BDA0003624283890000161
Figure BDA0003624283890000162
式中，Ipm1、Inm2、Inm1、Ipm2、I0m1、I0m2分别是电流ipm1、inm2、inm1、ipm2、i0m1、i0m2的电流峰值；I0为注入扰动量前稳定工作点的基波电流幅值，I0′为注入扰动后的基波电流幅值；
若非线性率l和稳定工作点偏移率s均小于或等于设定值，则当前纯粹d轴或q轴扰动电压的幅值可作为扰动控制参数中的扰动注入幅值；若非线性率l大于设定值，则在当前扰动注入电压幅值的基础上增加幅值量，重复步骤S21-S24，直至非线性率l小于或等于设定值；若稳定工作点偏移率s大于设定值，则在当前扰动注入电压幅值的基础上减小幅值量，重复步骤S21-S24，直至稳定工作点偏移率s小于或等于设定值；非线性率和工作点偏移率的设定值同样可设置为3％；
此处可参考图4先判断非线性率l是否小于或等于设定值，若不符合则增加扰动量幅值后重新注入扰动电压信号进行信号采集分离以及非线性率计算，直至符合设定值范围，若符合再判断工作点偏移率是否小于或等于设定值，若不符合则减小扰动量幅值后重新注入扰动电压信号，进行信号采集分离、非线性率计算等，直至非线性率l和稳定工作点偏移率s均小于或等于设定值；
S25，选择使得非线性率l和稳定工作点偏移率s均小于或等于设定值的纯粹d轴或q轴扰动电压的幅值，作为扰动控制参数中的扰动注入幅值。
上述幅值选择的方法也可以探索得到幅值的选取范围，在该范围内进行幅值的选取即可。
同样的，考虑并网逆变器阻抗本质为小信号线性化模型，在具体测试过程中须保持“响应-激励”的线性特征。随着注入扰动频率的提升，系统阻抗呈现非线性特性，例如在含有变压器的并网系统中，随着频率提升变压器铁芯逐渐饱和，呈现非线性特性。最大扰动频率受到式(14)所示的非线性率因素制约。因此所注入的扰动电压频率受到实际并网系统的非线性约束，过高的扰动频率将引起变压器、滤波器的磁饱和问题，从而导致电流响应量的正负零序分离的结果非线性率过高，影响系统阻抗测量精度，令非线性率约束决定扰动电压频率的上限。
因此，本实施例中，扰动电压信号频率fdq的预先确定或测试过程中的调整方法如图5所示，包括：
S11，注入对应测试频率fdq(m)且等效为纯粹d轴或q轴扰动电压的正负序谐波电压组合，记录稳态运行时逆变器输出侧的三相电流i0′；
S12，对所得三相电流i0′进行傅里叶变换，提取对应f0和正负序谐波频率fm1、fm2的各相分量；
S13，采用对称分量法分离谐波电流响应fm1、fm2中的正负零序分量，其中两个线性量为：fm1的正序分量电流ipm1和fm2的负序分量电流inm2；四个非线性量为：fm1的负序分量电流inm1、fm2的正序分量电流ipm2以及两个频率的零序分量电流i0m1、i0m2；
S14，计算非线性率l，公式为：
Figure BDA0003624283890000181
式中，Ipm1、Inm2、Inm1、Ipm2、I0m1、I0m2分别是电流ipm1、inm2、inm1、ipm2、i0m1、i0m2的电流峰值；
若非线性率l是否小于或等于设定值，若满足则在当前测试频率fdq(m)基础上增加扰动频率，转至步骤S11并再次执行步骤S11至步骤S14，直至非线性率l大于设定值，则将最后一次增加前的测试频率作为最大扰动电压信号频率；
S15，在小于或等于所述最大扰动电压信号频率的范围内选择扰动控制参数中的扰动电压信号频率fdq。
以上确定最大扰动电压信号范围的过程中，初始的测试频率fdq(m)从较小值开始选取，非线性率l的设定值可取值为3％。
图6至图9为本发明一种应用例中20Hz下dq电压扰动注入仿真波形图，其中图6示出了在20Hz的纯粹d轴扰动下三相第一扰动电压信号源ua1、ub1、uc1，三相第二扰动电压信号源ua2、ub2、uc2，和三相第一第二扰动电压注入源的合成电压信号ua、ub、uc。根据上述扰动注入控制器的转换器规定幅值、频率和初始相位满足的三个条件：
1)此时三相第一扰动电压信号ua1、ub1、uc1，三相第二扰动电压信号ua2、ub2、uc2的峰值电压均为5V；
2)基波频率为f0＝50Hz，由于fdq＝20Hz＜50Hz，此时三相第一扰动电压信号的频率f1＝f0+fdq＝70Hz，三相第二扰动电压信号的频率f1＝f0-fdq＝30Hz；
3)三相第一扰动电压信号与三相第二扰动电压信初始相位相等为
Figure BDA0003624283890000191
且满足
Figure BDA0003624283890000192
得到图7所示fdq＝20Hz的纯粹d轴扰动，此时q轴信号被抵消；
三相第一扰动电压信号与三相第二扰动电压信初始相位相等为
Figure BDA0003624283890000193
且满足
Figure BDA0003624283890000194
得到图8所示在fdq＝20Hz的纯粹q轴扰动下三相第一扰动电压信号ua1、ub1、uc1，三相第二扰动电压信号ua2、ub2、uc2，和三相扰动注入受控电压信号ua、ub、uc。此时在dq轴上得到图9所示fdq＝20Hz的纯粹q轴扰动，此时d轴信号被抵消。
图10-图13示出了本发明一种应用例中120Hz下dq电压扰动注入仿真波形图，其中图10是在120Hz的纯粹d轴扰动下三相第一扰动电压信号源ua1、ub1、uc1、三相第二扰动电压信号源ua2、ub2、uc2和三相第一第二扰动电压注入源的合成电压信号ua、ub、uc。根据上述扰动注入控制器的转换器规定幅值、频率和初始相位满足的三个条件：
1)此时三相第一扰动电压信号ua1、ub1、uc1，三相第二扰动电压信号ua2、ub2、uc2的峰值电压均为5V；
2)基波频率为f0＝50Hz，由于fdq＝120Hz＞50Hz，此时三相第一扰动电压信号的频率f1＝f0+fdq＝170Hz，三相第二扰动电压信号的频率f1＝fdq-f0＝70Hz；
3)三相第一扰动电压信号与三相第二扰动电压信初始相位分别为
Figure BDA0003624283890000195
和
Figure BDA0003624283890000196
且满足
Figure BDA0003624283890000197
得到图11所示fdq＝120Hz的纯粹d轴扰动，此时q轴信号被抵消；
三相第一扰动电压信号与三相第二扰动电压信初始相位分别为
Figure BDA0003624283890000198
和
Figure BDA0003624283890000199
且满足
Figure BDA00036242838900001910
得到图12所示在fdq＝120Hz的纯粹q轴扰动下三相第一扰动电压信号ua1、ub1、uc1，三相第二扰动电压信号ua2、ub2、uc2，和三相扰动注入受控电压信号ua、ub、uc。此时在dq轴上得到图13所示fdq＝120Hz的纯粹q轴扰动，此时d轴信号被抵消。
实施例2
本实施例介绍一种新能源并网系统阻抗测量方法，包括：
采用实施例1所介绍的扰动注入方法，向换流器交流输出端与电网ug并网侧三相交流母线之间的并网三相线路上注入纯粹d轴电压信号或纯粹q轴电压信号；
获取扰动电压注入点所在线路在所述扰动电压信号的激励下产生的响应扰动电流信号；
将所述扰动电压信号以及响应扰动电流信号变换到dq轴，根据dq轴变换后的扰动电压信号和响应扰动电流信号，计算得到新能源并网系统的阻抗矩阵。
扫频得到系统阻抗的伯德图，需要一系列的频率点对应的阻抗幅值和相位，因此本实施例中需要多次注入对应多个频率点的扰动电压信号，且对应每个频率点分别注入一次纯粹d轴电压信号和一次纯粹q轴电压信号。则dq坐标系下的阻抗矩阵对应的阻抗伯德图包括dd、dq、qd和qq通道的阻抗伯德图，它们的阻抗计算方式为：dd通道阻抗等于纯粹d轴电压扰动信号除以纯粹d轴电压扰动信号的响应电流信号的d轴分量；dq通道阻抗等于纯粹d轴电压扰动信号除以纯粹q轴电压扰动信号响应电流信号的d轴分量；qq通道阻抗等于纯粹q轴电压扰动信号除以纯粹q轴电压扰动信号的响应电流信号的q轴分量；qd通道阻抗等于纯粹q轴电压扰动信号除以纯粹d轴电压扰动信号响应电流信号的q轴分量。具体的：
一次扰动注入对应的电压、电流与阻抗关系表达式为：
Figure BDA0003624283890000201
注入纯粹d轴扰动电压，获取第一组电流响应数据并坐标变换后，代入上式得：
Figure BDA0003624283890000202
注入q轴扰动电压，获取第二组电流响应数据并坐标变换后，代入上式得：
Figure BDA0003624283890000211
综合以上两式，可得等效的矩阵式方程：
Figure BDA0003624283890000212
至此，对应每个频率点的扰动电压注入，dq坐标系下的阻抗矩阵为：
Figure BDA0003624283890000213
式中，Zdd、Zdq、Zqd、Zqq分别表示dd、dq、qd和qq通道的阻抗；vd1、vq1分别表示纯粹d轴扰动注入电压的d轴和q轴电压分量，vd2、vq2分别为纯粹q轴扰动注入电压的d轴和q轴电压分量；id1、iq1分别表示纯粹d轴扰动注入电压的响应扰动电流信号的d轴和q轴电流分量，id2、iq2分别表示纯粹q轴扰动注入电压的响应扰动电流信号的d轴和q轴电流分量。
实施例3
本实施例介绍一种适用于新能源并网系统阻抗测量的扰动注入系统，其包括被测新能源并网系统，用于三相扰动注入的受控交流电压源ua、ub、uc，和扰动注入控制器；被测新能源并网系统中，换流器交流输出端与电网ug并网侧三相交流母线之间的并网三相线路上设有三相断路开关Sa1、Sb1、Sc1；受控直流电压源ua、ub、uc的电源输出端分别并联于三相断路开关Sa1、Sb1、Sc1的两端；
所述扰动注入控制器用于在三相断路开关Sa1、Sb1、Sc1断开时，控制受控直流电压源ua、ub、uc向并网三相线路注入扰动电压信号，所述扰动电压信号为纯粹d轴电压信号或纯粹q轴电压信号。
换流器为逆变器DC/AC或交-直-交变换器AC/DC/AC；所述新能源发电源为光伏发电单元或风力发电单元。
扰动注入控制器控制受控电压源输出指定纯粹q轴或纯粹d轴电压扰动信号的过程参考实施例1的相关内容，不予赘述。
实施例4
本实施例介绍一种适用于新能源并网系统阻抗测量的阻抗测量系统，其包括实施例1介绍的扰动注入系统以及用于采集对扰动注入电压响应的电流信号的信号采集器，信号采集器采集扰动电压信号注入点所在线路上的电流；
新能源并网系统的阻抗根据扰动注入电压信号和所采集到的电流信号中的响应扰动电流信号进行计算。
具体计算过程及原理参考实施例1和实施例2的相关内容，不予赘述。
实施例5
本实施例介绍一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，实现如实施例1所述的适用于新能源并网系统阻抗测量的扰动注入方法，或者实现如实施例2所述的新能源并网系统阻抗测量方法。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请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，本申请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。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、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。
以上结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (13)

1.一种适用于新能源并网系统阻抗测量的扰动注入方法，其特征是，包括：
获取电网实时电压ug，确定电网实时电压初相位θ0和频率f0；
确定扰动控制参数，所述扰动控制参数包括纯粹d轴扰动电压信号的幅值Ad和频率fdq，以及纯粹q轴扰动电压信号的幅值Aq和频率fdq；
将所述扰动控制参数以及电网实时电压初相位θ0和频率f0，作为预先设置的信号转换模型的输入，得到信号转换模型输出的两组三相扰动电压信号，该两组三相扰动电压信号叠加后，在q轴上的分量能够相互抵消或者在d轴上的分量能够相互抵消；
将所述两组三相扰动电压信号按相叠加，得到目标三相扰动电压信号ua、ub、uc；
将ua、ub、uc作为给定值，控制受控电压源输出与ua、ub、uc对应的三相扰动电压信号，至换流器交流输出端与电网ug并网侧三相交流母线之间的并网三相线路上。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述确定扰动控制参数：若目标三相扰动电压信号为纯粹d轴扰动电压信号，则确定纯粹d轴扰动电压信号的幅值Ad不为0，纯粹q轴扰动电压信号的幅值Aq为0；若目标三相扰动电压信号为纯粹q轴扰动电压信号，则设置纯粹d轴扰动电压信号的幅值Ad为0，纯粹q轴扰动电压信号的幅值Aq不为0。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征是，所述预先设置的信号转换模型，根据输入的扰动控制参数以及电网电压初相位θ0和频率f0，得到两组三相扰动电压信号，包括：
根据扰动控制参数中不为0的扰动电压信号幅值Ad或Aq，确定所述两组三相扰动电压信号的幅值；根据fdq和f0确定第一三相扰动电压信号的频率f1；
比较频率fdq与电网实时电压f0的大小，根据比较结果确定第二三相扰动电压信号的频率f2，并以三相正序扰动电压与三相负序扰动电压在q轴或d轴上的分量能够相互抵消为目标，确定两组三相扰动电压信号的相位
Figure FDA0003624283880000011
和电网电压初相位θ0之间的关系；
根据f1和f2，以及
Figure FDA0003624283880000012
和θ0之间的关系，确定第一三相扰动电压信号ua1、ub1、uc1和第二三相扰动电压信号ua2、ub2、uc2。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征是，若目标三相扰动电压信号为纯粹d轴扰动电压信号，则所述两组三相扰动电压信号的幅值满足A1＝A2＝Ad；若目标三相扰动电压信号为纯粹q轴扰动电压信号，则所述两组三相扰动电压信号的幅值满足A1＝A2＝Aq；
所述根据fdq和f0确定第一三相扰动电压信号的频率f1，公式为：f1＝f0+fdq；
若fdq>f0，则f2＝fdq-f0，
Figure FDA0003624283880000021
第二三相扰动电压信号为：
Figure FDA0003624283880000022
若fdq≤f0，则f2＝f0-fdq，
Figure FDA0003624283880000023
第二三相扰动电压信号为：
Figure FDA0003624283880000024
第一三相扰动电压信号ua1、ub1、uc1为：
Figure FDA0003624283880000025
5.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述确定扰动控制参数包括：查找预先设置的扰动控制参数表，选择扰动电压信号频率点及其对应的纯粹d轴扰动电压幅值Ad或纯粹q轴扰动电压幅值Aq，确定待输入信号转换模型的全部扰动控制参数；
其中，所述扰动控制参数表记录有多个扰动电压信号频率点及其对应的纯粹d轴扰动电压幅值Ad或纯粹q轴扰动电压幅值Aq。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述扰动控制参数中的扰动电压信号频率fdq的确定方法包括：
S11，注入对应测试频率fdq(m)且等效为纯粹d轴或q轴扰动电压的正负序谐波电压组合，记录稳态运行时逆变器输出侧的三相电流i0′；
S12，对所得三相电流i0′进行傅里叶变换，提取对应f0和正负序谐波频率fm1、fm2的各相分量；
S13，采用对称分量法分离谐波电流响应fm1、fm2中的正负零序分量，其中两个线性量为：fm1的正序分量电流ipm1和fm2的负序分量电流inm2；四个非线性量为：fm1的负序分量电流inm1、fm2的正序分量电流ipm2以及两个频率的零序分量电流i0m1、i0m2；
S14，计算非线性率l，公式为：
Figure FDA0003624283880000031
式中，Ipm1、Inm2、Inm1、Ipm2、I0m1、I0m2分别是电流ipm1、inm2、inm1、ipm2、i0m1、i0m2的电流峰值；
若非线性率l是否小于或等于设定值，若满足则在当前测试频率fdq(m)基础上增加扰动频率，转至步骤S11并再次执行步骤S11至步骤S14，直至非线性率l大于设定值，则将最后一次增加前的测试频率作为最大扰动电压信号频率；
S15，在小于或等于所述最大扰动电压信号频率的范围内选择扰动控制参数中的扰动电压信号频率fdq。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述扰动控制参数中的扰动电压幅值的确定方法包括：
S21，注入对应测试频率fdq(m)且等效为纯粹d轴或q轴扰动电压的正负序谐波电压组合，记录稳态运行时逆变器输出侧的三相电流i0′；
S22，对所得三相电流i0′进行傅里叶变换，提取对应f0和正负序谐波频率fm1、fm2的各相分量；
S23，采用对称分量法分离谐波电流响应fm1、fm2中的正负零序分量，其中两个线性量为：fm1的正序分量电流ipm1和fm2的负序分量电流inm2；四个非线性量为：fm1的负序分量电流inm1、fm2的正序分量电流ipm2以及两个频率的零序分量电流i0m1、i0m2；
S24，计算非线性率l和稳定工作点偏移率s，公式为：
Figure FDA0003624283880000041
Figure FDA0003624283880000042
式中，Ipm1、Inm2、Inm1、Ipm2、I0m1、I0m2分别是电流ipm1、inm2、inm1、ipm2、i0m1、i0m2的电流峰值；I0为注入扰动量前稳定工作点的基波电流幅值，I0′为注入扰动后的基波电流幅值；
若非线性率l和稳定工作点偏移率s均小于或等于设定值，则当前纯粹d轴或q轴扰动电压的幅值可作为扰动控制参数中的扰动注入幅值；若非线性率l大于设定值，则在当前扰动注入电压幅值的基础上增加幅值量，重复步骤S21-S24，直至非线性率l小于或等于设定值；若稳定工作点偏移率s大于设定值，则在当前扰动注入电压幅值的基础上减小幅值量，重复步骤S21-S24，直至稳定工作点偏移率s小于或等于设定值；
S25，选择使得非线性率l和稳定工作点偏移率s均小于或等于设定值的纯粹d轴或q轴扰动电压的幅值，作为扰动控制参数中的扰动注入幅值。
8.一种新能源并网系统阻抗测量方法，其特征是，包括：
采用权利要求1-7任一项所述的扰动注入方法，向换流器交流输出端与电网ug并网侧三相交流母线之间的并网三相线路上注入扰动电压信号，所述扰动电压信号为纯粹d轴电压信号或纯粹q轴电压信号；
获取电网在所述扰动电压信号的激励下产生的响应扰动电流信号；
将所述扰动电压信号以及响应扰动电流信号变换到dq轴，根据dq轴变换后的扰动电压信号和响应扰动电流信号，计算得到新能源并网系统的阻抗矩阵。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征是，所述向并网三相线路上注入扰动电压信号为，多次注入对应多个频率点的扰动电压信号，对应每个频率点分别注入一次纯粹d轴电压信号和一次纯粹q轴电压信号；
对应每个频率点的扰动电压注入，dq坐标系下的阻抗矩阵按照下式计算：
Figure FDA0003624283880000051
式中，Zdd、Zdq、Zqd、Zqq分别表示dd、dq、qd和qq通道的阻抗；vd1、vq1分别表示纯粹d轴扰动注入电压的d轴和q轴电压分量，vd2、vq2分别为纯粹q轴扰动注入电压的d轴和q轴电压分量；id1、iq1分别表示纯粹d轴扰动注入电压的响应扰动电流信号的d轴和q轴电流分量，id2、iq2分别表示纯粹q轴扰动注入电压的响应扰动电流信号的d轴和q轴电流分量。
10.一种适用于新能源并网系统阻抗测量的扰动注入系统，其特征是，包括被测新能源并网系统，用于三相扰动注入的受控交流电压源ua、ub、uc，和扰动注入控制器；所述被测新能源并网系统包括新能源发电源、电网ug和换流器；
换流器交流输出端与电网ug并网侧三相交流母线之间的并网三相线路上设有三相断路开关Sa1、Sb1、Sc1；受控直流电压源ua、ub、uc的电源输出端分别并联于三相断路开关Sa1、Sb1、Sc1的两端；
所述扰动注入控制器用于在三相断路开关Sa1、Sb1、Sc1断开时，控制受控直流电压源ua、ub、uc向并网三相线路注入扰动电压信号，所述扰动电压信号为纯粹d轴电压信号或纯粹q轴电压信号。
11.根据权利要求10所述的扰动注入系统，其特征是，所述换流器为逆变器DC/AC或交-直-交变换器AC/DC/AC；所述新能源发电源为光伏发电单元或风力发电单元。
12.一种适用于新能源并网系统阻抗测量的阻抗测量系统，其特征是，包括权利要求10或11所述的扰动注入系统以及用于采集对扰动注入电压响应的电流信号的信号采集器，所述信号采集器采集扰动电压信号注入点所在线路上的电流；
新能源并网系统的阻抗根据扰动注入电压信号和所采集到的电流信号中的响应扰动电流信号进行计算。
13.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征是，该计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1-7任一项所述的适用于新能源并网系统阻抗测量的扰动注入方法，或者实现如权利要求8-9任一项所述的新能源并网系统阻抗测量方法。
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WO2024045569A1 (zh) * 2022-08-31 2024-03-07 国网河北省电力有限公司电力科学研究院 逆变器阻抗测量方法、装置、终端设备及存储介质

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