CN116718837A - 一种基于主动式宽频带的多维阻抗测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于主动式宽频带的多维阻抗测量方法,涉及阻抗测量领域,该方法包括以下步骤:获取伪随机二进制序列中的最大长度二进制序列信号;叠加多个最大长度二进制序列信号,并作为扰动信号;通过设置一个输入端带有自然频率为工作频率的PLL获取n个VSC系统侧的静态相角,并取2n组线性无关的扰动信号分别注入n个VSC系统的d轴和q轴;对VSC系统中n个端口测量得到的三相电压和三相电流进行park变换;对park变换得到的数据进行FFT变换,得到各个频率下的相量值;根据相量值计算各个频率的阻抗值。本发明解决了阻抗测量时对系统的正常运行造成的干扰,且输入扰动信号的控制不够灵活、检测结果不准确的问题。
Description
技术领域
本发明涉及阻抗测量领域,特别是涉及一种基于主动式宽频带的多维阻抗测量方法。
背景技术
阻抗是电子设备设施的一个重要参数,是设计电气设备,分析电气设备性能的基础。能够在对系统影响最小的情况下,减小测量扰动,快速、准确、便捷测得系统的阻抗值具有重要意义。
阻抗模型的建立可以通过理论推导获得,但对于电力电子设备,制造商通常不便透露各类设备及其控制系统的详细参数,因此在实际工程应用中,通过解析法建立电力电子化电力系统各部分的阻抗模型面临诸多困难,此时通过黑箱辨识方法来获得系统模型是更可取的方法路径。基于黑箱辨识的阻抗模型建模主要包括两部分,阻抗测量和模型辨识。阻抗测量获得的阻抗对应的是系统的频率响应函数,即的离散数据,经辨识后才能获得阻抗模型/>。
现有技术中采用的阻抗测量方法有主动式测量和被动式两种,被动式测量是利用系统中原本存在的噪声和谐波作为扰动源来测量系统阻抗,而主动式测量则是通过外接注入扰动来测量扰动。被动式测量的扰动源难以控制不够灵活,且分析较为困难。主动式暂态阻抗测量方法可能影响系统的正常稳定运行,不适合阻抗在线测量。
发明内容
针对现有技术中的上述不足,本发明提供的一种基于主动式宽频带的多维阻抗测量方法解决了现有主动式测量影响系统正常运行及不适合阻抗在线测量的问题,同时解决了被动式测量扰动源难以控制及分析较困难的问题。
为了达到上述发明目的,本发明采用的技术方案为:一种基于主动式宽频带的多维阻抗测量方法,所述方法包括以下步骤:
S1:利用带有前馈异或门的n位移位寄存器获取伪随机二进制序列中的最大长度二进制序列信号;
S2:叠加多个最大长度二进制序列信号,并作为扰动信号实现对阻抗的主动式测量;
S3:通过设置一个输入端带有自然频率为工作频率的PLL获取n个VSC系统侧的静态相角,并取2n组线性无关的扰动信号分别注入n个VSC系统的d轴和q轴;
S4:对VSC系统中n个端口测量得到的三相电压和三相电流进行park变换;
S5:对park变换得到的数据进行FFT变换,得到各个频率下的相量值;
S6:根据相量值计算各个频率的阻抗值,完成多维阻抗的测量。
上述方案的有益效果是:通过上述技术方案,提供了多维阻抗的测量方法,首先选择多个“最大长度二进制序列信号(MLBS)”叠加后作为扰动信号,再将扰动信号在PCC点注入VSC控制系统。用PLL系统获取静态相角,再在各个VSC系统的PCC点测量得到电压和电流,最后计算得到多维阻抗值。解决了现有主动式测量影响系统正常运行及不适合阻抗在线测量的问题,同时解决了被动式测量扰动源难以控制及分析较困难的问题。
进一步地,S1中最大长度二进制序列信号的设计参数包括信号时域幅度、移位寄存器频率、移位寄存器个数、前馈异或门的输入位置、二进制初始序列、位寄存器产生序列长度、信号周期和频率分辨率,具体包括以下公式:
信号时域幅度的变化规律为
其中,为幅值,/>为移位寄存器个数,/>为频率分辨率,/>为/>位寄存器产生序列长度;
信号周期为
其中,为移位寄存器频率;
频率分辨率为
。
上述进一步方案的有益效果是:通过分析最大长度二进制序列信号的相关参数,从而获得所需的参数特性。
进一步地,S2中通过调节信号的频率参数获得不同频率间隔的序列,实现最大长度二进制序列信号的叠加。
上述进一步方案的有益效果是:上述技术方案用于获得不同频率间隔的序列,构成所需叠加信号。
进一步地,S3中通过在VSC系统的内环电流控制内加入d轴和q轴的宽频扰动信号,将扰动电流分别与VSC系统电流叠加,实现扰动的注入。
上述进一步方案的有益效果是:通过上述技术方案,提供了对系统注入扰动信号的一种方式,只需要在内环电流控制内加入d轴和q轴的宽频扰动信号,不需要专门的扰动电压或者电流注入装置,有效的简化了装置。
进一步地,S3中获取静态相角时在PLL之前增加一个已设定自然频率的带通滤波器。
上述进一步方案的有益效果是:通过在PLL之前增加一个带通滤波器,有效解决了测量静态相角偏移问题。
进一步地,S3采用改进的VSC控制结构,将实际电流值与参考电流值的差值进行低通滤波,滤波后的量采用前馈解耦的PI控制,剩余的量采用额外PI进行控制,使输出能够追踪注入的扰动信号。
上述进一步方案的有益效果是:通过上述技术方案,使得输出能够较好地追踪注入的扰动信号。
进一步地,S6阻抗计算公式如下所示:
其中,为d轴上的电压相量值,/>为q轴上的电压相量值,/>为d轴上的电流相量值,/>为q轴上的电流相量值,/>,/>为不同的频率,为包含需要测量的频率点的集合。
上述进一步方案的有益效果是:通过上述技术方案,测得多频率下的多维阻抗,提升了阻抗测量的维数,提高了测量效率,可在一次实验中测试多频率下的阻抗值,而不必改变频率重复测量。
附图说明
图1为一种基于主动式宽频带的多维阻抗测量方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
如图1所示,一种基于主动式宽频带的多维阻抗测量方法,所述方法包括以下步骤:
S1:利用带有前馈异或门的n位移位寄存器获取伪随机二进制序列中的最大长度二进制序列信号;
S2:叠加多个最大长度二进制序列信号,并作为扰动信号实现对阻抗的主动式测量;
S3:通过设置一个输入端带有自然频率为工作频率的PLL获取n个VSC系统侧的静态相角,并取2n组线性无关的扰动信号分别注入n个VSC系统的d轴和q轴;
S4:对VSC系统中n个端口测量得到的三相电压和三相电流进行park变换;
S5:对park变换得到的数据进行FFT变换,得到各个频率下的相量值;
S6:根据相量值计算各个频率的阻抗值,完成多维阻抗的测量。
在本发明的一个实施例中,选择伪随机二进制序列中的最大长度二进制序列信号(MLBS)作为扰动输入信号。为方便测量后信号提取、处理,提高测量精确度,选择扰动信号时存在诸多要求。为了更好地控制输入的扰动,应避免使用噪声信号等随机信号,因而希望信号是确定信号;为避免频谱泄露,需对信号进行整周期截断,因此应避免使用非周期信号;需要测量的频率点处信号幅度应尽可能高而非测量频率点处的信号幅度尽可能小,各个待测频率点处的幅度较为均匀;信号的设计较为简单,获取方法实际可行。在宽频带信号中,伪随机二进制序列以及多正弦信号是运用较为广泛的信号。
对于多正弦来说,其每一个谐波分量的幅值以及频率均可独立精确设计,最终得到的信号不含杂波。但是多正弦信号是多个不同频率的正弦信号的叠加,具有较大的峰值因数。尽管目前有许多降低峰值因数的研究,但依然无法避免当待测频率发生变化时需要重新进行耗时的信号设计过程。当频率分量非等间隔分布时,多正弦信号峰值限制更加困难,多正弦信号的这一特性限制了其所含频率分量数目与谐波分量幅值的可调范围。由于阻抗测量中所取的频率点通常为对数分布,并且通常不需要精确控制每个频率分量的幅值和相位,多正弦信号的优点在阻抗测量中并不突出。因此采用伪随机二进制信号中最常用的“最大长度二进制序列信号”。
S1中最大长度二进制序列信号的设计参数包括信号时域幅度、移位寄存器频率、移位寄存器个数、前馈异或门的输入位置、二进制初始序列、位寄存器产生序列长度、信号周期和频率分辨率,具体包括以下公式:
信号时域幅度的变化规律为
其中,为幅值,/>为移位寄存器个数,/>为频率分辨率,/>为/>位寄存器产生序列长度;
信号周期为
其中,为移位寄存器频率;
频率分辨率为
。
由于MLBS含有直流分量为,在频率为/>处幅值最大。根据其能量衰减特性,当能量衰减3dB时,/>,当/>时,/>大幅衰减。
这表明有效幅度范围为序列长度的前,则可取前/>为有效扰动,其余频率下均为杂波,由于阻抗测量的选取频率通常为对数,可以叠加多个MLBS序列构成复合信号,其幅度特性呈现衰减、周期性。
S2中通过调节信号的频率参数获得不同频率间隔的序列,实现最大长度二进制序列信号的叠加。
通过改变前馈输入位置即可改变公共频率下的相位,从而改善不同的序列叠加会使得有些公共频率下的幅度相抵消的情况。
S3中通过在VSC系统的内环电流控制内加入d轴和q轴的宽频扰动信号,将扰动电流分别与VSC系统电流叠加,实现扰动的注入。
使用VSC控制系统来产生扰动电压,使扰动方便可控、易于调节,避免了使用其他复杂的电压、电流扰动注入装置的使用。
由于电流控制环采用的为前馈解耦的PI控制结构,实际注入系统的扰动电流并不会与扰动信号完全一致,且dq轴扰动会跟随解耦项彼此相互干扰。因此在S6中所测得是多频率下的多维阻抗值,提升了阻抗测量的维数,提高了测量效率。选用的宽频带信号包含多个频率,可在一次实验中测试多频率下的阻抗值,而不必改变频率重复测量。且作为n维系统,任意两点间的阻抗共计n(n-1)个,通过在n个VSC控制系统依次注入2n个d、q轴扰动则可以测量在宽频率下的n维阻抗值。
S3中获取静态相角时在PLL之前增加一个已设定自然频率的带通滤波器。
在本实施例中,带通滤波器的自然频率设定为50,有效解决了步骤S3测量静态相角偏移问题。在步骤S4中进行Park变换时需要获取相角,向系统内部注入小幅度扰动虽然不会对稳定运行点造成影响,但是针对每个频率点处会引入较大的相角偏移,从而导致阻抗测量结果与理论得到的结果相差较大。因此加入了带通滤波器和PLL锁相环。
S3采用改进的VSC控制结构,将实际电流值与参考电流值的差值进行低通滤波,滤波后的量采用前馈解耦的PI控制,剩余的量采用高动态性能的额外PI进行控制,使输出能够追踪注入的扰动信号。
S6阻抗计算公式如下所示:
其中,为d轴上的电压相量值,/>为q轴上的电压相量值,/>为d轴上的电流相量值,/>为q轴上的电流相量值,/>,/>为不同的频率,为包含需要测量的频率点的集合。
本发明使用基于VSC系统宽频主动式阻抗测量,在进行阻抗测量时,对系统的正常运行造成的干扰小,且输入扰动信号的控制灵活、测试方法便捷、测得的结果较准确。测取的是系统的多维阻抗值,且可以通过一次实验测得多频率下的阻抗值,减少了试验次数。
本领域的普通技术人员将会意识到,这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理,应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合,这些变形和组合仍然在发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种基于主动式宽频带的多维阻抗测量方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
S1:利用带有前馈异或门的n位移位寄存器获取伪随机二进制序列中的最大长度二进制序列信号;
S2:叠加多个最大长度二进制序列信号,并作为扰动信号实现对阻抗的主动式测量;
S3:通过设置一个输入端带有自然频率为工作频率的PLL获取n个VSC系统侧的静态相角,并取2n组线性无关的扰动信号分别注入n个VSC系统的d轴和q轴;
S4:对VSC系统中n个端口测量得到的三相电压和三相电流进行park变换;
S5:对park变换得到的数据进行FFT变换,得到各个频率下的相量值;
S6:根据相量值计算各个频率的阻抗值,完成多维阻抗的测量。
2.根据权利要求1所述的基于主动式宽频带的多维阻抗测量方法,其特征在于,所述S1中最大长度二进制序列信号的设计参数包括信号时域幅度、移位寄存器频率、移位寄存器个数、前馈异或门的输入位置、二进制初始序列、位寄存器产生序列长度、信号周期和频率分辨率,具体包括以下公式:
信号时域幅度的变化规律为
其中,为幅值,/>为移位寄存器个数,/>为频率分辨率,/>为/>位寄存器产生序列长度;
信号周期为
其中,为移位寄存器频率;
频率分辨率为
。
3.根据权利要求1所述的基于主动式宽频带的多维阻抗测量方法,其特征在于,所述S2中通过调节信号的频率参数获得不同频率间隔的序列,实现最大长度二进制序列信号的叠加。
4.根据权利要求1所述的基于主动式宽频带的多维阻抗测量方法,其特征在于,所述S3中通过在VSC系统的内环电流控制内加入d轴和q轴的宽频扰动信号,将扰动电流分别与VSC系统电流叠加,实现扰动的注入。
5.根据权利要求1所述的基于主动式宽频带的多维阻抗测量方法,其特征在于,所述S3中获取静态相角时在PLL之前增加一个已设定自然频率的带通滤波器。
6.根据权利要求1所述的基于主动式宽频带的多维阻抗测量方法,其特征在于,所述S3采用改进的VSC控制结构,将实际电流值与参考电流值的差值进行低通滤波,滤波后的量采用前馈解耦的PI控制,剩余的量采用额外PI进行控制,使输出能够追踪注入的扰动信号。
7.根据权利要求1所述的基于主动式宽频带的多维阻抗测量方法,其特征在于,所述S6阻抗计算公式如下所示:
其中,为d轴上的电压相量值,/>为q轴上的电压相量值,/>为d轴上的电流相量值,/>为q轴上的电流相量值,/>,/>为不同的频率,/>为包含需要测量的频率点的集合。
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