[发明专利]一种三相交流系统阻抗测量方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及电力电子技术领域，特别涉及一种针对三相交流系统的阻抗测量方法。

【技术背景】

随着电力电子技术日益深入电能的生产与处理领域，我们有能力控制功率的流动，也可以改善输送电能的质量。然而电力电子变换器是非线性的，并且它们的动态性能跟与之连接的电源与负载是耦合在一起的。因此，为了提供一个稳定的输出，很多电力电子系统都是需要控制的。这种控制却带来了在电力系统里没有的一些新风险，其中就有稳定性问题。

具有恒功率负载特性的电力电子变流器，在它的输入端呈现负阻抗特性，从而可能会导致系统的不稳定。大型的电网是可以承受这些负阻抗特性的，然后很多小型的电力系统却不能，比如航天器，船舶，混合动力车，以及微型电网系统。这些小型的系统在工业以及民用领域会越来越普及，使得我们必须能够预测和测试以确保它们的安全运行。

工程实践中，伴随着对大功率设备的使用，对电力电子模块使用的功率要求越来越高，电力电子模块的互联也越来越多的出现在实际应用中。系统互联的便利显而易见，却同时带来了稳定性的问题。单个模块单独工作的时候，其工况相对简单，模块的稳定性也是在这种情况下进行设计。但是互联之后，不仅存在模块与源和负载之间的影响，还同时存在模块相互间的影响，这就会导致原本单独工作时稳定的模块在互联时发生不稳定的现象。

针对互联系统的稳定性问题，Middlebrook率先阐述了阻抗判据，也就是当源模块的输出阻抗与负载模块的输入导纳的乘积不超出单位圆，整个系统就是稳定的。从那时起，很多基于阻抗的稳定性判据被建立起来。例如基于直流互联系统的阻抗判据，以及基于广义奈奎斯特判据的三相交流系统的阻抗判据。对于一个三相电力电子系统来说，如果它可以划分为两个可以独立运行的子系统，那么遵循一定的规则，我们将其中一个看成“源模块”，另一个看成“负载模块”，如果源模块的输出阻抗，与负载模块的输入阻抗的比值，服从广义奈奎斯特判据，即，这两个阻抗的比值的每一条特征轨迹都不绕过（-1，j0）点，那么，我们可以判定系统是稳定的。综上所述，阻抗的获取变得十分重要。

对于直流系统的阻抗测量方法已经建立得比较完善，通过向直流系统注入不同频率的小信号扰动，然后测量与扰动同频率的电压电流相应，再经过处理就得到了所需频段的阻抗或导纳。然后对于一个交流系统，系统的工作点是时变的，使得小信号扰动的方法难以施行。

然而，对于三相平衡的交流系统来说，如果通过Park变换，将系统变换到旋转坐标下，那么此平衡系统的各个变量就成了直流量。由此，系统便有了稳定的工作点，我们可以仿照直流系统的经验，在这个工作点周围施加小信号扰动，从而实现在旋转dqo坐标系下对三相交流系统阻抗的测量。

如何实现dqo坐标系下三相交流系统阻抗的测量，一些学者对其进行了研究。已有技术[1]，见ECCE2011,第3221-3228页“An Algorithm and Implementation System for Measuring Impedance in the D-Q Domain”，来自美国弗吉尼亚理工大学，电力电子研究中心（CPES）的研究者们提出了一种采用三个注入源的测量方案。该方案利用了安捷伦公司的网络分析仪作为激励源产生扫频信号，作为在dqo坐标系下对系统的激励，在控制器内将此激励由dqo坐标系变换到abc坐标系，产生三相的激励源控制信号，从而控制并联在系统上的三个扰动源的控制信号，将扫频扰动注入被测系统。然后采集三相的电压电流信号，经过控制器的变换，由abc坐标系变换到dqo坐标系，再经过多路选择器进入网络分析仪的输入端，实现对阻抗的测量。这种方法实现了对系统阻抗宽频带的测量，并且由于成熟的商业设备——网络分析仪的引进，使得数据的后期处理变得简单。然后此方法的明显缺点就是需要使用三个注入源，使得测量系统结构变得复杂。

【发明内容】

本发明的目的在于提出一种三相交流系统阻抗测量方法，其采用单个注入源，系统结构相对简单，后期数据处理容易。

本发明采用以下技术方案予以实现：

一种三相交流系统阻抗测量方法，包括以下步骤：