[发明专利]一种谐振分流阻抗测量装置及其控制系统

说明书

本发明公开了一种谐振分流阻抗测量装置及其控制系统，谐振分流阻抗测量装置由LC串联谐振支路、基于电容器耦合的串联阻抗测量装置（SIMD）和旁路开关组成，其中LC串联谐振支路、SIMD以及旁路开关并联连接；LC串联谐振支路流过大部分待测系统的稳态电流且不影响扰动电压的注入。谐振分流阻抗测量装置的控制由信号处理、参考生成以及基于PR的双闭环控制三部分组成，该控制可实现扰动电压输出幅值可控及流经SIMD的基波电流尽可能小的控制目标。本发明可以实现SIMD在全频段内几乎不流过基波电流的目标，增加了阻抗测量装置的开关频率，减少了阻抗测量装置的体积、成本以及损耗。

技术领域

本发明属于阻抗测量技术领域，具体涉及一种谐振分流阻抗测量装置及其控制系统。

背景技术

在“碳达峰”、“碳中和”大背景下，新能源的开发与利用进一步加速，然而，电力电子设备与电网之间的相互作用时常引发宽频振荡事故。阻抗分析法是分析这种宽频振荡现象的重要工具，系统输入/输出阻抗可以通过数学建模手段和实测手段获取，然而在系统内部参数不确定且系统拓扑具有时变特性时，建模手段得到的阻抗模型精度降低，阻抗测量成为研究热点。目前国内外关于阻抗测量的研究主要集中在中低电压的小功率场合，随着新能源场站规模日益增大，大功率阻抗测量装置亟待开发，研究大功率阻抗测量装置的控制算法十分必要。

阻抗测量分为被动测量和主动测量两大类，被动测量通过提取待测系统自身的背景谐波计算其阻抗值，主动测量通过扰动注入电路向待测系统注入特定扰动并提取扰动电压电流响应计算阻抗值。主动测量法扰动可控，测量精度高，因此成为主流测量方法。根据注入扰动信号的性质，主动测量法进一步划分为串联注入电压法和并联注入电流法。根据并联分流定律，并联注入电流法适用于电网阻抗远大于待测新能源等效阻抗的情况。根据串联分压定律，串联注入电压适用于电网阻抗远小于待测新能源等效阻抗的情况。由于新能源发电装置的等效阻抗远大于交流电网阻抗，此处针对串联注入电压法进行研究。

电压扰动注入主要有两种耦合方式：变压器耦合注入和电容器注入。无论哪种耦合方式，流经待测系统的基频电流都将流过阻抗测量装置，导致阻抗测量装置设备的体积、成本及损耗增加。因此减小流经阻抗测量装置的基波电流十分有必要。

发明内容

针对基波电流流经串联电压注入法的阻抗测量装置的特点，本申请提供了一种谐振分流阻抗测量装置及其控制系统，在不干扰待测系统稳定运行的同时，保证了高阻抗测量精度，大幅降低了流经阻抗测量装置的基波电流，减小阻抗测量装置的体积、成本及损耗。

一种谐振分流阻抗测量装置，包括并联连接的LC串联谐振支路、基于电容器耦合的串联阻抗测量装置和旁路开关；LC串联谐振支路包括串联连接的电阻R₂、电容C₂和电感L₂；所述LC串联谐振支路的谐振频率等于电网基波频率。

一种谐振分流阻抗测量装置的控制系统，包括信号处理模块、参考生成模块和基于PR控制的双闭环控制模块；

所述信号处理模块包括陷波器和Clark变换；当基波电流流过LC串联谐振支路时，将串联阻抗测量装置两端的电压u_c上的基频分量用陷波器滤除分量后再进行Clark变换，以保证电压外环生成的谐波电流参考中没有基频分量；

所述参考生成模块的基波电流参考设置为0；谐波电压参考设定为待测系统电压等级的1％～10％；

所述基于PR控制的双闭环控制模块包括外环谐波电压控制模块，及内环基波电流和谐波电流控制模块；外环谐波电压控制模块用于生成内环电流控制的谐波电流参考值，其与基波电流参考值相加，作为电流内环的参考信号；内环基波电流和谐波电流控制模块包括两个分别控制基波电流与谐波电流的并联连接的PR控制器。

进一步的，所述陷波器的传递函数为：