[发明专利]一种抗频率耦合干扰的宽频阻抗测量装置及其控制方法

说明书

本发明公开了一种抗频率耦合干扰的宽频阻抗测量装置及其控制方法，涉及新能源并网变流器控制技术领域，该测量装置主电路主要包括直流电源、三相逆变桥、滤波电感、滤波电容、隔离变压器；控制部分主要包括功率同步环、交流电压控制环、电流环、抗耦合宽频信号幅频控制环以及PWM调制环；数据采集与阻抗计算部分主要包括电压传感器、电流传感器、数据采集卡以及上位机，通过选取合适的测量起始频率和间隔频率用以产生无频率耦合影响的宽频扰动电压参考信号，将其叠加至交流电压环参考信号中，从而向被测系统注入给定的抗频率耦合的宽频电压扰动信号，即可快速获得被测变流器的宽频阻抗特性。

技术领域

本发明涉及新能源并网变流器控制技术领域，尤其涉及一种抗频率耦合干扰的宽频阻抗测量装置及其控制方法。

背景技术

目前，越来越多光伏、风力等新能源通过变流器接入大电网，逐渐形成了高比例新能源、高比例电力电子设备的“双高”新型电力系统。近年来，由变流器端口阻抗与电网阻抗不匹配造成了一系列宽频振荡问题，严重威胁新型电力系统的运行安全，因此，获取并网变流器宽频阻抗特性对于分析其并网稳定性具有重要意义。

目前，并网变流器的阻抗测量装置主动测量技术已被广泛研究，从主动测量技术方法主要可分为单频扰动逐点测量和宽频扰动一次性测量。其中，单频扰动逐点测量可以实现任意频段的阻抗测量且不受变流器频率耦合系统的干扰，具有较好的测量精度，但是耗时较长；而对于宽频阻抗测量技术，其优点在于通过一次注入即可实现宽频阻抗测量，但是由于变流器存在频率耦合特性，宽频信号间极有可能因耦合频率分量重叠造成测量精度较差。此外，从测量装置上来说，目前的测量装置多采用锁相环同步型的跟网型变流器，该装置呈现可控电流源特性，为被测系统注入宽频谐波电流，无法离网运行。因此，为了解决上述问题，本发明首先设计了一种宽频扰动信号起始频率和间隔频率选取的方法，可有效避免宽频信号因耦合频率分量重叠造成测量精度较差的问题，其次，将抗耦合频率干扰的宽频信号产生方法集成至采用功率同步的变流器中，该装置对外呈现出电压源特性，为被测系统注入宽频谐波电压，可以工作在离网和并网模式。所提的抗频率耦合干扰的宽频阻抗测量装置及其控制方法对新能源并网变流器阻抗特性辨识及其并网稳定性分析具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抗频率耦合干扰的宽频阻抗测量装置及其控制方法，以解决现有技术中待测变流器并网运行时由不对称控制环路产生的耦合频率谐波分量的干扰问题，以此实现对新能源并网变流器离线/在线模式下宽频阻抗外特性的测量。

为实现上述目的，本发明提供了一种抗频率耦合干扰的宽频阻抗测量装置，

包括主电路部分、控制部分以及数据采集与阻抗计算部分，

所述主电路部分包括直流电源、三相逆变桥、滤波电感、滤波电容以及隔离变压器，其中，所述直流电源为测量装置提供能量来源，所述三相逆变桥将直流电变为交流电，所述滤波电感和所述滤波电容用以抑制电流、电压谐波，具有串、并联连接模式的所述隔离变压器用以匹配不同电压等级的被测对象；

所述控制部分包括功率同步环、交流电压环、电流环、抗耦合宽频信号幅频控制环以及PWM调制环，所述功率同步环用以提供控制所需的频率和参考发射功率，所述交流电压环用以实现控制变流器输出电压幅值恒定；所述抗耦合宽频信号幅频控制环按照抗耦合测量起始频率和间隔频率选择方法，实现宽频信号的合成、幅值控制；所述电流环用以产生PWM调制参考电压信号，确保主电路可以产生预期的宽频测量信号；

所述数据采集与阻抗计算部分包括电压传感器、电流传感器、数据采集卡以及上位机，所述电压传感器、所述电流传感器用以采集并网连接点处的电压、电流信号用以电路控制和阻抗计算；所述数据采集卡通过获取电压、电流传感器中的测量数据，将其上传至上位机中，并通过FFT分析实现阻抗计算。

其中，本发明还公开一种抗频率耦合干扰的宽频阻抗测量装置的控制方法，用以控制抗频率耦合干扰的宽频阻抗测量装置，所述控制方法包括如下步骤：