电力电子装备的宽频带频率耦合导纳在线测量方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种电力电子装备的宽频带频率耦合导纳在线测量方法及系统，通过扰动电压频率偏移、工况实时监测、两次线性独立的扰动电压注入、加窗与插值、基于电网基波电压的相位校正等技术，可以准确测量光伏发电、风力发电和静止无功补偿器等电力电子装备的宽频带频率耦合导纳特性，特别是基于电网基波电压的相位校正技术可以破解电力电子装备宽频带频率耦合导纳矩阵中非对角元素准确测量的难题，为验证和修正白箱化电力电子装备的宽频带频率耦合导纳模型提供核心算法，同时也为破解黑箱化电力电子装备的宽频带频率耦合导纳辨识建模提供技术支撑。本发明专利技术可满足各类型三相交流电力电子装备宽频带频率耦合导纳在线测量的需求。

【技术实现步骤摘要】
电力电子装备的宽频带频率耦合导纳在线测量方法及系统
本专利技术涉及电力电子并网装备的导纳在线测量
，特别是一种电力电子装备的宽频带频率耦合导纳在线测量方法及系统。
技术介绍
以新能源为主体的新型电力系统中，电力电子装备数量巨大，控制复杂且存在多时间尺度耦合，电力电子装备间及其与电网间的动态相互作用加剧，系统振荡呈宽频带、时变和多形态特征。阻抗法是分析电力电子装备接入电网宽频带振荡问题最常用的方法之一，其基本思路是将电力电子装备和交流电网看成两个独立的子系统，利用阻抗(导纳)描述子系统的外特性，并利用子系统的阻抗比判断系统稳定性。与基于状态空间模型的特征值分析方法相比，阻抗法不依赖于系统的详细模型和具体参数，其所需的导纳可以通过测量实际系统的端口外特性得到，而且可以通过导纳聚合的方法应对系统规模的扩大，特别适用于大量异构电力电子装备组成的大规模系统的分析。阻抗法的最关键问题之一就是如何准确测量各类型电力电子装备的阻抗(导纳)。目前电力电子装备的导纳有两种形式，一种是同步旋转坐标系下的dq导纳，另一种是静止自然坐标系下的序导纳。目前电力电子装备的dq导纳测量技术较为成熟，已有不少高校和企业研制了dq导纳测量样机。然而，国内外专家学者对于静止自然坐标系下的序导纳测量研究较晚，已有的导纳测量方法并未考虑电力电子装备频率耦合特性以及FFT相位输出特性的影响。实际上，由于控制的不对称及非线性，电力电子装备的正负序频率分量相互耦合，若直接忽略该耦合，将会对电力电子装备并网系统稳定性分析的准确性产生严重的不利影响；此外，由于FFT分析得到的相位是采样起始时刻处信号的相位，并非该信号的初相位，且非对角元素导纳是表征两个不同频率之间的关系，非对角元素导纳的分子和分母无法抵消采样时刻对导纳相位的影响，导致非对角元素导纳相位测量结果出现较大误差。本专利技术名词解释如下:宽频带:频率耦合导纳测量的频率范围较宽，例如从1Hz～20000Hz。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种电力电子装备的宽频带频率耦合导纳在线测量方法及系统，满足风力发电装备、光伏发电装备和静止无功补偿器等电力电子装备宽频带频率耦合导纳在线测量的需求。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种电力电子装备的宽频带频率耦合导纳在线测量方法，包括以下步骤：1)控制宽频带电压扰动注入装置注入频率为fp的三相对称正序扰动电压，待被测电力电子装备运行稳定后，采集被测电力电子装备输出端口的电压信号和电流信号，提取频率为fp的电压信号Vp1和电流信号Ip1、频率为fpc的电压信号Vpc1和电流信号Ipc1、频率为f1的电压信号V11和电流信号I11，fpc为耦合频率，fpc＝fp-2f1；以V11的相位为基准，分别对Vp1、Ip1、Vpc1和Ipc1的相位进行校正，分别得到Vmp1、Imp1、Vmpc1和Impc1；控制宽频带电压扰动注入装置注入频率为fpc的三相对称负序扰动电压，待被测电力电子装备运行稳定后，采集被测电力电子装备输出端口的电压信号和电流信号，提取频率为fp的电压信号Vp2和电流信号Ip2、频率为fpc的电压信号Vpc2和电流信号Ipc2、频率为f1的电压信号V12和电流信号I12；以V12的相位为基准，分别对Vp2、Ip2、Vpc2和Ipc2的相位进行校正，分别得到Vmp2、Imp2、Vmpc2和Impc2；2)利用下式计算频率耦合导纳：其中，Y11、Y12、Y21、Y22分别为被测电力电子装备频率耦合导纳矩阵中的四个元素。由于FFT分析得到的相位是采样起始时刻处信号的相位，并非该信号的初相位，且非对角元素导纳Y12、和Y21是表征两个不同频率之间的关系，非对角元素导纳的分子和分母无法抵消采样时刻对导纳相位的影响，导致非对角元素导纳相位测量结果出现较大误差。本专利技术通过基波电压的相位来校正扰动频率和耦合频率的相位，从而能够准确测量出被测电力电子装备真实的导纳特性。为了大幅减小被测电力电子装备输出端口谐波分量对频率耦合导纳测量准确性的不利影响，步骤1)之前，还包括：a)未注入扰动电压时，采集被测电力电子装备输出端口的三相电压vLa、vLb、vLc和三相电流iLa、iLb、iLc，分别对所述三相电压和三相电流进行FFT分析，确定被测电力电子装备输出端口背景谐波的频率；根据导纳测量点数K和测量频率范围fmin～fmax的要求，在对数坐标上均分设置宽频带频率耦合导纳测量的所有待测频率点；b)将所有待测频率点的频率与被测电力电子装备输出端口背景谐波的频率进行比对，若待测频率点的频率与背景谐波频率重合，则将该待测频率点偏移频率Δf。步骤2)之后，还包括：3)判断所有待测频率点的频率耦合导纳是否测量完成，如果尚未完成则继续进行下一个待测频率点的频率耦合导纳测量，直至所有待测频率点测量完成。判断待测频率点的频率耦合导纳是否测量完成的实现过程包括：判断每一次测量中电压V11和电流I11的幅值变化、电压V11和电流I11的相位差变化Δθ11、每一次测量中电压V12和电流I12的幅值变化ΔV12和ΔI12、电压V12和电流I12的相位差变化Δθ12是否均在合理范围之内，若是，则本次宽频带频率耦合导纳测量完成，否则，则本次测量的结果无效，重新开始测量。避免由于被测电力电子装备的工况发生变化而导致一次宽频带频率耦合导纳测量不准确的现象。为了鉴定工况的变化是否在频率耦合导纳测量所能接受的范围内，ΔV11合理范围的取值为小于0.1pu，pu代表标幺值，ΔI11合理范围的取值为小于0.1pu，Δθ11合理范围的取值为小于10°，ΔV12合理范围的取值为小于0.1pu，ΔI12合理范围的取值为小于0.1pu，Δθ12合理范围的取值为小于10°。对Vp1、Ip1、Vpc1和Ipc1的相位进行校正的公式为：其中，分别为V11、Vp1、Ip1、Vpc1、Ipc1、Vmp1、Imp1、Vmpc1、Impc1的相位，tcor1为注入频率为fp后校正相位对应的时间，单位为秒。通过基波电压的相位来校正扰动频率和耦合频率的相位，能够准确测量出被测电力电子装备真实的导纳特性。对Vp2、Ip2、Vpc2和Ipc2的相位进行校正的公式为：其中，分别为V12、Vp2、Ip2、Vpc2、Ipc2、Vmp2、Imp2、Vmpc2、Impc2的相位，tcor2为注入频率为fpc后校正相位对应的时间，单位为秒。K取值范围为10≤K≤1000，fmin取值范围为1Hz≤fmin≤100Hz，fmax取值范围为100Hz≤fmax≤20000Hz。保证既能足够描述被测电力电子装备的宽频带频率耦合导纳特性，又不会导致一次宽频带频率耦合导纳测量的时间过长。Δf取值范围为0.1Hz≤Δf≤20Hz。显著降低被测电力电子装备输出端口谐波分量对该频率点频率耦合导纳测量准确性的不利影响，还不会影响其他频率点的测量。本专利技术还提供了一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电力电子装备的宽频带频率耦合导纳在线测量方法，其特征在于，包括以下步骤：/n1)控制宽频带电压扰动注入装置注入频率为f

【技术特征摘要】
1.一种电力电子装备的宽频带频率耦合导纳在线测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)控制宽频带电压扰动注入装置注入频率为fp的三相对称正序扰动电压，待被测电力电子装备运行稳定后，采集被测电力电子装备输出端口的电压信号和电流信号，提取频率为fp的电压信号Vp1和电流信号Ip1、频率为fpc的电压信号Vpc1和电流信号Ipc1、频率为f1的电压信号V11和电流信号I11，fpc为耦合频率，fpc＝fp-2f1；以V11的相位为基准，分别对Vp1、Ip1、Vpc1和Ipc1的相位进行校正，分别得到Vmp1、Imp1、Vmpc1和Impc1；
控制宽频带电压扰动注入装置注入频率为fpc的三相对称负序扰动电压，待被测电力电子装备运行稳定后，采集被测电力电子装备输出端口的电压信号和电流信号，提取频率为fp的电压信号Vp2和电流信号Ip2、频率为fpc的电压信号Vpc2和电流信号Ipc2、频率为f1的电压信号V12和电流信号I12；以V12的相位为基准，分别对Vp2、Ip2、Vpc2和Ipc2的相位进行校正，分别得到Vmp2、Imp2、Vmpc2和Impc2；
2)利用下式计算频率耦合导纳：



其中，Y11、Y12、Y21、Y22分别为被测电力电子装备频率耦合导纳矩阵中的四个元素。


2.根据权利要求1所述的电力电子装备的宽频带频率耦合导纳在线测量方法，其特征在于，步骤1)之前，还包括：
a)未注入扰动电压时，采集被测电力电子装备输出端口的三相电压vLa、vLb、vLc和三相电流iLa、iLb、iLc，分别对所述三相电压和三相电流进行FFT分析，确定被测电力电子装备输出端口背景谐波的频率；根据导纳测量点数K和测量频率范围fmin～fmax的要求，在对数坐标上均分设置宽频带频率耦合导纳测量的所有待测频率点；
b)将所有待测频率点的频率与被测电力电子装备输出端口背景谐波的频率进行比对，若待测频率点的频率与背景谐波频率重合，则将该待测频率点偏移频率Δf。


3.根据权利要求1所述的电力电子装备的宽频带频率耦合导纳在线测量方法，其特征在于，步骤2)之后，还包括：
3)判断所有待测频率点的频率耦合导纳是否测量完成，如果尚未完成则继续进行下一个待测频率点的频率耦合导纳测量，直至所有待测频率点测量完成。


4.根据权利要求3所述的电力电子装备的宽频...

【专利技术属性】
技术研发人员：伍文华，谢志为，陈燕东，罗安，曹世骧，张松，符有泽，梁速迎，杨飞，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43