应用于新能源发电设备阻抗测量的扰动信号类型综述

随着新能源发电设备广泛接入电网,新能源发电设备并网运行时有小信号失稳风险,这一稳定性问题得到广泛关注。阻抗法是一种有效的稳定性分析方法,而获得准确的新能源发电设备阻抗特性是进行阻抗稳定性分析的关键。阻抗测量作为一种通过注入小信号扰动来获取阻抗特性的方法,已成为新能源发电设备并网稳定性研究领域的热点。在阻抗测量中,需要注入扰动信号来激励系统产生响应,并根据响应计算阻抗。为了满足阻抗测量的准确性与快速性的要求,目前已有多种扰动信号类型被提出。文中列举目前得到广泛研究的扰动信号类型,分别从测量精度与测量效率2个方面探讨其应用特性。进而比较各种扰动信号类型在交直流应用场景下的适用性,并给出不同应用场景下扰动信号类型的选取方式。     

基于级联H桥变流器的双向功率阻抗测量装置

新能源并网变流器大规模接入电网诱发了许多宽频振荡事故,并网变流器与电网的阻抗特性不匹配是此类宽频振荡问题的根源。因此需精确实测新能源并网换流器的阻抗特性,以评估新能源接入后的系统稳定性。为此,提出了一种基于单相级联H桥变流器的双向功率流阻抗测量装置,通过所提控制策略,可在子模块无直流电源供电情况下,实现5～2 000 Hz范围内扰动电流的注入,所提控制策略简化了装置拓扑,提高了装置功率密度。通过半实物实验验证该阻抗测量装置获取谐波阻抗的精确性。     

兆瓦级宽频带阻抗测量装置设计及其控制方法

为了测量新能源发电基地内大型光伏、风力等新能源发电装备的频域阻抗特性,提出了一种兆瓦级宽频带阻抗测量装置设计及其控制方法,该测量装置可接入35kV待测新能源并网发电系统,测量频宽为10Hz~1kHz。首先分析了阻抗测量的基本原理并推导了待测系统在dq坐标系下的阻抗矩阵计算公式;然后介绍了所提阻抗测量装置的总体设计方案,并重点分析了电压扰动注入单元各部分的设计,包括功率子模块设计、LC输出滤波器设计和耦合变压器设计;电压扰动注入单元采用多功率子模块级联的结构,各功率子模块由三相不可控制整流、高频隔离DC/DC变换器和单相H桥模块先后串联构成;根据兆瓦级宽频带阻抗测量装置高压大容量和宽频带输出的要求,针对电压扰动注入单元提出了一种级联H桥模块调制比固定,通过实时调整高频隔离DC/DC变换器的输出电压来控制扰动注入单元输出电压幅值的控制方法,该方法输出电压畸变率低且控制简单可靠。最后,Psim仿真验证了所提阻抗测量装置设计和控制方法的有效性。     

基于Sobol拟随机脉宽调制的电网阻抗测量方法

利用并网逆变器获取的实时电网阻抗信息可用于电网状态监测、故障诊断、并网设备稳定控制等领域,提高并网设备和电网调控的智能化水平。由于注入的扰动信号常施加于逆变器电流控制环路,阻抗测量频段受限于控制器带宽。为了提高高频阻抗测量的准确性,文中利用随机脉宽调制的频谱搬移和Sobol拟随机序列的均匀性,提出了一种基于Sobol拟随机脉宽调制(SQRPWM)的电网阻抗测量方法,并根据系统带宽和稳定性约束等条件优化设计了SQRPWM频率边界。在Starsim的实验平台上验证了所提出的SQRPWM阻抗测量方案以及单脉冲+SQRPWM混合阻抗测量方案的可行性,结果表明所提阻抗测量方案具有扰动小、高频段测量精度高的优点,并可与基于电流扰动的阻抗测量方案联合,扩展电网阻抗测量的频段,获取宽频阻抗信息。     

高速列车变流器“扫频式”dq阻抗测量中的频率耦合干扰机理及抑制策略

高速列车以电力电子四象限变流器（4QC）作为能量转换单元,其与牵引供电网的阻抗特性不匹配将导致系统出现低频振荡、谐波放大等现象,影响电气化铁路的安全稳定运行。阻抗测量技术能够有效获取实际工程系统的阻抗特性,有较广的应用前景。现有研究表明,由4QC控制系统不对称等特性带来的频率耦合效应将干扰“宽频式”阻抗测量结果的准确性,若要避免,可选择“扫频式”的阻抗测量方法。然而,该文发现当采用“扫频式”方法进行4QC的dq阻抗测量时,其频率耦合效应同样会恶化测量结果的准确性,因此,详细分析其干扰机理并提出一种便捷有效的抑制策略。最后,基于Matlab/Simulink及硬件在环测试平台搭建详细的4QC阻抗测量模型,测量结果验证了所揭示的干扰机理及所提出的抑制策略的正确性与有效性。     

双模式扰动下新能源发电装备的宽频带序阻抗在线精确测量方法

宽频带阻抗测量是验证及修正新能源发电装备宽频带阻抗模型的重要方法。当待测新能源并网逆变器阻抗与电网阻抗在测量频段内的相对大小改变时,仅采用单一的电流并联注入型阻抗测量系统或者单一的电压串联注入型阻抗测量系统不能精确地测量该待测装备的宽频域(10Hz～10kHz)阻抗。该文首先分析了单一电流扰动或单一电压扰动注入方式下宽频带阻抗测量精度不高的主要原因;然后,以新能源并网逆变器的阻抗测量为研究对象,提出了双模式扰动下新能源发电装备的宽频带序阻抗在线精确测量方法,实现电网阻抗高于待测装置阻抗时注入电流扰动、电网阻抗低于待测装置阻抗时注入电压扰动的工作模式,使扰动高比例分布在待测装置侧,提高了阻抗测量精度;最后通过对阻感负载及新能源并网逆变器的阻抗在线测量,验证所提双模式扰动注入方式下阻抗在线测量方法的有效性。     

基于伪随机二进制信号的电池阻抗测量

利用伪随机二进制信号为电池系统的激励信号,测得相应的输出端电压.在考虑温度和老化等因素对电池阻抗频域特性影响,注入不同幅度的电流信号,实现电池阻抗实时快速测量.在搭建的实验测试平台上进行验证,结果表明,相比传统电化学阻抗谱测量技术,采用伪随机二进制序列信号进行阻抗测量方法快速简单.它能够有效实时地对非线性电池系统进行辨识,较为准确地测量在不同环境下电池阻抗动态变化.     

基于伪随机二进制信号的电池阻抗测量

利用伪随机二进制信号为电池系统的激励信号,测得相应的输出端电压.在考虑温度和老化等因素对电池阻抗频域特性影响,注入不同幅度的电流信号,实现电池阻抗实时快速测量.在搭建的实验测试平台上进行验证,结果表明,相比传统电化学阻抗谱测量技术,采用伪随机二进制序列信号进行阻抗测量方法快速简单.它能够有效实时地对非线性电池系统进行辨识,较为准确地测量在不同环境下电池阻抗动态变化.     

高海拔光伏电站电网扰动模拟测试系统移动检测平台的设计应用

文中工作的开展为解决中国光伏发电规模化接入的技术难题,掌握各类型电力电子接口的新能源发电装置检测技术,促进新能源发电装置设计水平,具有极大的意义。根据高海拔地区光伏电站的实际需求,笔者提出了一种采用电网模拟器作为扰动和高电压扰动源,同时实现频扰和高电压扰动等功能,可满足35 kV和10 kV的电压等级的检测要求。笔者设计的高海拔电网适应性移动检测系统,应用于4 000 m以下高海拔大中型光伏电站的移动检测,满足容量1.5 MW及以下光伏电站单元检测的要求,能够模拟电网稳态时的电压和频率扰动,检测光伏电站适应电网扰动的能力。该系统在青海海南州共和县黄河水电200 MW光伏电站开展了电网故障现场测试实验,验证了移动检测平台具有实际应用价值。     

基于扰动电压定向的自适应电流源侵入式序阻抗测量

变流器宽频阻抗特性复杂、待测系统谐振点难以预测,增加了阻抗测量难度。为精确且稳定地实测变流器输出阻抗,提出了一种基于扰动电压定向的自适应电流源侵入式序阻抗测量方法。通过扰动电压定向控制,结合所提出的抗饱和策略,有效地实现了扰动电流自适应调整。结合阻抗测量装置的可测阻抗范围,优化设计了抗饱和策略的控制参数。仿真和实验结果表明,所提控制方法既可有效避免待测系统固有谐振点诱发的阻抗测量装置调制饱和问题,又能规避待测系统在测量过程中的潜在失稳风险。