一种基于零序电压注入的电网阻抗检测方法及装置

本发明涉及电能质量和控制，特别涉及一种基于零序电压注入的电网阻抗检测方法及装置。

背景技术：

1、并网逆变器是可再生能源系统中连接发电设备和电网的重要设备。在并网条件下，并网逆变器不可避免地受到电网阻抗的影响。在实际应用中，电网阻抗会随着时间和电网的运行状态而变化，电网阻抗的大范围变化将影响并网逆变器控制系统的带宽，降低并网逆变器系统中电流控制器的鲁棒性，降低电网注入电流的质量，甚至导致整个系统的不稳定性。理论上，如果可以在线估计等效电网阻抗，则无需任何额外措施即可改善并网逆变器的控制性能。近年来，如何在线准确地检测或估计等效电网阻抗受到了广泛的研究关注。

2、根据其工作原理，电网阻抗检测方法主要可分为被动检测法和主动检测法。被动检测法通常包括最小二乘递归估计方法、逐步调整估计近似方法、利用系统固有谐波等。被动检测法依赖于系统固有信息，有着测量结果准确性不高的缺点。与被动检测法不同，主动检测法通常使用基于频率注入技术、改变系统有功或使用基于信号的注入方法来估计电网阻抗。主动检测法的常见问题是注入干扰的幅度会影响估计精度，同时可能会影响并网逆变器的正常运行，对系统的控制方法有较高要求。此外，这些方法往往涉及离散傅里叶变换，数据采集和处理比较复杂。有鉴于此，需要提出一种电网阻抗检测方法，在确保系统正常运行的同时，精确快速地检测电网阻抗。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于零序电压注入的电网阻抗检测方法，旨在减小主动检测法对系统稳定性的影响，降低电网阻抗检测计算误差，得到准确的电网阻抗。

2、为了实现上述目的，本发明提供一种基于零序电压注入的电网阻抗检测方法，包括如下步骤：

3、(1)利用卡尔曼滤波算法提取公共耦合点pcc处电压的三次谐波幅值和入网电流的三次谐波幅值；

4、(2)在脉冲宽度调制pwm之前注入三次谐波，在逆变器的输出侧产生零序电压；

5、(3)再利用所述卡尔曼滤波算法提取所述公共耦合点pcc处电压的三次谐波幅值和入网电流的三次谐波幅值；

6、(4)计算得出所述公共耦合点pcc处电压和入网电流的三次谐波幅值变化量，基于此变化量，得到电网阻抗。

7、进一步的，所述卡尔曼滤波器算法包括如下步骤：

8、(1.1)预测变量的初始状态，

9、(1.2)计算误差协方差矩阵，p-(k)＝ap(k-1)at+q(k-1)；

10、(1.3)更新卡尔曼增益，k(k)＝p-1(k)ct[cp-(k)ct+r(k)]-1；

11、(1.4)更新状态观测值，

12、(1.5)更新误差协方差矩阵，p(k)＝[i-k(k)c]p-(k)；

13、(1.6)返回步骤(1.1)，直至观测值等于实际值结束；

14、其中：其中x(k)是时间k的状态向量，a是与特定线性系统相关的状态转移矩阵，c是观测矩阵，q(k)是系统内部的噪声，r(k)是实际观测的测量噪声，p(k)是估计误差的协方差矩阵，k(k)是卡尔曼增益；是对x(k)的估计，p-(k)是在时刻k的估计,是在时刻k的估计。

15、进一步的，q选取数值0.1，r选取数值1。

16、进一步的，注入的所述三次谐波电压幅度设置为电网谐波电压的限定值以内。

17、进一步的，所述公共耦合点pcc处电压为相电压，

18、注入三次谐波前满足下述公式：

19、

20、注入三次谐波电压后：

21、

22、其中：和为注入三次谐波前后所述pcc处电压的三次谐波幅值；和为注入三次谐波前后所述入网电流的三次谐波幅值；为电网背景谐波中三次谐波电压幅值，注入三次谐波电压前后，其幅值变化忽略不计；ω为角频率；zg为所述电网阻抗，为纯电感。

23、进一步的，所述电网阻抗计算公式为：

24、

25、

26、

27、其中：为所述公共耦合点pcc处电压和入网电流的三次谐波变化量。

28、本发明还提供了一种基于零序电压注入的电网阻抗检测装置，包括：

29、谐波提取模块：用于利用卡尔曼滤波器提取公共耦合点pcc处电压的三次谐波幅值和入网电流的三次谐波幅值；

30、零序电压产品模块：用于在脉冲宽度调制pwm之前注入三次谐波，在逆变器的输出侧产生零序电压；

31、确定模块：用于计算得出所述公共耦合点pcc处电压和入网电流的三次谐波幅值变化量；基于所述公共耦合点pcc处电压和入网电流的三次谐波幅值变化量，得到电网阻抗。

32、本发明还提供了一种计算机设备，包括：处理器和用于存储能够在处理器上运行的计算机程序的存储器，其中所述处理器用于运行所述计算机程序时，执行如上所述的基于零序电压注入的电网阻抗检测方法。

33、本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现如上所述的基于零序电压注入的电网阻抗检测方法。

34、本发明的有益效果：

35、本发明实施例提供的一种基于零序电压注入的电网阻抗检测方法，本发明适用于三相dc/ac并网逆变器系统，能够快速的检测出电网阻抗大小，在提高检测精度的同时减少主动检测方法对系统的影响。

技术特征：

1.一种基于零序电压注入的电网阻抗检测方法，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的基于零序电压注入的电网阻抗检测方法，其特征在于，所述卡尔曼滤波器算法包括如下步骤：

3.根据权利要求2所述的基于零序电压注入的电网阻抗检测方法，其特征在于：q选取数值0.1，r选取数值1。

4.根据权利要求1所述的基于零序电压注入的电网阻抗检测方法，其特征在于，注入的所述三次谐波电压幅度设置为电网谐波电压的限定值以内。

5.根据权利要求1所述的基于零序电压注入的电网阻抗检测方法，其特征在于：所述公共耦合点pcc处电压为相电压，注入三次谐波前满足下述公式：

6.根据权利要求5所述的基于零序电压注入的电网阻抗检测方法，其特征在于，所述电网阻抗计算公式为：

7.一种基于零序电压注入的电网阻抗检测装置，其特征在于，包括：

8.一种计算机设备，其特征在于，包括：处理器和用于存储能够在处理器上运行的计算机程序的存储器，其中所述处理器用于运行所述计算机程序时，执行权利要求1～6任一项所述的基于零序电压注入的电网阻抗检测方法。

9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现权利要求1～6任一项所述的基于零序电压注入的电网阻抗检测方法。

技术总结
本发明公开了一种基于零序电压注入的电网阻抗检测方法及装置，属于电力电子技术领域。该方法包括：利用卡尔曼滤波器提取公共耦合点PCC处电压的三次谐波幅值和入网电流的三次谐波幅值；在脉冲宽度调制PWM之前注入三次谐波，在逆变器的输出侧产生零序电压；再利用所述卡尔曼滤波器提取所述公共耦合点PCC处电压的三次谐波幅值和入网电流的三次谐波幅值；计算得出所述公共耦合点PCC处电压和入网电流的三次谐波幅值变化量，基于此变化量，得到电网阻抗。本发明能够快速的检测出电网阻抗大小，在提高检测精度的同时减少主动检测方法对系统的影响。

技术研发人员：吴卫民,程晏淇,安丽琼
受保护的技术使用者：上海海事大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14