基于采样信号扰动叠加的变流器正负序耦合导纳测量方法

本发明新能源并网测控，具体涉及到三相并网逆变器正负序耦合导纳的测量内容，特别涉及一种基于采样信号扰动叠加的变流器正负序耦合导纳测量方法。

背景技术：

1、随着新能源比例的不断增长，并网逆变器作为新能源与电网之间能源传输的接口被广泛使用。相比于传统同步发电机，变流器具有低惯性、多时间尺度控制等特征，与电网产生交互作用，从而引发次/超同步振荡及宽频域谐波等稳定性问题。

2、为了解决新能源并网系统失稳的问题，目前较为适应实际工程场景的方法为阻抗分析法，因为变流器的阻抗可以通过在其端口测量的外特性获得；该方法将变流器与电网视为两个独立系统，利用线性网络表示相应的等效电路，随后使用阻抗稳定性判据来分析稳定性。由此可见，精确地获取变流器阻抗特性是该方法的关键，目前最常用的测量方法为扰动注入法，将变流器视为内部参数和结构完全未知的黑箱，向系统注入特定频率的谐波信号，测量变流器端口在该频率处的电压电流响应来获取被测对象的阻抗特性。

3、但有研究指出，由于主电路或控制结构的不对称性，并网点的某一频率某一相序的扰动除了引发同频率的响应外，还会产生另一个不同频率不同相序的响应，具体来说，当向系统注入频率为的正序电压扰动时，会产生频率的负序电流响应；若，将产生的正序电流响应，这种现象被称为频率耦合。当前，有文献在使用序阻抗模型时认为正负序相互解耦，整个系统在频域上具有单输入单输出特性，但忽略频率耦合可能会导致稳定性判断结果出现偏差，为了准确地分析新能源并网系统的稳定性，应当通过阻抗测量来获取包含耦合阻抗的多输入多输出模型。

4、此外，对于上述所提到的扰动注入法，主要分为一次侧注入和二次侧注入，一次侧注入的方法通常在主电路串联注入电压扰动或者并联注入电流扰动，需要大功率、高成本设备产生扰动信号；相比于一次侧注入扰动的方式，二次侧注入扰动具有低成本、易实现的优点，直接在控制器中叠加虚拟的扰动信号就可以实现阻抗的测量，但在控制器中叠加扰动的方法需要获取变流器具体的控制模型，在实际工程中由于保密原因难以实现。目前对于耦合导纳的测量方法均为一次侧注入扰动，虽然目前已有相关研究在采样信号中施加扰动信号测量变流器正负序阻抗，但其没有考虑耦合特性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于采样信号扰动叠加的变流器正负序耦合导纳测量方法，为实际工程提供一个低成本、便捷的测量方法，充分考虑变流器耦合现象，提高新能源并网稳定性分析的准确性。

2、为了达到上述目的，采用的技术方案如下：

3、一种基于采样信号扰动叠加的变流器正负序耦合导纳测量方法，所述方法包括：

4、获取并网系统公共连接点的三相交流电压、三相交流电流以及扰动电压；其中，所述扰动电压为正序扰动电压或负序扰动电压，用于叠加至所述三相交流电压；

5、对所述三相交流电压、三相交流电流以及扰动电压进行离散傅里叶变换，并对变换后的三相交流电压、三相交流电流以及扰动电压进行正负序分解，得到三相交流电压、三相交流电流以及扰动电压的正序分量和负序分量；

6、基于所述三相交流电压、三相交流电流以及扰动电压的正序分量和负序分量，计算变流器正负序耦合导纳。

7、进一步地，所述正序扰动电压的表达式如下：

8、；

9、式中，、、分别表示正序扰动电压的a相、b相和c相电压，表示正序扰动电压的扰动频率，表示电压扰动的幅值， t表示时间。

10、进一步地，对所述三相交流电压、三相交流电流以及扰动电压进行离散傅里叶变换的具体公式表示为：

11、；

12、式中，为频域信号，为时域采样信号，为采样点数， n为采样点序号， e为自然对数， j为虚数单位， k为自然数。

13、进一步地，通过如下公式对变换后的三相交流电压、三相交流电流以及扰动电压进行正负序分解，得到三相交流电压、三相交流电流以及扰动电压的正序分量和负序分量：

14、；

15、式中，a+表示三相交流电压、三相交流电流或扰动电压的正序分量，a-表示三相交流电压、三相交流电流或扰动电压的负序分量，其中表示旋转因子， a a、 a b、 a c分别表示变换后的三相交流电压或扰动电压的a相、b相和c相电压或三相交流电流的a相、b相和c相电流。

16、进一步地，基于所述三相交流电压、三相交流电流以及扰动电压的正序分量和负序分量，通过如下公式计算变流器正序耦合导纳：

17、；

18、式中，表示变流器正序耦合导纳，表示正序扰动电压的扰动频率，表示三相交流电流取频率处的正序分量，表示三相交流电压取频率处的正序分量，表示正序扰动电压取频率处的正序分量，表示三相交流电流取频率处的负序分量，表示交流电网额定频率50hz 。

19、进一步地，基于所述三相交流电压、三相交流电流以及扰动电压的正序分量和负序分量，通过如下公式计算变流器负序耦合导纳：

20、；

21、式中， y np 表示变流器负序耦合导纳，表示负序扰动电压的扰动频率，表示三相交流电流取频率处的正序分量，表示三相交流电压取频率处的负序分量，表示负序扰动电压取频率处的负序分量，表示交流电网额定频率50hz。

22、进一步地，在计算变流器正负序耦合导纳之后，所述方法还包括：

23、调整扰动电压的扰动频率，以获取所有待测频率点的正负序耦合导纳。

24、本发明的有益效果是：

25、本发明提出在采样信号中叠加扰动的正负序耦合导纳测量方法，相比于传统一次侧测量耦合导纳的方法，该方法成本低、操作简便，并且可将控制器视为完全未知的黑箱，可以较好的适用于实际工程中。

技术特征：

1.一种基于采样信号扰动叠加的变流器正负序耦合导纳测量方法，其特征在于，所述方法包括：

2.如权利要求1所述的基于采样信号扰动叠加的变流器正负序耦合导纳测量方法，其特征在于，所述正序扰动电压的表达式如下：

3.如权利要求1所述的基于采样信号扰动叠加的变流器正负序耦合导纳测量方法，其特征在于，对所述三相交流电压、三相交流电流以及扰动电压进行离散傅里叶变换的具体公式表示为：

4.如权利要求1所述的基于采样信号扰动叠加的变流器正负序耦合导纳测量方法，其特征在于，通过如下公式对变换后的三相交流电压、三相交流电流以及扰动电压进行正负序分解，得到三相交流电压、三相交流电流以及扰动电压的正序分量和负序分量：

5.如权利要求1所述的基于采样信号扰动叠加的变流器正负序耦合导纳测量方法，其特征在于，基于所述三相交流电压、三相交流电流以及扰动电压的正序分量和负序分量，通过如下公式计算变流器正序耦合导纳：

6.如权利要求1所述的基于采样信号扰动叠加的变流器正负序耦合导纳测量方法，其特征在于，基于所述三相交流电压、三相交流电流以及扰动电压的正序分量和负序分量，通过如下公式计算变流器负序耦合导纳：

7.如权利要求1至6中任一项所述的基于采样信号扰动叠加的变流器正负序耦合导纳测量方法，其特征在于，在计算变流器正负序耦合导纳之后，所述方法还包括：

技术总结
本发明涉及新能源并网测控技术领域，公开一种基于采样信号扰动叠加的变流器正负序耦合导纳测量方法，包括：获取并网系统公共连接点的三相交流电压、三相交流电流以及扰动电压；其中，扰动电压为正序扰动电压或负序扰动电压，用于叠加至三相交流电压；对三相交流电压、三相交流电流以及扰动电压进行离散傅里叶变换，并对变换后的三相交流电压、三相交流电流以及扰动电压进行正负序分解，得到三相交流电压、三相交流电流以及扰动电压的正序分量和负序分量；基于得到的正序分量和负序分量，计算变流器正负序耦合导纳。本发明为实际工程提供一个低成本、便捷的测量方法，充分考虑变流器耦合现象，提高新能源并网稳定性分析的准确性。

技术研发人员：胡鹏飞,王冠翔,荣泉森,于彦雪,王栋,黄莹
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：
技术公布日：2024/11/21