一种自适应电流源阻抗测量装置及测量方法
阅读说明：本技术 一种自适应电流源阻抗测量装置及测量方法 (Self-adaptive current source impedance measuring device and measuring method ) 是由 赵静波 孙蓉 马俊鹏 王伟淘 朱宇萌 杨文莉 刘天琪 李文博 于 2021-08-20 设计创作，主要内容包括：本申请提供了一种自适应电流源阻抗测量装置及测量方法,并联注入电流阻抗测量装置由三相不控整流、双向DC-DC和单相逆变器构成,其中三相不控整流器交流侧与电网连接,给后级双向DC-DC电路供电；DC-DC电路采用PI控制器实现恒压,为单相逆变器提供稳定的电压；单相逆变器控制部分包含基波控制器和扰动控制器,基波控制器用于防止待测系统与测量装置之间的基波信号交互,扰动控制器用于输出设定形式扰动电流。本申请可以实现阻抗测量装置在全频段内的稳定运行,无需规避待测系统谐振点。(The application provides a self-adaptive current source impedance measuring device and a measuring method, wherein the parallel injection current impedance measuring device consists of a three-phase uncontrolled rectifier, a bidirectional DC-DC and a single-phase inverter, wherein the alternating current side of the three-phase uncontrolled rectifier is connected with a power grid and supplies power to a post-stage bidirectional DC-DC circuit; the DC-DC circuit adopts a PI controller to realize constant voltage and provides stable voltage for the single-phase inverter; the single-phase inverter control part comprises a fundamental wave controller and a disturbance controller, the fundamental wave controller is used for preventing fundamental wave signal interaction between a system to be tested and the measuring device, and the disturbance controller is used for outputting disturbance current in a set form. The application can realize the stable operation of the impedance measuring device in the full frequency band, and the resonance point of the system to be measured does not need to be avoided.)
技术领域
本发明属于阻抗实测设备研发领域，具体涉及一种自适应电流源阻抗测量装置及测量方法。
背景技术
在“碳达峰”、“碳中和”大背景下，新能源的开发与利用进一步加速，然而，电力电子设备与电网之间的相互作用时常引发宽频振荡事故。阻抗分析法是分析这种宽频振荡现象的重要工具，系统输入/输出阻抗可以通过数学建模手段和实测手段获取，然而在系统内部参数不确定且系统拓扑具有时变特性时，建模手段得到的阻抗模型精度降低，阻抗测量成为研究热点。目前国内外关于阻抗测量的研究主要集中在中低电压的小功率场合，随着新能源场站规模日益增大，大功率阻抗测量装置亟待开发，研究大功率阻抗测量装置的控制算法十分必要。
阻抗测量分为被动测量和主动测量两大类，被动测量通过提取待测系统自身的背景谐波计算其阻抗值，主动测量通过扰动注入电路向待测系统注入特定扰动并提取扰动电压电流响应计算阻抗值。主动测量法扰动可控，测量精度高，因此成为主流测量方法。根据注入扰动信号的性质，主动测量法进一步划分为串联注入电压法和并联注入电流法，其中并联注入电流法即插即用型强，实际应用价值大。然而，由于待测系统阻抗幅值变化大、不确定性强，通过扰动注入电路向待测系统注入宽频扰动过程中，扰动电流频率易接近甚至等于待测系统串联谐振频率，谐振频率处注入扰动过大会严重干扰待测系统稳定运行，自适应调整扰动强度十分必要。
发明内容
针对待测系统阻抗值变化范围大、不确定性强的特点，本申请提供了一种根据待测系统阻抗值自适应调整注入扰动电流强度的控制方法和装置，在不干扰待测系统稳定运行的同时，保证了高阻抗测量精度，扩大了可测阻抗值范围。
第一方面，本申请实施例公开了一种自适应电流源阻抗测量装置，包括三相不控整流器、双向DC-DC电路和三相逆变器，所述三相不控整流器交流侧与电网连接，直流侧与双向DC-DC电路连接为后级所述双向DC-DC电路供电；所述双向DC-DC电路向所述三相逆变器提供恒定电压；所述单相逆变器输出扰动电流。
优选地，所述双向DC-DC电路通过PI控制器实现恒压，为所述单相逆变器提供稳定的直流电压；
优选地，所述单相逆变器包括基波控制器和扰动控制器，所述基波控制器用于防止待测系统与所述测量装置之间的基波信号交互，所述扰动控制器实现输出设定形式扰动电流；
优选地，所述基波控制器在dq轴下，采用以待测系统电网电压定向的恒流控制策略，dq轴电流参考均设为0；
优选地，所述扰动控制器在dq轴下，采用以扰动电压定向的电流控制策略，同时通过前馈扰动电压幅值自适应调整扰动电流幅值。
第二方面，本申请实施例公开了一种基于上述测量装置的自适应电流源阻抗测量方法，包括以下步骤：
步骤1：根据待测系统电压等级，确定双向DC-DC电路直流侧电压参考值
步骤2：阻抗测量前对双向DC-DC电路进行恒压控制；
步骤3：接受到阻抗测量信号时，启动逆变器控制器，对逆变电路进行控制，输出频率为f1的扰动电流，此时扰动电流将进行自适应调整，同时采集测量点电压电流数据，通过式(1)计算f1处的阻抗：
步骤4：经过△t时间后，改变扰动电流频率为f1+Δf，采集测量点电压电流数据；
步骤5：重复步骤4，直至扰动电流频率覆盖全测量频段。
本申请所采用的一种自适应电流源阻抗测量装置及测量方法，通过上述技术方案，本申请的有益效果是：
(1)本发明采用基于扰动电压定向控制的方式，可以方便的选取饱和限制，进而自适应调整扰动电流强度；
(2)本发明通过自适应调整扰动电流强度，保证了阻抗测量装置在全频段的稳定运行，确保了高精度测量结果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的自适应电流源阻抗测量装置结构示意图；
图2为本申请实施例提供的双向DC-DC电路控制框图；
图3为本申请实施例提供的单相逆变器控制框图；
图4为本申请实施例提供的基波控制器电路控制框图；
图5为本申请实施例提供的基波控制器电路控制框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
第一方面，请参见图1，本实施例提供的一种自适应电流源阻抗测量装置，包括三相不控整流器、双向DC-DC电路和单相逆变器，单相不控整流器交流侧与电网连接，直流侧与双向DC-DC电路连接为后级双向DC-DC电路供电；所述双向DC-DC电路向单相逆变器提供恒定电压；单相逆变器输出扰动电流。
进一步地，请参见图2，本实施例提供的并联注入电流阻抗测量装置中双向DC-DC电路采用PI控制器实现C2上的电压恒定，为单相逆变器提供稳定的直流电压；
进一步地，请参见图3，本实施例提供的单相逆变器包括基波控制器和扰动控制器，分别用于实现阻抗测量装置和待测系统无基波信号交互以及阻抗测量装置输出特定形式扰动电流的控制目标；
进一步地，请参见图4本实施例提供的基波控制器电路控制框图，notch1为中心频率为扰动电流频率ωh的陷波器，将电压电流信号中的扰动频率分量滤除，从而对基波信号进行精确控制，在dq轴下，采用以待测系统电网电压定向的恒流控制策略，dq轴电流参考均设为0；
进一步地，请参见图5本实施例提供的扰动控制器电路控制框图，notch2为中心频率为基波频率ωg的陷波器，将电压电流信号中的基频分量滤除，从而对扰动信号进行精确控制，其中式(1)的表达式为：
当待测系统阻抗较小时，扰动控制器工作在恒流模式，即输出恒定幅值的扰动电流；当待测系统超过临界值时，扰动电压前馈策略起作用，扰动电流幅值进行自适应调整。
在宽频阻抗测量过程中，基波控制器稳态工作点不变，扰动控制器稳态工作点随扰动电流频率变化，为了防止测量过程中，由于积分器饱和带来的阻抗测量装置过调制现象，将抗饱和策略加在扰动控制器中，同时为了更好的设置饱和限制ums，扰动控制器采用基于扰动电压定向的控制策略，通过抗饱和系数KAW前馈扰动电压幅值可以自适应调整扰动电流幅值。
第二方面，本申请提供的一种自适应电流源阻抗测量方法，包括：
步骤1：根据待测系统电压等级，确定双向DC-DC电路直流侧电压参考值
步骤2：阻抗测量前对双向DC-DC电路进行恒压控制；
步骤3：接受到阻抗测量信号时，给单相逆变电路开关信号，启动逆变器控制器，对逆变电路进行控制，输出频率为f1的扰动电流，此时扰动电流将进行自适应调整，同时采集测量点电压电流数据，通过式(2)计算f1处的阻抗：
步骤4：经过△t时间后，改变扰动电流频率为f1+Δf，采集测量点电压电流数据；
步骤5：重复步骤4，直至扰动电流频率覆盖全测量频段。
本申请的技术方案可以实现阻抗测量装置在全频段内的稳定运行，无需规避待测系统谐振点。
在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。