[发明专利]一种兆瓦级宽频带阻抗测量装置及其控制方法

说明书

本发明公开了一种兆瓦级宽频带阻抗测量装置及其控制方法，该装置可接入35kV待测新能源并网发电系统，该装置包括电压扰动注入单元，电压扰动注入单元由多个功率模块单元级联构成，三相中每相级联6个子功率模块单元，各相输出通过LC滤波电路与耦合变压器原边相连接，耦合变压器副边接入待测系统，提供电压扰动源。高频隔离DC/DC变换器采用电压外环PI电流P双闭环控制，为单相H桥变换器提供稳定的直流电压；级联型H桥变换器采用电压外环准比例谐振电流内环比例控制，通过载波移相SPWM多电平调制控制每相H桥变换器的功率器件导通与关断。本发明使系统具有较高的可靠性和更快的动态响应，满足系统应用于兆瓦级大功率场合及宽频带扰动输出阻抗测量的要求。

技术领域

本发明涉及一种新能源发电中的阻抗测量技术领域，特别是一种兆瓦级宽频带阻抗测量装置及其控制方法。

背景技术

随着化石能源的日益枯竭，以及全球变暖等环境问题加剧，新能源的开发和利用成为人们寻求能源结构调整、实现可持续发展的最佳选择。在分析大规模新能源发电装备接入电网时，电网的阻抗特性对风力、光伏并网逆变器等电力电子装备的稳定运行和控制产生重要影响。理想情况下，电网应该表现为理想的电压源，新能源发电装备应控制为理想的电流源，以避免任何阻抗交互耦合问题。然而实际中，我国大容量的新能源电站多建立在沙漠等偏远地区，距离用电负荷较远。由于变压器和长输电线路引入的电网阻抗较大，且新能源发电装备的外特性也不能表现为理想的电流源，这将导致弱电网的阻抗和新能源发电装备的阻抗发生交互耦合，影响新能源发电系统的稳定运行。因此，新能源发电装备的阻抗测量对大型新能源并网发电系统的稳定性研究具有重要的现实意义。阻抗分析方法所需原始数据少且简单有效，但国内、外现有阻抗特性测量方法及装备主要面向于低电压、小容量新能源发电装备及微电网系统。在新能源发电基地内，发电装备外特性差异大，且电网扰动与新能源能源波动等因素使得发电装备阻抗特性测量更趋复杂，缺乏对兆瓦级风电机组、光伏发电单元等发电装备的阻抗特性数据，难以满足新能源发电基地内发电装备仿真模型所需的精细化要求，而高压、兆瓦级、宽频带阻抗特性的精确测量方法与装备在国内外处于空白，关键技术亟待突破。

发明内容

本发明旨在提供一种兆瓦级宽频带阻抗测量装置及其控制方法，以满足新能源发电基地内发电装备仿真模型所需的精细化要求，弥补在高压、兆瓦级、宽频带阻抗特性的精确测量方法与装备上的空白。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种兆瓦级宽频带阻抗测量装置，每一相包括N个级联的功率模块单元；每一相输出端各通过一个滤波模块与耦合变压器原边连接，所述耦合变压器副边接入待测系统。

本发明中，N＝6，由于测量装置输出电压要达到系统电压的10％，即3.5kV，6个模块容易满足电压需求；另外为了保证较好的波形效果，需要有较高的等效开关频率，其等效开关频率为2*N*f_c，f_c为开关管开关频率。IGBT开关频率以f_c＝5kHz为例，等效开关频率可达60kHz，能保证较好的波形效果。

相应地，本发明还提供了一种上述兆瓦级宽频带阻抗测量装置的控制方法，包括以下步骤：

1)在每个采样周期的起始点，对单相H桥DC/AC变换器输出的直流电压u_oa、u_ob、u_oc以及输出电流i_La、i_Lb、i_Lc分别进行采样；

2)将电压指令信号u_refa、u_refb、u_refc与采样得到的直流电压u_a、u_b、u_c作差，得到电压误差量Δu_a、Δu_b、Δu_c；