[发明专利]风力发电系统宽频阻抗在线主动测量装置、方法及应用

说明书

风力发电系统宽频阻抗在线主动测量装置、方法及其应用，包括耗能装置，当所述耗能装置实现故障穿越功能的同时实现主动阻抗测量功能；通过向系统内注入受控的宽频小信号电流，实现测量风场侧或系统侧的响应，进而实现对风电场及电网侧的宽频阻抗的在线测量；本发明实现风电场及输电系统的电网阻抗实时测量，配合反相线性调频(RC‑PWM)控制策略，通过形成函数和锁相反函数获得RC‑PWM信号，实现了快速、高精度的宽频阻抗测量，所提信号产生装置及方法避免了由工频载波引起的频谱搬移导致的频带间隙。

技术领域

本发明涉及一种测量装置，尤其是涉及一种风力发电系统宽频阻抗在线主动测量装置、方法及其应用。

背景技术

近十几年来，风力发电系统以其清洁、低成本等优点得到了迅速发展，为解决能源危机做出了巨大贡献。大量文献指出，风电场数量的激增极大地改变了电力系统的动态运行状况，引发了包括次、超同步振荡、中频振荡、宽频振荡等各种振荡问题。一个有效的解决方案是根据相应的系统阻抗改进电力电子器件的控制环，如增加有源阻尼控制。通常可以利用系统阻抗求得谐振点，并以此为据指导控制参数优化并应用到电力电子器件的控制回路中，可以大大降低系统不稳定性，保证风力发电系统的安全稳定运行。

实际应用中，出于保密的需求，风机的控制环、拓扑结构等具体参数难以获知，从而导致计算建模的准确性难以验证。因此，阻抗测量技术常被用来获得实时的系统阻抗，文献指出，外加扰动方法，更为可靠。由于基于正弦波扫描频法的测量方法时间较长，宽频阻抗测量技术受到广泛关注，该方法可在较短的信号注入时间内获得系统的宽频特性。常见的宽频阻抗测量技术有随机脉冲宽度调制信号，其特点为激励频带不可控；伪随机二进制序列，其可施加在并网变流器的控制回路，但频谱分辨率为分数，容易造成傅里叶变换中的频谱泄露；Chrip脉冲调制信号，其特点为需要额外的扰动电路，同时注入频带中存在的间隙限制了其应用

现有技术，如中国专利申请，其申请号：CN201811357313.7，公开号：CN109738703A公开了一种高压宽频带阻抗测量装置及其控制方法,高压宽频带阻抗测量装置主要包括高压宽频带电压扰动注入装置、电压与电流信号处理单元、宽频带阻抗计算与监控系统。高压宽频带电压扰动注入装置采用工频降压变压器+多绕组移相变压器两级变压方式从高压侧取电,多绕组移相变压器二次侧的每个绕组均接一个AC/DC/AC功率单元；AC/DC/AC功率单元由三相可控全桥、直流侧电容和单相H桥组成；扰动注入装置通过宽频带升压变压器串联接入到待测新能源发电装备的高压侧线路中,电压扰动注入装置的三相可控全桥采用整流/回馈控制、其输出采用考虑直流侧电压波动的开环控制。本发明可满足光伏、风电、无功补偿等电力电子装备的宽频带输出阻抗特性在线测量的需求。

中国专利申请，其申请号：CN202010975113.9，公开号：CN112260263A，公开了一种陆上双馈风场经传统直流送出系统的阻抗测量方法及装置,涉及可再生能源发电及传输系统技术领域,用于实现陆上双馈风场经传统直流送出系统的阻抗测量,为稳定性分析提供可靠准确的数据基础。方案如下：获取双馈风场子系统的结构参数；根据给定双馈风场子系统的结构参数、控制参数及相关稳态值,计算得到特定频率f下的风场阻抗值Z_wf(s)。获取传统直流送出子系统的输出有功功率P、传统直流送出子系统的输出无功功率Q。计算特定频率f下的传统直流送出子系统的阻抗值Z_LCC(s)；将Z_wf(s)以及Z_LCC(s)进行阻抗级联进行相应的阻抗级联,得到特定频率f下的整个陆上双馈风场经传统直流送出系统的总阻抗值。

然而，上述现有技术依赖于复杂的整流、逆变及相应的储能稳压设备。系统中的工频电压载波将导致频移产生频带间隙，相比本发明无法达到对阻抗进行低成本、高精度的测量。

发明内容

为了解决现有技术中的不足，本发明公开一种风力发电系统宽频阻抗在线主动测量装置、方法及其应用，其技术方案如下：