[发明专利]一种用于并网设备端口阻抗特性测量的扰动电压发生装置

说明书

本发明公开了一种用于并网设备端口阻抗特性测量的扰动电压发生装置，包括整流单元、逆变单元、隔离单元、输出滤波单元及控制器；逆变单元包括n组三相逆变器；隔离单元包括三相变压器；各组三相逆变器的交流输出端分别连接三相变压器的原边绕组；各个三相变压器同一相的副边绕组串联连接形成级联支路，级联支路的两端连接至输出滤波单元，该装置通过输出侧三相变压器的副边级联实现了逆变单元输出电压叠波，提高了等效开关频率，实现高精度控制输出一定带宽范围的谐波电压，可直接准确测量并网设备端口的宽频阻抗特性，有效降低各组逆变器的开关频率，提高装置输出容量，可降低装置内逆变单元、整流单元对地的绝缘耐压等级，使得装置体积更小。

技术领域

本发明涉及并网设备测试技术领域，尤其涉及一种并网设备端口阻抗特性测量的扰动电压发生装置。

背景技术

随着新能源发电在电力系统中占比不断提高，高比例新能源、高比例电力电子装置的“双高”特征日益凸显，电力行业对新能源发电设备的并网性能要求越来越高。在此背景下，有必要广泛开展新能源发电设备与电网的互动特性、闭环效应、阻抗特性研究，评估新能源发电设备在各类电网接入条件下的适应性、支撑性和稳定性。

现有新能源发电阻抗特性测量装置有扰动电压注入式和扰动电流注入式两种，其中扰动电压注入式装置又分为全电压扰动注入式和耦合电压扰动注入式，全电压扰动注入式阻抗特性测量装置一般采用大功率逆变器来模拟电网电压和宽频扰动电压，测试过程中被测设备发电功率全部通过阻抗特性测量装置，因此全电压扰动注入式阻抗特性测量装置的容量和体积一般较大；耦合电压扰动注入式阻抗特性测量装置一般通过耦合变压器或耦合电容将小容量逆变器输出的宽频扰动电压串联叠加到电网电压上，此方案中宽频扰动电压的幅度一般不高，测试过程中被测设备发电功率只有小部分通过耦合支路流经阻抗特性测量装置，相对全电压扰动注入式阻抗特性测量装置，耦合电压扰动注入式阻抗特性测量装置中逆变器容量可以大幅度降低，装置体积更小，综合优势十分显著。

中国发明专利申请CN201811219105.0公开了一种基于级联型多电平变换器的高压阻抗特性测量装置及控制方法，该装置包括电压扰动注入单元、信号处理单元、宽频带阻抗计算与监控单元、控制单元，其中电压扰动注入单元由多个功率模块单元级联构成，三相每相级联n个子功率模块单元，各单元通过变比为k：1的变压器从电网取电，各相经LC滤波后串联接入待测系统，提供电压扰动源。每个子功率模块单元由前级单相全桥整流器、后级单相全桥逆变器构成。此发明专利中，因其直流环节需要多路隔离，输入采用多绕组变压以及多路整流器，系统复杂；而且功率模块单元级联后输出电压达到10kV，会导致功率模块单元的安规设计复杂。

中国发明专利申请CN201811219289.0公开了一种高压大容量阻抗特性测量装置及其扰动控制方法，高压大容量宽频带电压扰动注入装置的输入采用多绕组移相变压器，移相变压器二次侧的每个绕组均接一个AC/DC/AC功率子模块进行三相不可控整流；AC/DC/AC功率子模块由三相不可控整流、直流侧电容和单相H桥组成；装置的输出采用多个AC/DC/AC功率子模块级联的方式；装置的输出侧接LC输出滤波器，并通过10kV/35kV耦合变压器串联接入到待测新能源发电装备的35kV侧线路中，提供电压扰动源。此专利因其直流环节需要多路隔离，输入采用多绕组变压以及多路整流器，系统复杂；而且因为其功率单元三相隔离，当其输出功率时，直流电压上会出现高频脉动，影响输出电压精度。

上述两个专利通过多绕组输入变压器及多个整流器，实现了多路隔离直流电源，经对应的多路逆变器实现输出端直接级联，而且难以在多路直流电源上设置斩波单元用于逆变器故障情况下的放电。本发明可采用单一的整流器提供单路直流电源，同时连接多路逆变器，通过多个输出变压器隔离后在副边级联，形成多电平输出。

发明内容