[发明专利]一种基于PRBS扰动注入的电网阻抗在线辨识方法及装置

说明书

本发明涉及电气工程技术领域，公开一种基于PRBS扰动注入的电网阻抗在线辨识装置，主要由并网逆变器、电流环控制器、采样装置和阻抗辨识单元组成，其特征在于：所述并网逆变器与电流环控制器相连，在并网稳定情况下可利用并网逆变器向电网进行PRBS扰动的注入，在PRBS信号注入过程中，内置输出电压THD反馈控制器以确保逆变器输出电压的THD值小于5%；所述采样装置连接电网PCC处，对PCC处的电压和电流进行采样和记录；所述阻抗辨识单元将采样装置所得数据进行DFT分析，并可对该采样周期下的电压和电流各谐波分量的幅值和相位取平均值。本发明精度高、速度快、实时性强、频率范围广，降低测量成本与难度，提高稳定性。

技术领域

本发明涉及电气工程、计算机控制和电力电子技术技术领域，更具体地，涉及一种基于PRBS扰动注入的电网阻抗在线辨识方法及装置。

背景技术

随着风力发电和光伏发电等大规模可再生分布式电源接入电网，大规模电动汽车的接入，以及以电力电子变换接口的负载在电网总负荷占比的不断提高，电网的电源和负荷特性发生了显著的变化，电力系统的电力电子化特征越来越明显，给电网的安全稳定运行带来新的挑战。由于风电和光伏等并网逆变器在设计阶段难以事先获得逆变器投运时所在电网的电网阻抗信息，并事先考虑到其它并网逆变器和负载对所设计并网逆变器可能造成的影响，因此当电网中(特别是中低压配电网)并网逆变器与并网逆变器之间、并网逆变器与电网之间，通过并网公共点(point of common coupling，PCC)发生交互作用时，可能引发并网公共点的谐波振荡，从而产生大量谐波，它轻则影响电网的电能质量，重则会危及电网的安全稳定运行。目前的国内外研究已经表明其主要是并网逆变器的输出阻抗与并网公共点PCC的电网阻抗不匹配，引发DC/AC逆变器的谐波振荡。

当前，为了解决并网逆变器的谐波振荡问题，通常有两种解决方案：1、在逆变器并网前，先通过扫频仪离线测量并网逆变器的输出阻抗和电网阻抗，判断电网与自身阻抗是否匹配再决定是否并网；2、并网逆变器实时获取电网的阻抗信息，自动调节并网逆变器的输出阻抗，自动适应电网参数的变化，进而达到提高电网质量和稳定性的目的。

但是，方案1在现实应用中可操作性不强，难以自动适应电网参数的变化；方案2的关键的难点就在于电网阻抗的在线辨识。传统的阻抗辨识方法主要分为被动谐振法和主动注入法。其中，被动方法利用电网畸变或者并网逆变器的固有谐波，通过傅里叶变换提取一定的谐波分量并计算得到电网阻抗。被动方法是非入侵式的，辨识过程不会对电网正常运行造成影响，但这种方法的一个主要缺点是现实电网中的畸变幅值和重复率都难以正确测量，因此难以对电网阻抗做出准确的测量。而常用的主动方法需要通过附加的电力电子设备向电网注入一定的电压或电流扰动，并对扰动和响应信号进行频率分析以得到各自的频率成分，经过计算得到电网阻抗。主动方法最大的缺点在于需要串联或者并联一个附加电力电子装置，给实际实现方法带来巨大局限性。主动注入法仍是最常用的方法，然而当需要测量多个频率下的阻抗特性时，需要同时注入多个特征信号(如：正弦波)，这使得实现难度大大提高，即需要串联多个正弦信号源，在工程实践中是非常不切实际的。

现有的阻抗网络测试仪需要确定比较多的参数，例如网络的工作电压等，以实现阻抗测试，且需要将测试仪串入并网系统的公共点以实现扰动的注入以及响应的测量，这样才能测量出某一个网络的阻抗值。该方法属于硬件注入扰动法，需要在并网系统中加入附加的电力电子装置，为系统增加设计难度和测量成本，且测量的阻抗属于外部变量，无法传入逆变器进行自适应控制，这无疑是阻抗测试仪的缺点。

另外，在专利CN104198843B提出的电网阻抗测试方法与装置中，其通过逆变器输出非特征频率谐波来得到非特征频率的阻抗，再拟合曲线得出阻抗频率特性，之后再通过曲线算出特征频率下的阻抗值。然而该方法想要利用非特征频率下电网无对应响应的思想，那么电压和电流的插值即为测量得到的电压和电流本身，之后通过欧姆定律算出对应阻抗。这种方法是存在着不足的，因为噪声是无处不在的，这意味着即使在非特征频率下，电网仍然存在着许多噪声，这会严重影响电网阻抗测试结果。

发明内容