一种宽频阻抗测量源电路及其参数设计方法和控制方法与流程

本发明涉及一种宽频阻抗测量源电路及其参数设计方法和控制方法，属于电力电子。背景技术：：：1、近年来新能源场站、大规模电力电子设备接入弱电网等场景，多个场站都发生过次/超振荡问题，并且随着新能源和电力电子设备占比的升高，振荡问题呈现宽频时变新特性，给电力系统带来了新的问题和挑战，不仅制约着新能源的大规模消纳，而且还严重影响了电网的稳定运行。2、目前分析新能源并网发电系统的稳定性问题的方法主多采用阻抗分析法，但是直接通过建模的方式，存在模型不准确或者难以建模等问题，尤其是在系统较为庞大时。因此常采用外部阻抗测量方法，即将新能源发电机组或者整个局部电网当做“黑盒子”，从外部注入一定比例的扰动信号，获得整个机组或者系统的阻抗特性，然后结合系统阻抗特性，判断整个系统是否稳定，或者施加一定的措施改变或改善阻抗匹配特性。3、谐波电流注入法作为外部阻抗测量方法的手段之一，相当于在新能源并网发电系统基础上并联注入扰动电流，具有易实现、对电网和待测新能源并网逆变器影响小的特点。然而电流注入需要阻抗测量扰动源产生一定的可控的扰动注入信号，但是当前基于常规逆变器的拓扑结构的扰动源，在注入非工频分量时，会产生较大的耦合分量，自身耦合分量和待测系统耦合分量叠加在一起，会对系统阻抗分析造成极大干扰。技术实现思路1、本发明的目的是提供一种宽频阻抗测量源电路及其参数设计方法和控制方法，通过基于双向buck-boost拓扑的分裂电容式拓扑结构将ac/dc直流侧母线电容按照一定比例分裂成两组，从而将注入扰动电流后产生的扰动限制在低压组电容，而保持高压组电容稳定，从而稳定ac/dc侧的直流母线电压，避免干扰系统阻抗分析。2、为达到上述目的/为解决上述技术问题，本发明是采用下述技术方案实现的。3、第一方面，本发明提供一种宽频阻抗测量源电路，包括全桥ac/dc整流逆变电路和buck-boost分裂电容电路，通过所述全桥ac/dc整流逆变电路和所述buck-boost分裂电容电路将传统ac/dc直流侧母线电容按照预设比例分裂为高压组电容ch和低压组电容cl，其中，所述高压组电容ch并联在所述全桥ac/dc整流逆变电路的一侧和所述buck-boost分裂电容电路的一侧中间，所述低压组电容cl并联在buck-boost分裂电容电路的另一侧，所述全桥ac/dc整流逆变电路的另一侧连接电网；所述高压组电容ch在宽频阻抗测量源电路中作为ac/dc直流侧母线电容。4、结合第一方面，进一步的，所述ac/dc整流逆变电路包括a相交流电感la、b相交流电感lb、c相交流电感lc、第一开关管q1、第二开关管q2、第三开关管q3、第四开关管q4、第五开关管q5和第六开关管q6。交流电源ea连接至ac/dc的a相交流电感la，交流电源eb连接至ac/dc的b相交流电感lb，交流电源ec连接至ac/dc的c相交流电感lc。所述a相交流电感la的另一端分别连接所述第一开关管q1的源极和所述第二开关管q2的漏极，所述b相交流电感lb的另一端分别连接所述第三开关管q3的源极和所述第四开关管q4的漏极，所述c相交流电感lc的另一端分别连接所述第五开关管q5的源极和所述第六开关管q6的漏极，所述第一开关管q1的漏极、所述第三开关管q3的漏极和所述第五开关管q5的漏极分别连接所述高压组电容ch的一端，所述第二开关管q2的源极、所述第四开关管q4的源极和所述第六开关管q6的源极分别连接所述高压组电容ch的另一端。5、结合第一方面，进一步的，所述buck-boost分裂电容电路包括第七开关管s1、第八开关管s2、第九开关管s3、第十开关管s4、第一直流电感l1和第二直流电感l2，其中，所述第七开关管s1的漏极和所述第九开关管s3的漏极分别连接所述高压组电容ch的一端，所述第八开关管s2的源极和所述第十开关管s4的源极分别连接所述高压组电容ch的另一端，所述第七开关管s1的源极和所述第八开关管s2的漏极分别连接所述第一直流电感l1的一端，所述第九开关管s3的源极和所述第十开关管s4的漏极分别连接所述第二直流电感l2的一端，所述第一直流电感l1的另一端和所述第二直流电感l2的另一端分别连接所述低压组电容cl的一端，所述低压组电容cl的另一端连接所述第八开关管s2的源极和所述第十开关管s4的源极。6、结合第一方面，进一步的，所述低压组电容cl的容量大于所述高压组电容ch的容量。7、第二方面，本发明提供一种宽频阻抗测量源电路的参数设计方法，包括如下步骤：8、获取宽频阻抗测量源电路中低压组电容cl的电压波动范围；9、基于低压组电容cl的电压波动范围，根据扰动源注入的扰动电流频率和扰动电流幅值计算低压组电容cl的初始电容值；10、根据buck-boost分裂电容电路的响应速度、低压组电容cl的电压波动范围和初始电容值，对低压组电容cl的容量大小进行微调；11、利用仿真系统对微调后的低压组电容cl的容量大小进行验证。12、结合第二方面，进一步的，所述低压组电容cl的初始电容值的计算公式如下：13、；14、其中，为工频相电压幅值，为扰动电流幅值，为低压组电容的电压波动最小值，为低压组电容的电压波动最大值，为工频频率，为扰动电流频率；当ac/dc为单相系统时，；当ac/dc为三相系统时，。15、第三方面，本发明提供一种宽频阻抗测量源电路的参数设计装置，包括：16、范围设置模块，用于获取宽频阻抗测量源电路中低压组电容cl的电压波动范围；17、扰动计算模块，用于基于低压组电容cl的电压波动范围，根据扰动源注入的扰动电流频率和扰动电流幅值计算低压组电容cl的初始电容值；18、参数配置模块，用于根据buck-boost分裂电容电路的响应速度、低压组电容cl的电压波动范围和初始电容值，对低压组电容cl的容量大小进行微调；19、验证模块，用于利用仿真系统对微调后的低压组电容cl的容量大小进行验证。20、结合第三方面，进一步的，所述扰动计算模块中，所述低压组电容cl的初始电容值的计算公式如下：21、<mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><mo>{</mo><mtablecolumnalign="left"><mtr><mtd><msub><mi>c</mi><mi>l</mi></msub><mi>=</mi><mfrac><mrow><msub><mi>nu</mi><mn>1</mn></msub><msub><mi>i</mi><mrow><mi>i</mi><mn>1</mn></mrow></msub></mrow><mrow><mn>2</mn><mi>π</mi><mi>(</mi><msup><msub><mi>u</mi><mrow><mi>d</mi><mn>2</mn></mrow></msub><mn>2</mn></msup><mi>−</mi><msup><msub><mi>u</mi><mrow><mi>d</mi><mn>1</mn></mrow></msub><mn>2</mn></msup><mi>)</mi></mrow></mfrac><mi>[</mi><mfrac><mn>1</mn><mrow><msub><mi>f</mi><mn>1</mn></msub><mo>+</mo><msub><mi>f</mi><mrow><mi>i</mi><mn>1</mn></mrow></msub></mrow></mfrac><mi>(</mi><mn>1</mn><mi>−</mi><mi>cos(</mi><mfrac><mrow><msub><mi>f</mi><mn>1</mn></msub><mo>+</mo><msub><mi>f</mi><mrow><mi>i</mi><mn>1</mn></mrow></msub></mrow><mrow><mo>|</mo><mrow><msub><mi>f</mi><mrow><mi>i</mi><mn>1</mn></mrow></msub><mi>−</mi><msub><mi>f</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mo>|</mo></mrow></mfrac><mi>π</mi><mi>))</mi><mo>+</mo><mfrac><mn>2</mn><mrow><msub><mi>f</mi><mn>1</mn></msub><mi>−</mi><msub><mi>f</mi><mrow><mi>i</mi><mn>1</mn></mrow></msub></mrow></mfrac><mi>],</mi><msub><mi>f</mi><mrow><mi>i</mi><mn>1</mn></mrow></msub><mi>&lt;</mi><msub><mi>f</mi><mn>1</mn></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>c</mi><mi>l</mi></msub><mi>=</mi><mfrac><mrow><mi>−</mi><msub><mi>nu</mi><mn>1</mn></msub><msub><mi>i</mi><mrow><mi>i</mi><mn>1</mn></mrow></msub></mrow><mrow><mn>2</mn><mi>π</mi><mi>(</mi><msup><msub><mi>u</mi><mrow><mi>d</mi><mn>2</mn></mrow></msub><mn>2</mn></msup><mi>−</mi><msup><msub><mi>u</mi><mrow><mi>d</mi><mn>1</mn></mrow></msub><mn>2</mn></msup><mi>)</mi></mrow></mfrac><mi>[</mi><mfrac><mn>1</mn><mrow><msub><mi>f</mi><mn>1</mn></msub><mo>+</mo><msub><mi>f</mi><mrow><mi>i</mi><mn>1</mn></mrow></msub></mrow></mfrac><mi>(</mi><mn>1</mn><mi>−</mi><mi>cos(</mi><mfrac><mrow><msub><mi>f</mi><mn>1</mn></msub><mo>+</mo><msub><mi>f</mi><mrow><mi>i</mi><mn>1</mn></mrow></msub></mrow><mrow><mo>|</mo><mrow><msub><mi>f</mi><mrow><mi>i</mi><mn>1</mn></mrow></msub><mi>−</mi><msub><mi>f</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mo>|</mo></mrow></mfrac><mi>π</mi><mi>))</mi><mo>+</mo><mfrac><mn>2</mn><mrow><msub><mi>f</mi><mn>1</mn></msub><mi>−</mi><msub><mi>f</mi><mrow><mi>i</mi><mn>1</mn></mrow></msub></mrow></mfrac><mi>],</mi><msub><mi>f</mi><mrow><mi>i</mi><mn>1</mn></mrow></msub><mi>≥</mi><msub><mi>f</mi><mn>1</mn></msub></mtd></mtr></mtable></mstyle>；22、其中，为工频相电压幅值，为低压组电容的电压波动最小值，为低压组电容的电压波动最大值，为工频频率，为扰动电流频率，为扰动电流幅值；当ac/dc为单相系统时，；当ac/dc为三相系统时，。23、第四方面，本发明提供一种宽频阻抗测量源电路的控制方法，包括如下步骤：24、当系统注入非工频的电流，低压组电容cl随ac/dc直流侧母线电容波动，通过调节buck-boost分裂电容电路中第七开关管~第十开关管的占空比，控制高压组电容电压的实时值，令高压组电容电压稳定，进而稳定ac/dc直流侧母线电压；25、通过调节全桥ac/dc整流逆变电路中第一开关管~第六开关管的占空比，控制低压组电容cl的直流电压分量，将波动的影响局限在低压组。26、结合第四方面，进一步的，将高压组电容的参考控制电压和高压组电容的实际采样电压之间的差值送到pi控制器进行调节，输出电流内环的参考电流信号；27、将参考电流信号与实际电感总电流之间的差值送到pi控制器进行调节，输出buck-boost分裂电容电路中第七开关管~第十开关管的调制波；28、将第七开关管~第十开关管的调制波与其载波比较，得到buck-boost分裂电容电路中第七开关管~第十开关管的占空比信号。29、第五方面，本发明提供一种宽频阻抗测量源电路的控制装置，包括：30、高压组控制模块，用于当系统注入非工频的电流，低压组电容cl随ac/dc直流侧母线电容波动，通过调节buck-boost分裂电容电路中第七开关管~第十开关管的占空比，控制高压组电容电压的实时值，令高压组电容电压稳定，进而稳定ac/dc直流侧母线电压；31、低压组控制模块，用于通过调节全桥ac/dc整流逆变电路中第一开关管~第六开关管的占空比，控制低压组电容cl的直流电压分量，将波动的影响局限在低压组。32、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：33、本发明提出了一种宽频阻抗测量源电路及其参数设计方法和控制方法，通过在传统ac/dc结构的基础上，增加一级输入大范围波动buck-boost分裂电容电路，将原直流母线电容分裂为两组，高压组电容作为母线电压支撑，低压组电容作为储能容量支撑。本发明将阻抗测量扰动源在非工频注入时的波动的耦合能量，转移到buck-boost分裂电容电路的低压侧，使得低压侧的低压组电容波动而保持高压侧的高压组电容稳定，实时保持ac/dc环节直流侧电压波动在较小范围内，从而在宽频范围（典型1~1000hz）内解耦交流侧电流注入时的频率耦合。本发明可充分利用直流侧电容器上储存的能量，稳定与交流扰动注入直接相关的直流母线电压，实现电流注入控制的多频解耦，提高系统阻抗分析的抗干扰性能。当前第1页12当前第1页12