CN119395385B 一种基于二次侧扰动的双馈风机阻抗测量方法 （浙江大学）

(19)国家知识产权局(12)发明专利地址310027浙江省杭州市西湖区浙大路有限公司16137一种基于二次侧扰动的双馈风机阻抗测量方法本发明公开了一种基于二次侧扰动的双馈过风机侧的扰动电压和扰动电流计算得到风机网侧变流器的电压电流采样点中注入二次侧扰记录风机侧的风机侧端口的等效阻抗双馈风机的等结束开始在电网侧变换器电压记录电网侧变换器电压电流在电网侧变换器电流采样中注入扰动记录电网侧变换器电压电流式4)电网侧变换器等效阻抗否2S2、通过傅里叶分解提取其中对应频率下的扰动分量，计算得到风机所述S2中，对于风机侧端口，注入二次侧扰动后的电网侧变换器等效为外部扰动电流S3、在电网侧变换器的电流采样点注入电流扰动，记录电网侧变换器输出的扰动电压将电压扰动下的电网侧变流器的输出电流的扰动分量₂[p]和第二次电流扰动下的电扰动频率下的值，然后将计算得到的A(s)和B(s)的值代入Zs2的理论模型式，得到电网侧所述S1中，注入的电压扰动经过电网侧变换器的控制器后产生含有扰动分量的三相电压，其中，₂fp]2[fp]分3其中，D₂'fp]12'[fp]分别为在第二次电流扰动下的电网侧变流器的端口电压V2、输出电流i2的扰动分量，△i为注入的电流扰动分量。4.根据权利要求1所述的一种基于二次侧扰动的双馈风机阻抗测量方法，其特征在于，所述S5中改变注入扰动的频率替换为改变注入扰动信号的类型。5.根据权利要求4所述的一种基于二次侧扰动的双馈风机阻抗测量方法，其特征在于，所述注入扰动信号的类型包括注入脉冲波、随机二进制序列以及各种宽频信号。4一种基于二次侧扰动的双馈风机阻抗测量方法技术领域[0001]本发明涉及风力发电技术领域，尤其是涉及一种基于二次侧扰动的双馈风机阻抗测量方法。背景技术[0002]随着风力发电技术的不断发展，双馈风机(doubly-fedinductiongeneration,DFIG)作为一种重要的风电机组，广泛应用于现代风力发电系统中。然而，风电机组在运行过程中，尤其是在变速运行状态下，往往会受到多种扰动因素的影响，如风速波动、负荷波动等，这些扰动可能导致风机工作状态的不稳定，进而影响风电场的输出功率质量和系统安全。因此，准确、实时地测量风电机组的阻抗，双馈风机的宽频阻抗特性对于分析风电场的小信号稳定性具有重要意义，实际中双馈风机的宽频阻抗特性很难获取。尤其是在双馈风机系统中，对于故障诊断、运行优化和系统调度具有重要意义。[0003]双馈风机的宽频阻抗特性对于分析风电场的小信号稳定性具有重要意义。通过研究宽频阻抗特性，可以揭示风电机组在不同频率范围内的阻抗特性，从而为风电场的稳定性分析提供重要参考。然而，实际中双馈风机的宽频阻抗特性很难获取，主要由于其测量过程涉及复杂的系统行为和动态响应。[0004]现有的风电机组阻抗测量方法主要包括两类：一种是基于实际装置注入扰动的阻抗测量方法，另一种是基于硬件在环实验的测量方法。第一种方法为基于实际装置注入扰动的阻抗测量方法，例如，刘威等人提供了一种风电场阻抗的在线测试方法，将扰动信号叠加在静止同步补偿器(STATCOM)控制环节中的参考波信号上，使得STATCOM可以输出含有特定频率的扰动分量的扰动电压，经过出口电抗器后生成扰动电流，再经交流母线注入风电场，通过提取各支路电流和各母线电压的扰动电流、电压分量，计算得到各个风电机组支路的阻抗。类似地，于永军等人采用三相级联H桥变流器作为谐波扰动源，向风电场35kV公共母线注入特定频率的谐波电流，通过测量扰动注入端口的电压、电流，从而获得风电场的输入阻抗。[0005]这种方法采用对已有装置的控制器进行改造，如使STATCOM作为扰动[0006]第二种方法为基于硬件在环实验的测量方法，例如，李光辉等人以双馈异步风力发电机组为研究对象，给出了基于控制硬件在环的风电机组阻抗测量方法。这种方法通过控制器硬件在环的方式测量双馈风机的阻抗，但是其是离线测量，无法做到实时在线的风[0007]因此，现有的阻抗测量方法存在一定的局限性，无法满足风电机组在实际运行中对准确阻抗测量的需求。5发明内容[0008]本发明的目的是提供一种基于二次侧扰动的双馈风机阻抗测量方法，以解决背景技术中提到的问题。[0009]为实现上述目的，本发明提供了一种基于二次侧扰动的双馈风机阻抗测量方法，包括以下步骤：[0010]S1、某一扰动频率下，在电网侧变换器的电压采样点注入电压扰动，同时记录双馈风机侧和电网侧变换器输出的扰动电压和扰动电流；[0011]S2、通过傅里叶分解提取其中对应频率下的扰动分量，计算得到风机侧端口的等效阻抗Zs1;[0012]S3、在电网侧变换器的电流采样点注入电流扰动，记录电网侧变换器输出的扰动电压和扰动电流，结合步骤S1记录的电网侧变换器输出的扰动电压和扰动电流，计算得到电网侧变换器的等效阻抗Zs2;[0014]S5、改变注入扰动的频率，重复步骤S1-S4,直至双馈风机全频段阻抗测量[0015]优选的，所述S1中，注入的电压扰动经过电网侧变换器的控制器后产生含有扰动分量的三相电压，经过电网侧变换器主电路中的滤波电感后输出含有扰动分量的三相电流，三相电流作为外部扰动电流源向风机侧端口和电网注入扰动电流，得到[0017]其中，₂fp]、i₂[fp]分别为电压扰动下的电网侧变流器的端口电压v₂、输出电流i₂的扰动分量，△v为注入的电压扰动分量，Z(s)为电网侧变流器滤波器阻抗Zf(s)与电网侧变流器视角下的电网等效阻抗之和，此时电网侧变流器滤波器为纯电感。[0018]优选的，所述S2中，对于风机侧端口，注入二次侧扰动后的电网侧变换器等效为外部扰动电流源，风机侧端口的等效阻抗Zs1可由以下公式计算得到：[0023]其中，D₂'[fp]、22'fp]分别为在第二次电流扰动下的电网侧变流器的端口电压V2、输出电流i2的扰动分量，△i为注入的电流扰动分量。[0026]其中，Zf(s)和厂f(s)为与电网侧变流器端口滤波器参数相关的s域传递函数。6[0027]优选的，将电压扰动下的电网侧变流器的输出电流的扰动分量₂[fp]和第二次电流扰动下的电网侧变流器的输出电流的扰动分量₂'[p]的计算公式进行联立，计算得到A(s)和B(s)在该扰动频率下的值，然后将计算得到的A(s)和B(s)的值代入Zs2的理论模型式，得到电网侧变流器端口阻抗的测量值。[0028]优选的，所述S4中，双馈风机整体的等效阻抗值为Zs1和Zs2的并联阻抗。[0029]优选的，所述S5中改变注入扰动的频率可以替换为改变注入扰动信号的类型。[0030]优选的，所述注入扰动信号的类型包括注入脉冲波、随机二进制序列以及各种宽频信号。[0031]因此，本发明采用上述的一种基于二次侧扰动的双馈风机阻抗测量方法，具有以下有益效果：本发明提供了一种低成本、操作简单的双馈风机宽频阻抗测量方法，以克服基于一次侧扰动的阻抗测量方法成本高昂、操作复杂的弊端；本方法改变了扰动的注入方式，由传统的主电路扰动源注入(一次侧扰动)变为在电网侧变流器的电压电流采样点中注入二次侧扰动，通过理论计算公式，实现快速测量双馈风机的宽频阻抗值。[0032]下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。附图说明[0033]图1为本发明实施例的一种基于二次侧扰动的双馈风机阻抗测量方法的流程图；[0034]图2为本发明实施例的结构示意图；[0035]图3为一次侧扰动和本发明实施例的风机侧端口的等效阻抗的测量结果图；[0036]图4为一次侧扰动和本发明实施例的电网侧变换器的等效阻抗的测量结果图；具体实施方式[0038]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。[0039]应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。[0040]实施例[0041]如图1所示，本发明提供了一种基于二次侧扰动的双馈风机阻抗测量方法，双馈风机包括风力机1、感应发电机2、转子侧变换器、电网侧变换器、转子侧控制器和电网侧控制器。双馈风机转子侧变换器控制风机转速，电网侧变换器控制转子侧和电网侧变换器之间的直流母线电压稳定。参考图2,v₁、i₁分别为感应发电机2输出的电压和电流，V₂、12分别为7[0045]其中，₂fp]、₂[fp]分别为电压扰动下的电网侧变流器的端口电压v₂、输阻抗之和(电网侧变流器滤波器为纯电感时),△V为注入的电压扰动分量。电网侧变流器视角下的电网等效阻抗可以由₂fp]22[p]之比计算得到。8[0057]联立式(1)和式(3),可以计算得到A(s)和B(s)在该扰动频率下的值(两个方程两Zs2的并联阻抗；若双馈风机的主电路拓扑中含有变压器3,则基于本发明测量得到的Zs1[0060]本发明所提出的电网侧变流器阻抗测量方法包括两次注入扰动过程，第1次在电网侧变换器的电压采样点注入电压扰动，第2次在电网侧变换器的电流采样点注入电流扰[0063]最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限9开始开始在电网侧变换器电压采样中注入扰动记录电网侧变换器电压电流在电网侧变换器电流采样中注入扰动记录电网侧变换器电压电流式(1)、式(3)、式(4)电网侧变换器等效阻抗否记录风机侧的扰动电压电流式(2)风机侧端口的等效阻抗双馈风机的等效阻抗改变扰动频率测量完成是结束23十转子侧变换器Zs十转子侧变换器Zs2扰动注入转子侧控制器电网侧控制器*一次侧测量