考虑频率耦合效应的三相变流器阻抗测量研究

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近年来大量新能源发电机组并网振荡事故的发生,不仅严重影响电网的安全稳定运行,也影响着新能源产业的发展。三相变流器是重要的新能源并网接口设备,分析三相变流器并网振荡问题,较为常用的分析方法是基于三相变流器和电网阻抗的分析方法。三相变流器的阻抗是分析的基础,一般而言有两种方法可以获得三相变流器阻抗。第一方法是通过建立三相变流器的暂态方程,通过相应的线性化方法,获得静止坐标系或者旋转坐标系下变流器的解析阻抗模型,但是这种方法受限于三相变流器的控制器复杂程度,一旦控制环路复杂,将难以获得三相变流器的阻抗模型;另外,在大部分情况下,变流器厂家不会透露三相变流器具体的控制参数,这样也无法基于控制参数应用三相变流器的阻抗解析模型。第二种方法是通过相应的阻抗测量设备,直接获取三相变流器的阻抗曲线。目前大部分的阻抗测量研究都关注于同步旋转坐标系下的三相变流器阻抗测量,然而,同步旋转坐标系下的测量需要锁相环提供相位信息,这不可避免的会引入新的误差;而静止坐标系下的阻抗测量将会受频率耦合影响,如果不考虑频率耦合效应,会使得测量到的阻抗受电网阻抗影响,有少部分的研究考虑了频率耦合的影响,但是都不够完善。本文以两电平三相并网变流器为研究对象,考虑了频率耦合对变流器阻抗测量的影响,针对三相变流器在静止坐标系下的阻抗测量问题展开了研究。首先基于谐波线性化方法与三相变流器主电路方程,推导出含锁相环影响的三相变流器阻抗解析模型,分析了锁相环造成频率耦合现象的原因,为后文的研究提供理论基础;证明了频率耦合的根本原因在于DQ轴系增益不同,分析了当电网非理想情况时静止坐标系下等效阻抗产生的原因以及等效阻抗和自阻抗的区别与联系,说明了本文研究的重要性。随后将三相变流器视为一个含频率耦合效应的黑箱模型,对考虑频率耦合效应的阻抗测量展开研究,分析静止坐标系下注入扰动时变流器与电网的相互作用关系,提出了一种简单有效的三相变流器阻抗测量方法。该方法考虑了频率耦合效应,在PCC点注入单相扰动,只需要进行一次扫频操作,通过对测量到的电压电流数据的处理计算,即可测得三相变流器的自阻抗及互阻抗。该方法无需三相同时注入扰动,减少了测量系统复杂度,避免了三相扰动不对称带来的干扰,并且测量结果准确,不受电网阻抗影响。在MATLAB\SIMULINK中建立了三相变流器的仿真模型,在不同工况下对本文提出的测量方法进行验证,证明了本论文提出方法的有效性和准确性。同时,还通过实验测量到了三相变流器的阻抗,实验结果表明本文提出的方法能够准确测量三相变流的阻抗。基于本文提出方法测量到的阻抗,给出了一些仿真与实验的应用示例,证明了本文提出方法所测量到的三相变流器阻抗可以作为基于阻抗的三相变流器并网振荡分析的基础,为今后的振荡问题分析提供参考。
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