新能源发电阻抗特性测量技术及装备研究

作     者：蒲添歌 

作者单位：湖南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：罗安;陈可夫

授予年度：2018年

学科分类：080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：阻抗测量装置 稳定性判据 宽频带阻抗 级联变换器 电压扰动注入 

摘      要：为了应对日益严峻的环境污染问题,新能源发电技术开始被广泛应用于实际生活当中。新能源发电作为一种清洁环保、可持续的能量来源,能够在满足能源需求的同时减少对环境的破坏。而新能源并网设备与待连接非理想电网相互耦合,会导致并网系统产生谐振或不稳定,严重影响电能质量。这一类因为系统互联所导致的系统稳定性问题,采用阻抗稳定性分析方法能够快速、准确的分析出导致系统不稳定的原因以及可能发生谐振的频率范围。为分析新能源发电并网系统的稳定性提供有效地解决途径,本文提出了一种用于新能源发电阻抗特性测量装备的设计方法,该测量装备可直接接入待测新能源发电并网系统,测量频宽为l0Hz-lkHz。(1)本文首先介绍了新能源发电的稳定性分析方法及其阻抗建模现状。比较了不同状态空间模型分析方法对阻抗计算结果的影响,选择状态空间频域阻抗建模的方法来分析并网系统稳定性,该方法能够简单快速的计算得出系统阻抗,且适用于各频域下的阻抗模型分析,能够提高阻抗计算效率。本文考虑了电流控制和带锁相环结构对新能源发电系统的影响,建立了新能源发电装备在dq域下的阻抗模型分析阻抗特性;基于阻抗比稳定性判据,分析了新能源发电的稳定性与阻抗参数之间的关系。研究了新能源发电装备在dq域下宽频带阻抗测量方法;研究了并联扰动电流注入和串联扰动电压注入两种不同扰动注入方式对阻抗测量的影响,最终选取串联注入扰动电压源的注入方式来测量阻抗。(2)提出了阻抗测量装置的总体设计方案,并重点分析了电压扰动注入单元各部分的设计方法,包括功率子模块设计、LC输出滤波器设计和耦合变压器设计;电压扰动注入单元采用多功率子模块级联的结构,各功率子模块由三相不可控整流模块、高频隔离DC/DC变换器和单相H桥模块先后串联构成;根据阻抗测量装置高压大容量和宽频带输出的要求,针对电压扰动注入单元提出了一种级联H桥模块调制比固定,通过实时调整高频隔离DC/DC变换器的输出电压来控制扰动注入单元输出电压幅值的控制方法。该设计方案能够测量出新能源发电过程中宽频带下的阻抗特性,通过比较理想阻抗曲线与实际测量阻抗曲线之间的匹配程度,找出阻抗因素对新能源发电的影响。(3)搭建了低压阻抗测量实验平台。详细叙述了低压阻抗测量实验平台的主电路硬件设计、主要电子元件的选取、主要电路模块的功能;设计了针对该平台中宽频带电压扰动注入单元的控制方法;基于Labview软件设计了阻抗计算程序。实验结果验证了本文提出的阻抗测量与分析方法的正确性。