[發(fā)明專利]交流電力電子模塊端口阻抗特性的獲取裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110449196.9
• 申請(qǐng)日: 2011-12-28
• 公開（公告）號(hào): CN102495290A
• 公開（公告）日: 2012-06-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王潤(rùn)新;湯天浩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海海事大學(xué)
• 主分類號(hào): G01R27/02
• 分類號(hào): G01R27/02
• 代理公司: 上海天翔知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31224
• 代理人: 孫景宜

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及到一種交流電力電子模塊端口阻抗特性的獲取裝置及方法。

背景技術(shù)

“模塊”泛指每個(gè)空間上相互隔離、功能上相對(duì)獨(dú)立的電力變換裝置。由高頻開關(guān)電力電子模塊通過母線相互連接所形成的電能變換、傳輸和應(yīng)用系統(tǒng)，稱為多模塊互聯(lián)分布式電力電子系統(tǒng)。

模塊在互聯(lián)系統(tǒng)中的工作狀態(tài)不完全等同于獨(dú)立運(yùn)行時(shí)的工作狀態(tài)。從獨(dú)立運(yùn)行切換為互聯(lián)運(yùn)行時(shí)，即使互聯(lián)動(dòng)作本身并未改變?nèi)魏文K的工作點(diǎn)，互聯(lián)后整個(gè)系統(tǒng)仍可能因模塊端口阻抗之間的相互耦合而出現(xiàn)母線電壓振蕩等不穩(wěn)定現(xiàn)象。設(shè)計(jì)分布式電力電子系統(tǒng)時(shí)需考察模塊的端口阻抗并在阻抗比判據(jù)指導(dǎo)下主動(dòng)避免“接口穩(wěn)定性”問題。

高頻開關(guān)電力電子模塊都是非線性系統(tǒng)，其端口阻抗是指由施加于模塊端口的小信號(hào)擾動(dòng)和對(duì)應(yīng)的小信號(hào)響應(yīng)進(jìn)行相量除法運(yùn)算所得的阻抗，即基于線性化假設(shè)的小信號(hào)復(fù)阻抗。對(duì)直流模塊而言，上述阻抗定義及相應(yīng)的測(cè)量方法在理論上已經(jīng)成熟，工程上可通過阻抗分析儀(頻率響應(yīng)分析儀)直接測(cè)量。

交流模塊工作時(shí)，其端口電壓或電流極性要么正負(fù)交變，要么雖然極性不改但幅值在做周期波動(dòng)。交流模塊獨(dú)立運(yùn)行時(shí)沒有固定工作點(diǎn)，只有周期工作點(diǎn)。由交流模塊互聯(lián)而成的系統(tǒng)也不再可能穩(wěn)定于相空間中的一個(gè)點(diǎn)，其平衡態(tài)對(duì)應(yīng)相空間中的一條閉合軌跡。該閉合曲線稱為周期平衡點(diǎn)。

交流模塊和直流模塊在工作點(diǎn)類型上的區(qū)別使得分析、測(cè)量直流模塊阻抗特性時(shí)所用的方法不可直接適用于交流模塊。應(yīng)用現(xiàn)有儀器(阻抗分析儀、頻率響應(yīng)分析儀)測(cè)量交流模塊端口阻抗特性時(shí)，所施加的擾動(dòng)頻率一旦接近或超過周期平衡點(diǎn)頻率，測(cè)量值會(huì)隨機(jī)變化。即在同一擾動(dòng)頻率下進(jìn)行多次測(cè)量，每次測(cè)量會(huì)獲得不同的阻抗值。這樣的結(jié)果不能正確描述模塊的性質(zhì)，也不能用來判定互聯(lián)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明在區(qū)分交流模塊和直流模塊工作點(diǎn)類型并厘清較高擾動(dòng)頻率下出現(xiàn)測(cè)量結(jié)果隨機(jī)變化現(xiàn)象機(jī)理的基礎(chǔ)上，提出一種適用于交流電力電子模塊的端口阻抗特性獲取裝置和方法。

本發(fā)明所解決的技術(shù)問題可以采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

交流電力電子模塊端口阻抗特性的獲取裝置，包括被測(cè)對(duì)象、等效負(fù)載、阻抗分析儀(頻率響應(yīng)分析儀)以及連接它們的電路，其特征在于，在被測(cè)對(duì)象和阻抗分析儀(頻率響應(yīng)分析儀)之間的電路上還依次設(shè)有平衡點(diǎn)相位檢測(cè)裝置和擾動(dòng)相位控制裝置。

交流電力電子模塊端口阻抗特性的獲取方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟：

1)生成無擾動(dòng)輸入時(shí)交流模塊端口電流和電壓的周期平衡點(diǎn)數(shù)據(jù)；

2)設(shè)定計(jì)算或測(cè)量的頻率點(diǎn)范圍，設(shè)定擾動(dòng)信號(hào)的相位變化角度；

3)對(duì)周期平衡點(diǎn)施加給定頻率、給定相位的擾動(dòng)，使交流模塊端口的電流和電壓在擾動(dòng)信號(hào)作用下達(dá)到新的平衡；

4)通過對(duì)步驟1)和步驟3)所得的周期平衡點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行傅里葉級(jí)數(shù)分解，求得擾動(dòng)所對(duì)應(yīng)的響應(yīng)，進(jìn)而求得該頻率、該相位下的端口阻抗值；

5)保持?jǐn)_動(dòng)頻率不變，變換擾動(dòng)相位角度，然后重復(fù)步驟3)和4)，直至求得全部擾動(dòng)相位角度所對(duì)應(yīng)的端口阻抗值(這些阻抗值的集合稱為該頻率點(diǎn)的阻抗族)；

6)改變頻率點(diǎn)，重復(fù)步驟3)、4)、5)，直至完成所有設(shè)定頻率點(diǎn)的阻抗族計(jì)算或測(cè)量；

7)由各頻率點(diǎn)的阻抗族得到整個(gè)端口的阻抗族特性。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述頻率點(diǎn)范圍的設(shè)定方法為：在周期平衡點(diǎn)頻率以下，擾動(dòng)頻率選取為周期平衡點(diǎn)頻率的小于1的分?jǐn)?shù)倍；在周期平衡點(diǎn)頻率以上，擾動(dòng)頻率選取為周期平衡點(diǎn)頻率的整數(shù)倍。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述擾動(dòng)信號(hào)相位變化角度的設(shè)定方法為：每隔A°取一點(diǎn)，在周期平衡點(diǎn)頻率及以上，每個(gè)頻率需計(jì)算或測(cè)量的次數(shù)約為360°/A°；在周期平衡點(diǎn)頻率以下，若所選頻率點(diǎn)為周期平衡點(diǎn)頻率的1/N，測(cè)量次數(shù)約等于360°/(A°×N)。。

本發(fā)明的有益效果在于：區(qū)分了交、直流電力電子模塊的工作點(diǎn)類型，解釋并解決了擾動(dòng)頻率較高時(shí)出現(xiàn)的計(jì)算或測(cè)量結(jié)果隨機(jī)變化現(xiàn)象，給出了交流模塊端口阻抗的計(jì)算和測(cè)量方法，通過本發(fā)明可獲得交流電力電子模塊端口在不同擾動(dòng)頻率點(diǎn)(特別是在擾動(dòng)頻率接近或超過周期平衡點(diǎn)頻率時(shí))正確的阻抗特性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明所述方法的流程示意圖。

圖3為本發(fā)明所述理想模塊級(jí)聯(lián)示意圖。

圖4為本發(fā)明所述互聯(lián)交流模塊周期平衡點(diǎn)數(shù)據(jù)擬合示意圖。

圖5為本發(fā)明所述擾動(dòng)計(jì)算系統(tǒng)圖。

圖6為本發(fā)明所述擾動(dòng)信號(hào)和周期平衡點(diǎn)的波形關(guān)系示意圖。