以下文章來源于電氣仿真技術(shù)，作者Aurora

一.介紹說明

隨著新能源發(fā)展，多電力電子器件發(fā)電單元接入系統(tǒng)，給電網(wǎng)帶來了寬頻振蕩風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)重威脅電網(wǎng)的安全穩(wěn)定。因換流器寬頻振蕩帶來的巨大潛在風(fēng)險(xiǎn)已成為制約電網(wǎng)新能源高效消納、新型電力系統(tǒng)建設(shè)的關(guān)鍵因素。

電力電子換流器設(shè)備存在運(yùn)行工況復(fù)雜、拓?fù)涠鄻?、開關(guān)頻率高，與弱電網(wǎng)寬頻范圍耦合機(jī)理復(fù)雜等特點(diǎn)。因換流器引發(fā)的次/超同步振蕩問題越來越明顯，頻率可從數(shù)Hz到數(shù)千Hz呈現(xiàn)寬特性。

針對(duì)上述問題，采用基于控制器接入的半實(shí)物測(cè)試，是被普遍接受的一種測(cè)試方法。在半實(shí)物測(cè)試中，運(yùn)用序阻抗掃描的方法，通過對(duì)新能源機(jī)組設(shè)備進(jìn)行頻率掃描，獲得設(shè)備幅頻和相頻特性數(shù)據(jù)或Nyquist曲線，從而判斷設(shè)備接入電網(wǎng)后是否存在某頻率附件是否存在振蕩或失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)，是目前被廣泛認(rèn)可的測(cè)試手段。

序阻抗測(cè)試一般是通過在機(jī)組并網(wǎng)點(diǎn)(PCC)注入一定大小、頻率變化的電壓或電流小信號(hào)，同時(shí)采集系統(tǒng)響應(yīng)后并網(wǎng)點(diǎn)的電壓、電流信號(hào)數(shù)據(jù)，通過傅里葉變換等手段，得到系統(tǒng)各頻率段下的阻抗曲線和對(duì)應(yīng)相角曲線，結(jié)合接入點(diǎn)系統(tǒng)阻抗或一些規(guī)定要求的裕度范圍，從而判斷新能源機(jī)組在某一系統(tǒng)下運(yùn)行是否存在運(yùn)行震蕩、失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)或滿足設(shè)計(jì)要求。

在進(jìn)行測(cè)試時(shí)，一般通過在被測(cè)點(diǎn)按頻率順序注入不同頻率的正弦波信號(hào)，通過V/I得到系統(tǒng)各頻率下阻抗值和相角，注入方法如下示意圖所示：

電壓源信號(hào)注入

電流源信號(hào)注入

二. Z-View阻抗分析套件

Z-View阻抗分析套件是基于半實(shí)物開發(fā)的配套模塊，包括小信號(hào)注入模塊和Z-View數(shù)據(jù)分析工具。

1.小信號(hào)注入模塊

小信號(hào)注入模塊包括控制模塊和信號(hào)發(fā)生模塊兩部分，支持定步長(zhǎng)及代碼生成，小信號(hào)注入模塊完全開發(fā)，可根據(jù)需求進(jìn)行二次開發(fā)調(diào)整，模塊緊湊簡(jiǎn)潔，生成代碼資源占用極少。

小信號(hào)注入模塊

1.1 控制模塊

控制模塊可以設(shè)置基波電壓值、所注入小信號(hào)電壓占基波電壓百分比，正負(fù)序注入信號(hào)選擇以及使能，該模塊及參數(shù)允許在模型運(yùn)行中修改。

小信號(hào)注入控制模塊

1.2 信號(hào)發(fā)生模塊

信號(hào)發(fā)生模塊主要設(shè)置不同的頻率段范圍、頻率變化間隔及頻段持續(xù)時(shí)間，共分為5個(gè)頻率段，一般模型運(yùn)行前設(shè)置，運(yùn)行過程中無需修改。常用的一般可以分為按照固定時(shí)間注入和按照固定周期注入兩種方式，目前普遍采用按照固定時(shí)間注入方式，此種方式雖然數(shù)據(jù)量較大，時(shí)間較長(zhǎng)，但容易分析;采用固定周期數(shù)注入方式數(shù)據(jù)量小，耗時(shí)短，但難以獲得滿意的結(jié)果。

與Z-View分析工具對(duì)應(yīng)的仍然采用基于固定時(shí)間注入方式，模塊設(shè)置界面如下：

小信號(hào)注入信號(hào)發(fā)生模塊

1.3 模塊使用方法舉例

根據(jù)上述模塊描述，在使用時(shí)，只需將模塊輸出的Vabc端口與受控電壓源或受控電流源連接即可，通常采用受控電流源的方式。

模塊使用示例

2. Z-View阻抗數(shù)據(jù)分析工具

該套件分為三個(gè)界面：三端口(三相)設(shè)備阻抗繪制、單端口(單相/直流)設(shè)備阻抗繪制、恒定RLC阻抗(系統(tǒng)阻抗)繪圖界面。

軟件工具界面

2.1 三端口(三相)設(shè)備阻抗繪制

用于ABC三相系統(tǒng)阻抗掃描數(shù)據(jù)分析。主要包含注入信號(hào)設(shè)置板塊和分析參數(shù)設(shè)置板塊。

2.1.1 注入信號(hào)設(shè)置

用于設(shè)置所注入的小信號(hào)的頻率范圍、頻點(diǎn)間隔、持續(xù)時(shí)間信息，主要是用于分析時(shí)，數(shù)據(jù)的切割;此設(shè)置需要與上述小信號(hào)注入模塊設(shè)置保持完全一致。

小信號(hào)注入模塊設(shè)置

2.1.2 分析參數(shù)設(shè)置

(1)是否為小數(shù)頻次(精度0.1)：只有頻段1支持小數(shù)頻率，頻率設(shè)置精度為0.1Hz，當(dāng)為小數(shù)時(shí)，持續(xù)時(shí)間至少為10s，鑒于此時(shí)數(shù)據(jù)量會(huì)比較大，因此，記錄數(shù)據(jù)時(shí)，可適當(dāng)設(shè)置選擇采用10k采樣頻率;

(2)電流方向(1 or -1)：電流流向電網(wǎng)方向?yàn)檎?dāng)電流數(shù)據(jù)為正向時(shí)，設(shè)為1，當(dāng)電流為反向時(shí)，設(shè)置-1;

(3)信號(hào)采樣采樣周期：根據(jù)信號(hào)數(shù)據(jù)實(shí)采樣際情況進(jìn)行設(shè)置;

(4)耦合方式：正序、負(fù)序等，一般常用正序-正序，代表正序注入，分析正序阻抗;負(fù)序-負(fù)序，代表負(fù)序注入，分析負(fù)序阻抗;

(5)阻抗分析、導(dǎo)納分析、實(shí)部/虛部分析、Nyquist分析：阻抗分析是其他分析的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，因此，在進(jìn)行其他分析時(shí)，必須先進(jìn)行阻抗分析。

如果選中阻抗分析下的系統(tǒng)阻抗繪制，則繪圖時(shí)會(huì)將恒定RLC阻抗(系統(tǒng)阻抗)繪圖界面中的恒定阻抗曲線與裝置阻抗繪制到同一視圖中。

2.2 單端口(單相/直流)設(shè)備阻抗繪制

單端口(單相/直流)設(shè)備阻抗繪制

原則上該界面主要用于單相系統(tǒng)阻抗或直流系統(tǒng)阻抗掃描數(shù)據(jù)分析，由于與三相系統(tǒng)基本類似，為節(jié)省代碼量，暫不支持，如果需要分析，可以將BC相電壓、電流數(shù)據(jù)補(bǔ)0處理。

2.3 恒定RLC阻抗(系統(tǒng)阻抗)繪圖

用于RLC固定參數(shù)阻抗曲線繪制，目前僅限RL參數(shù)曲線繪制，C參數(shù)暫時(shí)不起作用。

恒定RLC阻抗(系統(tǒng)阻抗)繪制界面

三.案例結(jié)果簡(jiǎn)析

搭建基于PQ控制的儲(chǔ)能跟網(wǎng)并網(wǎng)模型，設(shè)置模型定步長(zhǎng)50us，其中電源部分采用理想電源，小信號(hào)注入幅值為額定電壓的3%。

儲(chǔ)能跟網(wǎng)模型

5個(gè)頻段小信號(hào)設(shè)置如下圖所示，雖然信號(hào)頻段設(shè)置范圍為2-5000Hz，但在50us步長(zhǎng)下，考慮精確性，建議分析到1000Hz左右為宜。

小信號(hào)設(shè)置

儲(chǔ)能單機(jī)模型額定電壓800V，額定功率180kW，直流側(cè)電壓1500V;控制采用基于正負(fù)序分離控制，并兼具高低穿功能。

控制模型

進(jìn)行正序小信號(hào)注入，并記錄正序激勵(lì)下的各曲線，結(jié)果如下：

阻抗分析曲線

導(dǎo)納分析曲線

實(shí)部虛部分析曲線

Nyquist分析曲線

通過仿真結(jié)果可以看出，Z-View阻抗分析套件完全可以滿足當(dāng)前主流模型或半實(shí)物掃頻及數(shù)據(jù)結(jié)果分析的需求。