使用Simulink进行实时阻抗扫频

创作时间:

作者:

@小白创作中心

使用Simulink进行实时阻抗扫频

引用

CSDN

https://m.blog.csdn.net/Speedgoat/article/details/140714292

随着新能源发电技术的快速发展，电力电子设备在电力系统中的应用日益广泛。然而，高比例的电力电子设备与电网之间的交互影响引起的谐振问题也日益严重。本文将介绍如何使用Simulink进行实时阻抗扫频，重点讲解基于硬件在环仿真系统的阻抗测量方法，为电力电子设备接入电网场景下和电力电子设备交互场景下的振荡问题分析、复现和改善提供技术支持。

一、背景

新能源发电在提供了清洁能源的同时也带来了新型的电力系统谐振失稳问题，其中风电或光伏发电系统中高比例的电力电子设备与电网之间的交互影响引起的谐振问题尤为严重。

一个典型的次同步振荡波形如下图所示：

二、阻抗分析法

序阻抗分析法是目前分析这类稳定性问题的有效工具。电力电子设备的阻抗特性，可以通过理论推导的方式获得，也可以通过测量的方式获得。理论推导电力电子设备的阻抗特性，需要详细的设备电气和控制参数，一般比较难以获得，故通过测量的方式获得电力电子设备的阻抗特性是一种更广泛使用的方法。

三、阻抗测量

电力电子设备的阻抗测量实现流程如下：

（1）在电力电子设备端口注入扰动电压（或扰动电流）；

（2）采集电力电子设备端口的电压和电流数据；

（3）分析测量的电压和电流数据，计算阻抗并绘制成阻抗曲线。

四、基于硬件在环仿真的阻抗测量

为了实现对电力电子设备的阻抗特性的快速测量和阻抗特性优化迭代，硬件在环仿真测试系统成为一种必然的选择。一个典型的电力电子设备硬件在环仿真系统如下图所示，包含实时仿真系统和被测试控制器（DUT）两部分，二者之间一般通过模拟量、数字量、光纤通讯等IO接口实现数据交互。

五、基于硬件在环仿真系统的阻抗测量应用案例

接下来以一个Demo为例，来说明如何使用硬件在环仿真系统测量电力电子设备的阻抗特性。

5.1 仿真模型

实时仿真系统的仿真模型如下图所示，共包括3部分，从左至右依次是：逆变器的控制器模型（控制器模型可用控制器硬件设备替代）、逆变器模型和理想电网模型。

5.2 扰动注入

为了测量上述逆变器的阻抗特性，需要在仿真模型中实现扰动注入。本案例中采用注入电压扰动的方式，具体实现如下图所示。

逆变器的阻抗特性受到扰动频率的影响，为了尽可能准确和全面的测量逆变器的阻抗特性，需要测量不同扰动频率下的逆变器阻抗。阻抗测量时，一般按照时间来改变扰动频率，每次注入一个扰动频率。阻抗测量时扰动频率随时间变化的曲线示例如下图所示。

5.3 信号采集和记录

为了分析逆变器的阻抗特性，需要采集不同扰动频率下逆变器的输出电压和输出电流，且采集的数据以mat文件的形式记录到实时仿真机中。阻抗测量时数据采集和记录示例如下图所示。

在数据记录元件File Log中，可以通过设置参数“Decimation”来调整数据记录的采样率；当此参数设置为“1”时，数据记录模块的采样率为模型的仿真速率一致；当此参数设置为“2”时，数据记录模块的采样率为模型的仿真速率的二分之一。

5.4 应用程序加载和运行

完成模型的配置和编译之后，在Simulink Real-Time Explorer工具栏上，单击“Load Application”按钮，加载应用程序；在Simulink Real-Time Explorer工具栏上，单击“Start”按钮，运行应用程序。Simulink Real-Time Explorer界面如下如图所示。