基于LMT 信号的微电网交流器输出阻抗校正方法

关朝杰，谷明哲，王逸超，郭新志

（1.国网河南省电力公司，河南郑州 450000；2.国网洛阳供电公司，河南洛阳 471000；3.国网平顶山供电公司，河南平顶山 467000；4.国网河南省电力公司经济技术研究院，河南郑州 450000）

由微电网交流器和弱供电组成的信号级联体系在宽频谱范围谐波失真振荡，易导致系统损坏，所以提高微电网交流器输出的额定电流质量和抗阻校正方法有重要意义。对此，一些学者进行了有关研究。文献[1]提出基于部分频率前馈补偿的并网变流器输入输出电压修正方法，并提出前馈弥补输入输出电路参数的设计方法，重塑并网变流器输入输出电压的无源特性，改善并网变流器对输配电阻抗较宽区域改变的适应性，达到弱供电下并网控制系统宽频区域谐波谐振的有效控制，但此方法在设计回路参数时计算量巨大。文献[2]提出一种离网型逆变器的输入输出阻抗重塑技术，采用离网型逆变器的阻抗建模技术，分析输出电流畸变和负载跌落的问题，利用模型降阶，获得静止坐标系下的比例降阶的谐振控制器，由于这种控制器无需进行坐标转换，因此设计工作量较低，能够对各次谐波传动电流加以调节控制，但该方法在控制过程的稳定性较差，时常发生崩溃。

为了解决阻抗校正方法存在的弊端，文中提出一种基于LMT 信号的微电网交流器输出抗阻校正方法。

1 微电网交流器输出阻抗分析

构建微电网交流器的阻抗分析模型，通过模型分析微电网交流器输出阻抗，主要分析低功率监控、下垂监控自动转换与恒压监控转换数据，其中，U为直流母系统接通电流，D、C分别为下垂监测和恒功率控制系统中的微源监控额定电流[3-4]。利用模块实现直流微源下垂控制技术，在负载与输出的双闭环控制模式上添加电流反馈环节，对负荷能力进行自由调整，获得下垂控制器的信号模型，分析下垂控制变闭环输出阻抗，如下所示：

式中，Z为直流母上电流小干扰分数；u为倾斜监控自动转换器输出额定电流的小干扰分数；i为直流微源阻下垂监控自动转换器开口线圈上的电磁阻下垂系数；s为大电流控制器的参数；R为电流到输入量的真空比直流环闭环传递函数；G为输入电流到输出额定电流的传递函数[5-6]。在大电流转矩控制时，必须分别考虑派克变换和轴循环输出阻抗，作用于恒输出功率模型下的微源时，为确保输出电流密度的稳定性，直流母接通时电流的稳定性须由非恒功率模式下的微源保证，其循环输出阻抗必须如式（2）所示：

式中，C为循环输出阻抗；Ai为输出功率调节自动转换器开环出口电阻；t为流量控制器的变量；y、n分别为流量、压力的输入量占空的转换变量；c为电流到输出流量的转换变量[7-8]。负载变换通常使用电流调节模块，用于保证负荷端电流平衡，转换器的输入工作电流表示为：

式中，h为电流、压力和控制量所占空间的传递函数，以此完成微电网交流器输出阻抗分析。

2 微电网交流器输出阻抗校正

在输出阻抗分析完成后，导出最终结果生成新阻抗数据格式，根据LMT 信号原理，重新定义数据格式，后缀名为mzd、lzd 和czd 三种，分别对应MT、LMT和CMT 三种数据，其中CMT 是将LMT 信号拼接以后得到的新数据。在实际处理过程中，LMT 数据拼接模块仅能从阻抗张量层面反映资料特性，地质信息不能清晰表示，因此文中开发了配套模块，可以显示视电阻率和视相位曲线，支持导入LMT 格式的数据。根据LMT 原理，视电阻率是微电网交流器的真实反应，计算视电阻率曲线，按LMT 格式导出阻抗张量信息，同时支持导出MTSoftD2 格式的数据，可将数据直接用于反演[9-10]。

相比于普通的微电网压力单元比例前馈，减小前馈通道增益可满足并网交流器的输入输出阻抗模数变化，以及对低电网阻力系数的适应性；减少局域网电压前馈低频成分的滞后则有利于改善输出阻抗相角。基于此，文中优化了微电网电压前馈补偿过程，微电网电压前馈补偿优化如图1 所示。

图1 微电网电压前馈补偿优化

建立基于微电网交流器的输出阻抗校正方法，通过一阶惯性环节获取微电网压力低频成分，适当减少对低频成分的检测延时，利用二阶高通滤波器获取微电网压力中的高频成分，适当增大对高频能量前馈通道的检测延时，如式（4）所示：

式中，k为增益；w为低通、高通滤波器的转折角频数；T为较低频率和中高频分量前馈通道的数字控制延时拍数。

电网中电压低频的分量前馈通道，用于抵消对低次谐波系统的影响作用，包括增益k、转折角频数w等的设置[11-12]。在微电网交流器中，交流电测量数据的采集和调制以及信号的装载，通常出现在三角载波的波谷时刻。将交流电测数据取样后进行闭环计算得到离散调制波需要相应的推迟时间，其采样延迟拍数值通常是0.5 的整数倍，与离散调制波等效的零阶保持器0.5 拍延时一起形成数字控制的延时，所以，前馈通路延时中最小取1，降低低频分量，前馈通路延时可以增加输出阻抗的值[13-14]。

对w来说，由于微电网交流器中主要包括数值为正整数的谐波，因此频次越高，谐波的传动电压含量较少。如果对19 次以内的低频分量谐波进行前馈，其旋转角频度的w值将超过2。为了减少微电网高电压低电压前馈通道之间的相互干扰，选择较小的w，文中取为2，并网变流器必须满足SCR 小于10 个的较弱供电条件。由微电网系统电流稳定性判据得知，输出阻抗与电网阻抗的幅频曲线交截频段中的相角必须等于-90°，若取45°相角，则k的选择需符合式（5）：

式中，M表示微电网交流器阻抗数值；g表示相角；B表示电流稳定性；f表示阻力系数[15]。校正微电网交流器输出抗阻，具体过程如图2 所示。

图2 微电网交流器输出抗阻校正流程

导入微电网交流器输出阻抗数据，在LMT 信号显示器中，判断当前显示的曲线是否为LMT 曲线，如果是LMT 曲线，则显示器中显示出文件的频点个数，在四组阻抗张量分量之间切换；若不是LMT 曲线，则直接在阻抗张量分量间切换。然后判断其是否能生成对应文件，若能生成对应文件，则点击导出按键，将多种文件格式的阻抗张量以及拼接完成的阻抗张量导出，实现单独MT 数据的导入；导出MT 数据，对LMT 数据完成同样的操作。导入MT 和LMT 数据后，设置数据拼接频点，导出宽频电磁阻抗数据。若不能生成对应文件，则直接判断其是否满足反演要求。导出的宽频电磁阻抗数据可判断是否满足反演要求，送入数据反演软件做反演解释工作，输出最终拟合结果，完成对输出阻抗的校正[16]。

3 实验研究

为了验证文中提出的基于LMT 信号的微电网交流器输出阻抗校正方法的实际应用效果，选用的频谱分析仪为Venable 3120，内部的变流器为并网变流器，能够在10 Hz～15 kHz 的范围内波动。实验环境如图3 所示。

图3 实验环境

设定对比实验，选用文献[1]方法和文献[2]方法进行实验对比。对比感性状态下三种方法对电压的波形校正情况，得到的波形图如图4 所示。

图4 感性状态校正情况对比

根据图4 可知，文献[1]方法校正后的波形与校正前区别较小，效果不明显；文献[2]方法校正的电压波形较为稳定，但与原波形数值差距较大，结果不准确；文中方法校正后的电流波形较为稳定，且校正数值接近于原波形的数值。

分析容性状态下，文中方法对电压和电流比值的阻抗校正情况，结果如图5 所示。

图5 容性状态校正情况

根据图5 可知，在引入文中提出的基于LMT 信号的微电网交流器输出阻抗校正方法后，电压和电流的波形均较为稳定，校正前的峰值电压为375 V，峰值电流为400 A，校正后的波形数值与校正前的电压和电流数值较为接近。谐波交互作用得到了很好的抑制，电网的交流器稳定性被很好地改善，由此证明，基于LMT 信号的微电网交流器输出阻抗校正方法具有很好的校正效果。

4 结论

文中利用LMT 信号，提出了一种微电网交流器输出阻抗校正方法。分析微电网交流器输出阻抗，建立阻抗数据格式，通过LMT 信号原理，反演输出阻抗，以此完成输出阻抗校正。经实验对比表明，文中提出的方法校正的波形较为稳定且数值更准确，在精确度与计算量方面具有良好性能，适合实际采用。但文中方法相对于其他方法的费用方面仍有不足，校正费用较大，后续研究将围绕此方面进行。