一种双馈风机网侧变换器的谐波不稳定分析方法技术

本发明专利技术公开了一种双馈风机网侧变换器的谐波不稳定分析方法，包括以下步骤：步骤1：建立双馈风机网侧变换器的谐波模型；步骤2：仅考虑电流控制环及网侧阻抗的影响，根据步骤1的模型可建立d轴下的输出导纳小信号模型；步骤3：根据步骤2的模型建立d轴影响下的回比矩阵；步骤4：根据步骤2的模型得到dq轴下的输出阻抗闭环传递函数及其回比矩阵；步骤5：分别提取步骤3和步骤4得到回比矩阵的特征值，根据广义奈奎斯特判据进行各个参数的谐波不稳定分析；本发明专利技术可以简单直观的判断控制参数以及网侧、交流侧电感电阻的变换趋势对于系统稳定性的影响。

【技术实现步骤摘要】
一种双馈风机网侧变换器的谐波不稳定分析方法
本专利技术涉及变换器谐波稳定性领域，具体涉及一种双馈风机网侧变换器的谐波不稳定性分析方法。
技术介绍
风能是目前开发技术最成熟、最具规模化开发条件的可再生能源之一，而双馈风机是目前的主流机型之一；双馈风机的网侧变换器作为电力电子元件，在运行时可能会出现大量谐波；谐波除了本身会对电力系统造成的危害，当谐波畸变到一定程度时会引发谐波不稳定现象，严重危害系统的正常运行；为了预防谐波不稳定现象发生，改善双馈风机的运行环境；对于双馈风机变换器的谐波不稳定分析具有重要的意义。关于谐波不稳定的分析，已经有文献基于风电场的特点结合电压源换流器的出口处的LCL滤波器进行了综合建模，但是分析过程注重理论研究，并着重对不稳定现象的后果进行了描述；还有使用频率扫描的方法推导了变换器交流侧频率的阻抗特性，研究了不同短路比对谐波不稳定的影响，但是没有揭示不稳定发生的根源；目前的分析方法很少涉及到各个参数对谐波稳定性的影响趋势及影响范围，缺乏不稳定临界点的判断。
技术实现思路
本专利技术提供一种明确各个参数变化趋势对变换器谐波稳定性影响，抑制谐波不稳定现象发生的双馈风机网侧变换器的谐波不稳定分析方法。本专利技术采用的技术方案是：一种双馈风机网侧变换器的谐波不稳定分析方法，包括以下步骤：步骤1：建立双馈风机网侧变换器的谐波模型；步骤2：仅考虑电流控制环及网侧阻抗的影响，根据步骤1的模型可建立d轴下的输出导纳小信号模型；步骤3：根据步骤2的模型建立d轴影响下的回比矩阵；步骤4：根据步骤2的模型得到dq轴下的输出阻抗闭环传递函数及其回比矩阵；步骤5：分别提取步骤3和步骤4得到回比矩阵的特征值，根据广义奈奎斯特判据进行各个参数的谐波不稳定分析。进一步的，所述步骤1中的谐波模型是根据功率守恒建立的理想状态下的模型，具体如下：式中：Pin为输入有功功率，Pout为输出有功功率，Ug为电网电压矢量ug的幅值，Ig为电网电流矢量ig的幅值，为直流侧输出电压udc的平均值，为直流侧输出电压udc的波动值，Udcref为直流电压的给定值，为电压外环控制的比例调节系数，为电压外环控制的积分调节系数，idref为网侧d轴电流的给定值，Idref为网侧d轴电流给定值的幅值，ω为交流侧电压基波角频率，为直流负载的稳态电流量，s为拉普拉斯变换的复变量。进一步的，所述步骤2中输出导纳小信号模型为：式中：Yodd为d轴下的导纳矩阵，Ln为整流器网侧电感，Rn为整流器网侧电阻，Ts为开关周期，GRL为变换器的网侧导纳，Gpwm为系统的延时传函，GPI为d轴电流控制的控制传函，kpwm为直流电压与d轴下静态工作点ud的幅值Ed之比，kip为电流环比例控制参数，kii为电流环积分控制参数。进一步的，所述步骤3中回比矩阵建立过程如下：忽略dq轴耦合量的影响，输出导纳矩阵为：式中：Yo为d轴输出导纳矩阵；网侧阻抗矩阵Zg为：式中：Rg为电网阻抗，Lg为电网电感；回比矩阵Lo为：式中：Zgdd、Zgdq、Zgqd、Zgqq分别为dd轴、dq轴、qd轴、qq轴下的电网阻抗表达式。进一步的，所述步骤4中回比矩阵的建立过程如下：dq轴下闭环阻抗Zc为：式中：H22为锁相环部分占空比信号从电路系统到控制系统的传函，F22为锁相环部分电流信号从电路系统到控制系统的传函，E22为锁相环部分电压信号从电路系统到控制系统的传函，K22为坐标转换传函，Gq为标幺化传函，GipI、Goi为、Guce为电流控制传函，G21为电压控制传函，Ga、Gb、Gc、Gd为主电路模块化传函；回比矩阵Lc为：式中：Zcdd、Zcdq、Zcqd、Zcqq分别为dd轴、dq轴、qd轴、qq轴下的闭环输出阻抗表达式。进一步的，所述步骤3中回比矩阵的特征值为：λd＝ZgddYodd。进一步的，所述步骤4中回比矩阵的特征值为：本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术可以简单直观的判断控制参数以及网侧、交流侧电感电阻的变换趋势对于系统稳定性的影响，可用于系统对控制系统的宏观调试；(2)本专利技术能够准确地判断电路及控制系统每个参数变换会带来的影响；能够利用dq轴回比矩阵特征值精确的确定控制稳定的临界点；(3)本专利技术通过明确各个参数的变化趋势对网侧变换器谐波稳定性的影响，抑制谐波不稳定现象的发生，优化双馈风机的运行环境。附图说明图1为本专利技术中双馈风机网侧变换器的电路拓扑图。图2为本专利技术中双馈风机网侧变换器的控制框图。图3为本专利技术中双馈风机网侧变换器的d轴传递函数图。图4为本专利技术中双馈风机网侧变换器的dq轴输出阻抗小信号模型图。图5为在Matlab/Simulink中搭建的网侧变换器仿真模型图。图6为本专利技术中d轴回比矩阵在kip为1、0.5和0.35时特征值的奈奎斯特图。图7为本专利技术中dq轴回比矩阵在kip为1和0.5时特征值的奈奎斯特图。图8为本专利技术中kip为1和0.5时的网侧电流仿真图。图9为正常情况下与谐波不稳定情况下网侧电流的傅里叶分析波形图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步说明。一种双馈风机网侧变换器的谐波不稳定分析方法，包括以下步骤：步骤1：建立双馈风机网侧变换器的谐波模型；双馈风机网侧变换器的电路拓扑结构如图1所示，根据其电路拓扑结构可以得到：式中：Pin为输入有功功率，Ug为电网电压矢量ug的幅值，为电网基波电压与电流之间的夹角，k为谐波的次数,2<k<n，n为考虑到最大的谐波次数，Igk为电网电流第k次谐波含量的有效值，ω为交流侧电压基波角频率，为第k次电压与电流之间的夹角，Ugk为电网电压第k次谐波含量的有效值，Ig为电网电流矢量ig的幅值。式中：和分别为直流侧输出电压udc的平均值和波动值，为直流侧输出电流的平均值；Cd为直流侧电容。根据功率守恒定律得：Pin＝Pout式中：Pout为输出有功功率。从图2可以得出：式中：Udcref为直流电压的给定值；为电压外环控制的比例、积分调节系数，idref为网侧d轴电流的给定值，Idref为其幅值。综上所述，根据功率守恒建立的理想情况下双馈风机网侧整流器的谐波模型为：直流电压波动值因三相抵消而计算为零，可以得出实际的直流侧输出电压及网侧电流都只含有基波成分。步骤2：仅考虑电流控制环及网侧阻抗的影响，根据步骤1的模型可建立d轴下的输出导纳小信号模型；控制系统的稳定性主要与d轴输出的导纳有关，所以只研究电流控制环及网侧阻抗对系统的影响；d轴的传递函数如图3所示，在此基础上建立d轴下的输出导纳小信号模型：式中：Yodd为d轴下的导纳矩阵，Ln为整流器网侧电感，Rn为整流器网侧电阻，Ts为开关周期，GRL为变换器的网侧导纳，Gpwm为系统的延时传函，GPI为d轴电流控制的控制传函，kpwm为直流电压与d轴下静态工作点ud的幅值Ed之比，kip为电流环比例控制参数，kii为电流环积分控制参数。步骤3：根据步骤2的模型建立d轴影响下的回比矩阵；忽略dq轴耦合量的影响，可得：Ydd＝Yqq式中：Ydd为，Yqq为；因||Ydd||＞＞||Ydq/qd||，所以输出导纳可近似为：式中：Yo为d轴输出导纳矩阵；根据图1所示的电路拓扑可以得到网侧阻抗矩阵为：式中：Rg为电网阻抗，Lg为电网电感；回比矩阵Lo本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双馈风机网侧变换器的谐波不稳定分析方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：建立双馈风机网侧变换器的谐波模型；步骤2：仅考虑电流控制环及网侧阻抗的影响，根据步骤1的模型可建立d轴下的输出导纳小信号模型；步骤3：根据步骤2的模型建立d轴影响下的回比矩阵；步骤4：根据步骤2的模型得到dq轴下的输出阻抗闭环传递函数及其回比矩阵；步骤5：分别提取步骤3和步骤4得到回比矩阵的特征值，根据广义奈奎斯特判据进行各个参数的谐波不稳定分析。

【技术特征摘要】
1.一种双馈风机网侧变换器的谐波不稳定分析方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：建立双馈风机网侧变换器的谐波模型；步骤2：仅考虑电流控制环及网侧阻抗的影响，根据步骤1的模型可建立d轴下的输出导纳小信号模型；步骤3：根据步骤2的模型建立d轴影响下的回比矩阵；步骤4：根据步骤2的模型得到dq轴下的输出阻抗闭环传递函数及其回比矩阵；步骤5：分别提取步骤3和步骤4得到回比矩阵的特征值，根据广义奈奎斯特判据进行各个参数的谐波不稳定分析。2.根据权利要求1所述的一种双馈风机网侧变换器的谐波不稳定分析方法，其特征在于，所述步骤1中的谐波模型是根据功率守恒建立的理想状态下的模型，具体如下：式中：Pin为输入有功功率，Pout为输出有功功率，Ug为电网电压矢量ug的幅值，Ig为电网电流矢量ig的幅值，为直流侧输出电压udc的平均值，为直流侧输出电压udc的波动值，Udcref为直流电压的给定值，为电压外环控制的比例调节系数，为电压外环控制的积分调节系数，idref为网侧d轴电流的给定值，Idref为网侧d轴电流给定值的幅值，ω为交流侧电压基波角频率，为直流负载的稳态电流量，s为拉普拉斯变换的复变量。3.根据权利要求2所述的一种双馈风机网侧变换器的谐波不稳定分析方法，其特征在于，所述步骤2中输出导纳小信号模型为：式中：Yodd为d轴下的导纳矩阵，Ln为整流器网侧电感，Rn为整流器网侧电阻，Ts为开关周期，GRL为变换器的网侧导纳，Gpwm为系统的延时传函，GPI为d轴电流控制的控制传函，k...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘志刚，刘静，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川,51