光伏发电系统LCL-T模块的降阶方法技术方案

一种光伏发电系统LCL‑T模块的降阶方法，在隔离变压器非饱和情况下，建立基于光伏发电系统LCL‑T模块的数学模型，得出滤波器输入电压分别与滤波器输出电流及变压器一次侧电流之间的传递函数，引入加权反馈电流，实现零、极点对消，达到了简化目的；在隔离变压器饱和情况下，考虑隔离变压器原、副边电阻及励磁电阻，求出滤波器输入电压到变压器一次侧输出电流的传递函数，采用劳斯稳定性法则的高阶系统的劳斯近似法，将高阶LCL‑T模块降为等效电阻、等效电感串联的一阶系统；再通过PSCAD/EMTDC建模仿真及MATLAB数据处理，进行波特图验证，将详细模型与等效模型结果进行比较，能够有效缩短仿真时间，提高仿真精度。

Reduction Method of LCL-T Module in Photovoltaic Power Generation System

【技术实现步骤摘要】
光伏发电系统LCL-T模块的降阶方法
本专利技术涉及光伏并网
，是一种光伏发电系统LCL-T模块的降阶方法。
技术介绍
随着光伏发电系统渗透率的增加，网络系统结构越来越复杂，光伏发电系统较高的模型阶数导致较大的计算量，带来诸如模型有效性、数据修正、内存占用大和仿真时间长等问题。因此，需要研究一种等效模型来解决内存占用大、仿真时间长的问题。LCL-T模块是LCL型滤波器和隔离变压器T组成的模块，对于光伏发电系统LCL-T模块的降阶过程需要考虑变压器饱和及非饱和情况，分别采用电流反馈及基于劳斯稳定性法则的高阶系统劳斯近似法，将高阶系统进行简化处理，降阶模型能够有效缩短仿真时间，且保证降阶前后仿真精度，有利于大规模光伏发电系统并网影响的研究。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种科学合理、仿真速度快、精度高的光伏发电系统LCL-T模块的降阶方法。解决其技术问题采用的技术方案是，一种光伏发电系统LCL-T模块的降阶方法，其特征是，它包括的步骤有：1)隔离变压器非饱和情况：(a)建立基于光伏发电系统LCL-T模块的数学模型，得出滤波器输入电压ui分别与滤波器L1输出电流iL及变压器一次侧电流ips之间的传递函数；以LCL-T模块的单相结构为例，其中变压器采用T型等效电路模型，光伏发电系统LCL-T模块的等效电路为隔离变压器的原副边电感、激磁电感和滤波器支路构成三角环形，利用阻抗网络的△/Y变换理论，得到等效星型阻抗网络，其阻抗Z1、Z2、Z3分别如式(1)、式(2)、式(3)所示：式中：L1、L2为LCL型滤波器电感；C为LCL型滤波器电容；L3为隔离变压器等效后的原边电感、L4为隔离变压器等效后的副边电感；Lm为隔离变压器励磁电感；滤波器输入电压ui分别与滤波器L1输出电流iL及变压器一次侧电流ips之间的传递函数如式(4)、式(5)所示:(b)引入加权反馈电流i，实现零、极点对消，以达到简化目的；加权反馈电流i如式(6)所示：i＝γips+(1-γ)iL(6)式中：γ∈[0，1]，为加权反馈系数；则阻抗网络中滤波器输入电压ui与加权反馈电流i之间的传递函数如式(7)所示：将式(1)、式(2)、式(3)代入式(7)，化简得：式中：a＝(L2Lm+L3Lm+L2L4+L3L4+L4Lm)L1Cs2；b＝L4Lm+L1Lm+L2Lm+L3Lm+L1L2+L1L3+L2L4+L3L4；这里，若取且在非饱和情况下，励磁电感值Lm远远大于原边漏感L3、副边漏感L4及滤波器电感L1、L2，那么，式(8)化简为：由式(9)可知非饱和情况下降阶后等效模型由滤波器电感及变压器原副边漏感串联组成，隔离型变压器为理想变压器，忽略隔离变压器励磁电感，即将系统模型由五阶系统降为一阶；利用MATLAB软件仿真降阶前后波特图，降阶后模型消除谐振尖峰，高频段吻合度不高，但由于光伏发电系统并入电网采用工频，其ω值在低频段范围之内，所以此降阶模型是可行的；2)隔离变压器饱和情况；(a)考虑隔离变压器原副边电阻r1、副边电阻r2及励磁电阻rm，定义滤波器输入电压为ui′，变压器一次侧输出电流为ips′，求出滤波器输入电压ui′到变压器一次侧输出电流ips′的传递函数；隔离变压器饱和情况与非饱和情况相同，以LCL-T模块的单相结构为例，其中变压器采用T型等效电路模型，光伏发电系统LCL-T模块的等效电路为隔离变压器的原、副边电感、激磁电感和滤波器支路构成三角环形，利用阻抗网络的△/Y变换理论，得到等效星型阻抗网络，其阻抗Z1′、Z2′、Z3′分别如式(10)、式(11)、式(12)所示：式中，m＝L2+L3，求出滤波器输入电压ui′到变压器一次侧输出电流ips′的传递函数最终化简如式(13)：式中：a1＝mLm(m+Lm)C2+L4(m+Lm)2C2；a2＝[(r1Lm+mrm)(m+Lm)+mLm(r1+rm)]C2+2L4(m+Lm)(r1+rm)C2+r2(m+Lm)2C2；a3＝rmr1(m+Lm)C2+(r1Lm+mrm)(r1+rm)C2+mLmC+L4(r1+rm)2C2+2r2(m+Lm)(r1+rm)；a4＝rmr1(r1+rm)C2+(r1Lm+mrm)C+r2(r1+rm)2C2+2L4(r1+rm)C；a5＝rmr1C+L4+2r2(r1+rm)C；b1＝L1L4(m+Lm)2C2+mL1Lm(m+Lm)C2；b2＝2L1L4(m+Lm)(r1+rm)C2+r1r2(m+Lm)2C2+L1(m+Lm)(mrm+r1Lm)+mL1Lm(r1+rm)C2；b3＝2L1L4(m+Lm)C+L1L4(r1+rm)2C2+2L1r2(m+Lm)(r1+rm)C2+L1rmr1(m+Lm)C2+L1(r1+rm)(mrm+r1Lm)+mL1LmC+m2LmC+mLm2C+L1Lm(m+Lm)C；b4＝2L1L4(r1+rm)C+2L1r2(m+Lm)C+L1r2(r1+rm)2C2+(2mr1Lm+m2rm)C+L1rmr1(r1+rm)C2+L1(mrm+r1Lm)C+2mLmrmC+mrm2C+r1Lm2C+rmL1(m+Lm)C+L1Lm(r1+rm)C；b5＝L1L4+2L1r2(r1+rm)C+Lmr12+2mr1rmC+L1rmr1C+LmL4+2rmLmr1C+rmL1(r1+rm)C+L1Lm+mLm；b6＝r1r2+rmr12C+L1rm+mrm+r1Lm+rm2r1C+rmr2+rmL4；(b)采用基于劳斯稳定性法则的高阶系统的劳斯近似法，将高阶的LCL-T模块降为等效电阻及等效电感串联的一阶系统；将代入式(13)得：由式(14)计算α、β参数表，其中：α1＝rmr2/b6，β1＝r2/a5，由α1、β1参数列写系统一阶传递函数：式(15)化简为：式中：N＝r1r2+rmr12C+L1rm+mrm+r1Lm+rm2r1C+rmr2+rmL4；由式(16)将高阶的LCL-T模块降为等效电阻及等效电感串联的一阶系统，其中等效阻抗Req如式(17)及等效电感Leq如式(18)所示：利用MATLAB软件仿真降阶前后波特图，ω值在0.076rad/s-385rad/s范围内吻合度相对较高，光伏发电系统并入电网采用工频，其ω值在吻合频段范围之内，所以此降阶模型是可行的。本专利技术的一种光伏发电系统LCL-T模块的降阶方法，在隔离变压器非饱和情况下，建立基于光伏发电系统LCL-T模块的数学模型，得出滤波器输入电压ui分别与滤波器L1输出电流iL及变压器一次侧电流ips之间的传递函数，引入加权反馈电流i，实现零、极点对消，以达到简化目的；在隔离变压器饱和情况下，考虑隔离变压器原、副边电阻r1、r2及励磁电阻rm，求出滤波器输入电压ui′到变压器一次侧输出电流ips′的传递函数，采用基于劳斯稳定性法则的高阶系统的劳斯近似法，将高阶的LCL-T模块降为等效电阻及等效电感串联的一阶系统；再通过PSCAD/EMTDC建模仿真及MATLAB数据处理，进行波特图验证，将详细模型与等效模型结果进行比较，能够有效缩短仿真时间，提高仿真精度，具有科学合理、适用性强，工程实际应用价值高等优点。附图说明图1为隔离本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光伏发电系统LCL‑T模块的降阶方法，其特征是，它包括的步骤有：1)隔离变压器非饱和情况：(a)建立基于光伏发电系统LCL‑T模块的数学模型，得出滤波器输入电压ui分别与滤波器L1输出电流iL及变压器一次侧电流ips之间的传递函数；以LCL‑T模块的单相结构为例，其中变压器采用T型等效电路模型，光伏发电系统LCL‑T模块的等效电路为隔离变压器的原副边电感、激磁电感和滤波器支路构成三角环形，利用阻抗网络的△/Y变换理论，得到等效星型阻抗网络，其阻抗Z1、Z2、Z3分别如式(1)、式(2)、式(3)所示：

【技术特征摘要】
1.一种光伏发电系统LCL-T模块的降阶方法，其特征是，它包括的步骤有：1)隔离变压器非饱和情况：(a)建立基于光伏发电系统LCL-T模块的数学模型，得出滤波器输入电压ui分别与滤波器L1输出电流iL及变压器一次侧电流ips之间的传递函数；以LCL-T模块的单相结构为例，其中变压器采用T型等效电路模型，光伏发电系统LCL-T模块的等效电路为隔离变压器的原副边电感、激磁电感和滤波器支路构成三角环形，利用阻抗网络的△/Y变换理论，得到等效星型阻抗网络，其阻抗Z1、Z2、Z3分别如式(1)、式(2)、式(3)所示：式中：L1、L2为LCL型滤波器电感；C为LCL型滤波器电容；L3为隔离变压器等效后的原边电感、L4为隔离变压器等效后的副边电感；Lm为隔离变压器励磁电感；滤波器输入电压ui分别与滤波器L1输出电流iL及变压器一次侧电流ips之间的传递函数如式(4)、式(5)所示:(b)引入加权反馈电流i，实现零、极点对消，以达到简化目的；加权反馈电流i如式(6)所示：i＝γips+(1-γ)iL(6)式中：γ∈[0，1]，为加权反馈系数；则阻抗网络中滤波器输入电压ui与加权反馈电流i之间的传递函数如式(7)所示：将式(1)、式(2)、式(3)代入式(7)，化简得：式中：a＝(L2Lm+L3Lm+L2L4+L3L4+L4Lm)L1Cs2；b＝L4Lm+L1Lm+L2Lm+L3Lm+L1L2+L1L3+L2L4+L3L4；这里，若取且在非饱和情况下，励磁电感值Lm远远大于原边漏感L3、副边漏感L4及滤波器电感L1、L2，那么，式(8)化简为：由式(9)可知非饱和情况下降阶后等效模型由滤波器电感及变压器原副边漏感串联组成，隔离型变压器为理想变压器，忽略隔离变压器励磁电感，即将系统模型由五阶系统降为一阶；利用MATLAB软件仿真降阶前后波特图，降阶后模型消除谐振尖峰，高频段吻合度不高，但由于光伏发电系统并入电网采用工频，其ω值在低频段范围之内，所以此降阶模型是可行的；2)隔离变压器饱和情况；(a)考虑隔离变压器原副边电阻r1、副边电阻r2及励磁电阻rm，定义滤波器输入电压为ui′，变压器一次侧输出电流为ips′，求出滤波器输入电压ui′到变压器一次侧输出电流ips′的传递函数；隔离变压器饱和情况与非饱和情况相同，以LCL-T模块的单相结构为例，其中变压器采用T型等效电路模型，光伏发电系统LCL-T模块的等效电路为隔离变压器的原、副边电感、激磁电感和滤波器支路构成三角环形，利用阻抗网络的△/Y变换理论，得到等效星型阻抗网络，其阻抗Z1′、Z2′、Z3′分别如式(10)、式(11)、式(12)所示：式中，m＝L2...

【专利技术属性】
技术研发人员：金恩淑，于新，杨筱凡，邓佛良，崔勇，包海龙，郭强，
申请(专利权)人：东北电力大学，国网上海市电力公司，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：吉林,22