一种考虑扰动的变流器系统原-对偶电路建模方法技术方案

本发明专利技术公开了一种考虑扰动的变流器系统原‑对偶电路建模方法。根据变流器并网系统的控制动态特性，并考虑变流器控制系统中注入的扰动，建立变流器和电网络的阻抗端口特性；使用次‑超同步变换将变流器和电网络的阻抗端口特性变换至原‑对偶空间，得到变流器和电网络原‑对偶分量形式的阻抗端口特性；基于原‑对偶分量形式的阻抗端口特性，分别建立变流器和电网络的二端口网络，将两者相连得到变流器并网系统的等效原‑对偶电路。本发明专利技术建立了具有清晰物理意义的变流器并网系统原‑对偶电路，可用于变流器并网系统的小干扰稳定分析与广义导纳测量。

A modeling method of primary dual circuits for disturbance converter systems

The invention discloses a modeling method of the original dual dual circuit of a converter system considering disturbance. According to the control dynamic characteristics of the grid-connected converter system and considering the disturbance injected into the converter control system, the impedance port characteristics of the converter and the power network are established. Based on the impedance port characteristic of the original dual component form, the two-port network of the converter and the network is established respectively, and the equivalent original dual circuit of the grid-connected converter system is obtained by connecting the two ports. The invention establishes a dual circuit of the converter grid-connected system with clear physical meaning, which can be used for small interference stability analysis and generalized admittance measurement of the converter grid-connected system.

【技术实现步骤摘要】
一种考虑扰动的变流器系统原-对偶电路建模方法
本专利技术涉及一种变流器小信号建模方法，尤其涉及了一种考虑扰动的变流器系统原-对偶电路建模方法。
技术介绍
随着可再生能源的大规模开发，以及柔性直流/交流输电的广泛利用，电压源型变流器在电力系统中得到了越来越多的利用。尽管变流器有着高效和可控性强等优点，但变流器接入数量日益增多及容量日益增大，交流电网相对逐渐变弱。在弱电网下，变流器与交流电网间及变流器间的耦合变强，进而可能导致系统出现复杂的振荡问题。变流器并网系统的振荡问题一般可从小干扰角度进行分析，方法主要有两类：基于状态空间的特征根分析方法以及基于频域理论的阻抗分析方法。频域方法中的阻抗法只利用可量测的端口外特性即可定量分析系统的稳定性，近年来越来越受到人们关注。诸多变流器阻抗建模方法中，有些不便于大规模系统的机理分析，有些物理意义不清晰。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
中存在的问题，本专利技术公开了一种考虑扰动的变流器系统原-对偶电路建模方法，可用于变流器小干扰稳定分析与广义阻抗测量。本专利技术的技术方案采用如下步骤：1)根据变流器并网系统的动态特性，并考虑变流器控制中注入的扰动，建立变流器和电网络的阻抗端口特性；电网络是指变流器所接入电力网络。2)使用次-超同步变换将变流器和电网络的阻抗端口特性变换至原-对偶空间，得到变流器和电网络原-对偶分量形式的阻抗端口特性；3)基于原-对偶分量形式的阻抗端口特性，分别建立变流器和电网络的二端口网络，将两者相连得到变流器并网系统的等效原-对偶电路。所述步骤1)中的变流器并网系统指变流器并入电网的系统，变流器控制为基于锁相环的双环矢量控制，内环为矢量电流控制，外环为功率控制或直流电压控制；变流器并网系统的动态特性包括控制内外环及锁相环的动态特性以及电网线路的动态特性。所述步骤1)中，变流器控制中注入的扰动为变流器控制指令值附近的小干扰信号，注入位置为内环电流环，扰动的形式为正弦信号。所述步骤1)中的变流器阻抗端口特性为：式中，ΔU、ΔI、Δδ表示变流器和电网络之间连接端口的电压幅值扰动、电流幅值扰动、电流矢量角度扰动和电压矢量角度扰动；Yg11(s)、Yg22(s)分别表示变流器阻抗端口特性矩阵中的第一、第二传递函数；Ydper(s)、Yqper(s)分别表示由电流参考值扰动至电流扰动的d轴和q轴传递函数；ΔIdper和ΔIqper分别表示在变流器控制的内环电流参考值上注入的d轴和q轴扰动；I表示变流器端口的稳态电流值，U表示连接端口的稳态电压值。所述步骤1)中的电网络阻抗端口特性为：式中，ΔU、ΔI、Δδ表示变流器和电网络之间连接端口的电压幅值扰动、电流幅值扰动、电流矢量角度扰动和电压矢量角度扰动；YL11(s)、YL12(s)、YL21(s)、YL22(s)分别表示电网络中线路电感传递函数矩阵中的左上角元素、右上角元素、左下角元素和右下角元素；YC11(s)、YC12(s)、YC21(s)、YC22(s)表示变流器滤波电容传递函数矩阵中的左上角元素、右上角元素、左下角元素和右下角元素。所述步骤2)中，使用次-超同步变换将变流器和电网络的阻抗端口特性变换至原-对偶空间，具体为：式中，ΔIP和ΔID表示原-对偶空间中原电流的扰动和对偶电流的扰动；ΔUP和ΔUD表示原-对偶空间中原电压的扰动和对偶电压的扰动；T表示次超同步变换的变换矩阵，表达式如下：其中，j表示复数中的虚数基本单位，即-1的平方根。所述步骤2)中得到的变流器原-对偶分量形式的端口特性为：其中，式中，Ye1_VSC表示变流器的第一广义导纳，Ye2_VSC表示变流器的第二广义导纳，Ye3_VSC表示变流器的第三广义导纳，Yper1和Yper2表示原-对偶空间中电流指令值扰动到电流扰动的第一和第二传递函数；T表示次超同步变换的变换矩阵。所述步骤2)中得到的电网络原-对偶分量形式的端口特性为：其中，式中，Ye2_L、Ye3_L分别表示电感线路的第二和第三广义导纳，Ye2_C、Ye3_C分别表示滤波电容的第二和第三广义导纳。所述步骤3)中变流器的二端口网络，具有两个节点，分别记为原节点P和对偶节点D，两个节点之间通过公共支路相连，公共支路用广义导纳Ye1_VSC表征，原节点P和对偶节点D各接入两个等效电流源；原节点P和对偶节点D的电压分别为ΔUP和ΔUD，输出电流分别为ΔIP和ΔID；所述步骤3)中电网络的二端口网络，由四个广义导纳构成，具有两个节点，分别记为原节点P和对偶节点D，每个节点连接两个广义导纳，原节点P和对偶节点D的端电压为ΔUP和ΔUD，输出电流分别为ΔIP和ΔID；将变流器和电网络的二端口网络中的同名节点相连，即变流器的二端口网络和电网络的二端口网络的原节点P相连，变流器的二端口网络和电网络的二端口网络的对偶节点D相连，得到变流器并网系统的等效原-对偶电路。所述的广义导纳Ye1_VSC、Ye2_VSC和Ye3_VSC以及传递函数Yper1和Yper2采用以下公式计算：其中，Yg11(s)、Yg22(s)分别表示变流器端口特性矩阵中的第一、第二传递函数；Ydper(s)、Yqper(s)分别表示由电流参考值扰动至电流扰动的d轴和q轴传递函数；所述的广义导纳Ye2_L、Ye3_L、Ye2_C和Ye3_C采用以下公式计算：其中，YL11(s)、YL12(s)分别表示电网络中线路电感的传递函数矩阵中的左上角元素、右上角元素；YC11(s)、YC12(s)表示变流器滤波电容的传递函数矩阵中的左上角元素、右上角元素。本专利技术所述的等效原-对偶电路用于分析并网系统稳定性与等效电路的阻抗测量。本专利技术的有益效果是：本专利技术公开的考虑扰动的变流器并网系统的等效原对偶电路，与真实物理系统相对应，相比其他等效电路建模方法具有更清晰的物理意义，在分析系统稳定性时解决了电网和变流器阻抗矩阵的耦合问题，同时为广义导纳的测量提供理论基础。本专利技术方法将变流器并网系统的小信号系统建模为原电路与对偶电路(即等效原-对偶电路)，用于系统稳定性分析。而考虑扰动的变流器系统原对偶电路方法，能够为变流器稳定分析与阻抗测量提供理论基础。附图说明图1为本专利技术的建模步骤图；图2为变流器控制系统示意图；图3为考虑扰动的变流器原-对偶等效电路；图4为电网络的原-对偶等效电路；图5为考虑扰动的变流器并网系统原-对偶等效电路；图6为变流器矢量控制框图；图7为变流器并网系统与原对偶电路特征值对比。具体实施方式下面结合附图及具体实施示例对本专利技术做进一步详细说明。如图1所示，本专利技术方法实施具体包括：1)根据变流器并网系统的控制动态特性，并考虑变流器控制系统中注入的扰动，建立变流器和电网络的阻抗端口特性；2)使用次-超同步变换将变流器和电网络的阻抗端口特性变换至原-对偶空间，得到变流器和电网络原-对偶分量形式的阻抗端口特性；3)基于原-对偶分量形式的阻抗端口特性，分别建立变流器和电网络的二端口网络，将两者相连得到变流器并网系统的等效原-对偶电路。所述步骤1)中的变流器控制系统，采用常用的基于锁相环的双环矢量控制方法，一种双环结构如图2所示，内环为矢量电流控制，外环为直流电压控制。所述步骤1)中注入的扰动如图2所示的ΔIdper和ΔIqper，注入位置为内环电流环，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑扰动的变流器系统原‑对偶电路建模方法，其特征在于主要包括以下三个步骤：1)根据变流器并网系统的动态特性，并考虑变流器控制中注入的扰动，建立变流器和电网络的阻抗端口特性；2)使用次‑超同步变换将变流器和电网络的阻抗端口特性变换至原‑对偶空间，得到变流器和电网络原‑对偶分量形式的阻抗端口特性；3)基于原‑对偶分量形式的阻抗端口特性，分别建立变流器和电网络的二端口网络，将两者相连得到变流器并网系统的等效原‑对偶电路。

【技术特征摘要】
1.一种考虑扰动的变流器系统原-对偶电路建模方法，其特征在于主要包括以下三个步骤：1)根据变流器并网系统的动态特性，并考虑变流器控制中注入的扰动，建立变流器和电网络的阻抗端口特性；2)使用次-超同步变换将变流器和电网络的阻抗端口特性变换至原-对偶空间，得到变流器和电网络原-对偶分量形式的阻抗端口特性；3)基于原-对偶分量形式的阻抗端口特性，分别建立变流器和电网络的二端口网络，将两者相连得到变流器并网系统的等效原-对偶电路。2.根据权利要求1所述的一种考虑扰动的变流器系统原-对偶电路建模方法，其特征在于：所述步骤1)中的变流器并网系统指变流器并入电网的系统，变流器控制为基于锁相环的双环矢量控制，内环为矢量电流控制，外环为功率控制或直流电压控制；变流器并网系统的动态特性包括控制内外环及锁相环的动态特性以及电网线路的动态特性。3.根据权利要求1所述的一种考虑扰动的变流器系统原-对偶电路建模方法，其特征在于：所述步骤1)中的变流器阻抗端口特性为：式中，ΔU、ΔI、Δδ表示变流器和电网络之间连接端口的电压幅值扰动、电流幅值扰动、电流矢量角度扰动和电压矢量角度扰动；Yg11(s)、Yg22(s)分别表示变流器阻抗端口特性矩阵中的第一、第二传递函数；Ydper(s)、Yqper(s)分别表示由电流参考值扰动至电流扰动的d轴和q轴传递函数；ΔIdper和ΔIqper分别表示在变流器控制的内环电流参考值上注入的d轴和q轴扰动；I表示变流器端口的稳态电流值，U表示连接端口的稳态电压值。4.根据权利要求1所述的一种考虑扰动的变流器系统原-对偶电路建模方法，其特征在于：所述步骤1)中的电网络阻抗端口特性为：式中，ΔU、ΔI、Δδ表示变流器和电网络之间连接端口的电压幅值扰动、电流幅值扰动、电流矢量角度扰动和电压矢量角度扰动；YL11(s)、YL12(s)、YL21(s)、YL22(s)分别表示电网络中线路电感传递函数矩阵中的左上角元素、右上角元素、左下角元素和右下角元素；YC11(s)、YC12(s)、YC21(s)、YC22(s)表示变流器滤波电容传递函数矩阵中的左上角元素、右上角元素、左下角元素和右下角元素。5.根据权利要求1所述的一种考虑扰动的变流器系统原-对偶电路建模方法，其特征在于：所述步骤2)中，使用次-超同步变换将变流器和电网络的阻抗端口特性变换至原-对偶空间，具体为：式中，ΔIP和ΔID表示原-对偶空间中原电流的扰动和对偶电流的扰动；ΔUP和ΔUD表示原-对偶空间中原电压的扰动和对偶电压的扰动；T表示次超同步变换的变换矩阵，...

【专利技术属性】
技术研发人员：辛焕海，蒙志全，赵梓杉，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33