一种电压源型换流器并网系统内环控制解析传递函数建模方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种电压源型换流器并网系统内环控制解析传递函数建模方法，方法包括：基于第一假设条件建立考虑电网强度和锁相环动态的电压源型换流器并网系统数学模型；将电压源型换流器并网系统数学模型进行线性化处理；基于第二假设条件，获取电流的内环控制的简化传递函数；根据简化传递函数，将锁相环动态的输出相位表达式具体化，建立考虑锁相环动态影响的电压源型换流器并网电流的内环控制解析传递函数；基于内环控制解析传递函数分析电压源型换流器并网系统内环控制失稳机理并指导参数设计。

【技术实现步骤摘要】
一种电压源型换流器并网系统内环控制解析传递函数建模方法及系统
本专利技术涉及电力
，更具体地，涉及一种电压源型换流器并网系统内环控制解析传递函数建模方法及系统。
技术介绍
风机变流器、光伏逆变器、柔性直流等电压源型换流器(VoltageSourceConverter,VSC)接入弱交流电网时存在失稳风险，需要一套电压源型换流器VSC并网系统的建模与稳定性分析方法作为分析与解决问题的工具。目前，电压源型换流器VSC并网系统建模方法主要有状态空间建模法、输入阻抗法和复转矩法，应用这几种模型分析电压源型换流器VSC并网系统稳定性机理时存在的问题如下：状态空间建模法过于详细，只能利用特征根分析与参与因子分析，计算失稳模态的主要参与变量，不能准确解释失稳机理；输入阻抗法模型过于简化，只能通过计算等效输入阻抗判断系统是否失稳，但不能直观揭示失稳机理；复转矩法模型过于简化，只能把电压源型换流器VSC系统分为两个子系统，计算等效同步、阻尼转矩揭示失稳机理，也不能直观解释失稳机理。现有技术不能解释电压源型换流器VSC并网系统的失稳机理。因此，需要一种技术，以实现电压源型换流器并网系统内环控制解析传递函数建模方法。
技术实现思路
本专利技术技术方案提供一种电压源型换流器并网系统内环控制解析传递函数建模方法及系统，以解决如何控制电压源型换流器并网系统失稳的问题，以及如何指导电压源型换流器并网系统内环控制参数设计的问题。为了解决上述问题，本专利技术提供了一种电压源型换流器并网系统内环控制解析传递函数建模方法，所述方法包括：基于第一假设条件建立考虑电网强度和锁相环动态的电压源型换流器并网系统数学模型；将所述电压源型换流器并网系统数学模型进行线性化处理；基于第二假设条件，获取电流的内环控制的简化传递函数；根据所述简化传递函数，将锁相环动态的输出相位表达式具体化，建立考虑锁相环动态影响的电压源型换流器并网电流的内环控制解析传递函数；基于所述内环控制解析传递函数分析电压源型换流器并网系统内环控制失稳机理并指导参数设计。优选地，所述第一假设条件为：只考虑电气联系的强弱，内环电流反馈值能实时跟踪内环电流参考值，忽略公共连接点的滤波电容，忽略调制过程延时和采样延时，忽略损耗。优选地，所述并网系统数学模型包括：主电路数学模型、锁相环动态数学模型、内环控制数学模型。优选地，所述主电路数学模型为：所述主电路部分数学模型在dq坐标系下为其中，Leq＝Lt+Larm/2，Req＝Rt+Rarm/2，Lac＝Leq+Lg，Rac＝Req+Rg，s表示微分算子，Req为PCC母线与换流器阀侧之间的等效电阻，Leq为PCC母线与换流器阀侧之间的等效电感，Lt为交流电网变压器的等效电感，Larm为MMC桥臂电感，Rt为为交流电网变压器的等效电阻，Lac为从换流器到无穷大系统(理想电源)间的等效电感，Rac为从换流器到无穷大系统(理想电源)间的等效电阻，icd为换流器输出电流d轴分量，icq为换流器输出电流q轴分量，ucd为换流器等效输出电压d轴分量，usd为PCC母线电压d轴分量，ω1为额定角频率，ucq为换流器等效输出电压q轴分量，usq为PCC母线电压q轴分量，Lg为交流电网的等效电感，Rg为交流电网的等效电阻，ugd为无穷大系统(理想电源)电压的d轴分量，ugq为无穷大系统(理想电源)电压的d轴分量。优选地，所述锁相环动态数学模型为：其中，其中，θPLL为锁相环动态输出相位，θpll为锁相环输出相位θPLL与ω1t之差ω1t为初始相位为0以恒定角速度ω1转动的dq坐标系的相位，kp_pll为锁相环动态比例积分控制器比例系数,Ti_pll为锁相环动态比例积分控制器积分时间常数，usq为PCC母线电压q轴分量，ω1为dq坐标系的额定角速度，s为拉普拉斯算子，Gpll为锁相环比例积分控制器，为控制系统dq坐标系中换流器等效输出电压q轴分量。优选地，所述锁相环动态数学模型设计成二阶响应特性的其参数计算公式为：其中，ωpll为锁相环动态设计带宽，阻尼比ξ宽取0.707，usd0为PCC母线电压d轴分量稳态值。优选地，所述内环控制数学模型为：其中，其中，为控制系统坐标系中换流器输出电压d轴分量的参考值，为控制系统坐标系中换流器输出电压q轴分量的参考值，为控制系统坐标系中换流器输出电压d轴分量的值，为控制系统坐标系中换流器输出电压q轴分量的值，ωf为电压滤波器带宽，Tf为电压滤波器时间常数，ωCL为内环带宽，kp_cl为内环PI控制器比例系数，Ti_cl内环控制器比例系数、积分时间常数，Gf为PCC母线电压滤波器，GCL为内环比例积分控制器，为控制系统坐标系中换流器输出电流d轴分量的参考值，为控制系统坐标系中换流器输出电流q轴分量的参考值，为控制系统坐标系中换流器输出电流d轴分量的值，为控制系统坐标系中换流器输出电流q轴分量的值，ω1为额定角频率，Leq为PCC母线与换流器阀侧之间的等效电感，s为拉普拉斯算子，Req为PCC母线与换流器阀侧之间的等效电阻。优选地，调制过程数学模型为：其中，Gd＝e-sTd，Td为柔直控制系统等效延时，ucd为换流器交流侧等效输出电压d轴分量，ucq为换流器交流侧等效输出电压q轴分量，udc为直流侧电压，Udc0为直流侧电压稳态值，θpll为锁相环输出相位θPLL与ω1t之差，为控制系统坐标系中换流器输出电压d轴分量的参考值，为控制系统坐标系中换流器输出电压q轴分量的参考值，Gd为延时模拟环节。基于本专利技术的另一方面，提供一种电压源型换流器并网系统内环控制解析传递函数建模系统，所述系统包括：第一建立单元，用于基于第一假设条件建立考虑电网强度和锁相环动态的电压源型换流器并网系统数学模型；处理单元，用于将所述电压源型换流器并网系统数学模型进行线性化处理；第二建立单元，用于基于第二假设条件，获取电流的内环控制的简化传递函数；根据所述简化传递函数，将锁相环动态的输出相位表达式具体化，建立考虑锁相环动态影响的电压源型换流器并网电流的内环控制解析传递函数；设计单元，用于基于所述内环控制解析传递函数分析电压源型换流器并网系统内环控制失稳机理并指导参数设计。优选地，所述第一假设条件为：只考虑电气联系的强弱，内环电流反馈值能实时跟踪内环电流参考值，忽略公共连接点的滤波电容，忽略调制过程延时和采样延时，忽略损耗。优选地，所述并网系统数学模型包括：主电路数学模型、锁相环动态数学模型、内环控制数学模型。优选地，所述主电路数学模型为：所述主电路部分数学模型在dq坐标系下为其中，Leq＝Lt+Larm/2，Req＝Rt+Rarm/2，Lac＝Leq+Lg，Rac＝Req+Rg，s表示微分算子，Req为PCC母线与换流器阀侧之间的等效电阻，Leq为PCC母线与换流器阀侧之间的等效电感，Lt为交流电网变压器的等效电感，Larm为MMC桥臂电感，Rt为为交流电网变压器的等效电阻，Lac为从换流器到无穷大系统(理想电源)间的等效电感，Rac为从换流器到无穷大系统(理想电源)间的等效电阻，icd为换流器输出电流d轴分量，icq为换流器输出电流q轴分量，ucd为换流器等效输出电压d轴分量，usd为PCC母线电压d轴分量，ω1为额定角频率，ucq为换流器等效输出电压q轴分本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电压源型换流器并网系统内环控制解析传递函数建模方法，所述方法包括：基于第一假设条件建立考虑电网强度和锁相环动态的电压源型换流器并网系统数学模型；将所述电压源型换流器并网系统数学模型进行线性化处理；基于第二假设条件，获取电流的内环控制的简化传递函数；根据所述简化传递函数，将锁相环动态的输出相位表达式具体化，建立考虑锁相环动态影响的电压源型换流器并网电流的内环控制解析传递函数；基于所述内环控制解析传递函数分析电压源型换流器并网系统内环控制失稳机理并指导参数设计。

【技术特征摘要】
1.一种电压源型换流器并网系统内环控制解析传递函数建模方法，所述方法包括：基于第一假设条件建立考虑电网强度和锁相环动态的电压源型换流器并网系统数学模型；将所述电压源型换流器并网系统数学模型进行线性化处理；基于第二假设条件，获取电流的内环控制的简化传递函数；根据所述简化传递函数，将锁相环动态的输出相位表达式具体化，建立考虑锁相环动态影响的电压源型换流器并网电流的内环控制解析传递函数；基于所述内环控制解析传递函数分析电压源型换流器并网系统内环控制失稳机理并指导参数设计。2.根据权利要求1所述的方法，所述第一假设条件为：只考虑电气联系的强弱，内环电流反馈值能实时跟踪内环电流参考值，忽略公共连接点的滤波电容，忽略调制过程延时和采样延时，忽略损耗。3.根据权利要求1所述的方法，所述并网系统数学模型包括：主电路数学模型、锁相环动态数学模型、内环控制数学模型。4.根据权利要求3所述的方法，所述主电路数学模型为：所述主电路部分数学模型在dq坐标系下为其中，Leq＝Lt+Larm/2，Req＝Rt+Rarm/2，Lac＝Leq+Lg，Rac＝Req+Rg，s表示微分算子，Req为PCC母线与换流器阀侧之间的等效电阻，Leq为PCC母线与换流器阀侧之间的等效电感，Lt为交流电网变压器的等效电感，Larm为MMC桥臂电感，Rt为为交流电网变压器的等效电阻，Lac为从换流器到无穷大系统间的等效电感，Rac为从换流器到无穷大系统间的等效电阻，icd为换流器输出电流d轴分量，icq为换流器输出电流q轴分量，ucd为换流器等效输出电压d轴分量，usd为PCC母线电压d轴分量，ω1为额定角频率，ucq为换流器等效输出电压q轴分量，usq为PCC母线电压q轴分量，Lg为交流电网的等效电感，Rg为交流电网的等效电阻，ugd为无穷大系统电压的d轴分量，ugq为无穷大系统电压的d轴分量。5.根据权利要求3所述的方法，所述锁相环动态数学模型为：其中，其中，θPLL为锁相环动态输出相位，θpll为锁相环输出相位θPLL与ω1t之差，ω1t为初始相位为0以恒定角速度ω1转动的dq坐标系的相位，kp_pll为锁相环动态比例积分控制器比例系数,Ti_pll为锁相环动态比例积分控制器积分时间常数，usq为PCC母线电压q轴分量，ω1为dq坐标系的额定角速度，s为拉普拉斯算子，Gpll为锁相环比例积分控制器，为控制系统dq坐标系中换流器等效输出电压q轴分量。6.根据权利要求5所述的方法，所述锁相环动态数学模型设计成二阶响应特性时其参数计算公式为：其中，ωpll为锁相环动态设计带宽，阻尼比ξ宽取0.707，usd0为PCC母线电压d轴分量稳态值。7.根据权利要求3所述的方法，所述内环控制数学模型为：其中，其中，为控制系统坐标系中换流器输出电压d轴分量的参考值，为控制系统坐标系中换流器输出电压q轴分量的参考值，为控制系统坐标系中换流器输出电压d轴分量的值，为控制系统坐标系中换流器输出电压q轴分量的值，ωf为电压滤波器带宽，Tf为电压滤波器时间常数，ωCL为内环带宽，kp_cl为内环PI控制器比例系数，Ti_cl内环控制器比例系数、积分时间常数，Gf为PCC母线电压滤波器，GCL为内环比例积分控制器，为控制系统坐标系中换流器输出电流d轴分量的参考值，为控制系统坐标系中换流器输出电流q轴分量的参考值，为控制系统坐标系中换流器输出电流d轴分量的值，为控制系统坐标系中换流器输出电流q轴分量的值，ω1为额定角频率，Leq为PCC母线与换流器阀侧之间的等效电感，s为拉普拉斯算子，Req为PCC母线与换流器阀侧之间的等效电阻。8.根据权利要求3所述的方法，调制过程数学模型为：其中，Gd＝e-sTd，Td为柔直控制系统等效延时，ucd为换流器交流侧等效输出电压d轴分量，ucq为换流器交流侧等效输出电压q轴分量，udc为直流侧电压，Udc0为直流侧电压稳态值，θpll为锁相环输出相位θPLL与ω1t之差，为控制系统坐标系中换流器输出电压d轴分量的参考值，为控制系统坐标系中换流器输出电压q轴分量的参考值，Gd为延时模拟环节。9.一种电压源型换流器并网系...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴广禄，王姗姗，赵兵，李英彪，王铁柱，孙媛媛，李轶群，谭贝斯，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院有限公司，国家电网有限公司，国家电网公司华北分部，
类型：发明
国别省市：北京,11