一种考虑阻抗耦合的三相逆变器稳定性分析方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑阻抗耦合的三相逆变器稳定性分析方法，所述的三相逆变器包括三相逆变模块和LC滤波器，逆变模块的交流侧通过LC滤波器与电网相连；步骤1：计算反馈比率矩阵L1(s)；步骤2：判定步骤；若L1(s)的准则相角及准则增益满足预设的条件，则能采用L1(s)进行系统设计及判断稳定性；该考虑阻抗耦合的三相逆变器的稳定性分析方法可靠性高，易于实施，适用范围广。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑阻抗耦合的三相逆变器稳定性分析方法
本专利技术涉及一种考虑阻抗耦合的三相逆变器稳定性分析方法。
技术介绍
随着风电，太阳能等分布式能源(DPG)的高速发展，使得大量的DPG以各种形式接入大电网，其引发的系统稳定性问题呈现多样化，如引发的低频不稳定，谐波不稳定及侧边不稳定等等。对于现有稳定性分析方法可大致分两类：1)特征值分析法及阻抗稳定分析法。对于特征值分析法，通过建立状态空间建模，求取系统矩阵，若矩阵没有右半侧极点则系统稳定，但其需要获取系统的所有参数包括控制参数及无源性参数，当系统连接结构--多变换器并联或级联--发生改变或系统结构参数发生变化，系统需重新建模，计算相当繁琐。2)阻抗稳定分析法，在频率下建立源的输出阻抗，负载或级联子系统的输入阻抗，通过对交互系统的阻抗比率采用奈韦斯特准则(NC)或广义奈韦斯特准则(GNC)判定系统稳定性，由于该方法能够不获取系统内部参数信息，且系统结构发生改变不需要重新建模而得到广泛应用。Middlebrook给出，当源输出阻抗保持全频域均远大于子系统阻抗，则交互系统能够稳定，但保守性大。提出阻抗无源性稳定方法，当源输出阻抗是无源，且子系统输入阻抗也是无源，则两者交互系统稳定。但对所有成分均无源是不可能的，如并网系统的PLL影响或CPL负载的接入，使源输出阻抗在qq轴或dd存在负阻抗特性，此时传统的无源性理论过于保守，对此有文献指出，若重要电网的谐波频率在源输入导纳的无源性频域内，则系统可以保持稳定。上述基于阻抗判稳理论均在阻抗耦合量能忽略的情况下成立，实际上，特定情况下阻抗耦合量对系统有重要的影响。由于直流(DC)系统及交流(AC)系统的本质区别，使得阻抗判定方法大致可分为SISO系统及MIMO系统。对于DC系统，一般为SISO系统，可采用传统的奈韦斯特准则判定交互系统的稳定性通过阻抗比率矩阵。但对于AC系统，其dq轴小信号阻抗模型或导纳模型为一MIMO系统，一般采用GNC判定系统的稳定性。因MIMO系统较SISO系统的复杂性大及不易分析，有文献从系统建模方式上改变，给出MIMO等效为SISO系统方式，从而可运用SISO系统理论判定系统稳定性的方法，其主要可分为两类：序主导模型及相角主导模型。有文献采用谐波线性化求得阻抗模型分解为正序与负序，且正负序阻抗没有交叉耦合，因此系统可以等效为SISO输出系统，但有较长时间的代数计算。有文献通过求取系统小信号阻抗模型，并将其分解为正，负序阻抗，且在相序上两个子系统是解耦的，在大多数情况下，可采用SISO理论分析三相交流系统，但在三相电压不平衡时，序阻抗将存在耦合，致使上述等效将不适用。系统在相主导的阻抗模型下是解耦的，在大多数情况，因为PLL的原因，即使三相平衡的系统，在相主导下，将导致相主导模型下的正负序存在耦合且不能忽略。所以，即使从系统建模的方式上改变，由于阻抗耦合量的未知性，系统最终仍然等效为MIMO，判稳方法并没有简化。因此，存在GNC准则的简化，其可分为两类：1)将n阶系统等效为n个DC-DC系统，运用SISO理论判稳，或者采用D-channel准则，使MIMO等效为SISO，因此可以采用传统的nyquist准则判断系统，但其忽略了Q-channel的重要影响，且仅限于高功率因素系统，有文献将MIMO等效为d-channel判断系统稳定性，限制q-channel轨迹不包含重要点(-1，j0)前提下，并仅适用于高功率因素系统，没有给出特定条件去忽略阻抗交叉耦合量，有文献给出忽略阻抗交叉耦合，使MIMO等效为SISO的边界条件，但实际系统即使在解耦情况下，也无法保证全频域的对角主导，因此有一定的限制性及保守性2)采用范数理论对反馈比率矩阵判稳，有文献改进GNC，对阻抗反馈比率矩阵采用G-范数，无穷，1范数进行判稳，由于其保守性，有文献提出范数准则的改进，降低其保守性及计算量，但最终等效系统仍然是MIMO系统，且并不能说明系统耦合的重要性。由于交叉耦合的原因，使得AC系统实质为一MIMO系统，若能分析系统耦合量对系统稳定性的影响，则可使MIMO系统等效SISO，但较少文献提及系统耦合量对系统的重要性进行分析。问题描述以下给出三相并网逆变器的小信号模型，并推导出其MIMO系统的实质，进而分析传统MIMO系统等效为SISO系统的阻抗去耦合方法。并网逆变器小信号模型及GNC判据对于一个传统并网逆变器，其小信号等效如图1：其中图1中为统一叙述，下述均采用Ycl(s)进行推导，但均适用于图3模型；由图2可得：其中由等式(1)可整理为(2)形式：依照等式(2)，可得系统的反馈比率矩阵为：L(s)＝Ycl(s)Zg(s)(3)由于系统的耦合原因，使得系统为一多输入多输出系统，且L(s)为n×n矩阵，则系统可采用GNC判断系统稳定性，该准则可简述为：当L(s)特征值增益轨迹逆时针包含重要点(-1，j0)点的圈数等于开环传递函数不稳定极点的个数，则系统稳定。在实际应用中，为方便分析常将多输入多输出系统简化为单输入单输出系统，其中常用的简化方法是去掉阻抗或导纳耦合量，这里定义为第一种简化形式，其缺点也是突出；为此本专利技术提出简化的反馈比率方法，这里定义为第二种简化形式。下面以传统三相并网逆变器，来说明未简化的多输入多输出、第一种简化形式和第二种简化形式的区别和联系。为方便分析此处以传统三相并网逆变器为例，则L(s)为2×2矩阵，在此设：若系统不存在任何简化，则L(s)的特征值将表达为，此时系统为一MIM0系统进行分析，则有：根据GNC稳定判据可知，当λ1，λ2逆时针包含重要点(-1，j0)点的圈数等于开环传递函数不稳定极点的个数，则系统稳定。传统方法并网逆变器稳定性分析对于传统的三相并网逆变器如图1所示，其对应的dq轴下电流闭环控制框图如图4所示：其中电流控制器选用PI控制Gcidq(s)＝(kp+ki/s)I(2×2)(5)其中I(2×2)为二阶单位矩阵。Gdel(s)为硬件数字控制系统延时时间，在最恶劣情况下，包含一个采样延时Ts，以及半个信号调制延时0.5Ts则整个系统延时可以表示为：逆变器输出滤波阻抗为：系统解耦矩阵：因此，在dq轴下的系统闭环电流控制可表示为：Iodq＝Gcldq(s)Iodqref-Ycl(s)Vpccdq(9)式(9)中，Gcl为系统电流闭环传递函数，Ycl为系统闭环等效输出导纳，其分别表示如下上式中Pdq(s)表示电流闭环系统的开环增益，Yodq(s)为系统的开环输出导纳Pdq(s)＝Ypdq(s)Gdeldq(s)(Gcidq(s)-Gdec(s))(11)由(9)式，图1可以等效为如图2小信号等效图。此时易知，系统因非主对角元素耦合原因等效为MIM0系统，其稳定性可采用GNC判断，按表1参数设计系统，此时反馈比率矩阵L2(s)＝Ycl(s)Zg(s)。特别地，根据对称性，本专利技术所提及的特征增益轨迹分析，均为角频率在0～+∞，此时对应的特征增益轨迹如图4所示。表1：系统参数由图5可知，特征增益轨迹包含重要点(-1，j0)点，系统没有RPH极点，因此系统是不稳定。若采用传统忽略阻抗耦合等效为SIS0判断系统稳定性，此时由于非主对角耦合的原因，使得也就是说此时将存在：即会存在，采用λ3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑阻抗耦合的三相逆变器稳定性分析方法，其特征在于，所述的三相逆变器包括三相逆变模块和LC滤波器，逆变模块的交流侧通过LC滤波器与电网相连；设直流侧电压为Vdc，逆变器输出电流为Io，滤波电感Lf，滤波电容Lf，网侧阻抗为Zg；包括如下步骤：步骤1：按以下公式计算反馈比率矩阵L1(s)：

【技术特征摘要】
1.一种考虑阻抗耦合的三相逆变器稳定性分析方法，其特征在于，所述的三相逆变器包括三相逆变模块和LC滤波器，逆变模块的交流侧通过LC滤波器与电网相连；设直流侧电压为Vdc，逆变器输出电流为Io，滤波电感Lf，滤波电容Lf，网侧阻抗为Zg；包括如下步骤：步骤1：按以下公式计算反馈比率矩阵L1(s)：其中Ldd(s)及Lqq(s)代表矩阵L1(s)的特征值Ldd(s)＝Ycldd(s)Zgdd(s)+Ycldq(s)Zgqd(s)；Lqq(s)＝Yclqd(s)Zgdq(s)+Yclqq(s)Zgqq(s)；将三相逆变器进行建模，得到的的逆变器等效输出阻抗为Ycl；将三相逆变器的网侧等效为戴维宁电路，获得网侧等效输入阻抗为Zg；其中下标dd代表d轴阻抗，qq代表q轴阻抗，dq及qd代表耦合成分。步骤2：判定步骤；若L1(s)满足以下条件，则能采用L1(s)进行系统设计及判断稳定性；可以理解为，满足条件的采用奈奎斯特准则(NC)判定稳定性，不满足条件的采用广义奈奎斯特准则(GNC)并使用矩阵L(s)判定稳定性。其中：β1(s),βm(s)分别为扰动矩阵△δ(s)的最小、最大奇异值；为扰动矩阵△δ(s)极分解的酉矩阵的最小、最大相角；θ1(s),θm(s)为矩阵L(s)极分解的酉矩阵的最小，最大相角；λ(s)为矩阵L(s)的特征值；σ(·)表示最小奇异值，表示最大奇异值；且其中α1(s),αm(s)为矩阵L(s)的最小，最大的奇异值；arg(.)表示辐角；表示每个频率下的矩阵L1(s)分母多项式相角；公式中，前的部分表示前提条件。后的部分表示要满足的条件；公式中，Ldq(s)＝Ycldd(s)Zgdq(s)+Ycldq(s)Zgqq(s)Lqq(s)...

【专利技术属性】
技术研发人员：于晶荣，林显富，余若雪，陈斌，杨伟，粟梅，
申请(专利权)人：广东雅达电子股份有限公司，中南大学，
类型：发明
国别省市：广东,44