【技术实现步骤摘要】
一种基于坐标变换的阻抗计算方法和系统
本专利技术涉及逆变器建模领域，具体涉及一种基于坐标变换的阻抗计算方法和系统。
技术介绍
新能源发电大量分布于戈壁、山区和海岛等偏远地区，其与主网间的连接强度较弱，电网通常呈现高感抗弱电网特征。新能源并网逆变器接入弱电网易发生谐波振荡等交互稳定性问题。虚拟同步发电机模拟同步发电机的外特性，为大规模新能源友好并网提供新的技术手段，成为当前新能源发电技术的热点。虚拟同步技术改变传统逆变器控制策略，在控制系统中引入虚拟惯量和阻尼，使得逆变器的输出外特性具有同步发电机类似的旋转惯量、下垂特性和阻尼特性，可为电网提供必要的频率和电压支撑。由于虚拟同步发电机具备这些优异的性能，虚拟同步技术被推广应用到交-直流微电网的母线电压惯性增强控制、电动汽车快充接口的惯性和阻尼控制以及风力发电变换器和柔性直流输电变换器的惯性控制等领域。虚拟同步发电机能够主动支撑弱电网的前提是其能够稳定运行，但虚拟同步发电机运行在失去大电网支撑的离网模式时，电网为本地负载供电时会面临许多问题：一方面，光伏、风电等可再生微源出力的随机性、波动性和负载扰动的不可预测性等因素较大，其会给系统的稳定性控制增加了一定的难度；另一方面，如果逆变器的参数设计不恰当，将其并入系统时也会引起与同步机并入大电网的过程中发生类似的功率振荡现象，此功率振荡同样严重影响系统的稳定性。目前，针对虚拟同步发电机的稳定性研究，主流方法是对逆变器系统进行小信号建模，根据Nyquist判据判断稳定性，或是建立系...
【技术保护点】
1.一种基于坐标变换的阻抗计算方法，其特征在于，所述方法包括：/n根据虚拟同步发电机受扰动后在初始dq坐标系下的参量确定虚拟同步发电机受扰动后的等效dq坐标系与所述初始dq坐标系的偏差角小信号矩阵；/n利用所述偏差角小信号矩阵确定等效dq坐标系下虚拟同步发电机的主电路小信号模型中的占空比扰动矩阵；/n将所述等效dq坐标系下虚拟同步发电机的主电路小信号模型中的占空比扰动矩阵转换为初始dq坐标系下虚拟同步发电机的主电路小信号模型中的占空比扰动矩阵；/n利用所述初始dq坐标系下虚拟同步发电机的主电路小信号模型中的占空比扰动矩阵确定虚拟同步发电机受扰动后的输出阻抗矩阵。/n
【技术特征摘要】
1.一种基于坐标变换的阻抗计算方法，其特征在于，所述方法包括：
根据虚拟同步发电机受扰动后在初始dq坐标系下的参量确定虚拟同步发电机受扰动后的等效dq坐标系与所述初始dq坐标系的偏差角小信号矩阵；
利用所述偏差角小信号矩阵确定等效dq坐标系下虚拟同步发电机的主电路小信号模型中的占空比扰动矩阵；
将所述等效dq坐标系下虚拟同步发电机的主电路小信号模型中的占空比扰动矩阵转换为初始dq坐标系下虚拟同步发电机的主电路小信号模型中的占空比扰动矩阵；
利用所述初始dq坐标系下虚拟同步发电机的主电路小信号模型中的占空比扰动矩阵确定虚拟同步发电机受扰动后的输出阻抗矩阵。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据虚拟同步发电机受扰动后在初始dq坐标系下的参量确定虚拟同步发电机受扰动后的等效dq坐标系与所述初始dq坐标系的偏差角小信号矩阵，包括：
按下式确定所述虚拟同步发电机受扰动后的等效dq坐标系与所述初始dq坐标系的偏差角小信号矩阵
式中，Id为初始dq坐标系下LC滤波器经过电感的d轴电流的稳态值；Iq为初始dq坐标系下LC滤波器经过电感的q轴电流的稳态值；Ed为初始dq坐标系下虚拟同步发电机的d轴输出电压的稳态值；Eq为初始dq坐标系下虚拟同步发电机的q轴输出电压的稳态值；s为拉普拉斯算子；ωo为虚拟同步发电机的标准同步旋转角速度；D'为阻尼系数；J为虚拟同步发电机的转子转动惯量；为初始dq坐标系下LC滤波器经过电感的电流扰动矩阵；为初始dq坐标系下虚拟同步发电机的电压扰动矩阵；D为角度扰动的电流系数矩阵；E为角度扰动的电压系数矩阵。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用所述偏差角小信号矩阵确定等效dq坐标系下虚拟同步发电机的主电路小信号模型中的占空比扰动矩阵，包括：
利用所述偏差角小信号矩阵确定等效dq坐标系下虚拟同步发电机的主电路小信号模型中的电流扰动矩阵和电压扰动矩阵；
根据所述等效dq坐标系下虚拟同步发电机的主电路小信号模型中的电流扰动矩阵和电压扰动矩阵确定所述等效dq坐标系下虚拟同步发电机的主电路小信号模型中的占空比扰动矩阵。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述利用所述偏差角小信号矩阵确定等效dq坐标系下虚拟同步发电机的主电路小信号模型中的电流扰动矩阵和电压扰动矩阵，包括：
按下式确定所述等效dq坐标系下虚拟同步发电机的主电路小信号模型中的电流扰动矩阵
将虚拟同步发电机受扰动后的等效dq坐标系与所述初始dq坐标系的偏差角小信号矩阵代入上式中，得：
式中，为虚拟同步发电机受扰动后的等效dq坐标系与所述初始dq坐标系的偏差角小信号矩阵；为初始dq坐标系下LC滤波器经过电感的电流扰动矩阵；为初始dq坐标系下虚拟同步发电机的电压扰动矩阵；Id为初始dq坐标系下LC滤波器经过电感的d轴电流的稳态值；Iq为初始dq坐标系下LC滤波器经过电感的q轴电流的稳态值；I2为二阶单位矩阵；D为角度扰动的电流系数矩阵；E为角度扰动的电压系数矩阵；
按下式确定所述等效dq坐标系下虚拟同步发电机的主电路小信号模型中的电压扰动矩阵
将虚拟同步发电机受扰动后的等效dq坐标系与所述初始dq坐标系的偏差角小信号矩阵代入上式中，得：
式中，Ed为初始dq坐标系下虚拟同步发电机的d轴输出电压的稳态值；Eq为初始dq坐标系下虚拟同步发电机的q轴输出电压的稳态值。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据等效dq坐标系下虚拟同步发电机的主电路小信号模型中的电流扰动矩阵和电压扰动矩阵确定所述等效dq坐标系下虚拟同步发电机的主电路小信号模型中的占空比扰动矩阵，包括：
按下式确定所述等效dq坐标系下虚拟同步发电机的主电路小信号模型中的占空比扰动矩阵
式中，B为虚拟同步发电机的双环控制的电流系数矩阵；C为虚拟同步发电机的双环控制的电压系数矩阵。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述等效dq坐标系下虚拟同步发电机的主电路小信号模型中的占空比扰动矩阵转换为初始dq坐标系下虚拟同步发电机的主电路小信号模型中的占空比扰动矩阵，包括：
按下式确定所述初始dq坐标系下虚拟同步发电机的主电路小信号模型中的占空比扰动矩阵
将虚拟同步发电机受扰动后的等效dq坐标系与所述初始dq坐标系的偏差角小信号矩阵代入上式中，得：
式中，为虚拟同步发电机受扰动后的等效dq坐标系与所述初始dq坐标系的偏差角小信号矩阵；为等效dq坐标系下虚拟同步发电机的主电路小信号模型中的占空比扰动矩阵；为初始dq坐标系下LC滤波器经过电感的电流扰动矩阵；为初始dq坐标系下虚拟同步发电机的电压扰动矩阵；Dd为初始dq坐标系下d轴占空比的稳态值；Dq为初始dq坐标系下d轴占空比的稳态值；F为占空比电压系数矩阵；H为占空比电流系数矩阵。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，利用所述初始dq坐标系下虚拟同步发电机的主电路小信号模型中的占空比扰动矩阵确定虚拟同步发电机受扰动后的输出阻抗矩阵，包括：
将初始坐标系下的虚拟同步发电机的主电路小信号模型中的占空比扰动矩阵代入虚拟同步发电机的主电路小信号模型，获得所述虚拟同步发电机受扰动后的输出阻抗矩阵Z，如下式：
Z＝(UdcF+I2)-1(A-UdcH)
式中；A为虚拟同步发电机的主电路系数矩阵；Udc为虚拟同步发电机直流侧电压的稳态值；I2为二阶单位矩阵。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，按下式确定所述初始dq坐标系下虚拟同步发电机的主电路小信号模型：
式中，为初始dq坐标系下LC滤波器经过电感的电流扰动矩阵；为初始dq坐标系下的占空比扰动矩阵；为初始dq坐标系下虚拟同步发电机的电压扰动矩阵；A为虚拟同步发电机的主电路系数矩阵；Udc为虚拟同步发电机直流侧电压的稳态值；
按下式确定所述虚拟同步发电机的主电路系数矩阵A：
式中，s为拉普拉斯算子；Ln为LC滤波器的电感；Rn为LC滤波器的寄生电阻；ω为虚拟同步发电机的同步旋转角速度。
9.如权利要求6或7所述的方法，其特征在于，按下式确定所述占空比电压系数矩阵F：
式中，Dd为初始dq坐标系下的d轴占空比的稳态值；Dq为初始dq坐标系下的q轴占空比的稳态值；
按下式确定所述占空比电流系数矩阵H：
式中，Id为初始dq坐标系下LC滤波器经过电感的d轴电流的稳态值；Iq为初始dq坐标系下LC滤波器经过电感的q轴电流的稳态值；Dd为初始dq坐标系下的d轴占空比的稳态值；Dq为初始dq坐标系下的q轴占空比的稳态值；Ed为初始dq坐标系下虚拟同步发电机的d轴输出电压的稳态值；Eq为初始dq坐标系下虚拟同步发电机的q轴输出电压的稳态值；B为虚拟同步发电机的双环控制的电流系数矩阵；C为虚拟同步发电机的双环控制的电压系数矩阵；E为角度扰动的电压系数矩阵。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，按下式确定所述虚拟同步发电机的双环控制的电流系数矩阵B；
式中，D1为电压调节系数；Ed为初始dq坐标系下虚拟同步发电机的d轴输出电压的稳态值；Eq为初始dq坐标系下虚拟同步发电机的q轴输出电压的稳态值；h1为电压环PI控制器取值、h2为电流环PI控制器取值；ω为虚拟同步发电机的同步旋转角速度；Ln为LC滤波器的电感；Udc为虚拟同步发电机直流侧电压的稳态值；
按下式确定所述虚拟同步发电机的双环控制的电压系数矩阵C；
式中，Id为初始dq坐标系下LC滤波器经过电感的d轴电流的稳态值；Iq为初始dq坐标系下LC滤波器经过电感的q轴电流的稳态值；C为LC滤波器的电容；
其中，按下式确定所述电压环PI控制器取值h1：
式中，kp1为电压环PI控制器比例系数；ki1为电压环PI控制器积分系数；
按下式确定所述电流环PI控制器取值h2：
式中，kp2为电流环PI控制器比例系数；kp2为电流环PI控制器积分系数。
11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，按下式确定所述角度扰动的电流系数矩阵矩阵D；
式中，Id为初始dq坐标系下LC滤波器经过电感的d轴电流的稳态值；Iq为初始dq坐标系下LC滤波器经过电感的q轴电流的稳态值；s为拉普拉斯算子；ωo为虚拟同步发电机的标准同步旋转角速度；D'为阻...
【专利技术属性】
技术研发人员：周晨，李官军，余豪杰，陶以彬，桑丙玉，崔红芬，刘欢，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。