一种对称锁相环电路、并网变流器系统及稳定性分析方法技术方案

本发明专利技术提供了一种对称锁相环电路、并网变流器系统及稳定性分析方法，所述对称锁相环包括：电压转换单元将反电动势观测器输出的观测器并网点电压转换为q轴分量值和d轴分量值；第一锁相单元根据电压转换单元输出的d轴分量值和交流电网电压得到并网点电压q轴幅值，并将并网点电压q轴幅值输入电压转换单元；第二锁相单元根据电压转换单元输出的q轴分量值和并网点角频率得到并网点电压d轴相位，并将并网点电压d轴相位输入电压转换单元；PI控制单元根据第一锁相单元输出的并网点电压q轴幅值和第二锁相单元输出的并网点电压d轴相位产生并网点相位。本发明专利技术能有效提高弱网同步稳定性，且能提升变流器系统稳定性分析效率，具有较强的鲁棒性。的鲁棒性。的鲁棒性。

【技术实现步骤摘要】
一种对称锁相环电路、并网变流器系统及稳定性分析方法


[0001]本专利技术涉及锁相环
，特别是涉及一种基于反电动势观测器的对称锁相环电路、并网变流器系统及稳定性分析方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着新能源应用规模的不断扩大，电压源变流器(VSC)作为新能源并网系统中的电网接口受到了广泛关注，且同步参考框架锁相环(SRF
‑
PLL)对电网同步的稳定性起着重要作用，为提供可靠和高质量的电能提供了重要支撑。
[0003]然而，大量并网变流器设备接入电网不仅会改变传统电网结构，而且给电网的稳定运行带来新的挑战，特别是在交流电网相对较弱的情况下，并网变流器的自身动态及其与交流电网的相互作用更加明显，当从公共耦合点(PCC)引入电网电压扰动时，SRF
‑
PLL动态将影响变流器输出阻抗，且较高的电网阻抗会加剧这种影响，导致SRF
‑
PLL无法实现与交流电网的预期同步性能，无法实现弱网条件下的精确锁相，严重影响并网设备的稳定性，进而影响到电网系统运行的安全性和稳定性。此外，应用传统SRF
‑
PLL的并网变流器系统的小信号稳定性分析中，不仅需要同时计算阻抗矩阵中两个特征值的特征轨迹，而且由于二阶阻抗矩阵的不对称性导致稳定性分析计算量较大、分析过程复杂。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种基于反电动势观测器的对称锁相环电路、并网变流器系统及稳定性分析方法，有效解决上述技术缺陷，提高弱网同步稳定性的同时，简化小信号稳定性分析过程，提升变流器系统稳定性分析的效率和鲁棒性。
[0005]为了实现上述目的，有必要针对上述技术问题，提供了一种对称锁相环电路、并网变流器系统及稳定性分析方法。
[0006]第一方面，本专利技术实施例提供了一种一种对称锁相环电路，包括对称锁相环、以及连接所述对称锁相环的输入端的反电动势观测器；所述对称锁相环包括：
[0007]电压转换单元，用于将所述反电动势观测器输出的观测器并网点电压转换为q轴分量值和d轴分量值；
[0008]第一锁相单元，用于根据电压转换单元输出的d轴分量值和交流电网电压，得到并网点电压q轴幅值，并将所述并网点电压q轴幅值输入所述电压转换单元；
[0009]第二锁相单元，用于根据电压转换单元输出的q轴分量值和并网点角频率，得到并网点电压d轴相位，并将所述并网点电压d轴相位输入所述电压转换单元；
[0010]PI控制单元，用于根据第一锁相单元输出的并网点电压q轴幅值和第二锁相单元输出的并网点电压d轴相位，产生并网点相位。
[0011]进一步地，所述第一锁相单元包括依次连接的第一计算单元和积分单元；所述第二锁相单元包括依次连接的积分单元和第二计算单元。
[0012]进一步地，所述对称锁相环电路的计算模型为：
[0013][0014]其中，u
αβ
和i
gαβ
分别表示并网点的电压和电流；e
αβ
和分别表示等效内电势和电网电流；K
pMPLL
和K
iMPLL
表示反电动势观测器的PI控制参数；L
g
和R
g
表示等效电感和等效电阻；s表示频域。
[0015]第二方面，本专利技术实施例提供了一种并网变流器系统，所述并网变流器系统包括主电路单元和VSC控制单元；所述VSC控制单元包括电流内环控制单元和如权利要求1所述的对称锁相环电路。
[0016]进一步地，所述主电路单元的复阻抗模型为：
[0017][0018]式中，
[0019][0020]其中，U
dq
、U
dq
、V
dq
和E
dq
分别表示并网点电压、并联支路电容器电压、变流器输出电压和交流电网电压；I
dq
和I
gdq
分别表示并网点电流和交流电网电流；L
g
和R
g
表示等效电感和等效电阻；Z
out
和ω
s
分别表示并网变流器等效输出阻抗和并网点角频率；Δ表示变量小信号化处理；j表示复平面中的虚数单位；R
c
和C
f
分别表示并联支路的等效电阻和等效滤波器电容；
[0021]所述对称锁相环电路的复阻抗模型为：
[0022][0023]式中，
[0024]H
pll
＝
‑
jG
pll
/s
[0025][0026][0027]其中，θ
dq
和e
dq
分别表示并网点的相位和反电动势；G
pll
表示与对称锁相环电路内PI控制单元的复阻抗；ω
t
表示反电动势参数。
[0028]第三方面，本专利技术实施例还提供了一种并网变流器系统的稳定性分析方法，所述方法包括以下步骤：
[0029]获取并网点的电压和电流，并通过反电动势观测器计算等效内电势；
[0030]根据对称锁相环电路计算所述等效内电势的强网相位；
[0031]根据所述强网相位的系数复阻抗模型，建立所述并网变流器系统的复阻抗小信号
模型；
[0032]根据所述复阻抗小信号模型，对所述并网变流器系统进行稳定性分析。
[0033]进一步地，所述通过反电动势观测器计算等效内电势的计算模型为：
[0034][0035]其中，u
αβ
和i
gαβ
分别表示并网点的电压和电流；e
αβ
和分别表示等效内电势和电网电流；K
pMPLL
和K
iMPLL
表示反电动势观测器的PI控制参数；L
g
和R
g
表示等效电感和等效电阻；s表示频域。
[0036]进一步地，所述复阻抗小信号模型表示为：
[0037][0038]式中，
[0039][0040]其中，表示VSC变流器等效阻抗；Z
out
表示并网变流器等效输出阻抗；G
ci
和G
dei
表示数模转换；G
del
表示VSC系统延时；U
dq
,I
dq
,V
dq
分别表示在dq坐标系下变流器出口电压稳态值、并网点电压稳态值和并网点电流稳态值；Δ表示变量小信号化处理。
[0041]所述根据所述复阻抗小信号模型，对所述并网变流器系统进行稳定性分析的步骤包括：
[0042]进一步地，根据所述复阻抗小信号模型，采用改进的广义奈奎斯特判据对所述并网变流器系统进行稳定性分析。
[0043]进一步地，所述改进的广义奈奎斯特判据表示为：
[0044][0045]其中，Z
s...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种对称锁相环电路，其特征在于，包括对称锁相环、以及连接所述对称锁相环的输入端的反电动势观测器；所述对称锁相环包括：电压转换单元，用于将所述反电动势观测器输出的观测器并网点电压转换为q轴分量值和d轴分量值；第一锁相单元，用于根据电压转换单元输出的d轴分量值和交流电网电压，得到并网点电压q轴幅值，并将所述并网点电压q轴幅值输入所述电压转换单元；第二锁相单元，用于根据电压转换单元输出的q轴分量值和并网点角频率，得到并网点电压d轴相位，并将所述并网点电压d轴相位输入所述电压转换单元；PI控制单元，用于根据第一锁相单元输出的并网点电压q轴幅值和第二锁相单元输出的并网点电压d轴相位，产生并网点相位。2.如权利要求1所述的对称锁相环电路，其特征在于，所述第一锁相单元包括依次连接的第一计算单元和积分单元；所述第二锁相单元包括依次连接的积分单元和第二计算单元。3.如权利要求2所述的对称锁相环电路，其特征在于，所述对称锁相环电路的计算模型为：其中，u
αβ
和i
gαβ
分别表示并网点的电压和电流；e
αβ
和分别表示等效内电势和电网电流；K
pMPLL
和K
iMPLL
表示反电动势观测器的PI控制参数；L
g
和R
g
表示等效电感和等效电阻；s表示频域。4.一种并网变流器系统，其特征在于，所述并网变流器系统包括主电路单元和VSC控制单元；所述VSC控制单元包括电流内环控制单元和如权利要求1所述的对称锁相环电路。5.如权利要求4所述的并网变流器系统，其特在于，所述主电路单元的复阻抗模型为：式中，其中，U
dq
、U
dq
、V
dq
和E
dq
分别表示并网点电压、并联支路电容器电压、变流器输出电压和交流电网电压；I
dq
和I
gdq
分别表示并网点电流和交流电网电流；L
g
和R
g
表示等效电感和等效电阻；Z
out
和ω
s
分别表示并网变流器等效输出阻抗和并网点角频率；Δ表示变量小信号化处理；j表示复平面中的虚数单位；R
c
和C
f
分别表示并联支路的等效电阻和等效滤波器电容；所述对称锁相环电路的复阻抗模型为：式中，
H
pll
＝
‑
jG
pll<...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨银国，刘洋，于珍，陆秋瑜，伍双喜，朱誉，林英明，段子越，孟永庆，抗子航，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司电力调度控制中心，
类型：发明
国别省市：