基于阻抗模型的并网逆变器小信号谐振分析方法与系统技术方案

一种基于阻抗模型的并网逆变器小信号谐振分析方法，包括：计算谐波线性化的逆变器的输出阻抗；逆变器的输出阻抗包括：正序阻抗与负序阻抗；计算逆变器与电网连接点处的等效的电网阻抗；根据逆变器的输出阻抗与电网阻抗，判断是否满足Nyquist稳定判据；若满足Nyquist稳定判据，则并联系统小信号谐振稳定，否则小信号谐振失稳；若并联系统小信号谐振稳定，根据逆变器的输出阻抗，计算逆变器电压电流之间的关系；根据逆变器电压电流之间的关系，建立Bode图，获取变压器自身谐振，相互谐振和电网谐振的特性。本发明专利技术建立了考虑VSG作为功率环的逆变器阻抗模型，逆变器的阻抗模型不会随着系统电路拓扑的变化而变化，具有较高的拓展性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
基于阻抗模型的并网逆变器小信号谐振分析方法与系统


[0001]本专利技术属于可再生能源发电系统领域，更具体的，涉及一种基于阻抗模型的并网逆变器小信号谐振分析方法与系统。

技术介绍

[0002]随着新能源发电技术的不断普及，大量新能源发电机组以及储能元件通过逆变器接入电网。作为电力电子变换器的逆变器不具备传统旋转电机的机械惯性，为了增加高新能源渗透率电网的惯性，减少电网故障后的频率变化率，虚拟同步机(VSG)大量应用于逆变器控制。虚拟同步机通过模拟旋转同步机转子的运动方程使逆变器能模拟出同步机的惯性。
[0003]随着虚拟同步机控制在逆变器中的广泛应用，需要研究其谐振稳定性问题。当电力系统中存在多逆变器并联时，需要考虑逆变器自身，逆变器之间以及电网的谐振特性，来对系统进行谐振抑制和控制参数优化。

技术实现思路

[0004]为解决现有技术中存在的不足，本专利技术的目的在于，针对虚拟同步机的小信号谐振稳定问题，进而提供一种基于阻抗模型的并网逆变器小信号谐振分析方法。
[0005]本专利技术采用如下的技术方案。
[0006]一种基于阻抗模型的并网逆变器小信号谐振分析方法，包括如下步骤：
[0007]步骤1，计算谐波线性化的逆变器的输出阻抗；逆变器的输出阻抗包括：正序阻抗Z
p
(s)与负序阻抗Z
n
(s)；
[0008]步骤2，计算逆变器与电网连接点处的等效的电网阻抗；
[0009]步骤3，根据逆变器的输出阻抗与电网阻抗，判断是否满足Nyquist稳定判据；若满足Nyquist稳定判据，则并联系统小信号谐振稳定，否则小信号谐振失稳；
[0010]步骤4，若并联系统小信号谐振稳定，根据逆变器的输出阻抗，计算逆变器电压电流之间的关系；
[0011]步骤5，根据逆变器电压电流之间的关系，建立Bode图，获取变压器自身谐振，相互谐振和电网谐振的特性。
[0012]进一步的，
[0013][0014][0015]其中，为频率f
p
的正序电压小信号扰动，为频率f
n
的负序电压小信号扰动，和分别为频率f
p
和f
n
的扰动电流响应；f
p
是预设的正序小信号扰动的频率，f
n
是预设的负序小信号扰动的频率；s为拉普拉斯算子，E
m
为逆变器输出电压幅值，P为逆变器输出的有功功率，M(s)＝1/(Js2+D
p
s)，s)，J为转动惯量，D
p
为有功下垂系数，ω
n
为系统频率，D
q
为无功下垂控制系数，K为无功惯性系数；为基波电流相角初值，f1是基波频率，V1和I1分别为输出电压和电流的基波幅值，j为虚数单位，L1为逆变器的滤波电感。
[0016]进一步的，逆变器输出电压幅值E
m
如下所示：
[0017][0018]其中，Q为逆变器输出的无功功率，Q
set
分别为逆变器无功功率的设定值，θ为逆变器输出电压相角，V为逆变器输出电压实际值，V
n
为系统电压额定值。
[0019]进一步的，逆变器的滤波电感L1如下所示：
[0020][0021]e＝E
m
cosθ
[0022][0023]其中，i，v分别为含有小信号扰动的逆变器输出电流和电压，θ为逆变器输出电压相角，P
set
为逆变器有功功率的设定值，t是时间。
[0024]进一步的，电网阻抗Z
g
(s)为：
[0025]Z
g
(s)＝sL
g
//(R
f
+1/(sC
f
))//Z
s1
(s)//
…
//Z
sn
(s)
[0026]其中，Z
s1
(s)为第1台逆变器的输出阻抗，Z
sn
(s)为第n台逆变器的输出阻抗，n为逆变器的数量，L
g
为连接线路串联电感、R
f
为滤波电感寄生电阻，C
f
为滤波电容，s为拉普拉斯算子。
[0027]进一步的，步骤3中根据逆变器的输出阻抗与电网阻抗，判断是否满足Nyquist稳定判据具体包括：
[0028]计算Z
p
(s)/Z
gp
(s)和Z
n
(s)/Z
gn
(s)，通过分析Z
p
(s)/Z
gp
(s)和Z
n
(s)/Z
gn
(s)是否满足Nyquist稳定判据；其中，Z
gp
(s)与Z
gn
(s)分别是电网阻抗Z
g
(s)的正序阻抗与负序阻抗，且满足Z
g
(s)＝Z
gp
(s)＝Z
gn
(s)。
[0029]进一步的，逆变器电压电流之间的关系如下所示：
[0030][0031]其中，A
ii
反映由第i台逆变器的输出电压U
si
引起的第i台逆变器的输出电流I
i
的谐波特性；A
ij
反映由第j台逆变器的输出电压U
sj
引起的第i台逆变器的输出电流I
i
的谐波特
性；B
i
表示电网电压U
g
对第i台逆变器的输出电流I
i
的谐波特性；可以理解的是，I
i
是第i台逆变器的输出电流的基波幅值，其中，i＝1，2，...，n；n为逆变器的数量。
[0032]进一步的，
[0033][0034][0035][0036]其中，Z
si
＝Z
p
(s)，Z
ci
为逆变器i的滤波电容阻抗，Z
ti
为逆变器i的逆变器与电网连接点处的线路阻抗，Z
ei
＝Z
ti
+Z
g
//Z1//
…
//Z
i
‑1//Z
i+1
//
…
//Z
N
，Z
i
＝Z
ti
+Z
si
//Z
ci
，//表示并联，i，j＝1，2，...，N；若i＝j，则Z
ti
＝Z
tj
且Z
ei
＝Z
ej
；Z
g
是电网阻抗，N为逆变器的数量。
[0037]进一步的，步骤5具体包括：
[0038]如果Bode图中存在谐振本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于阻抗模型的并网逆变器小信号谐振分析方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，计算谐波线性化的逆变器的输出阻抗；逆变器的输出阻抗包括：正序阻抗Z
p
(s)与负序阻抗Zn(s)；步骤2，计算逆变器与电网连接点处的等效的电网阻抗；步骤3，根据逆变器的输出阻抗与电网阻抗，判断是否满足Nyquist稳定判据；若满足Nyquist稳定判据，则并联系统小信号谐振稳定，否则小信号谐振失稳；步骤4，若并联系统小信号谐振稳定，根据逆变器的输出阻抗，计算逆变器电压电流之间的关系；步骤5，根据逆变器电压电流之间的关系，建立Bode图，获取变压器自身谐振，相互谐振和电网谐振的特性。2.根据权利要求1所述的一种基于阻抗模型的并网逆变器小信号谐振分析方法，其特征在于，征在于，其中，为频率f
p
的正序电压小信号扰动，为频率f
n
的负序电压小信号扰动，和分别为频率f
p
和f
n
的扰动电流响应；f
p
是预设的正序小信号扰动的频率，f
n
是预设的负序小信号扰动的频率；s为拉普拉斯算子，E
m
为逆变器输出电压幅值，P为逆变器输出的有功功率，M(s)＝1/(Js2+D
p
s)，s)，J为转动惯量，D
p
为有功下垂系数，ω
n
为系统频率，D
q
为无功下垂控制系数，K为无功惯性系数；为基波电流相角初值，f1是基波频率，V1和I1分别为输出电压和电流的基波幅值，j为虚数单位，L1为逆变器的滤波电感。3.根据权利要求2所述的一种基于阻抗模型的并网逆变器小信号谐振分析方法，其特征在于，逆变器输出电压幅值E
m
如下所示：其中，Q为逆变器输出的无功功率，Q
set
分别为逆变器无功功率的设定值，θ为逆变器输出电压相角，y为逆变器输出电压实际值，V
n
为系统电压额定值。4.根据权利要求2所述的一种基于阻抗模型的并网逆变器小信号谐振分析方法，其特征在于，逆变器的滤波电感L1如下所示：e＝E
m
cosθ
其中，i，v分别为含有小信号扰动的逆变器输出电流和电压，θ为逆变器输出电压相角，P
set
为逆变器有功功率的设定值，t是时间。5.根据权利要求1所述的一种基于阻抗模型的并网逆变器小信号谐振分析方法，其特征在于，电网阻抗Z
g
(s)为：Z
g
(s)＝sL
g
//(R
f
+1/(sC
f
))//Z
s1
(s)//
…
//Z
sn
(s)其中，Z
s1
(s)为第1台逆变器的输出阻抗，Z
sn
(s)为第n台逆变器的输出阻抗，n为逆变器的数量，L
g
为连接线路串联电感、Rf为滤波电感寄生电阻，C
f
为滤波电容，s为拉普拉斯算子。6.根据权利要求1所述的一种基于阻抗模型的并网逆变器小信号谐振分析方法，其特征在于，步骤3中根据逆变器的输出阻抗与电网阻抗，判断是否满足Nyquist稳定判据具体包括：计算Z
p
(s)/Z
gp
(s)和Z
n
(s)/Z
gn
(s)，通过分析Z
p
(s)/Z
gp

【专利技术属性】
技术研发人员：吴锡斌，陈柏年，王彦虹，贺琪博，韩汝帅，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司无锡供电分公司，
类型：发明
国别省市：