一种基于闭环方程的VSC高频阻抗矩阵建模方法及系统技术方案

本发明专利技术公开一种基于闭环方程的VSC高频阻抗矩阵建模方法及系统，方法包括：建立电压与电流的表达式；计算VSC模型中外部控制回路的有功功率和无功功率，从而得出内部控制回路的参考电流；通过控制环节计算出电流控制输出信号中的高频分量，并计算得到VSC交流测端口输出电压中的高频分量；通过前端滤波器建立VSC交流侧电压与PCC处电压电流的关系式，建立包括PCC处电压与电流之间的方程；求解上述方程得到PCC处电压与电流之间的关系，求解得到包含耦合在内的阻抗矩阵。可以得到VSC在高频下的耦合阻抗矩阵，此耦合阻抗矩阵可用于分析VSC设备接入电网时潜在的高频振荡风险。VSC设备接入电网时潜在的高频振荡风险。VSC设备接入电网时潜在的高频振荡风险。

【技术实现步骤摘要】
一种基于闭环方程的VSC高频阻抗矩阵建模方法及系统


[0001]本专利技术属于电压源变流器高频振荡分析
，尤其涉及一种基于闭环方程的VSC高频阻抗矩阵建模方法及系统。

技术介绍

[0002]随着新能源发电的大力发展以及现代电力传输的需求，基于电压源变流器(Voltage Source Converter, VSC)的设备已被电力行业广泛接受，并且已经大幅度应用于连接现代负载和可再生能源的电力系统当中。但是，由于VSC设备非线性的v~i特性，并网情况下其可能导致电力系统出现高频震荡的问题，进而影响电力系统的安全稳定性。

技术实现思路

[0003]本专利技术提供一种基于闭环方程的VSC高频阻抗矩阵建模方法及系统，用于解决VSC的非线性特性所引起的高频振荡风险的技术问题。
[0004]第一方面，本专利技术提供一种基于闭环方程的VSC高频阻抗矩阵建模方法，包括：步骤1、设定PCC处的电压与电流中包含高频分量，建立PCC处的电压与电流的表达式；步骤2、根据PCC处的电压与电流计算VSC模型的外部控制回路的有功功率和无功功率，并根据有功功率和无功功率计算得出VSC模型的内部控制回路的参考电流；步骤3、根据所述参考电流以及内环控制传递函数计算得到内环电流控制输出电流，并计算得到VSC交流侧输出电压；步骤4、通过前端滤波器建立所述VSC交流侧电压与PCC处的电压、电流的关系式，根据所述关系式建立包含PCC处的电压与电流之间关系的闭环方程；步骤5、求解所述闭环方程得到PCC处的电压与电流之间关系，并求解得到包含耦合在内的阻抗矩阵。
[0005]第二方面，本专利技术提供一种基于闭环方程的VSC高频阻抗矩阵建模系统，包括：第一建立模块，配置为设定PCC处的电压与电流中包含高频分量，建立PCC处的电压与电流的表达式；第一计算模块，配置为根据PCC处的电压与电流计算VSC模型的外部控制回路的有功功率和无功功率，并根据有功功率和无功功率计算得出VSC模型的内部控制回路的参考电流；第二计算模块，配置为根据所述参考电流以及内环控制传递函数计算得到内环电流控制输出电流，并计算得到VSC交流侧输出电压；第二建立模块，配置为通过前端滤波器建立所述VSC交流侧电压与PCC处的电压、电流的关系式，根据所述关系式建立包含PCC处的电压与电流之间关系的闭环方程；求解模块，配置为求解所述闭环方程得到PCC处的电压与电流之间关系，并求解得到包含耦合在内的阻抗矩阵。
[0006]第三方面，提供一种电子设备，其包括：至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器，其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行本专利技术任一实施例的一种基于闭环方程的VSC高频阻抗矩阵建模方法的步骤。
[0007]第四方面，本专利技术还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序指令被处理器执行时，使所述处理器执行本专利技术任一实施例的一种基于闭环方程的
VSC高频阻抗矩阵建模方法的步骤。
[0008]本申请的一种基于闭环方程的VSC高频阻抗矩阵建模方法及系统，通过建立VSC内部不同环节的高频分量传递关系，并通过不同环节之间的接口，得到一个含有VSC并网侧的电压电流高频分量的闭环方程，通过求解此方程，可以得到VSC在高频下的耦合阻抗矩阵，此耦合阻抗矩阵可用于分析VSC设备接入电网时潜在的高频振荡风险。
附图说明
[0009]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0010]图1为本专利技术一实施例提供的一种基于闭环方程的VSC高频阻抗矩阵建模方法的流程图；图2为本专利技术一实施例提供的一种基于闭环方程的VSC高频阻抗矩阵建模系统的结构框图；图3是本专利技术一实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
[0011]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0012]请参阅图1，其示出了本申请的一种基于闭环方程的VSC高频阻抗矩阵建模方法的流程图。
[0013]如图1所示，一种基于闭环方程的VSC高频阻抗矩阵建模方法具体包括以下步骤：步骤1、设定PCC处的电压与电流中包含高频分量，建立PCC处的电压与电流的表达式。
[0014]在本实施例中，假设PCC（Point of common coupling，公共连接点）处的电压与电流中包含高频分量，PCC处的电压与电流可以分别表示为：，（1）式中，为PCC 点电压，为PCC点电压基频分量，为基频角频率，为时间，为基频电压角度，为正序高频电压分量电压，为正序高频电压分量角频率，为正序高频电压分量相角，为负序高频电压分量电压，为负序高频电压分量角频率，为负序高频电压分量电压相角，为PCC点电流，为PCC点电流基频分量，为基频
电流分量相角，为正序高频电流分量，为正序高频电流分量相角，为负序高频电流分量，为负序高频电流分量相角；由于VSC控制内环控制的设计是在同步旋转的dq坐标中进行的，因此电压和电流需要被转换成dq坐标，如式（2）所示：，（2）其中，，，，，、、分别为A相电压、B相电压、C相电压，、、分别为A相电流、B相电流、C相电流，、分别为d轴电压、q轴电压，、分别为d轴电流、q轴电流；其中，，（3）可以得到在dq坐标下的电压的表达式为：，（4）式中，为电网侧的d轴电压值，为电网侧的q轴电压值；在dq坐标下的电流的表达式为：，（5）式中，为电网侧的d轴电流值，为电网侧的q轴电流值。
[0015]步骤2、根据PCC处的电压与电流计算VSC模型的外部控制回路的有功功率和无功功率，并根据有功功率和无功功率计算得出VSC模型的内部控制回路的参考电流。
[0016]在本实施例中，根据PCC处的电压与电流计算VSC模型的外部控制回路的有功功率的表达式为：
，（6）式中，为电网侧的d轴电压值，为电网侧的q轴电压值，为电网侧的d轴电流值，为电网侧的q轴电流值，为正序高频相关分量频率对基频的倍数，为负序高频相关分量频率对基频的倍数，为PCC点电压基频分量，为基频角频率，为时间，为基频电压角度，为正序高频电压分量电压，为正序高频电压分量角频率，为正序高频电压分量相角，为负序高频电压分量电压，为负序高频电压分量角频率，为负序高频电压分量电压相角，为PCC点电流基频分量，为基频电流分量相角，为正序高频电流分量，为正序高频电流分量相角，为负序高频电流分量，为负序高频电流分量相角，为正序高频电压的m倍分量电压，为PCC点电流的n本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于闭环方程的VSC高频阻抗矩阵建模方法，其特征在于，包括：步骤1、设定PCC处的电压与电流中包含高频分量，建立PCC处的电压与电流的表达式；步骤2、根据PCC处的电压与电流计算VSC模型的外部控制回路的有功功率和无功功率，并根据有功功率和无功功率计算得出VSC模型的内部控制回路的参考电流；步骤3、根据所述参考电流以及内环控制传递函数计算得到内环电流控制输出电流，并计算得到VSC交流侧输出电压；步骤4、通过前端滤波器建立所述VSC交流侧电压与PCC处的电压、电流的关系式，根据所述关系式建立包含PCC处的电压与电流之间关系的闭环方程；步骤5、求解所述闭环方程得到PCC处的电压与电流之间关系，并求解得到包含耦合在内的阻抗矩阵。2.根据权利要求1所述的一种基于闭环方程的VSC高频阻抗矩阵建模方法，其特征在于，在步骤1中，PCC处的电压与电流的表达式分别为：，式中，为PCC 点电压，为PCC点电压基频分量，为基频角频率，为时间，为基频电压角度，为正序高频电压分量电压，为正序高频电压分量角频率，为正序高频电压分量相角，为负序高频电压分量电压，为负序高频电压分量角频率，为负序高频电压分量电压相角，为PCC点电流，为PCC点电流基频分量，为基频电流分量相角，为正序高频电流分量，为正序高频电流分量相角，为负序高频电流分量，为负序高频电流分量相角；其中，在dq坐标下的电压的表达式为：，式中，为电网侧的d轴电压值，为电网侧的q轴电压值；在dq坐标下的电流的表达式为：
，式中，为电网侧的d轴电流值，为电网侧的q轴电流值。3.根据权利要求1所述的一种基于闭环方程的VSC高频阻抗矩阵建模方法，其特征在于，在步骤2中，根据PCC处的电压与电流计算VSC模型的外部控制回路的有功功率的表达式为：，式中，为电网侧的d轴电压值，为电网侧的q轴电压值，为电网侧的d轴电流值，为电网侧的q轴电流值，为正序高频相关分量频率对基频的倍数，为负序高频相关分量频率对基频的倍数，为PCC点电压基频分量，为基频角频率，为时间，为基频电压角度，为正序高频电压分量电压，为正序高频电压分量角频率，为正序高频电压分量相角，为负序高频电压分量电压，为负序高频电压分量角频率，为负序高频电压分量电压相角，为PCC点电流基频分量，为基频电流分量相角，为正序高频电流分量，为正序高频电流分量相角，为负序高频电流分量，为负序高频电流分量相角，为正序高频电压的m倍分量电压，为PCC点电流的n倍基频分量，为正序高频电压的m倍分量角频率，为正序高频电压的m倍分量相角，为负序高频电压的n倍分量电压角频率，为基频电流的n倍分量相角；
根据PCC处的电压与电流计算VSC模型的外部控制回路的无功功率的表达式为：。4.根据权利要求3所述的一种基于闭环方程的VSC高频阻抗矩阵建模方法，其特征在于，在步骤2中，根据有功功率和无功功率计算得出VSC模型的内部控制回路的参考电流的表达式为：，式中，为内环控制环节d轴的参考电流中的高频分量，为外环控制环节的传递函数；，
式中，为内环控制环节q轴的参考电流中的高频分量。5.根据权利要求1所述的一种基于闭环方程的VSC高频阻抗矩阵建模方法，其特征在于，在步骤3中，计算得到VSC交流侧输出电压的表达式为：，式中，为VSC交流出口侧电压高频分量，为1.5倍采样延时，表示复数，为内环控制环节的传递函数，为VSC前端LCL滤波器靠逆变器侧电感，为VSC前端LCL滤波器靠电网侧电感，为基频角频率，为时间，为基频电压角度，为外环控制环节的传递函数，为正序高频电压分量角频率，为负序高频电压分量角频率，为PCC点电流基频分量，为正序高频电流...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈波，熊华强，苏永春，潘本仁，高波，程思萌，陶翔，汪硕承，刘柳，周煦光，戈田平，
申请(专利权)人：国家电网有限公司华东交通大学，
类型：发明
国别省市：