CN109921413A - 三相并网逆变器稳定性分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开一种三相并网逆变器稳定性分析方法，确定dq分离阻抗小信号模型，基于dq分离阻抗小信号模型，得出三相逆变器输出电流，根据三相逆变器输出电流，得出电网阻抗的单逆变器并网输出电流，根据单逆变器并网输出电流，得出多逆变器并网情形的多逆变器并网输出电流，根据单逆变器并网输出电流及所述多逆变器并网输出电流，判断系统稳定性。从而分析三相并网逆变器稳定性。

Description

三相并网逆变器稳定性分析方法

技术领域

本发明涉及电力领域，尤其涉及一种三相并网逆变器稳定性分析方法。

背景技术

在分布式微电网中，三相并网逆变器控制系统与网络中无源元件之间的交互使得逆变器容易出现不稳定，进而威胁电网安全稳定运行。因此需要建立合适的模型研究分析三相并网逆变器稳定性，并能根据分析结果为逆变器设计提供理论指导。

发明内容

本发明实施例提供一种三相并网逆变器稳定性分析方法，能够分析三相并网逆变器稳定性。

本发明实施例采用如下技术方案：

一种三相并网逆变器稳定性分析方法，包括：

S0、确定dq分离阻抗小信号模型；

S1、基于所述dq分离阻抗小信号模型，得出三相逆变器输出电流；

S2、根据所述三相逆变器输出电流，得出电网阻抗的单逆变器并网输出电流；

S3、根据所述单逆变器并网输出电流，得出多逆变器并网情形的多逆变器并网输出电流；

S4、根据所述单逆变器并网输出电流及所述多逆变器并网输出电流，判断系统稳定性。

本发明实施例的三相并网逆变器稳定性分析方法，确定dq分离阻抗小信号模型，基于dq分离阻抗小信号模型，得出三相逆变器输出电流，根据三相逆变器输出电流，得出电网阻抗的单逆变器并网输出电流，根据单逆变器并网输出电流，得出多逆变器并网情形的多逆变器并网输出电流，根据单逆变器并网输出电流及所述多逆变器并网输出电流，判断系统稳定性。从而分析三相并网逆变器稳定性。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1为本发明实施例示出的三相并网逆变器稳定性分析方法的流程图。

图2a为本发明实施例示出的三相逆变器dq分离阻抗小信号模型d轴模型图。

图2b为本发明实施例示出的三相逆变器dq分离阻抗小信号模型q轴模型图。

图3为本发明实施例示出的并网逆变器系统示意图。

图4为本发明实施例示出的多逆变器并网系统示意图。

图5为本发明实施例示出的单逆变器(或多逆变器)并网系统稳定性流程图。

图6为本发明实施例示出的基于dq分离阻抗小信号模型稳定性分析设计系统的流程图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

本发明实施例提出建立三相并网逆变器dq分离阻抗小信号模型，基于逆变器dq分离阻抗小信号模型采用分步稳定性判定思想分析并网逆变器系统稳定性，利用分步稳定性分析为系统设计提供指导。

如图1所示，本发明实施例提供一种三相并网逆变器稳定性分析方法，包括：

S0、确定dq分离阻抗小信号模型；

S1、基于所述dq分离阻抗小信号模型，得出三相逆变器输出电流；

S2、根据所述三相逆变器输出电流，得出电网阻抗的单逆变器并网输出电流；

S3、根据所述单逆变器并网输出电流，得出多逆变器并网情形的多逆变器并网输出电流；

S4、根据所述单逆变器并网输出电流及所述多逆变器并网输出电流，判断系统稳定性。

本发明实施例的三相并网逆变器稳定性分析方法，确定dq分离阻抗小信号模型，基于dq分离阻抗小信号模型，得出三相逆变器输出电流，根据三相逆变器输出电流，得出电网阻抗的单逆变器并网输出电流，根据单逆变器并网输出电流，得出多逆变器并网情形的多逆变器并网输出电流，根据单逆变器并网输出电流及所述多逆变器并网输出电流，判断系统稳定性。从而分析三相并网逆变器稳定性。

在一个实施例中，S0包括：

忽略响应速度较慢的电压外环而只考虑响应速度较快的电流内环，得到如图2a、图2b所示的三相逆变器dq分离阻抗小信号模型，其中图2a为d轴模型、图2b为q轴模型；所述三相逆变器dq分离阻抗小信号模型中包含系统坐标框架下d、q轴电流分量和控制坐标框架下d、q轴电流分量和逆变器输出电流d、q轴稳态分量两种不同坐标框架下并网点处d、q轴电压分量和并网点电压d、q轴稳态分量两种不同坐标框架下d、q轴PWM调制信号和PWM调制信号d、q轴稳态分量其中两种不同坐标框架与锁相环传递函数G_PLL相关，G_PLL如式(1)；

G_dec＝ω₁L(3)

式中k_pPLL、k_iPLL为锁相环PI参数，k_pc、k_ic为电流环环PI参数，V_dc为逆变器直流侧电压大小，ω₁为电网频率，L、R_L为滤波器电感及其等效电阻，T_d为逆变器控制系统延时时间，其大小通常为1.5倍采样周期；

根据所述三相逆变器dq分离阻抗小信号模型，得到以下线性方程组：

式中T₁＝G_PIG_no_rG_ddiG_del＝G_PIG_no_rG_qqiG_del。

在一个实施例中，S1包括：

根据式(8)-(13)，消去中间变量及得到

式中各变量如下：

根据式(14)、(15)定义如下变量：

得到式(14)、(15)紧凑形式，即所述三相逆变器输出电流的表达式：

式(28)Y_dd、Y_dq、Y_qd、Y_qq即为逆变器输出等效导纳。

基于式(14)、(15)、(16)式，逆变器输出稳定性是由T₁、T₂这两个函数决定的；不考虑电网侧阻抗时，当T₁、T₂满足奈奎斯特判据时，逆变器输出稳定。

在一个实施例中，S2包括：

考虑电网阻抗时，图3所示为并网逆变器系统示意图，基于式(28)单个逆变器并联系统并网电流表达式为：

式中各变量为电压电流矩阵表达式，其中Y_eq对应式(2)-(28)中前面的系数矩阵，Z_g为：

其中L_g、R_g为电网侧阻抗的电感及其等效电阻；

展开式(2-29)中系数矩阵得到：

式中T₃为

从式(29)、(31)得出，考虑电网阻抗时并网逆变器稳定性由函数T₃决定；即当T₃满足奈奎斯特判据时，逆变器输出稳定。

在一个实施例中，S3包括：

当考虑多个逆变器并网时，如图4所示的多逆变器并网系统示意图。

图3所示的n个(多个)逆变器并联系统并网电流表达式为

同理根据式可以得到决定多逆变器并联系统输出稳定性的传递函数为：

当式(34)中取n＝1时，T_3n即为T₃。

至此，始根据图2a、图2b所示的dq分离阻抗小信号模型得到式(14)、(15)所示三相逆变器输出电流表达式(其紧凑形式如式(28)所示)；考虑电网阻抗得到单逆变器并网输出电流表达式(见式(29))；考虑多逆变器并网情形，得到多逆变器并网输出电流表达式(见式(33))。单逆变器(或多逆变器)并网系统稳定性由三个函数决定，即T₁、T₂和T₃(或T_3n)。

从T₁、T₂和T₃(或T_3n)表达式中得出：1)函数T₁主要受滤波电感参数、电流PI参数，系统延时T_d等参数影响，单逆变器(或多逆变器)并网系统稳定的首要条件是保证T₁满足奈奎斯特判据；2)函数T₂主要受T₁(即包含滤波电感参数、电流PI参数，系统延时T_d等参数)、电流前馈系数G_dec、d、q轴之间的耦合量G_dqi(G_qdi)等影响，系统稳定的第二条件是保证T₂满足奈奎斯特判据；3)T₃(或T_3n)为考虑电网阻抗时系统稳定关键因素，其主要受逆变器输出等效导纳Y_dd、Y_dq、Y_qd、Y_qq和电网阻抗影响，而逆变器输出等效导纳Y_dd、Y_dq、Y_qd、Y_qq主要受函数T₁、T₂及锁相环参数G_PLL等影响，系统稳定的最后一个条件是保证T₃(或T_3n)满足奈奎斯特判据。

本发明实施例中，系统稳定条件“保证T₁、T₂和T₃(或T_3n)满足奈奎斯特判据”是步步为营、环环相扣的关系，即必须一步一步满足所有条件才能保证系统稳定(先T₁，后T₂，最后T₃(或T_3n))；而后一个条件本身也会受前一个条件影响。图5所示为判定单逆变器(或多逆变器)并网系统稳定性流程图。

采用如图5所示的分步稳定性判定方法，可以从每一步判定结果知道单逆变器(或多逆变器)并网系统失稳原因在哪里，是哪些参数引起失稳的，即揭示了系统的失稳的机理。因此，每一步判定可以为系统设计提供指导，即在每一步设计时清楚地知道该调整哪些参数。图6所示通过基于dq分离阻抗小信号模型稳定性分析设计系统的流程图。

本发明实施例，提出建立三相并网逆变器dq分离阻抗小信号模型可以清晰表明系统之间的耦合机理，分步稳定性判定可以揭示系统失稳机理，判定条件不存在保守性，同时还可以为系统设计提供指导，并网逆变器dq分离阻抗小信号模型本质上是一种阻抗模型，模型可扩展性强，适用于多逆变器并网系统。

本发明实施例的三相并网逆变器稳定性分析方法，确定dq分离阻抗小信号模型，基于dq分离阻抗小信号模型，得出三相逆变器输出电流，根据三相逆变器输出电流，得出电网阻抗的单逆变器并网输出电流，根据单逆变器并网输出电流，得出多逆变器并网情形的多逆变器并网输出电流，根据单逆变器并网输出电流及所述多逆变器并网输出电流，判断系统稳定性。从而分析三相并网逆变器稳定性。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。

Claims (5)

1.一种三相并网逆变器稳定性分析方法，其特征在于，包括：

S0、确定dq分离阻抗小信号模型；

S1、基于所述dq分离阻抗小信号模型，得出三相逆变器输出电流；

S2、根据所述三相逆变器输出电流，得出电网阻抗的单逆变器并网输出电流；

S3、根据所述单逆变器并网输出电流，得出多逆变器并网情形的多逆变器并网输出电流；

S4、根据所述单逆变器并网输出电流及所述多逆变器并网输出电流，判断系统稳定性。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S0包括：

忽略响应速度较慢的电压外环而只考虑响应速度较快的电流内环，得到三相逆变器dq分离阻抗小信号模型；所述三相逆变器dq分离阻抗小信号模型中包含系统坐标框架下d、q轴电流分量和控制坐标框架下d、q轴电流分量 和逆变器输出电流d、q轴稳态分量两种不同坐标框架下并网点处d、q轴电压分量和并网点电压d、q轴稳态分量两种不同坐标框架下d、q轴PWM调制信号和PWM调制信号d、q轴稳态分量其中两种不同坐标框架与锁相环传递函数G_PLL相关，G_PLL如式(1)；

G_dec＝ω₁L (3)

式中k_pPLL、k_iPLL为锁相环PI参数，k_pc、k_ic为电流环环PI参数，V_dc为逆变器直流侧电压大小，ω₁为电网频率，L、R_L为滤波器电感及其等效电阻，T_d为逆变器控制系统延时时间，其大小通常为1.5倍采样周期；

根据所述三相逆变器dq分离阻抗小信号模型，得到以下线性方程组：

式中T₁＝G_PIG_norG_ddiG_del＝G_PIG_norG_qqiG_del。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，S1包括：

根据式(8)-(13)，消去中间变量及得到

式中各变量如下：

根据式(14)、(15)定义如下变量：

得到式(14)、(15)紧凑形式，即所述三相逆变器输出电流的表达式：

式(28)Y_dd、Y_dq、Y_qd、Y_qq即为逆变器输出等效导纳。

基于式(14)、(15)、(16)式，逆变器输出稳定性是由T₁、T₂这两个函数决定的；不考虑电网侧阻抗时，当T₁、T₂满足奈奎斯特判据时，逆变器输出稳定。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，S2包括：

考虑电网阻抗时，基于式(28)单个逆变器并联系统并网电流表达式为：

式中各变量为电压电流矩阵表达式，其中Y_eq对应式(2-28)中前面的系数矩阵，Z_g为：

其中L_g、R_g为电网侧阻抗的电感及其等效电阻；

展开式(2-29)中系数矩阵得到：

式中T₃为

T₃＝Y_ddZ_gdd+Y_dqZ_gqd+Y_qdZ_gdq+Y_qqZ_gqq+(Y_ddZ_gdd+Y_dqZ_gqd)(Y_qdZ_gdq+Y_qqZ_gqq)-(Y_ddZ_gdq+Y_dqZ_gqq)(Y_qdZ_gdd+Y_qqZ_gqd) (32)

从式(29)、(31)得出，考虑电网阻抗时并网逆变器稳定性由函数T₃决定；即当T₃满足奈奎斯特判据时，逆变器输出稳定。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，S3包括：

当考虑多个逆变器并网时，多个逆变器并联系统并网电流表达式为

同理根据式得到决定多逆变器并联系统输出稳定性的传递函数为：

当式(34)中取n＝1时，T_3n即为T₃。