CN111146807A - 极坐标下的变流器并网系统小干扰稳定性判断方法 - Google Patents

极坐标下的变流器并网系统小干扰稳定性判断方法 Download PDF

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徐路遥
蒙志全
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Abstract

本发明公开了一种极坐标下的变流器并网系统小干扰稳定性判断方法。通过线性化处理变流器并网系统的动态方程，得到坐标下的变流器和电网的导纳模型，然后建立变流器的导纳模型和电网的导纳模型；将dq坐标下变流器的导纳模型和电网的导纳模型通过坐标变换得到极坐标下变流器导纳模型以及电网导纳模型，获得单输入单输出的闭环系统模型和闭环特征方程，根据闭环特征方程用奈奎斯特曲线进行判断或者根据闭环特征方程计算系统的稳定裕度获得变流器当前的控制参数是否能使变流器稳定运行的结果。本发明能够有效地计算变流器并网系统的稳定裕度以及判断变流器的控制参数对并网系统稳定性的影响，避免变流器控制参数设置不当而引发的失稳问题。

Description

极坐标下的变流器并网系统小干扰稳定性判断方法
技术领域
本发明涉及一种极坐标下的变流器并网系统小干扰稳定性判断方法，用于计算变流器并网系统的稳定裕度以及分析变流器控制参数对稳定性的影响。
背景技术
可再生能源通过变流器接入电力系统的容量越来越大，交流系统相对逐渐变弱，系统稳定性问题逐渐突出。阻抗分析法是一种分析变流器并网系统小干扰稳定性的常用分析方法。现有的阻抗分析方法中，变流器与电网的阻抗矩阵是非对称的满阵，导致构成的闭环系统是多输入多输出系统，需要采用广义奈奎斯特判据分析稳定性，判断过程复杂且不利于计算稳定裕度。
发明内容
为解决上述问题，为简化小干扰稳定性的判断过程且计算闭环系统的稳定裕度，提出了一种极坐标下的变流器并网系统小干扰稳定性判断方法，使得闭环系统为单输入单输出系统，用于分析变流器并网系统的稳定性以及计算稳定裕度，可以方便地计算稳定裕度以及分析控制参数对变流器稳定性的影响。
本发明的技术方案采用如下步骤：
1)通过线性化处理变流器并网系统的动态方程，得到dq坐标下的变流器和电网的导纳模型，然后建立变流器的导纳模型和电网的导纳模型；
所述的变流器并网系统包括变流器和电网，变流器的输出端通过公共连接点连接到电网，变流器的输入端连接直流母线。
2)将dq坐标下变流器的导纳模型和电网的导纳模型通过坐标变换得到极坐标下变流器的导纳模型以及电网的导纳模型，dq坐标是变流器并网系统的基本坐标系，极坐标是以dq坐标的d轴为极轴，dq坐标的q轴和极坐标的90度所在直线重合；
3)由极坐标下变流器的导纳模型和电网的导纳模型，构成单输入单输出的闭环系统模型，得到闭环系统模型的闭环特征方程，根据闭环特征方程用奈奎斯特曲线进行判断，获得变流器当前的控制参数是否能使变流器稳定运行的结果；或者根据闭环特征方程计算系统的稳定裕度获得变流器当前的控制参数是否能使变流器稳定运行的结果。
所述步骤1)中，dq坐标下的变流器的导纳模型为：
Figure BDA0002355547410000021
其中，Gpll(s)为变流器中锁相环的锁相环传递函数；Id0和Iq0分别为变流器输出电流d轴分量和q轴分量的稳态值；Ud0为变流器和电网之间的公共连接点电压d轴分量稳态值；
Ycdd(s)、Ycdq(s)、Ycqq(s)分别表示变流器d轴电压和d轴电流间的传递函数、变流器d轴电压和q轴电流间的传递函数以及变流器q轴电压和q轴电流间的传递函数，具体为：
Figure BDA0002355547410000022
Figure BDA0002355547410000023
Figure BDA0002355547410000024
其中，Gi(s)为变流器中电流内环的传递函数；Gff(s)为变流器中的电压前馈环节的低通滤波传递函数；Lf为变流器中的滤波电感值；
dq坐标下的电网的导纳模型为：
Figure BDA0002355547410000025
其中，YGdd(s)、YGdq(s)、YGqd(s)、YGqq(s)分别表示电网d轴电压和d轴电流间的传递函数、电网d轴电压和q轴电流间的传递函数、电网q轴电压和d轴电流间的传递函数以及电网q轴电压和q轴电流间的传递函数，具体为：
Figure BDA0002355547410000026
Figure BDA0002355547410000027
其中，Lg为电网线路的电感值；Cf为变流器输出端口滤波器的滤波电容值；ω0为电网工作频率对应的旋转角速度，
Figure BDA0002355547410000028
为功率因数角，s表示拉普拉斯算子。
所述步骤2)获得以下极坐标下变流器的导纳模型与电网的导纳模型：
Y′VSC；Y′G
其中，Y′VSC与Y′G分别表示变流器与电网在极坐标下的导纳模型：
Figure BDA0002355547410000031
Figure BDA0002355547410000032
Figure BDA0002355547410000033
Figure BDA0002355547410000034
其中，I0为变流器输出电流稳态值的幅值，Ygmm(s)表示电网的电压幅值与电流幅值间的传递函数，Ygmθ(s)表示电网的电压幅值与电流相角间的传递函数，P表示变流器当前运行的功率因数矩阵，为变流器运行参数，表示为：
Figure BDA0002355547410000035
其中，
Figure BDA0002355547410000036
为功率因数角。
所述步骤3)中，得到以下闭环系统模型的闭环特征方程，即闭环系统单输入单输出系统的闭环特征方程：
1+Yv(s)Zs(s)＝0
YV(s)＝I0YV1(s)/2
Figure BDA0002355547410000037
其中，YV(s)表示变流器的传递函数，ZG(s)表示电网的传递函数，e表示自然对数的底数，j表示虚数；
然后用1+Yv(s)Zs(s)项绘制奈奎斯特曲线，看奈奎斯特曲线是否包围(-1，0)点，并判断：
如果包围(-1，0)点，则变流器并网系统小干扰不稳定；
如果不包围(-1，0)点，则变流器并网系统小干扰稳定；
如果(-1，0)点处于奈奎斯特曲线上，则变流器并网系统小干扰临界稳定。
所述步骤3)中，采用以下公式计算稳定裕度GM：
Figure BDA0002355547410000038
其中，ωx是变流器并网系统的穿越频率，j表示虚数，YV(jωx)表示变流器的传递函数在穿越频率时的幅值，ZG(jωx)表示电网的传递函数在穿越频率时的幅值；
然后以下判断：
如果稳定裕度大于1，则变流器并网系统小干扰稳定；
如果稳定裕度小于1，则变流器并网系统小干扰不稳定；
如果稳定裕度等于1，则变流器并网系统小干扰临界稳定。
本发明的有益效果是：
所述的控制参数为功率因数。
与传统阻抗分析方法建立的多输入多输出闭环系统不同，本发明建立了单输入单输出闭环系统，简化了变流器并网系统小干扰稳定性判断的过程且可以准确地计算系统的稳定裕度，便于判断不同控制参数下变流器的稳定程度，为工业上变流器选取合适控制参数进行控制提供了有效的参考。
本发明能够有效地计算变流器并网系统的稳定裕度以及判断变流器的控制参数对并网系统稳定性的结果，准确判断是否会引起系统小干扰失稳，避免变流器控制参数设置不当而引发的失稳问题。
附图说明
图1为本发明变流器并网系统示意图。
图2为本发明变流器取三种不同控制参数时，系统的奈奎斯特图。
图3为本发明系统仿真电流波形图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
按照本发明发明内容完整方法实施的具体实施例如下：
在Matlab/Simulink软件中建立如图1所示的变流器并网模型进行仿真实验，变流器控制器考虑锁相环与电流内环控制。其中变流器控制参数以及系统参数主要参数如表1所示：
表1光伏逆变器主要参数
线路电感L<sub>g</sub>/p.u. 0.35
滤波电感L<sub>f</sub>/p.u. 0.05
滤波电容C<sub>f</sub>/p.u. 0.05
电流内环比例、积分系数 0.25、20
电压前馈滤波时间常数 0.002
图1所示的变流器并网系统分为变流器侧与电网侧，可以分别建立变流器和电网的导纳模型。
图2为本发明变流器锁相环参数、积分参数分别取(P1：70，3200)、(P2：75，3200)、(P3：80，3200)时，P1、P2、P3表示不同组的数据，系统的奈奎斯特图。分别计算这三种情况下的稳定裕度如下：
Figure BDA0002355547410000051
在分别取P1和P2两组数据时，GM大于1表示系统稳定，当参数取P3时，GM小于1，表示系统不稳定。这三种控制参数中，取P1时，系统的稳定裕度最大，表明取P1参数时，系统最稳定。
图3为本发明系统仿真电流波形图。在2秒之前，变流器锁相环的比例、积分参数分别取70，3200，此时系统稳定。2秒时，将变流器锁相环的比例积分参数改为80，3200，此时系统发生了振荡。其结果与图2分析所得结果相同。
由以上实施可见，本发明能够准确计算系统的稳定裕度以及判断所选取的控制参数是否会引起系统小干扰失稳。
本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种极坐标下的变流器并网系统小干扰稳定性判断方法，其特征在于包括以下步骤：
1)通过线性化处理变流器并网系统的动态方程，得到dq坐标下的变流器和电网的导纳模型，然后建立变流器的导纳模型和电网的导纳模型；
2)将dq坐标下变流器的导纳模型和电网的导纳模型通过坐标变换得到极坐标下变流器的导纳模型以及电网的导纳模型，极坐标是以dq坐标的d轴为极轴，dq坐标的q轴和极坐标的90度所在直线重合；
3)由极坐标下变流器的导纳模型和电网的导纳模型，构成单输入单输出的闭环系统模型，得到闭环系统模型的闭环特征方程，根据闭环特征方程用奈奎斯特曲线进行判断，获得变流器当前的控制参数是否能使变流器稳定运行的结果；或者根据闭环特征方程计算系统的稳定裕度获得变流器当前的控制参数是否能使变流器稳定运行的结果。
2.根据权利要求1所述的一种极坐标下的变流器并网系统小干扰稳定性判断方法，其特征在于：所述步骤1)中，dq坐标下的变流器的导纳模型为：
Figure FDA0002355547400000011
其中，Gpll(s)为变流器中锁相环的锁相环传递函数；Id0和Iq0分别为变流器输出电流d轴分量和q轴分量的稳态值；Ud0为变流器和电网之间的公共连接点电压d轴分量稳态值；
Ycdd(s)、Ycdq(s)、Ycqq(s)分别表示变流器d轴电压和d轴电流间的传递函数、变流器d轴电压和q轴电流间的传递函数以及变流器q轴电压和q轴电流间的传递函数，具体为：
Figure FDA0002355547400000012
Figure FDA0002355547400000013
Figure FDA0002355547400000014
其中，Gi(s)为变流器中电流内环的传递函数；Gff(s)为变流器中的电压前馈环节的低通滤波传递函数；Lf为变流器中的滤波电感值；
dq坐标下的电网的导纳模型为：
Figure FDA0002355547400000021
其中，YGdd(s)、YGdq(s)、YGqd(s)、YGqq(s)分别表示电网d轴电压和d轴电流间的传递函数、电网d轴电压和q轴电流间的传递函数、电网q轴电压和d轴电流间的传递函数以及电网q轴电压和q轴电流间的传递函数，具体为：
Figure FDA0002355547400000022
Figure FDA0002355547400000023
其中，Lg为电网线路的电感值；Cf为变流器输出端口滤波器的滤波电容值；ω0为电网工作频率对应的旋转角速度，
Figure FDA0002355547400000029
为功率因数角，s表示拉普拉斯算子。
3.根据权利要求1所述的一种极坐标下的变流器并网系统小干扰稳定性判断方法，其特征在于：所述步骤2)获得以下极坐标下变流器的导纳模型与电网的导纳模型：
Y′VSC；Y′G
其中，Y′VSC与Y′G分别表示变流器与电网在极坐标下的导纳模型：
Figure FDA0002355547400000024
Figure FDA0002355547400000025
Figure FDA0002355547400000026
Figure FDA0002355547400000027
其中，I0为变流器输出电流稳态值的幅值，Ygmm(s)表示电网的电压幅值与电流幅值间的传递函数，Ygmθ(s)表示电网的电压幅值与电流相角间的传递函数，P表示变流器当前运行的功率因数矩阵，表示为：
Figure FDA0002355547400000028
其中，
Figure FDA00023555474000000210
为功率因数角。
4.根据权利要求1所述的一种极坐标下的变流器并网系统小干扰稳定性判断方法，其特征在于：所述步骤3)中，得到以下闭环系统模型的闭环特征方程，即闭环系统单输入单输出系统的闭环特征方程：
1+Yv(s)Zs(s)＝0
YV(s)＝I0YV1(s)/2
Figure FDA0002355547400000031
其中，YV(s)表示变流器的传递函数，ZG(s)表示电网的传递函数，e表示自然对数的底数，j表示虚数；
然后用1+Yv(s)Zs(s)项绘制奈奎斯特曲线，看奈奎斯特曲线是否包围(-1，0)点，并判断：
如果包围(-1，0)点，则变流器并网系统小干扰不稳定；
如果不包围(-1，0)点，则变流器并网系统小干扰稳定；
如果(-1，0)点处于奈奎斯特曲线上，则变流器并网系统小干扰临界稳定。
5.根据权利要求1所述的一种极坐标下的变流器并网系统小干扰稳定性判断方法，其特征在于：所述步骤3)中，采用以下公式计算稳定裕度GM：
Figure FDA0002355547400000032
其中，ωx是变流器并网系统的穿越频率，j表示虚数，YV(jωx)表示变流器的传递函数在穿越频率时的幅值，ZG(jωx)表示电网的传递函数在穿越频率时的幅值；
然后以下判断：
如果稳定裕度大于1，则变流器并网系统小干扰稳定；
如果稳定裕度小于1，则变流器并网系统小干扰不稳定；
如果稳定裕度等于1，则变流器并网系统小干扰临界稳定。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113489356A (zh) * 2021-04-07 2021-10-08 湖南大学 极坐标系下单相并网逆变器siso幅相阻抗计算方法及系统
CN113783223A (zh) * 2021-07-06 2021-12-10 国家电网有限公司 直驱风电机组变流器并网系统稳定方法
WO2023010659A1 (zh) * 2021-08-05 2023-02-09 合肥工业大学 一种弱电网条件下的并网变流器控制环路稳定判据

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106532685A (zh) * 2016-10-26 2017-03-22 浙江大学 用于并网逆变器稳定分析的广义阻抗判据计算方法及应用
CN106786776A (zh) * 2017-02-15 2017-05-31 云南电网有限责任公司 一种利用修正广义阻抗法分析并网逆变器系统稳定性的方法
CN107608933A (zh) * 2017-08-11 2018-01-19 浙江大学 一种基于二次侧施加扰动的逆变器广义阻抗测量方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106532685A (zh) * 2016-10-26 2017-03-22 浙江大学 用于并网逆变器稳定分析的广义阻抗判据计算方法及应用
CN106786776A (zh) * 2017-02-15 2017-05-31 云南电网有限责任公司 一种利用修正广义阻抗法分析并网逆变器系统稳定性的方法
CN107608933A (zh) * 2017-08-11 2018-01-19 浙江大学 一种基于二次侧施加扰动的逆变器广义阻抗测量方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
LUYAO XU: "Symmetric Admittance Modeling for Stability Analysis of Grid-Connected Converters", 《IEEE TRANSACTIONS ON ENERGY CONVERSION》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113489356A (zh) * 2021-04-07 2021-10-08 湖南大学 极坐标系下单相并网逆变器siso幅相阻抗计算方法及系统
CN113783223A (zh) * 2021-07-06 2021-12-10 国家电网有限公司 直驱风电机组变流器并网系统稳定方法
WO2023010659A1 (zh) * 2021-08-05 2023-02-09 合肥工业大学 一种弱电网条件下的并网变流器控制环路稳定判据

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