CN112865169A - 交直流多端口电力设备的导纳模型的生成方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种交直流多端口电力设备的导纳模型的生成方法及装置，该方法基于外环和内环全阶控制及内外环小信号动态，计及交直流网络的耦合和变流器自身的频率耦合效应，对直流侧和交流侧建模，将直流侧的一端口动态和交流侧的两端口动态反映在同一导纳模型中，建立了三端口三维导纳模型；根据三端口三维导纳模型，可以求解出不同频率下变流器并网系统三端口导纳值，生成频带内的变流器三端口导纳模型。该方法同时考虑交直流耦合和变流器的频率耦合效应，直观反应直流侧网络控制或电路参数变化时对交流侧的影响及对整个变流器导纳的影响，用于系统的振荡稳定性分析时的精确度大大提高，普适性和应用范围大大增强。

Description

交直流多端口电力设备的导纳模型的生成方法及装置
技术领域
本发明涉及电力系统稳定分析与控制技术领域，特别涉及一种交直流多端口电力设备的导纳模型的生成方法及装置。
背景技术
近些年来，可再生能源发电如风力发电、光伏发电等得到迅速发展。然而，基于电力电子装备的可再生能源发电系统的并网问题，却也带来了一系列新型稳定性方面的挑战。例如，风电变流器与弱电网之间的次同步谐振或者高频谐振，往往造成电力系统失去稳定。为了研究变流器与电网之间的交互作用，以及研究交互不稳定产生的振荡问题，阻抗/导纳模型是一种非常有利的研究方式。
在传统的研究中，研究者可以建立电力电力设备(如变流器，能源路由器，电力电子变压器等)的交流侧或者直流侧的阻抗/导纳模型，来分别研究设备与交流侧电网和直流侧电网交互导致的不稳定性。在对交流侧导纳建模时，研究者往往忽略了设备直流侧网络的动态，将其建模为理想电压源，且由于直流电压控制等外环控制动态较为复杂，很多研究者甚至直接忽略外环动态，在导纳模型中只包含内环控制器和锁相环的小信号模型，这样带来的结果是阻抗/导纳模型给出的稳定性分析结果十分偏于保守，在一些工况下甚至可能对系统的稳定性造成误判。
在考虑直流网络动态和控制外环动态时，直流侧网络电路或控制参数的变化往往也会对交流侧的网络产生影响，反之亦然。因此，交直流侧网络之间是存在相互影响的耦合效应的，这种网络间的耦合效应也会显著影响设备的阻抗/导纳模型。同时，由于控制不对称，设备交流侧模型往往存在还存在另外一种耦合，即频率耦合效应，频率耦合的存在使得需要用一个二维的导纳矩阵才能准确地对设备的交流侧动态进行建模。而仅仅是一个二维的矩阵，只能反应交流侧变量之间的频率耦合，却很难直接反应交直流侧之间的耦合效应。
实际上，由于变流器是一个包含交流端口和直流端口的多端口电力设备，其交流侧如果存在频率耦合，那么交流侧的耦合频率也会通过坐标变换等途径传递到直流侧，因此，交流端口处耦合的频率传递到交流侧以后，就造成了交直流侧直接也存在频率耦合。进一步地，由于变流器交流和直流侧端口都和电网相连，直流电网中的扰动会先传递到变流器的直流端口，再通过直流端口传递到交流端口，最终通过交流端口传递到交流电网，这就是交直流网络之间的耦合。
从另一方面来看，具有交流和直流端口的电力设备，典型例子如三相变流器、能源路由器、电力电子变压器等，这些设备在频率耦合的作用下，其交流侧具有两个不同频率的扰动分量，直流侧在坐标变换的作用下会出现第三个频率的扰动分量。因此，多数交直流多端口电力设备至少具有三端口网络模型的物理特性，其三端口网络模型的特性很难用传统的一维或者二维的阻抗/导纳模型来刻画。
综上，交直流多端口电力设备并网系统中存在两种耦合效应，其一是交直流网络间的耦合，另一种是由于锁相环等结构不对称的控制器引发的频率耦合。传统的导纳模型很难对两种耦合同时建模，也很难同时反应两种耦合效应在不同工况或控制参数下的动态特性。详细来看，传统的二维导纳模型只能考虑频率耦合对建模和系统稳定性的影响，但是很难同时也考虑交直流侧耦合的影响
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的一个目的在于提出一种交直流多端口电力设备的导纳模型的生成方法，该方法同时考虑交直流耦合和变流器的频率耦合效应，用于系统的振荡稳定性分析时的精确度高，普适性和应用范围大大增强。
本发明的另一个目的在于提出一种交直流多端口电力设备的导纳模型的生成装置。
为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种交直流多端口电力设备的导纳模型的生成方法，包括：
获取变流器参数和电网参数，获取变流器的控制器参数，在并网系统运行时获取电网稳态电气值；
基于外环和内环全阶控制及内外环小信号动态，计及交直流网络的耦合和变流器自身的频率耦合效应，对直流侧和交流侧建模，将直流侧的一端口动态和交流侧的两端口动态反映在同一导纳模型中，以建立三端口三维导纳模型；
根据设定的初始频率，将所述变流器参数和电网参数、所述变流器的控制器参数和所述电网稳态电气值代入所述三端口三维导纳模型，得到所述初始频率下变流器并网系统三端口导纳值，将所述初始频率按线性步长递增至频率阈值分别求解不同频率下变流器并网系统三端口导纳值，生成频带内的变流器三端口导纳模型。
本发明实施例的交直流多端口电力设备的导纳模型的生成方法，通过获取变流器参数和电网参数，获取变流器的控制器参数，在并网系统运行时获取电网稳态电气值；基于外环和内环全阶控制及内外环小信号动态，计及交直流网络的耦合和变流器自身的频率耦合效应，对直流侧和交流侧建模，将直流侧的一端口动态和交流侧的两端口动态反映在同一导纳模型中，以建立三端口三维导纳模型；根据设定的初始频率，将变流器参数和电网参数、变流器的控制器参数和电网稳态电气值代入三端口三维导纳模型，得到初始频率下变流器并网系统三端口导纳值，将初始频率按线性步长递增至频率阈值分别求解变流器并网系统三端口导纳值，生成频带内的变流器三端口导纳模型。由此，三端口导纳模型是一个三维模型，同时考虑交直流耦合和变流器的频率耦合效应；直观地反应直流侧网络控制或电路参数变化时，对交流侧的影响及对整个变流器导纳的影响；考虑了外环和内环全阶控制，考虑了内外环小信号动态，并计及了交直流网络的耦合以及变流器自身的频率耦合效应，用于系统的振荡稳定性分析时的精确度大大提高，普适性和应用范围大大增强；当直流侧网络电路拓扑结构十分复杂时，三端口导纳模型无需对直流侧直接建模，而是只关注变流器直流侧的电压电流端口特性。
另外，根据本发明上述实施例的交直流多端口电力设备的导纳模型的生成方法还可以具有以下附加的技术特征：
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述变流器参数包括：包括变流器电阻、变流器电感、电网电阻和电网电感。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述变流器的控制器参数包括：直流电压参考值，d轴和q轴的PI参考电流控制器参数，PLL的闭环传递函数。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述电网稳态电气值包括：并网变流器端口的工频基波电压、电流和稳态占空比，控制器电流控制中d、q轴电流稳态值Id0和Iq0，以及两者的夹角。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述三端口三维导纳模型为：
Figure BDA0002855620890000031
其中，Δip(s+jω1)和Δin(s-jω1)为交流侧电流扰动的两个分量，Δvp(s+jω1)和Δvn(s-jω1)为交流侧电压扰动的两个分量，Δidc(s)为直流侧电流扰动，Δvdc(s)为直流侧电压扰动，矩阵Yvsc dcQ的非对角元素Ypn和Ynp反映的是交流侧变量的频率耦合，非对角元素Yps，Ysp，Yns，Ysn反映的是变流器交直流端口动态之间的耦合效应。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述三端口三维导纳模型为：
Figure BDA0002855620890000041
其中，ipns＝[Δip(s+jω1),Δin(s-jω1),Δidc(s)]为序坐标下端口小信号扰动电流变量列向量，vpns＝[Δvp(s+jω1),Δvn(s-jω1),Δvdc(s)]为序坐标下端口小信号扰动电压变量列向量，K0，K1，K2，K3，K4，K5为常数矩阵，Zcon为变流器电路参数矩阵，Gdel为PWM延时控制矩阵，Gdei为内环电流控制解耦矩阵，Gci为内环电流PI控制矩阵，GdcQ为外环电压和功率控制矩阵，GQ1为第一外环无功功率计算矩阵，GQ2为第二外环无功功率计算矩阵，GPLL i为PLL对电流变量影响矩阵，GPLL v为PLL对电压变量影响矩阵，GPLL m为PLL对占空比变量影响矩阵。
进一步地，在本发明的一个实施例中，对所述三端口三维导纳模型进行求逆，得到三端口三维阻抗矩阵模型，所述三端口三维阻抗矩阵模型为：
Figure BDA0002855620890000042
进一步地，在本发明的一个实施例中，将所述三端口导纳模型中的参数进行坐标变换，得到不同坐标系下的三端口三维导纳模型。
进一步地，在本发明的一个实施例中，将所述三端口三维导纳模型中的外环控制器传递函数设为零，得到只包括内环控制的三端口三维导纳模型。
为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种交直流多端口电力设备的导纳模型的生成装置，包括：
获取模块，用于获取变流器参数和电网参数，获取变流器的控制器参数，在并网系统运行时获取电网稳态电气值；
建模模块，用于基于外环和内环全阶控制及内外环小信号动态，计及交直流网络的耦合和变流器自身的频率耦合效应，对直流侧和交流侧建模，将直流侧的一端口动态和交流侧的两端口动态反映在同一导纳模型中，以建立三端口三维导纳模型；
生成模块，用于根据设定的初始频率，将所述变流器参数和电网参数、所述变流器的控制器参数和所述电网稳态电气值代入三端口三维导纳模型，得到所述初始频率下变流器并网系统三端口导纳值，将所述初始频率按线性步长递增至频率阈值分别求解不同频率下变流器并网系统三端口导纳值，生成频带内的变流器三端口导纳模型。
本发明实施例的交直流多端口电力设备的导纳模型的生成装置，通过获取变流器参数和电网参数，获取流器的控制器参数，在并网系统运行时获取电网稳态电气值；基于外环和内环全阶控制及内外环小信号动态，计及交直流网络的耦合和变流器自身的频率耦合效应，对直流侧和交流侧建模，将直流侧的一端口动态和交流侧的两端口动态反映在同一导纳模型中，以建立三端口三维导纳模型；根据设定的初始频率，将变流器参数和电网参数、变流器的控制器参数和电网稳态电气值代入三端口三维导纳模型，得到初始频率下变流器并网系统三端口导纳值，将初始频率按线性步长递增至频率阈值分别求解变流器并网系统三端口导纳值，生成频带内的变流器三端口导纳模型。由此，三端口导纳模型是一个三维模型，同时考虑交直流耦合和变流器的频率耦合效应；直观地反应直流侧网络控制或电路参数变化时，对交流侧的影响及对整个变流器导纳的影响；考虑了外环和内环全阶控制，考虑了内外环小信号动态，并计及了交直流网络的耦合以及变流器自身的频率耦合效应，用于系统的振荡稳定性分析时的精确度大大提高，普适性和应用范围大大增强；当直流侧网络电路拓扑结构十分复杂时，三端口导纳模型无需对直流侧直接建模，而是只关注变流器直流侧的电压电流端口特性。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本发明一个实施例的变流器并网系统的主电路结构图；
图2为根据本发明一个实施例的变流器并网系统的控制结构图；
图3为根据本发明一个实施例的交直流多端口电力设备的导纳模型的生成方法流程图；
图4为根据本发明一个实施例的交直流多端口电力设备的导纳模型的生成方法流程框图；
图5为根据本发明一个实施例的交直流多端口电力设备的导纳模型的生成装置结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参照附图描述根据本发明实施例提出的交直流多端口电力设备的导纳模型的生成方法及装置。
首先将参照附图描述根据本发明实施例提出的交直流多端口电力设备的导纳模型的生成方法。
首先介绍一下，交直流多端口电力设备并网系统的三端口三维导纳模型的原理及表示方法。
以图1的交直流多端口电力设备为例，即三相并网变流器，考虑频率耦合效应，交流侧电流扰动有两个分量Δip(s+jω1)和Δin(s-jω1)，对应交流侧电压扰动Δvp(s+jω1)和Δvn(s-jω1)。直流侧扰动为：Δidc(s)和Δvdc(s)。变流器的三端口三维导纳模型及其端口处的电压电流小信号变量表示为：
Figure BDA0002855620890000061
其中，Yvsc dcQ为变流器的三端口三维导纳模型，其特点为：交直流侧网络之间的动态耦合以及变流器的频率耦合效应可以由式(1)中三端口三维导纳模型Yvsc dcQ的非对角元素直接反应。三端口导纳模型为一个三维矩阵，包含9个元素，其中，矩阵Yvsc dcQ的非对角元素Ypn和Ynp反映的是交流侧变量的频率耦合，其余非对角元素Yps，Ysp，Yns，Ysn反映的是变流器交直流端口动态之间(亦即交直流网络之间)的耦合效应。
以图2所示的变流器典型控制方式为例，在三序坐标系下，按照下式计算变流器的三端口导纳模型为：
Figure BDA0002855620890000062
式(2)中Yvsc dcQ为变流器的三端口导纳模型，为一个3×3的三维矩阵；ipns＝[Δip(s+jω1),Δin(s-jω1),Δidc(s)]为序坐标下端口小信号扰动电流变量列向量，也是一个三维的矩阵；vpns＝[Δvp(s+jω1),Δvn(s-jω1),Δvdc(s)]为序坐标下端口小信号扰动电压变量列向量。
如果对ipns和vpns进行坐标变换，可以得到它们在其他坐标系下(如dq坐标系下的表达式)，从而也可以进一步得到其他坐标系下的三端口导纳模型。三端口导纳模型并不局限于三序坐标，在dq坐标等其他坐标下也同样适用。
对Yvsc dcQ矩阵求逆，可以得到三端口阻抗模型，两者本质上是一致的，在本发明的实施例中，以三端口导纳模型为例进行介绍。
式(2)中的第二行和第三行为中间变量矩阵，它们都是3×3的三维矩阵，如控制参数矩阵和电路参数矩阵，它们的含义见表1，详细表达式见表2。
表1中间变量矩阵的符号及含义
Figure BDA0002855620890000071
表2中间变量矩阵的表达式
Figure BDA0002855620890000072
Figure BDA0002855620890000081
对于传统的不含外环的阻抗模型，只需要令(2)中的外环控制器传递函数GdcQ＝0，即可得到只包括内环控制的三端口导纳模型：
Figure BDA0002855620890000091
式(3)中只包含内环控制的三端口导纳模型在分析高频振荡时很有效，因为高频段下外环动态对阻抗模型的影响很小，因而高频下内环电流控制器动态对变流器阻抗模型有主导控制作用。
式(3)中的三端口导纳模型可以看做是式(2)中详细模型在满足一定情况时的简化版本。式(2)中的三端口导纳模型在不同研究背景下可以衍生出很多简化版本，由此，本发明实施例提出的三端口导纳模型应用范围很广，不会因为其高维特性就丧失了传统导纳模型的优点。
下面具体介绍本发明交直流多端口电力设备的导纳模型的生成方法。
图3根据本发明一个实施例的交直流多端口电力设备的导纳模型的生成方法流程图。
图4为根据本发明一个实施例的交直流多端口电力设备的导纳模型的生成方法流程框图。
结合图3和图4所示，该交直流多端口电力设备的导纳模型的生成方法包括以下步骤：
步骤S1，获取变流器参数和电网参数，获取变流器的控制器参数，在并网系统运行时获取电网稳态电气值。
具体地，通过测量或查阅手册等方式，获得变流器主电路参数：包括变流器电阻R、变流器电感L、电网电阻Rg和电网电感Lg。
通过测量或查阅手册等方式，获得控制器参数：如直流电压参考值Vdc0，d轴和q轴的PI参考电流控制器参数Gi(s)，PLL的闭环传递函数GPLL(s)等。所有需要获得的控制器参数已在表2中列出。
使并网系统运行，并测量其稳态时相关电气值，包括：并网变流器端口的工频基波电压V1＝Vabc，电流I1＝Iabc，稳态占空比M1(三者均为复数形式)；控制器电流控制中，d、q轴电流稳态值Id0和Iq0，以及两者的夹角φi1。
步骤S2，基于外环和内环全阶控制及内外环小信号动态，计及交直流网络的耦合和变流器自身的频率耦合效应，对直流侧和交流侧建模，将直流侧的一端口动态和交流侧的两端口动态反映在同一导纳模型中，以建立三端口三维导纳模型。
如上所述，通过式(1)的变形，建立三端口三维导纳模型，
Figure BDA0002855620890000101
可以理解的是，对三端口三维导纳模型进行求逆，得到三端口三维阻抗矩阵模型，三端口三维阻抗矩阵模型为：
Figure BDA0002855620890000102
其中，三端口导纳矩阵模型和三端口阻抗矩阵模型都是三维的矩阵模型。
步骤S3，根据设定的初始频率，将变流器参数和电网参数、变流器的控制器参数和电网稳态电气值代入三端口三维导纳模型，得到初始频率下变流器并网系统三端口导纳值，将初始频率按线性步长递增至频率阈值分别求解变流器并网系统三端口导纳值，生成频带内的变流器三端口导纳模型。
并给定一个初始频率fs，将上面步骤得到的变流器主电路参数、控制器参数、系统稳定运行时的工况参数代入相应的三端口导纳模型计算表达式(2)，即可求得此频率下变流器并网系统三端口导纳值。
使频率按线性步长递增，即令fs＝fs+Δfs，求解一定频带范围内的变流器三端口导纳曲线，即得到了此频带内的变流器三端口导纳模型。由于计及了内外环全阶控制和PWM控制延时的影响，在一个宽频带的范围内，式(2)表示的变流器三端口导纳模型都是成立的。
上述提出的交直流多端口设备导纳建模思想本质上适用于任何网络拓扑结构和任何控制方式下的交直流多端口电力设备，包括但是不限于三相变流器、能源路由器，电力电子变压器等，他们的三端口导纳模型都可以表示为式(1)的形式。本发明的实施例仅以三相变流器为例介绍了其三端口导纳模型的获取方式，具体表达式即式(2)。但并不只限于本发明实施例中的三相变流器电路结构和控制拓扑。对图1和图2中的电路结构和参数进行修改，可以得到相应的三端口导纳模型，对导纳模型进行求逆，得到三端口阻抗模型。
阻抗模型和导纳模型本质上是一种模型，交直流多端口电力设备的三端口阻抗模型可以通过对其三端口导纳模型求逆得到。
更一般地，根据电路原理的知识，对于多端口网络或多端口电路，其端口特性可以由阻抗参数(R参数)、导纳参数(G参数)、传输参数(T参数)、混合参数(H参数)四者中的任一者表示。四者的本质其实都是求解特定输入输出下的传递函数矩阵，因此本发明实施例中提出的三端口导纳模型，理论上也可以等效转化为三端口阻抗模型，三端口传输参数模型等。它们的矩阵元素只是因输入输出的选择不同而发生了量值上或表达式上的变化，本质还是一样的。
本发明的三端口网络模型是在序坐标系下建立，其端口的电压电流经过简单的abc-dq坐标变换即可变换到dq坐标或其他坐标下。
与一维的直流导纳模型和二维的交流导纳模型，本申请的三端口导纳模型是一个三维模型，相当于同时对直流侧和交流侧导纳进行建模，并将直流侧的一端口的动态和交流侧另外两个端口的动态同时反应在同一个导纳模型表达式中，同时考虑交直流耦合和变流器的频率耦合效应。可以更直观地反应直流侧网络控制或电路参数变化时，对交流侧的影响及对整个变流器导纳的影响。
本发明实施例的模型同时考虑了外环和内环全阶控制，考虑了内外环小信号动态，并计及了交直流网络的耦合以及变流器自身的频率耦合效应，在导纳模型用于系统的振荡稳定性分析时的精确度大大提高，普适性和应用范围大大增强。
同时，本发明简化了建模过程。尤其是当直流侧网络电路拓扑结构十分复杂时，三端口导纳模型无需对直流侧直接建模，而是只关注变流器直流侧的电压电流端口特性。交流和直流侧网络的导纳模型可以通过测量得到，然后直接用于稳定性分析。而传统的研究虽然可以测量交流侧网络导纳模型用于稳定性分析，但是对直流侧网络的拓扑很复杂的情况，直接建模的难度是非常大的，因此本模型在直流网络结构很复杂时建模效率很高。
根据本发明实施例提出的交直流多端口电力设备的导纳模型的生成方法，通过获取变流器参数和电网参数、获取变流器的控制器参数，在并网系统运行时获取电网稳态电气值；基于外环和内环全阶控制及内外环小信号动态，计及交直流网络的耦合和变流器自身的频率耦合效应，对直流侧和交流侧建模，将直流侧的一端口动态和交流侧的两端口动态反映在同一导纳模型中，以建立三端口三维导纳模型；根据设定的初始频率，将变流器参数和电网参数、变流器的控制器参数和电网稳态电气值代入三端口三维导纳模型，得到初始频率下变流器并网系统三端口导纳值，将初始频率按线性步长递增至频率阈值分别求解变流器并网系统三端口导纳值，生成频带内的变流器三端口导纳模型。由此，三端口导纳模型是一个三维模型，同时考虑交直流耦合和变流器的频率耦合效应；直观地反应直流侧网络控制或电路参数变化时，对交流侧的影响及对整个变流器导纳的影响；考虑了外环和内环全阶控制，考虑了内外环小信号动态，并计及了交直流网络的耦合以及变流器自身的频率耦合效应，用于系统的振荡稳定性分析时的精确度大大提高，普适性和应用范围大大增强；当直流侧网络电路拓扑结构十分复杂时，三端口导纳模型无需对直流侧直接建模，而是只关注变流器直流侧的电压电流端口特性。
其次参照附图描述根据本发明实施例提出的交直流多端口电力设备的导纳模型的生成装置。
图5位根据本发明一个实施例的交直流多端口电力设备的导纳模型的生成装置结构示意图。
如图5所示，该交直流多端口电力设备的导纳模型的生成装置包括：获取模块501、建模模块502和生成模块503。
其中，获取模块501，用于获取变流器参数和电网参数，获取变流器的控制器参数，在并网系统运行时获取电网稳态电气值。
建模模块502，用于基于外环和内环全阶控制及内外环小信号动态，计及交直流网络的耦合和变流器自身的频率耦合效应，对直流侧和交流侧建模，将直流侧的一端口动态和交流侧的两端口动态反映在同一导纳模型中，以建立三端口三维导纳模型。
生成模块503，用于根据设定的初始频率，将变流器参数和电网参数、变流器的控制器参数和电网稳态电气值代入三端口三维导纳模型，得到初始频率下变流器并网系统三端口导纳值，将初始频率按线性步长递增至频率阈值分别求解变流器并网系统三端口导纳值，生成频带内的变流器三端口导纳模型。
需要说明的是，前述对方法实施例的解释说明也适用于该实施例的装置，此处不再赘述。
根据本发明实施例提出的交直流多端口电力设备的导纳模型的生成装置，通过获取变流器参数和电网参数、获取变流器的控制器参数，在并网系统运行时获取电网稳态电气值；基于外环和内环全阶控制及内外环小信号动态，计及交直流网络的耦合和变流器自身的频率耦合效应，对直流侧和交流侧建模，将直流侧的一端口动态和交流侧的两端口动态反映在同一导纳模型中，以建立三端口三维导纳模型；根据设定的初始频率，将变流器参数和电网参数、变流器的控制器参数和电网稳态电气值代入三端口三维导纳模型，得到初始频率下变流器并网系统三端口导纳值，将初始频率按线性步长递增至频率阈值分别求解变流器并网系统三端口导纳值，生成频带内的变流器三端口导纳模型。由此，三端口导纳模型是一个三维模型，同时考虑交直流耦合和变流器的频率耦合效应；直观地反应直流侧网络控制或电路参数变化时，对交流侧的影响及对整个变流器导纳的影响；考虑了外环和内环全阶控制，考虑了内外环小信号动态，并计及了交直流网络的耦合以及变流器自身的频率耦合效应，用于系统的振荡稳定性分析时的精确度大大提高，普适性和应用范围大大增强；当直流侧网络电路拓扑结构十分复杂时，三端口导纳模型无需对直流侧直接建模，而是只关注变流器直流侧的电压电流端口特性，因此本模型在直流网络结构很复杂时适用性强，建模效率高。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种交直流多端口电力设备的导纳模型的生成方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取变流器参数和电网参数、获取变流器的控制器参数，在并网系统运行时获取电网稳态电气值；
基于外环和内环全阶控制及内外环小信号动态，计及交直流网络的耦合和变流器自身的频率耦合效应，对直流侧和交流侧建模，将直流侧的一端口动态和交流侧的两端口动态反映在同一导纳模型中，以建立三端口三维导纳模型；
根据设定的初始频率，将所述变流器参数和电网参数、所述变流器的控制器参数和所述电网稳态电气值代入所述三端口三维导纳模型，得到所述初始频率下变流器并网系统三端口导纳值，将所述初始频率按线性步长递增至频率阈值分别求解不同频率下变流器并网系统三端口导纳值，生成频带内的变流器三端口导纳模型。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述变流器参数包括：包括变流器电阻、变流器电感、电网电阻和电网电感。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述变流器的控制器参数包括：直流电压参考值，d轴和q轴的PI参考电流控制器参数，PLL的闭环传递函数。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电网稳态电气值包括：并网变流器端口的工频基波电压、电流和稳态占空比，控制器电流控制中d、q轴电流稳态值Id0和Iq0，以及两者的夹角。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述三端口三维导纳模型为：
Figure FDA0002855620880000011
其中，Δip(s+jω1)和Δin(s-jω1)为交流侧电流扰动的两个分量，Δvp(s+jω1)和Δvn(s-jω1)为交流侧电压扰动的两个分量，Δidc(s)为直流侧电流扰动，Δvdc(s)为直流侧电压扰动，矩阵Yvsc dcQ的非对角元素Ypn和Ynp反映的是交流侧变量的频率耦合，非对角元素Yps，Ysp，Yns，Ysn反映的是变流器交直流端口动态之间的耦合效应。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述三端口三维导纳模型为：
Figure FDA0002855620880000021
其中，ipns＝[Δip(s+jω1),Δin(s-jω1),Δidc(s)]为序坐标下端口小信号扰动电流变量列向量，vpns＝[Δvp(s+jω1),Δvn(s-jω1),Δvdc(s)]为序坐标下端口小信号扰动电压变量列向量，K0，K1，K2，K3，K4，K5为常数矩阵，Zcon为变流器电路参数矩阵，Gdel为PWM延时控制矩阵，Gdei为内环电流控制解耦矩阵，Gci为内环电流PI控制矩阵，GdcQ为外环电压和功率控制矩阵，GQ1为第一外环无功功率计算矩阵，GQ2为第二外环无功功率计算矩阵，GPLL i为PLL对电流变量影响矩阵，GPLL v为PLL对电压变量影响矩阵，GPLL m为PLL对占空比变量影响矩阵。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，对所述三端口三维导纳模型进行求逆，得到三端口三维阻抗矩阵模型，所述三端口三维阻抗矩阵模型为：
Figure FDA0002855620880000022
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述三端口三维导纳模型中的参数进行坐标变换，得到不同坐标系下的三端口三维导纳模型。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，将所述三端口三维导纳模型中的外环控制器传递函数设为零，得到只包括内环控制的三端口三维导纳模型。
10.一种交直流多端口电力设备的导纳模型的生成装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取变流器参数和电网参数，获取变流器的控制器参数，在并网系统运行时获取电网稳态电气值；
建模模块，用于基于外环和内环全阶控制及内外环小信号动态，计及交直流网络的耦合和变流器自身的频率耦合效应，对直流侧和交流侧建模，将直流侧的一端口动态和交流侧的两端口动态反映在同一导纳模型中，以建立三端口三维导纳模型；
生成模块，用于根据设定的初始频率，将所述变流器参数和电网参数、所述变流器的控制器参数和所述电网稳态电气值代入所述三端口三维导纳模型，得到所述初始频率下变流器并网系统三端口导纳值，将所述初始频率按线性步长递增至频率阈值分别求解不同频率下变流器并网系统三端口导纳值，生成频带内的变流器三端口导纳模型。
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