CN113363960B - 一种针对单相逆变器的虚拟阻抗构建方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种针对单相逆变器的虚拟阻抗构建方法的方法，属于变换器稳定性技术领域。本发明方法如图1所示，包括：针对实际构建一套虚拟的镜像单相逆变器，使得实际单相逆变器和镜像单相逆变器构成的系统具有恒功率的稳定工作点；建立实际单相逆变器与镜像单相逆变器构成系统的主电路状态空间模型；推导系统的恒功率稳态工作点，对其进行线性化，建立其小信号数学模型，从而推导得到控制器系统的dq轴传递函数；依据需要引入的虚拟阻抗频率特性，利用控制信号流图和梅森公式，反演得到系统d轴或q轴需要加入的输入阻抗调节器传递函数；根据整体的性能指标对调节器参数进行优化。本发明有助于提升配电网稳定性防御的自动化水平，具有较大的工程应用价值和推广前景。

Description

一种针对单相逆变器的虚拟阻抗构建方法
技术领域
本发明涉及变换器稳定性领域，具体是一种针对单相逆变器的虚拟阻抗构建方法。
背景技术
随着光伏、风能等新能源的利用越来越多，以及汽车、照明等直流负载的日益增多，直流配电网的负载愈发复杂。尽管系统中每个变换器在单独设计和检测时是稳定的，但它们实际组成直流配电系统运行时，却会因为不同变换器之间的不匹配而诱发整个系统的振荡乃至失稳。这种不稳定往往是由于负载变换器输入负阻特性导致与源系统频率特性产生交截导致的，但是，负载变换器的负阻特性是由于变换器自身的高传输效率的设计要求带来的，不能大范围的改变其负阻频率特性。因此可以采用虚拟阻抗的形式，改变其部分频率范围内的阻抗特性。而目前由于单相逆变器不存在稳态工作点，导致针对单相逆变器的小信号阻抗模型不成熟，因此针对单项逆变器的输入阻抗调节技术研究比较少。
中国发明专利申请201610330309.6公开了一种基于虚拟复阻抗的单相逆变器并联控制方法，所述虚拟复阻抗由虚拟负电感和虚拟正电阻所组成。逆变器输出通过LC滤波器滤除高频毛刺，再由线路连接到输出交流母线。由于滤波电感的存在，逆变器输出阻抗主要呈感性，加入所述虚拟复阻抗后能够使逆变器等效输出阻抗呈阻性。该技术方案主要是针对单相逆变器的控制方法，通过虚拟负电感和虚拟正电阻调节控制，比较复杂。
发明内容
一种针对单相逆变器的虚拟阻抗构建方法，包括如下步骤：
构建一套虚拟的镜像单相逆变器，使得实际单相逆变器和镜像单相逆变器构成的系统具有恒功率的稳定工作点；
建立实际单相逆变器与镜像单相逆变器构成系统的主电路状态空间模型；
推导系统的恒功率稳态工作点，对其进行线性化，建立其小信号数学模型，从而推导得到控制器系统的dq轴传递函数；
依据需要引入的虚拟阻抗频率特性，利用控制信号流图和梅森公式，将引入的虚拟阻抗反演得到系统d轴或q轴需要加入的输入阻抗调节器传递函数；
根据整体的性能指标对调节器参数进行优化。
可选的，虚拟的镜像单相逆变器与实际的单相逆变器一样，唯一不同是其瞬时功率函数始终与实际单相逆变器滞后或超前180°。
可选的，系统状态空间模型同时包括滤波器等连续系统和开关器件等非连续系统。
附图说明
图1为实施例的针对单相逆变器的虚拟阻抗构建方法示意图；
图2为实施例的针对单相逆变器的虚拟阻抗的阻抗调节器构建方法示意图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
下面结合实施例对本发明进行进一步说明：
本发明方法，如图1和图2所示，包括：
S1.构建虚拟镜像单相逆变器，其其余参数与实际单相逆变器相同，以此镜像逆变器与原实际单相逆变器构成的系统具有恒功率稳态工作点。
S2.建立实际单相逆变器与镜像单相逆变器构成系统的主电路状态空间模型
S3.在dq坐标系下推导所构建系统的恒功率稳态工作点，对其进行线性化，建立其小信号模型，并在此模型中引入系统的控制器传递函数。
S4.在d轴和q轴引入所选虚拟阻抗频率特性
S5.通过控制信号流图和梅森公式，将引入的虚拟阻抗反演出系统的d轴和q轴的输入阻抗调节器传递函数Gd_Vir(s)和Gq_Vir(s)
S6.根据实际性能需求和单相逆变器的自身性能指标，最终选择采用d轴还是q轴输入阻抗调节器，并对参数进行优化。
本发明提出了针对单相逆变器的稳定性解决方案，极大的节约人力，有助于提高直流配电网运行稳定性，具有较大的工程应用价值和推广前景。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本申请实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (3)

1.一种针对单相逆变器的虚拟阻抗构建方法，其特征在于，包括如下步骤：
构建一套虚拟的镜像单相逆变器，使得实际单相逆变器和镜像单相逆变器构成的系统具有恒功率的稳定工作点；
建立实际单相逆变器与镜像单相逆变器构成系统的主电路状态空间模型；
推导系统的恒功率稳态工作点，对其进行线性化，建立其小信号数学模型，从而推导得到控制器系统的dq轴传递函数；
依据需要引入的虚拟阻抗频率特性，利用控制信号流图和梅森公式，将引入的虚拟阻抗反演得到系统d轴或q轴需要加入的输入阻抗调节器传递函数；
根据整体的性能指标对调节器参数进行优化。
2.根据权利要求1所述的针对单相逆变器的虚拟阻抗构建方法，其特征在于：所述虚拟的镜像单相逆变器与实际的单相逆变器的不同是其瞬时功率函数始终与实际单相逆变器滞后或超前180°。
3.根据权利要求1所述的针对单相逆变器的虚拟阻抗构建方法，其特征在于：所述系统状态空间模型同时包括连续系统和非连续系统。
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