CN114069720B - 一种基于小扰动稳定性分析的锁相环参数整定方法及装置 - Google Patents
一种基于小扰动稳定性分析的锁相环参数整定方法及装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开一种基于小扰动稳定性分析的锁相环参数整定方法及装置。其中，整定方法的大体步骤为：确定锁相环的输出相角与电网电压相角的差值和包含该差值的动态非线性方程式；确定状态变量方程式和状态变量方程式中的状态变量在系统平衡点处的数值；对动态非线性方程式进行线性化处理得到线性方程式；将线性方程式与阻尼振动方程式比较得到阻尼函数方程式；当阻尼参数为预设数值时，计算换流器动态模型的锁相环参数。本发明能够让换流器在受到暂时性扰动而偏离同步运行平衡点后，尽快恢复到原有平衡点，而不发生同步失稳。由于充分考虑电网阻抗对锁相环动态行为的影响，本发明可以精确反映与弱电网相连的换流器中的锁相环系统的动态过程。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统换流器控制技术领域，具体涉及一种基于小扰动稳定性分析的锁相环参数整定方法及装置。
背景技术
我国新能源发电资源与用电市场具有逆向分布的特征，新能源资源较为丰富的地区大多位于电网末端，受环境保护等影响很难大规模建设采用同步发电机的火力发电厂，因此，当地电网结构通常较为薄弱。近年来，在这些系统强度较弱的地区，大量的风机、光伏机组接入电网，使得可再生能源发电机组在弱交流电网下运行成为常见的运行场景。在该场景下，风电、光伏机组中的电力电子换流器容易与电网失去同步，从而不能正常发挥作用甚至脱网，进而威胁到电网安全稳定运行。因此，有必要对换流器控制技术作进一步研究，以提升弱电网下换流器的同步稳定性。
相关技术中，通常基于换流器锁相环自身的线性化模型对锁相环参数进行整定，并未考虑弱电网对锁相环动态行为的影响，导致无法准确反映与弱电网相连的换流器中的锁相环系统的动态过程，进而造成换流器锁相环因受到小扰动可能无法稳定运行，进而造成换流器同步失稳。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的完全忽略弱电网对锁相环动态行为的影响，导致无法准确反映锁相环动态过程，进而造成换流器因受到小扰动无法保持同步稳定的问题，从而提供一种基于小扰动稳定性分析的换流器锁相环参数整定方法。
根据第一方面，本发明实施例提供一种基于小扰动稳定性分析的换流器锁相环参数整定方法，包括如下步骤：
基于换流器动态模型，计算锁相环的输出相角与电网电压相角的差值和包含所述差值的动态非线性方程式；
根据所述动态非线性方程式，确定状态变量方程式和所述状态变量方程式中的状态变量在系统平衡点处的数值；
根据所述状态变量在系统平衡点处的数值，对所述动态非线性方程式进行线性化处理得到线性方程式；
将所述线性方程式与阻尼振动方程式比较得到阻尼函数方程式；
根据所述阻尼函数方程式，当阻尼参数为预设数值时，计算所述换流器动态模型中的锁相环参数。
在一种实施方式中，所述计算锁相环的输出相角与电网电压相角的差值和包含所述差值的动态非线性方程式通过如下公式执行：
vPCCq＝Vgsin(θg-θPLL)+Lg·ICM·ωPLL；
其中，δ为锁相环的输出相角与电网电压相角的差值，θPLL为锁相环输出相角，θg为电网电压相对于参考坐标系的相角，KpPLL为锁相环中第一PI控制器参数，KiPLL为锁相环中第二PI控制器参数，VPCCq为并网点电压的q轴分量，ωg为电网正常角频率，Vg为电网电压幅值，ICM为换流器输出电流幅值，Lg为电网电感，cosδ为锁相环的输出相角与电网电压相角的差值的余弦值，sinδ为锁相环的输出相角与电网电压相角的差值δ的正弦值。
在一种实施方式中，根据所述动态非线性方程式，确定状态变量方程式和所述状态变量方程式中的状态变量在系统平衡点处的数值通过如下公式执行：
其中，取状态变量x1＝δ，x2＝δ′，由系统平衡点的性质，当δ′＝0，δ″＝0时的(x1,x2)，视为系统平衡点，(x1e,x2e)为状态变量(x1,x2)在平衡点处的值。
在一种实施方式中，根据所述状态变量在系统平衡点处的数值，对所述动态非线性方程式进行线性化处理得到线性方程式包括：
基于李雅普诺夫线性化算法，对状态变量在系统平衡点处的数值附近的动态行为进行线性化处理得到雅可比矩阵；
根据所述雅可比矩阵、所述状态变量方程式和所述动态非线性方程式，确定所述线性方程式。
在一种实施方式中，所述线性方程式与阻尼振动方程式比较得到阻尼函数方程式通过如下公式执行：
其中，δ为锁相环的输出相角与电网电压相角的差值，KpPLL为锁相环中第一PI控制器参数，KiPLL为锁相环中第二PI控制器参数，Vg为电网电压幅值，Lg为电网电感,cosx1e为x1e的余弦值，ICM为换流器输出电流幅值，ζ为阻尼参数。
在一种实施方式中，根据所述阻尼函数方程式，当阻尼参数为预设数值时，计算所述换流器动态模型的锁相环参数通过如下方式执行：
其中，1为所述预设数值，KpPLL为锁相环中第一PI控制器参数，KiPLL为锁相环中第二PI控制器参数，cosx1e为x1e的余弦值，Vg为电网电压幅值，ICM为换流器输出电流幅值，Lg为电网电感。
在一种实施方式中，所述换流器动态模型通过如下步骤创建：
受控电流源、锁相环、电网阻抗、交流电源构成的系统电路，其中，所述受控电流源等效所述换流器；
根据所述锁相环和所述受控电流源，创建所述换流器动态模型。
根据第二方面，本发明实施例还提供一种基于小扰动稳定性分析的换流器锁相环参数的整定装置，包括如下模块：
第一计算模块，用于基于换流器动态模型，计算锁相环的输出相角与电网电压相角的差值和包含所述差值的动态非线性方程式；
确定模块，用于根据所述动态非线性方程式，确定状态变量方程式和所述状态变量方程式中的状态变量在系统平衡点处的数值；
处理模块，用于据所述状态变量在系统平衡点处的数值，对所述动态非线性方程式进行线性化处理得到线性方程式；
比较模块，用于将所述线性方程式与阻尼振动方程式比较得到阻尼函数方程式；
第二计算模块，用于根据所述阻尼函数方程式，当阻尼参数为预设数值时，计算所述换流器动态模型的锁相环参数。
根据第三方面，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行第一方面或第一方面任一实施方式中所述的基于小扰动稳定性分析的换流器锁相环参数整定方法。
根据第四方面，本发明实施例还提供一种电子设备，存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行第一方面或第一方面任一实施方式中所述的基于小扰动稳定性分析的换流器锁相环参数整定方法。
本发明技术方案，具有如下优点：
本发明提供一种基于小扰动稳定性分析的锁相环参数整定方法及装置，其中方法，基于换流器动态模型，分别确定锁相环的输出相角与电网电压相角的差值和包含差值的动态非线性方程式；确定状态变量方程式和状态变量方程式中的状态变量在系统平衡点处的数值；对动态非线性方程式进行线性化处理得到线性方程式；将线性方程式与阻尼振动方程式比较得到阻尼函数方程式；以及当阻尼参数为预设数值时，计算换流器动态模型的锁相环参数。本发明可以解决换流器的小扰动同步失稳问题，同时让换流器在受到暂时性扰动而偏离同步运行平衡点后，能够尽快恢复到原有平衡点，且不发生振荡，由于充分考虑电网阻抗对换流器锁相环的动态行为影响，本发明可以精确反映与弱电网相连的换流器中的锁相环系统的动态过程。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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。
图1为本发明实施例中基于小扰动稳定性分析的换流器锁相环参数整定方法的一流程图；
图2为本发明实施例中系统模拟电路图；
图3为本发明实施例中模拟锁相环等效的控制电路图；
图4为本发明实施例中基于小扰动稳定性分析的换流器锁相环参数整定方法的另一流程图；
图5为本发明实施例中基于小扰动稳定性分析的换流器锁相环参数整定装置的结构框图；
图6为本发明实施例中电子设备的示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
在新能源输电系统中，对于系统强度较弱的地区，大量的风机、光伏机组接入电网，使得可再生能源发电机组在弱交流电网下运行成为常见的运行场景。在该场景下，风电、光伏机组中的电力电子换流器容易与电网失去同步，从而不能正常发挥作用甚至脱网，进而威胁到电网安全稳定运行。因此，在该场景下，相关技术中，通常基于换流器锁相环自身的线性化模型对换流器锁相环参数进行整定，但该方式完全忽略系统强度对锁相环的动态行为的影响，导致无法准确反映与弱电网相连的换流器中的锁相环动态过程，进而造成换流器锁相环因受到扰动而无法稳定运行。
有鉴于此，本发明实施例一种基于小扰动稳定性分析的换流器锁相环参数整定方法，应用在与弱电网相连的换流器中的锁相环系统中，如图1所示，包括如下步骤：
步骤S11：基于换流器动态模型，计算锁相环的输出相角与电网电压相角的差值和包含差值的动态非线性方程式。
在一种实施方式中，本发明实施例中的换流器动态模型通过如下步骤创建：
第一步：受控电流源、锁相环、电网阻抗、交流电源构成的系统电路，其中，受控电流源等效换流器。
如图2所示，该系统电路为三相并网PWM换流器系统单线图，在图2中，换流器由受控电流源等效；Zg代表电网阻抗；ICM代表换流器内部电流指令幅值；θg为电网电压相对于参考坐标系的相角；Vg即为电网电压幅值；θIC为换流器输出电流相对于参考坐标系的相角，且有θIC＝θI+θPLL(θPLL为锁相环输出相角，θI为换流器电流相角与θPLL相位角之差)。对于新能源机组中的换流器，一般按单位功率因数运行，即cosI＝1,此时θI＝0。
在图2中，可以认为基于“单换流器-无穷大弱系统”的场景进行小扰动同步稳定性分析。使用“单换流器-无穷大弱系统”可以模拟弱电网系统；采用“无穷大系统”是为了保证电网幅值、频率稳定。
在该场景下，换流器用受控电流源模拟，电力系统假定为无穷大系统。考虑到输电线路中电抗分量远大于电阻分量，故分析过程中输电线路用电抗模拟。
第二步：搭建锁相环系统模型。
如图3所示，在该控制电路中，VPCC为并网点电压；VPCCd与VPCCq分别为并网点电压的d轴与q轴分量；KpPLL与KiPLL分别为锁相环系统中的PI控制器参数；ωg为电网正常角频率。
第三步：基于锁相环和受控电流源，创建换流器动态模型。
对图2和图3进行具体分析时，可认为图2和图3构成了换流器动态模型。在图1以及图2中，可以得到如下公式(1)-(6)：
在一种实施方式中，上述步骤S11中，计算锁相环的输出相角与电网电压相角的差值和包含差值的动态非线性方程式中，计算锁相环的输出相角与电网电压相角的差值和包含差值的动态非线性方程式通过如下公式执行：
该公式(3)是通过公式(1)与公式(2)相减得到的差值，即锁相环输出相角与电网电压的相角之差δ。
该公式(4)是对上述公式(3)两边求取二阶导数获得。
在图2中，若假定电网电压幅值为Vg、电网频率为ωg、换流器输出电流幅值为ICM不变，并将VPCCq的表达式(即上述公式5)代入，可得上述公式(6)，且该公式(6)为包含差值的动态非线性方程式。因非线性成分存在，可以采用局部稳定性分析理论处理非线性成分。
在上述公式(1)-(6)中，δ为锁相环的输出相角与电网电压相角的差值，θPLL为锁相环输出相角，θg为电网电压相对于参考坐标系的相角，KpPLL为锁相环中第一PI控制器参数，KiPLL为锁相环中第二PI控制器参数，VPCCq为并网点电压的q轴分量，ωg为电网正常角频率，Vg为电网电压幅值，ICM为换流器输出电流幅值，Lg为电网电感，cosδ为锁相环的输出相角与电网电压相角的差值的余弦值，sinδ为锁相环的输出相角与电网电压相角的差值的正弦值。
步骤S12：根据动态非线性方程式，确定状态变量方程式和状态变量方程式中的状态变量在系统平衡点处的数值。
此处，基于局部稳定性分析理论，主要用于分析“当非线性系统偏离平衡点不远时，该系统是否能回到原平衡点”的问题。
在一种实施方式中，上述步骤S12根据动态非线性方程式，确定状态变量方程式和状态变量方程式中的状态变量在系统平衡点处的数值通过如下公式(7)-(8)执行：
其中，取状态变量x1＝δ，x2＝δ′，由系统平衡点的性质，当δ′＝0，δ″＝0时的(x1,x2)，视为系统平衡点，(x1e,x2e)为状态变量(x1,x2)在平衡点处的值。上述公式(7)是基于局部稳定性分析理论，首先列写锁相环输出相角与电网相角之差的动态非线性方程式(即上述公式6)，将其改为状态变量方程式(即上述公式7)。在上述公式(7)中，列写平衡点坐标的依据是，将锁相环输出相角与电网相角之差δ、锁相环输出相角与电网相角之差δ的一阶导数作为状态变量。cosx1与cosx2为状态变量x1、x2的余弦值。
步骤S13：根据状态变量在系统平衡点处的数值，对动态非线性方程式进行线性化处理得到线性方程式。
上述中的局部稳定性分析理论，主要采用李雅普诺夫线性化方法，即将非线性系统的动态行为在平衡点附近进行泰勒展开，并忽略高阶微分项，进而实现将非线性系统的动态行为线性化，并基于线性化后的模型进行稳定性分析。在本发明实施例中采用局部稳定性分析理论作为小扰动同步稳定性分析的理论工具。其中，同步稳定性分析主要考察换流器锁相环的输出相角与电网电压相角的差值δ随时间的变化情况。并利用局部稳定性分析理论，列写包含差值的动态非线性方程式，并在平衡点附近对包含差值的动态非线性方程式进行线性化。经推导可以将基于线性化后的包含差值的动态非线性方程式变换为二阶线性微分方程。具体如下阐述：
在一种实施方式中，如图4所示，上述步骤S13中根据状态变量在系统平衡点处的数值，对动态非线性方程式进行线性化处理得到线性方程式包括：
步骤S131：基于李雅普诺夫线性化算法，对状态变量在系统平衡点处的数值附近的动态行为进行线性化处理得到雅可比矩阵。
根据局部稳定性分析理论，在系统平衡点(x1e,x2e)附近的动态行为做线性化处理(即对其进行泰勒展开，并略去高阶微分项)，可得到该系统的雅可比矩阵A如下公式(9)：
将上述(x1e,x2e)代入矩阵A，则可进一步得到如下公式(10)：
步骤S132：根据雅可比矩阵、状态变量方程式和动态非线性方程式，确定线性方程式。
将上述雅可比矩阵，即上述公式(10)代入上述状态变量方程式，即上述公式(7)，进行线性化后得到如下公式(11)。
由上述公式(11)，列写公式(11)中矩阵第二行，可得到如下公式(12)。将状态变量带入，即可由下述公式(12)得到下述公式(13)：
其中，cosx1e为状态变量x1e的余弦值。
步骤S14：将线性方程式与阻尼振动方程式比较得到阻尼函数方程式。
线性化后的方程为二阶常系数微分方程。即上述公式(13)在形式上可以与二阶阻尼振动方程进行类比，并得到阻尼比表达式，进而可根据临界阻尼值获得锁相环参数，进而实现对锁相环参数的整定。
在一种实施方式中，上述步骤S14将线性方程式与阻尼振动方程式比较得到阻尼函数方程式通过如下公式(14)-(17)执行：
线性方程式为上述公式(13)，
其中，公式(15)还通过如下公式(16)-(17)进一步推导而成。
其中，对于上述公式(14)-(17)而言，δ为锁相环的输出相角与电网电压相角的差值，KpPLL为锁相环中第一PI控制器参数，KiPLL为锁相环中第二PI控制器参数，Vg为电网电压幅值，Lg为电网电感,cosx1e为状态变量x1e的余弦值，ICM为换流器输出电流幅值，ζ为阻尼参数。
步骤S15：根据阻尼函数方程式，当阻尼参数为预设数值时，计算换流器动态模型的锁相环参数。
此处的预设数值为1，根据力学理论，当ζ＝1时，系统处于临界阻尼，若锁相环参数根据ζ＝1确定，锁相环的输出相角与电网电压相角的差值δ在受到小扰动后，既可以避免失稳，又能以最快的速度恢复至原有平衡点，且不发生振荡。
在一种实施方式中，上述步骤S15根据阻尼函数方程式，当阻尼参数为预设数值时，计算换流器动态模型的锁相环参数通过如下公式(18)-(19)执行：
经进一步整理可获得如下公式(19)：
其中，在公式(18)与(19)中，1为预设数值，KpPLL为锁相环中第一PI控制器参数，KiPLL为锁相环中第二PI控制器参数，cosx1e为状态变量x1e的余弦值，Vg为电网电压幅值，ICM为换流器输出电流幅值，Lg为电网电感。
本发明实施例中基于小扰动稳定性分析的换流器锁相环参数整定方法，基于换流器动态模型，先后确定锁相环的输出相角与电网电压相角的差值和包含差值的动态非线性方程式；确定状态变量方程式和状态变量方程式中的状态变量在系统平衡点处的数值；对动态非线性方程式进行线性化处理得到线性方程式；将线性方程式与阻尼振动方程式比较得到阻尼函数方程式；以及当阻尼参数为预设数值时，计算换流器动态模型的锁相环参数。可以解决换流器的小扰动同步失稳问题，即让换流器在受到暂时性扰动而偏离同步运行平衡点后，能够尽快恢复到原有平衡点，且不发生振荡。由于充分考虑电网阻抗对锁相环动态环节的影响，本发明可以精确反映与弱电网相连的换流器中的锁相环系统的动态过程。
基于相同构思，本发明实施例还提供一种基于小扰动稳定性分析的换流器锁相环参数整定装置，如图5所示，包括如下模块：
第一计算模块51，用于基于换流器动态模型，计算锁相环的输出相角与电网电压相角的差值和包含差值的动态非线性方程式。
确定模块52，用于根据动态非线性方程式，确定状态变量方程式和状态变量方程式中的状态变量在系统平衡点处的数值。
处理模块53，用于根据状态变量在系统平衡点处的数值，对动态非线性方程式进行线性化处理得到线性方程式。
比较模块54，用于将线性方程式与阻尼振动方程式比较得到阻尼函数方程式；
第二计算模块55，用于根据阻尼函数方程式，当阻尼参数为预设数值时，计算换流器动态模型的锁相环参数。
在一种实施方式中，第一计算模块51计算锁相环的输出相角与电网电压相角的差值和包含差值的动态非线性方程式通过上述公式(1)-(6)执行。
在一种实施方式中，确定模块52根据动态非线性方程式，确定状态变量方程式和状态变量方程式中的状态变量在系统平衡点处的数值通过上述公式(7)-(8)执行。
在一种实施方式中，处理模块53包括：
线性化处理子模块，用于基于李雅普诺夫线性化算法，对状态变量在系统平衡点处的数值附近的动态行为进行线性化处理得到雅可比矩阵；
线性化确定子模块，用于根据雅可比矩阵、状态变量方程式和动态非线性方程式，确定线性方程式。
在一种实施方式中，比较模块54将线性方程式与阻尼振动方程式比较得到阻尼函数方程式通过上述公式(13)-(15)执行。
在一种实施方式中，第二计算模块55根据阻尼函数方程式，当阻尼参数为预设数值时，计算换流器动态模型的锁相环参数通过上述公式(18)执行。
在一种实施方式中，第一计算模块51通过如下模块创建换流器动态模型：
系统模拟子模块，用于由受控电流源、锁相环、电网阻抗、交流电源构成的系统电路，其中，受控电流源等效换流器；
创建子模块，用于锁相环和所述受控电流源，创建换流器动态模型。
本发明实施例中基于小扰动稳定性分析的换流器锁相环参数整定装置，基于换流器动态模型，先后确定锁相环的输出相角与电网电压相角的差值和包含差值的动态非线性方程式；确定状态变量方程式和状态变量方程式中的状态变量在系统平衡点处的数值；对动态非线性方程式进行线性化处理得到线性方程式；将线性方程式与阻尼振动方程式比较得到阻尼函数方程式；以及当阻尼参数为预设数值时，计算换流器动态模型的锁相环参数。本发明可以解决换流器的小扰动同步失稳问题，即让换流器锁相环在受到暂时性扰动而偏离同步运行平衡点后，能够尽快恢复到原有平衡点，且不发生振荡。由于充分考虑电网阻抗对锁相环的动态行为的影响，本发明可以精确反映与弱电网相连的换流器中的锁相环在受到小扰动之后的动态过程。
基于相同构思，本发明实施例还提供了一种电子设备，如图6所示，该电子设备可以包括处理器61、存储器62，其中处理器61、存储器62可以通过总线或者其他方式连接，图6中以通过总线连接为例。
处理器61可以为中央处理器(Central Processing Unit，CPU)。处理器61还可以为其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等芯片，或者上述各类芯片的组合。
存储器62作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块。处理器61通过运行存储在存储器62中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行处理器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例中的基于小扰动稳定性分析的换流器锁相环参数的整定方法。
存储器62可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储处理器61所创建的数据等。此外，存储器62可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中，存储器62可选包括相对于处理器61远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理器61。上述网络的实例包括但不限于电网、互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
所述一个或者多个模块存储在所述存储器62中，当被所述处理器61执行时，执行如附图所示实施例中的基于小扰动稳定性分析的换流器锁相环参数整定方法。
上述电子设备具体细节可以对应参阅附图所示的实施例中对应的相关描述和效果进行理解，此处不再赘述。
本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)、随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)、快闪存储器(Flash Memory)、硬盘(Hard Disk Drive，缩写：HDD)或固态硬盘(Solid-State Drive，SSD)等；所述存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种基于小扰动稳定性分析的换流器锁相环参数整定方法，其特征在于，包括如下步骤：
基于换流器动态模型，计算锁相环的输出相角与电网电压相角的差值和包含所述差值的动态非线性方程式；
根据所述动态非线性方程式，确定状态变量方程式和所述状态变量方程式中的状态变量在系统平衡点处的数值；
根据所述状态变量在系统平衡点处的数值，对所述动态非线性方程式进行线性化处理得到线性方程式；
将所述线性方程式与阻尼振动方程式比较得到阻尼函数方程式；
根据所述阻尼函数方程式，当阻尼参数为预设数值时，计算所述换流器动态模型的锁相环参数。
2.根据权利要求1所述的基于小扰动稳定性分析的换流器锁相环参数整定方法，其特征在于，所述计算锁相环的输出相角与电网电压相角的差值和包含所述差值的动态非线性方程式通过如下公式执行：
其中，δ为锁相环的输出相角与电网电压相角的差值，θPLL为锁相环输出相角，θg为电网电压相对于参考坐标系的相角，KpPLL为锁相环中第一PI控制器参数，KiPLL为锁相环中第二PI控制器参数，VPCCq为并网点电压的q轴分量，ωg为电网正常角频率，Vg为电网电压幅值，ICM为换流器输出电流幅值，Lg为电网电感，cosδ为锁相环的输出相角与电网电压相角的差值的余弦值，sinδ为锁相环的输出相角与电网电压相角的差值的正弦值。
3.根据权利要求1所述的基于小扰动稳定性分析的换流器锁相环参数整定方法，其特征在于，根据所述动态非线性方程式，确定状态变量方程式和所述状态变量方程式中的状态变量在系统平衡点处的数值通过如下公式执行：
其中，取状态变量x1＝δ，x2＝δ′，由系统平衡点的性质，当δ′＝0，δ″＝0时的(x1,x2)，视为系统平衡点，(x1e,x2e)为状态变量(x1,x2)在平衡点处的值；KpPLL为锁相环中第一PI控制器参数，KiPLL为锁相环中第二PI控制器参数，ωg为电网正常角频率，Vg为电网电压幅值，ICM为换流器输出电流幅值，Lg为电网电感。
4.根据权利要求1所述的基于小扰动稳定性分析的换流器锁相环参数整定方法，其特征在于，根据所述状态变量在系统平衡点处的数值，对所述动态非线性方程式进行线性化处理得到线性方程式包括：
基于李雅普诺夫线性化算法，对状态变量在系统平衡点处附近的动态行为进行线性化处理得到雅可比矩阵；
根据所述雅可比矩阵、所述状态变量方程式和所述动态非线性方程式，确定所述线性方程式。
5.根据权利要求1所述的基于小扰动稳定性分析的换流器锁相环参数整定方法，其特征在于，将所述线性方程式与阻尼振动方程式比较得到阻尼函数方程式通过如下公式执行：
其中，δ为锁相环的输出相角与电网电压相角的差值，KpPLL为锁相环中第一PI控制器参数，KiPLL为锁相环中第二PI控制器参数，Vg为电网电压幅值，Lg为电网电感,cosx1e为状态变量x1e的余弦值，ICM为换流器输出电流幅值，ζ为阻尼参数，ω0为固有角频率。
6.根据权利要求1所述的基于小扰动稳定性分析的换流器锁相环参数整定方法，其特征在于，根据所述阻尼函数方程式，当阻尼参数为预设数值时，计算所述换流器动态模型的锁相环参数通过如下方式执行：
其中，1为所述预设数值，KpPLL为锁相环中第一PI控制器参数，KiPLL为锁相环中第二PI控制器参数，cosx1e为状态变量x1e的余弦值，Vg为电网电压幅值，ICM为换流器输出电流幅值，Lg为电网电感。
7.根据权利要求1至6任一项所述的基于小扰动稳定性分析的换流器锁相环参数整定方法，其特征在于，所述换流器动态模型通过如下步骤创建：
受控电流源、锁相环、电网阻抗、交流电源构成的系统电路，其中，所述受控电流源等效所述换流器；
根据所述锁相环和所述受控电流源，创建所述换流器动态模型。
8.一种基于小扰动稳定性分析的换流器锁相环参数整定装置，其特征在于，包括如下模块：
第一计算模块，用于基于换流器动态模型，计算锁相环的输出相角与电网电压相角的差值和包含所述差值的动态非线性方程式；
确定模块，用于根据所述动态非线性方程式，确定状态变量方程式和所述状态变量方程式中的状态变量在系统平衡点处的数值；
处理模块，用于据所述状态变量在系统平衡点处的数值，对所述动态非线性方程式进行线性化处理得到线性方程式；
比较模块，用于将所述线性方程式与阻尼振动方程式比较得到阻尼函数方程式；
第二计算模块，用于根据所述阻尼函数方程式，当阻尼参数为预设数值时，计算所述换流器动态模型的锁相环参数。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行权利要求1至7中任一项所述的基于小扰动稳定性分析的换流器锁相环参数整定方法。
10.一种电子设备，其特征在于，存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行权利要求1至7任一项所述的基于小扰动稳定性分析的换流器锁相环参数整定方法。
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| CN109449958A (zh) * | 2018-11-29 | 2019-03-08 | 云南电网有限责任公司 | 一种双馈风机并网系统稳定性分析方法 |
| CN110224431A (zh) * | 2019-06-11 | 2019-09-10 | 重庆大学 | 并网逆变器系统中减小锁相环影响的控制方法 |
| CN113300704A (zh) * | 2021-06-01 | 2021-08-24 | 上海交通大学 | 一种复数滤波器锁相环的参数设计方法及系统 |
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2021
- 2021-11-25 CN CN202111415249.5A patent/CN114069720B/zh active Active
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| 考虑锁相环多单相光伏逆变器并联稳定性分析;张自强 等;《电气传动》;第51卷(第10期);第23-29+44页 * |
Also Published As
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