CN115498642A - 一种阻抗建模方法、稳定性分析方法及逆变器 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例涉及电力电子技术领域，公开了一种阻抗建模方法、稳定性分析方法及逆变器，首先在逆变器和电网之间的公共耦合点处注入电压扰动并采集该耦合点处的三相输出电压和三相输出电流，然后将三相的电压和电流转换为两相电压和电流并通过控制器调整，接着根据控制器的输出和电网的电压前馈方案，确定两相旋转系统坐标系下的电流小信号矢量，最后根据控制器的输出和电流小信号矢量，确定两相旋转系统坐标系下逆变器的导纳矩阵和电网的阻抗矩阵，本发明实施例提供的阻抗建模方法能够考虑到频率耦合效应产生的导纳，并建立逆变器的阻抗模型，实现稳定性分析。

Description

一种阻抗建模方法、稳定性分析方法及逆变器
技术领域
本发明实施例涉及电力电子技术领域，特别涉及一种阻抗建模方法及逆变器。
背景技术
随着新能源在电力系统中的渗透率不断提高，并网逆变器得到了广泛应用。然而，在使用并网逆变器时，逆变器与电网的交互可能引起系统不稳定。目前，阻抗分析法被广泛地应用于逆变器与电网的稳定性分析中，对逆变器和电网各子系统分别建模分析过程简单方便。其中，现有的逆变器阻抗建模方式主要分为dq阻抗建模与序阻抗建模。
在实现本发明实施例过程中，发明人发现以上相关技术中至少存在如下问题：现有的dq阻抗建模没有考虑到锁相环控制器不对称、功率环不对称或电流环控制器不对称引起的频率耦合效应的问题，现有的序阻抗建模方法下逆变器与电网系统无法独立分析。
发明内容
本申请实施例提供了一种阻抗建模方法、稳定性分析方法及逆变器。
本发明实施例的目的是通过如下技术方案实现的：
为解决上述技术问题，第一方面，本发明实施例中提供了一种阻抗建模方法，应用于逆变器，所述逆变器的输出端与电网连接，所述方法包括：在所述逆变器和所述电网之间的公共耦合点处注入电压扰动，并采集所述公共耦合点处的三相输出电压和三相输出电流；将系统坐标系下的所述三相输出电压和所述三相输出电流进行坐标转换，以得到旋转控制坐标系下的两相电压矢量和两相电流矢量；通过控制器调整所述两相电压矢量和两相电流矢量，以得到控制器的输出；根据所述控制器的输出和所述电网的电压前馈方案，确定两相旋转系统坐标系下的电流小信号矢量；根据所述控制器的输出和电流小信号矢量，确定两相旋转系统坐标系下所述逆变器的导纳矩阵和所述电网的阻抗矩阵。
在一些实施例中，所述在所述逆变器和所述电网之间的公共耦合点处注入电压扰动，包括：在所述公共耦合点注入预设频率的正序分量或负序分量。
在一些实施例中，所述将系统坐标系下的所述三相输出电压和所述三相输出电流进行坐标转换，以得到旋转控制坐标系下的两相电压矢量和两相电流矢量，包括：将系统坐标系下的所述三相输出电压和所述三相输出电流进行坐标转换，以得到静止系统坐标系下的两相电压矢量和两相电流矢量；基于控制坐标系和系统坐标系之间的相位差，将所述静止系统坐标系下的两相电压矢量和两相电流矢量进行坐标转换，以得到旋转控制坐标系下的两相电压矢量和两相电流矢量。
在一些实施例中，所述通过控制器调整所述两相电压矢量和两相电流矢量，以得到控制器的输出，包括：根据所述控制器的类型，确定所述控制器的传递函数；根据所述传递函数，确定控制坐标系下所述控制器输出的电压矢量。
在一些实施例中，所述控制器为锁相环控制器、电流环控制器和/或功率环控制器，所述根据所述控制器的类型，确定所述控制器的传递函数，包括：根据所述锁相环控制器的比例系数、积分系数，确定锁相环传递函数，和/或，根据所述电流环控制器的比例系数、积分系数、确定电流环传递函数，和/或，根据所述功率环控制器的比例系数、积分系数、确定功率环传递函数。
在一些实施例中，所述根据所述控制器的输出和所述电网的电压前馈方案，确定两相旋转系统坐标系下的电流小信号矢量，包括：根据所述控制器的型号，确定所述控制器的延时函数；基于所述控制器输出的电压矢量、所述电网的电压前馈，以及所述延时函数，确定两相静止系统坐标系下的谐波平衡方程；根据所述谐波平衡方程，确定扰动电流，其中，所述扰动电流包括扰动频率电流和耦合频率电流；根据所述扰动电流和两相旋转系统坐标系下的电流矢量，计算两相旋转系统坐标系下的电流小信号矢量。
在一些实施例中，所述方法还包括：所述根据所述控制器的型号，确定所述控制器的延时函数，包括：根据所述控制器的采样延时、计算延时、以及零阶保持器的等效延时，确定所述控制器的延时函数。
在一些实施例中，在计算两相旋转系统坐标系下的电流小信号矢量之前，所述方法还包括：将所述两相静止系统坐标系下的电压矢量和电流矢量进行坐标转换，以得到两相旋转系统坐标系下的电压矢量和电流矢量。
在一些实施例中，所述根据所述控制器的输出和电流小信号矢量，确定两相旋转系统坐标系下所述逆变器的导纳矩阵和所述电网的阻抗矩阵，包括：将两相旋转系统坐标系下的所述电流小信号矢量转化为矩阵形式；根据矩阵形式的电流小信号矢量，确定两相旋转系统坐标系下所述逆变器的导纳矩阵；基于所述电网的电感和电阻，以及所述导纳矩阵，确定所述电网的阻抗矩阵。
为解决上述技术问题，第二方面，本发明实施例中提供了一种稳定性分析方法，应用于逆变器，所述方法包括：通过如第一方面所述的阻抗建模方法获取所述逆变器的导纳矩阵和所述电网的阻抗矩阵；根据所述导纳矩阵和所述阻抗矩阵，确定当前电压扰动下的广义奈奎斯特回率矩阵；根据所述广义奈奎斯特回率矩阵，分析所述逆变器的稳定性。
在一些实施例中，所述根据所述广义奈奎斯特回率矩阵，分析所述逆变器的稳定性，包括：基于所述广义奈奎斯特矩阵，确定正序扰动和负序扰动的奈奎斯特曲线；判断所述奈奎斯特曲线是否包围（-1，j0）；若是，则确定所述逆变器稳定；若否，则确定所述逆变器不稳定。
为解决上述技术问题，第三方面，本发明实施例提供了一种逆变器，包括：至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如上第一方面或第二方面所述的方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明实施例中提供了一种阻抗建模方法、稳定性分析方法及逆变器，首先在逆变器和电网之间的公共耦合点处注入电压扰动并采集该耦合点处的三相输出电压和三相输出电流，然后将三相的电压和电流转换为两相电压和电流并通过控制器调整，接着根据控制器的输出和电网的电压前馈方案，确定两相旋转系统坐标系下的电流小信号矢量，最后根据控制器的输出和电流小信号矢量，确定两相旋转系统坐标系下逆变器的导纳矩阵和电网的阻抗矩阵，本发明实施例提供的阻抗建模方法能够考虑到频率耦合效应产生的导纳，并建立逆变器的阻抗模型，实现稳定性分析。
附图说明
一个或多个实施例中通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件/模块和步骤表示为类似的元件/模块和步骤，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
图1是本发明实施例一提供的一种阻抗建模方法的流程示意图；
图2是本发明实施例一提供的一种逆变器的电路拓扑及对该逆变器的一种控制结构示意图；
图3是图1所示阻抗建模方法中步骤S120的一子流程示意图；
图4是图1所示阻抗建模方法中步骤S120的另一子流程示意图；
图5是图1所示阻抗建模方法中步骤S130的一子流程示意图；
图6是图1所示阻抗建模方法中步骤S140的一子流程示意图；
图7是图1所示阻抗建模方法中步骤S150的一子流程示意图；
图8（a）是正序电压扰动下旋转坐标系中d轴的导纳的等效电路图；
图8（b）是正序电压扰动下旋转坐标系中q轴的导纳的等效电路图；
图9是本发明实施例二提供的一种稳定性分析方法的流程示意图；
图10是图9所示稳定性分析方法中步骤S230的一子流程示意图；
图11是逆变器的正序导纳和负序导纳的伯德图；
图12（a）为图11所示导纳下的广义奈奎斯特回率矩阵中元素
Figure 507812DEST_PATH_IMAGE001
、
Figure 859159DEST_PATH_IMAGE002
的曲线；
图12（b）为图11所示导纳下的广义奈奎斯特回率矩阵中元素
Figure 680484DEST_PATH_IMAGE003
、
Figure 75563DEST_PATH_IMAGE004
的曲线；
图12（c）为图11所示导纳下的广义奈奎斯特回率矩阵中元素
Figure 982339DEST_PATH_IMAGE005
、
Figure 934114DEST_PATH_IMAGE006
的曲线；
图12（d）为图11所示导纳下的广义奈奎斯特回率矩阵中元素
Figure 813209DEST_PATH_IMAGE007
、
Figure 192237DEST_PATH_IMAGE008
的曲线；
图13是本发明实施例三中提供的一种逆变器的硬件结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以作出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
需要说明的是，如果不冲突，本发明实施例中的各个特征可以相互结合，均在本申请的保护范围之内。另外，虽然在装置示意图中进行了功能模块划分，在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以不同于装置中的模块划分，或流程图中的顺序执行所示出或描述的步骤。需要说明的是，当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件，或者其间可以存在一个或多个居中的元件。
除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
此外，下面所描述的本发明各个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组合。
为了解决当前dq阻抗建模中未考虑频率耦合效应产生的伴随导纳，在序阻抗建模中无法独立分析逆变器的导纳矩阵和电网的阻抗矩阵的问题，本发明实施例提供了一种考虑频率耦合效应的阻抗建模方法，且本发明实施例为dq阻抗建模方法，相较于传统的dq阻抗建模方法，本发明实施例根据控制器的输出和所述电网的电压前馈方案计算出电流小信号矢量来进一步分别确定逆变器的导纳矩阵和电网的阻抗矩阵，所得到的阻抗模型更加精确，同时消除了传统dq阻抗建模矩阵的非对角元素；且与序阻抗模型相比，dq阻抗更适用于当前大多数逆变器在dq旋转坐标系控制的实际，物理意义明确的同时避免了序阻抗下伴随导纳与电网阻抗耦合的问题。
具体地，下面结合附图，对本发明实施例作进一步阐述。
实施例一
本发明实施例提供了一种阻抗建模方法，该方法应用于逆变器，所述逆变器的输出端与电网连接，请参见图1，其示出了本发明实施例提供的一种阻抗建模方法的流程，所述方法包括但不限于以下步骤：
步骤S110：在所述逆变器和所述电网之间的公共耦合点处注入电压扰动，并采集所述公共耦合点处的三相输出电压和三相输出电流；
在本发明实施例中，在采集三相输出电压和电流之前，可以先将所述电网的阻抗设定为零。所述在所述逆变器和所述电网之间的公共耦合点处注入电压扰动，包括：在所述公共耦合点注入预设频率的正序分量或负序分量。具体地，请一并参见图2，其示出了本发明实施例提供的一种逆变器的电路拓扑及对该逆变器的一种控制结构，在电网中，假设电网基波频率为
Figure 38839DEST_PATH_IMAGE009
，由于频率耦合效应，在所述逆变器和所述电网之间的公共耦合点PCC处注入频率为
Figure 731989DEST_PATH_IMAGE010
的正序分量时，逆变器会产生频率为
Figure 527907DEST_PATH_IMAGE011
的负序分量，同理，在公共耦合点PCC处注入频率为
Figure 77837DEST_PATH_IMAGE012
的负序分量时，逆变器会产生频率为
Figure 942893DEST_PATH_IMAGE013
的正序分量。以注入正序分量
Figure 642996DEST_PATH_IMAGE010
为例，在公共耦合点PCC处注入正序分量
Figure 90158DEST_PATH_IMAGE010
后，公共耦合点PCC处的三相输出电压可以表示为如下公式：
Figure 14252DEST_PATH_IMAGE014
其中，
Figure 632184DEST_PATH_IMAGE015
、
Figure 667136DEST_PATH_IMAGE016
、
Figure 172066DEST_PATH_IMAGE017
分别表示A、B、C三相输出电压，
Figure 267061DEST_PATH_IMAGE018
表示基波电压的幅值，
Figure 106710DEST_PATH_IMAGE009
表示电网基波电压的频率，
Figure 945353DEST_PATH_IMAGE019
表示A相正序扰动电压的幅值，
Figure 570370DEST_PATH_IMAGE010
表示A相正序扰动电压的频率，
Figure 836266DEST_PATH_IMAGE020
表示A相正序扰动电压的相位。
且有，公共耦合点PCC处的三相输出电流可以表示为如下公式：
Figure 897632DEST_PATH_IMAGE021
其中，
Figure 274386DEST_PATH_IMAGE022
，
Figure 753909DEST_PATH_IMAGE023
分别表示A、B、C三相输出电流，
Figure 190707DEST_PATH_IMAGE024
表示A相基波电流的幅值，
Figure 4948DEST_PATH_IMAGE009
表示电网基波电压的频率，
Figure 185394DEST_PATH_IMAGE025
表示A相基波电流的相位，
Figure 581740DEST_PATH_IMAGE026
表示A相扰动频率电流的幅值，
Figure 189439DEST_PATH_IMAGE010
表示A相正序扰动电压的频率，
Figure 976129DEST_PATH_IMAGE027
表示A相扰动频率电流的相位，
Figure 209533DEST_PATH_IMAGE028
表示A相耦合频率电流的幅值，
Figure 398069DEST_PATH_IMAGE012
表示A相耦合频率电流的频率，
Figure 176669DEST_PATH_IMAGE029
表示A相耦合频率电流的相位。
需要说明的是，在本发明实施例中，所述逆变器以如图2所示的三相L型逆变器为例进行阻抗建模，且有，在所述逆变器建模时将电网的阻抗设为零。在其他的一些实施例中，所述逆变器还可以是LC型逆变器或LCL型逆变器等其他类型的逆变器，且有，所述逆变器的拓扑为T三电平型或I型三电平，具体可根据实际需要进行选择，其建模方法和稳定性分析与本发明实施例提供的三相L型逆变器的建模方法和稳定性分析相同，因此仅以三相L型逆变器为例进行阻抗建模，不再详述其他逆变器拓扑结构的示例。
步骤S120：将系统坐标系下的所述三相输出电压和所述三相输出电流进行坐标转换，以得到旋转控制坐标系下的两相电压矢量和两相电流矢量；
在本发明实施例中，在获取到所述三相输出电压及电流后，还需要对其进行坐标转换，从而实现在dq旋转坐标系下的建模，具体地，请参见图3，其示出了图1所示阻抗建模方法中步骤S120的一子流程，所述将系统坐标系下的所述三相输出电压和所述三相输出电流进行坐标转换，以得到旋转控制坐标系下的两相电压矢量和两相电流矢量，包括：
步骤S121：将系统坐标系下的所述三相输出电压和所述三相输出电流进行坐标转换，以得到静止系统坐标系下的两相电压矢量和两相电流矢量；
将所述三相输出电压和所述三相输出电流分别做abc/αβ变换，使其由三相静止系统坐标系转换为两相静止系统坐标系表示，则可以得到两相静止系统坐标系下的两相电压矢量的表达式如下：
Figure 450656DEST_PATH_IMAGE030
其中，
Figure 222172DEST_PATH_IMAGE031
，
Figure 530793DEST_PATH_IMAGE032
表示所述静止系统坐标系下的两相电压矢量，
Figure 480295DEST_PATH_IMAGE018
表示基波电压的幅值，
Figure 507156DEST_PATH_IMAGE009
表示电网基波电压的频率，
Figure 816784DEST_PATH_IMAGE019
表示A相正序扰动电压的幅值，
Figure 42229DEST_PATH_IMAGE010
表示A相正序扰动电压的频率，
Figure 162632DEST_PATH_IMAGE020
表示A相正序扰动电压的相位。
且有，还可以得到两相静止系统坐标系下的两相电流矢量的表达式如下：
Figure 411210DEST_PATH_IMAGE033
其中，
Figure 275261DEST_PATH_IMAGE034
表示所述静止系统坐标系下的两相电流矢量，
Figure 807743DEST_PATH_IMAGE024
表示A相基波电流的幅值，
Figure 833467DEST_PATH_IMAGE009
表示电网基波电压的频率，
Figure 569342DEST_PATH_IMAGE025
表示A相基波电流的相位，
Figure 237084DEST_PATH_IMAGE026
表示A相扰动频率电流的幅值，
Figure 624072DEST_PATH_IMAGE010
表示A相正序扰动电压的频率，
Figure 883015DEST_PATH_IMAGE027
表示A相扰动频率电流的相位，
Figure 106186DEST_PATH_IMAGE028
表示A相耦合频率电流的幅值，
Figure 577618DEST_PATH_IMAGE012
表示A相耦合频率电流的频率，
Figure 569845DEST_PATH_IMAGE029
表示A相耦合频率电流的相位。
步骤S122：基于控制坐标系和系统坐标系之间的相位差，将所述静止系统坐标系下的两相电压矢量和两相电流矢量进行坐标转换，以得到旋转控制坐标系下的两相电压矢量和两相电流矢量。
请一并参见图2，经过锁相环控制器PLL调制后，控制坐标系和系统坐标系之间会产生相位差
Figure 210078DEST_PATH_IMAGE035
，控制坐标系和系统坐标系之间的相位差
Figure 920545DEST_PATH_IMAGE036
的表达式如下：
Figure 930089DEST_PATH_IMAGE037
其中，
Figure 776822DEST_PATH_IMAGE035
表示控制坐标系和系统坐标系之间的相位差，
Figure 643147DEST_PATH_IMAGE038
表示锁相环控制器的传递函数，
Figure 824599DEST_PATH_IMAGE010
表示A相正序扰动电压的频率，
Figure 637834DEST_PATH_IMAGE009
表示电网基波电压的频率。
进而，可以得出如下公式：
Figure 339074DEST_PATH_IMAGE039
其中，
Figure 579562DEST_PATH_IMAGE040
表示锁相环控制器的输出相角，
Figure 248310DEST_PATH_IMAGE036
表示控制坐标系和系统坐标系之间的相位差，
Figure 599657DEST_PATH_IMAGE009
表示电网基波电压的频率，
Figure 155403DEST_PATH_IMAGE038
表示锁相环控制器的传递函数，
Figure 566793DEST_PATH_IMAGE010
表示A相正序扰动电压的频率，
Figure 722836DEST_PATH_IMAGE012
表示A相耦合频率电流的频率。
令
Figure 877874DEST_PATH_IMAGE041
，同理，负序扰动下
Figure 553706DEST_PATH_IMAGE042
。
对步骤S121计算得到的静止系统坐标系下的两相电压矢量和两相电流矢量做αβ/dq变换，使得两相电压矢量和两相电流矢量由旋转坐标系表示，得到两相旋转控制坐标系下的电流矢量的表达式如下：
Figure 135997DEST_PATH_IMAGE043
其中，
Figure 779337DEST_PATH_IMAGE041
，
Figure 269224DEST_PATH_IMAGE044
表示两相旋转控制坐标系下的两相电流矢量，
Figure 65142DEST_PATH_IMAGE040
表示锁相环控制器的输出相角，
Figure 552755DEST_PATH_IMAGE045
表示所述静止系统坐标系下的两相电流矢量，
Figure 434123DEST_PATH_IMAGE012
表示A相耦合频率电流的频率，
Figure 180231DEST_PATH_IMAGE009
表示电网基波电压的频率。
在一些实施例中，请参见图4，其示出了图1所示阻抗建模方法中步骤S120的另一子流程，在将系统坐标系下的所述三相输出电压和所述三相输出电流进行坐标转换，以得到静止系统坐标系下的两相电压矢量和两相电流矢量之后，所述方法还包括：
步骤S123：将所述两相静止系统坐标系下的电压矢量和电流矢量进行坐标转换，以得到两相旋转系统坐标系下的电压矢量和电流矢量。
在本发明实施例中，还可以对步骤S121计算得到的静止系统坐标系下的两相电压矢量和两相电流矢量做αβ/dq变换，使得两相电压矢量和两相电流矢量由旋转坐标系表示，得到两相旋转系统坐标系下的电压矢量的表达式如下：
Figure 565076DEST_PATH_IMAGE046
其中，
Figure 489170DEST_PATH_IMAGE047
表示两相旋转系统坐标系下的电压矢量，
Figure 592255DEST_PATH_IMAGE009
表示电网基波电压的频率，
Figure 876475DEST_PATH_IMAGE032
表示所述静止系统坐标系下的两相电压矢量，
Figure 646985DEST_PATH_IMAGE018
表示基波电压的幅值，
Figure 538717DEST_PATH_IMAGE010
表示A相正序扰动电压的频率。
且有，得到两相旋转系统坐标系下的电流矢量的表达式如下：
Figure 129099DEST_PATH_IMAGE048
其中，
Figure 967742DEST_PATH_IMAGE049
表示两相旋转系统坐标系下的电流矢量，
Figure 842026DEST_PATH_IMAGE009
表示电网基波电压的频率，
Figure 107922DEST_PATH_IMAGE045
表示所述静止系统坐标系下的两相电流矢量，
Figure 185599DEST_PATH_IMAGE010
表示A相正序扰动电压的频率。
步骤S130：通过控制器调整所述两相电压矢量和两相电流矢量，以得到控制器的输出；
在本发明实施例中，通过所述控制器调整两相电压矢量和电流矢量后，控制器输出调制后的电压矢量，具体地，请参见图5，其示出了图1所示阻抗建模方法中步骤S130的一子流程，所述通过控制器调整所述两相电压矢量和两相电流矢量，以得到控制器的输出，包括：
步骤S131：根据所述控制器的类型，确定所述控制器的传递函数；
具体地，所述控制器的类型可以为锁相环控制器、电流环控制器和/或功率环控制器，所述根据所述控制器的类型，确定所述控制器的传递函数，包括：根据所述锁相环控制器的比例系数、积分系数，确定锁相环传递函数；和/或，根据所述电流环控制器的比例系数、积分系数、确定电流环传递函数；和/或，根据所述功率环控制器的比例系数、积分系数、确定功率环传递函数。
在图2所示示例中，以锁相环控制器不对称为例，则所述锁相环控制器的传递函数表达式如下：
Figure 296775DEST_PATH_IMAGE050
其中，
Figure 25565DEST_PATH_IMAGE051
表示所述锁相环控制器的传递函数，
Figure 462363DEST_PATH_IMAGE052
表示所述锁相环控制器的比例系数，
Figure 824074DEST_PATH_IMAGE053
表示所述锁相环控制器的积分系数，
Figure 4520DEST_PATH_IMAGE018
表示基波电压的幅值。
而在图2所示示例中，经所述锁相环控制器调制后，还经过电流环控制器调制，且电流环控制器采用PI控制器，则电流环控制器的传递函数表达式如下：
Figure 338549DEST_PATH_IMAGE054
其中，
Figure 195516DEST_PATH_IMAGE055
表示所述电流环控制器的传递函数，
Figure 982206DEST_PATH_IMAGE056
表示所述电流环控制器的比例系数，
Figure 966342DEST_PATH_IMAGE057
表示所述电流环控制器的积分系数。
在本发明实施例中，以锁相环不对称为例，而在其他的一些实施例中，功率环控制器不对称和电流环控制器不对称的分析思路同理，此处不再详述。
步骤S132：根据所述传递函数，确定控制坐标系下所述控制器输出的电压矢量。
在本发明实施例中，请参见图2，所述电网的电压采用直接前馈的方案，且所述电网电压的前馈系数为
Figure 154878DEST_PATH_IMAGE058
，则在经过所述锁相环控制器和所述电流环控制器调整后，控制坐标系下所述控制器输出的电压矢量的表达式如下：
Figure 182746DEST_PATH_IMAGE059
其中，
Figure 519049DEST_PATH_IMAGE060
表示控制坐标系下所述控制器输出的电压矢量，
Figure 41298DEST_PATH_IMAGE061
表示所述电流环控制器的传递函数，
Figure 349919DEST_PATH_IMAGE010
表示A相正序扰动电压的频率，
Figure 299421DEST_PATH_IMAGE009
表示电网基波电压的频率，
Figure 309971DEST_PATH_IMAGE062
表示所述静止系统坐标系下的两相电压矢量，
Figure 370331DEST_PATH_IMAGE063
表示所述逆变器中滤波电感的感值。
步骤S140：根据所述控制器的输出和所述电网的电压前馈方案，确定两相旋转系统坐标系下的电流小信号矢量；
在本发明实施例中，通过控制器调整后，如通过图2所示的锁相环控制器和电流环控制器调整后，即可将控制器的输出与电网电压前馈相加，并结合延时函数，从而输出两相旋转系统坐标系下的电流小信号矢量。具体地，请参见图6，其示出了图1所示阻抗建模方法中步骤S140的一子流程，所述根据所述控制器的输出和所述电网的电压前馈方案，确定两相旋转系统坐标系下的电流小信号矢量，包括：
步骤S141：根据所述控制器的型号，确定所述控制器的延时函数；
具体地，所述根据所述控制器的型号，确定所述控制器的延时函数，包括：根据所述控制器的采样延时、计算延时、以及零阶保持器的等效延时，确定所述控制器的延时函数，所述延时函数表达式如下：
Figure 533459DEST_PATH_IMAGE064
其中，
Figure 919441DEST_PATH_IMAGE065
表示所述延时函数，
Figure 964757DEST_PATH_IMAGE066
表示控制器的延时时间，所述控制器的延时时间包括所述控制器的采样延时、计算延时、以及零阶保持器的等效延时。
步骤S142：基于所述控制器输出的电压矢量、所述电网的电压前馈，以及所述延时函数，确定两相静止系统坐标系下的谐波平衡方程；
在本发明实施例中，如图2所示，将电流环控制器的输出，也即PI控制器的输出与电网电压前馈相加，经过延时函数输出到两相静止系统坐标系下，即可列出谐波平衡方程，谐波平衡方程的表达式如下：
Figure 78076DEST_PATH_IMAGE067
其中，
Figure 361289DEST_PATH_IMAGE068
表示所述旋转系统坐标系下的两相电压矢量，
Figure 652593DEST_PATH_IMAGE032
表示所述静止系统坐标系下的两相电压矢量，
Figure 388468DEST_PATH_IMAGE058
表示所述电网的前馈系数，
Figure 39898DEST_PATH_IMAGE065
表示所述延时函数。
步骤S143：根据所述谐波平衡方程，确定扰动电流，其中，所述扰动电流包括扰动频率电流和耦合频率电流；
联立步骤S142中的谐波平衡方程和步骤S132中控制坐标系下所述控制器输出的电压矢量的三个方程，可解得扰动频率电流和耦合频率电流的表达式如下：
Figure 177619DEST_PATH_IMAGE069
其中，
Figure 639824DEST_PATH_IMAGE070
表示扰动频率电流，
Figure 862995DEST_PATH_IMAGE071
表示耦合频率电流，
Figure 865586DEST_PATH_IMAGE058
表示所述电网的前馈系数，
Figure 107080DEST_PATH_IMAGE065
表示所述延时函数，
Figure 5766DEST_PATH_IMAGE072
表示所述锁相环控制器的传递函数，
Figure 716233DEST_PATH_IMAGE073
表示所述电流环控制器的传递函数，
Figure 460198DEST_PATH_IMAGE074
表示所述逆变器中滤波电感的电感值。
步骤S144：根据所述扰动电流和两相旋转系统坐标系下的电流矢量，计算两相旋转系统坐标系下的电流小信号矢量。
将步骤S143中得到的扰动频率电流和耦合频率电流的表达式代入到步骤S123中得到的所述两相旋转系统坐标系下的电流矢量的表达式中，即可得到两相旋转系统坐标系下的电流小信号矢量的表达式如下：
Figure 821778DEST_PATH_IMAGE075
其中，
Figure 625786DEST_PATH_IMAGE076
表示两相旋转系统坐标系下的电流小信号矢量，
Figure 557970DEST_PATH_IMAGE012
表示A相耦合频率电流的频率，
Figure 105626DEST_PATH_IMAGE010
表示A相正序扰动电压的频率。
步骤S150：根据所述控制器的输出和电流小信号矢量，确定两相旋转系统坐标系下所述逆变器的导纳矩阵和所述电网的阻抗矩阵。
在本发明实施例中，得到所述控制器的输出和电流小信号矢量后，则可以进而相应得到两相旋转系统坐标系下所述逆变器的导纳矩阵和所述电网的阻抗矩阵，具体地，请参见图7，其示出了图1所示阻抗建模方法中步骤S150的另一子流程，所述根据所述控制器的输出和电流小信号矢量，确定两相旋转系统坐标系下所述逆变器的导纳矩阵和所述电网的阻抗矩阵，包括：
步骤S151：将两相旋转系统坐标系下的所述电流小信号矢量转化为矩阵形式；
在计算得到所述扰动电流后，可得到正序电压扰动下旋转坐标系中d轴和q轴的导纳，其等效电路图请参见图8（a）和图8（b），且d轴和q轴的导纳分量满足如下公式：
Figure 321713DEST_PATH_IMAGE077
同理，负序扰动下d轴和q轴的导纳分量满足如下公式：
Figure 562201DEST_PATH_IMAGE078
则进而将步骤S144得到的两相旋转系统坐标系下的电流小信号矢量的表达式转换为矩阵形式如下：
Figure 981681DEST_PATH_IMAGE079
其中，
Figure 129766DEST_PATH_IMAGE080
表示两相旋转系统坐标系下的d轴小信号电流，
Figure 951091DEST_PATH_IMAGE081
表示两相旋转系统坐标系下的q轴小信号电流，
Figure 611749DEST_PATH_IMAGE082
表示两相旋转系统坐标系下的d轴小信号电压，
Figure 252946DEST_PATH_IMAGE083
表示两相旋转系统坐标系下的q轴小信号电压。
步骤S152：根据矩阵形式的电流小信号矢量，确定两相旋转系统坐标系下所述逆变器的导纳矩阵；
进而，可得到正序扰动下，逆变器系统在dq旋转坐标系下的导纳阵
Figure 407984DEST_PATH_IMAGE084
的表达式如下：
Figure 349395DEST_PATH_IMAGE085
其中，
Figure 915374DEST_PATH_IMAGE086
分别为导纳阵对应元素，通过上述导纳矩阵的表达式可以看出，所述导纳矩阵为对角阵，也即是说，d轴、q轴导纳互不影响，同时d轴、q轴导纳如图8（a）和图8（b）所示分别由3部分构成，具体地，
Figure 309446DEST_PATH_IMAGE087
与非锁相环相关部分，
Figure 2596DEST_PATH_IMAGE088
为锁相环扰动频率影响部分，
Figure 532934DEST_PATH_IMAGE089
为锁相环扰动频率耦合部分。且有，在单位功率因数下，d轴导纳由于
Figure 82864DEST_PATH_IMAGE090
、
Figure 213500DEST_PATH_IMAGE089
近似而相互抵消，因此d轴导纳受到锁相环的影响较小，而q轴导纳受到锁相环影响较大；非单位功率因数下，d轴导纳，q轴导纳都会受到锁相环影响。
步骤S153：基于所述电网的电感和电阻，以及所述导纳矩阵，确定所述电网的阻抗矩阵。
进而，基于所述电网中的等效电感和等效电阻，还可以得到正序扰动下电网的旋转系统坐标系，也即dq系统坐标系下的阻抗矩阵的表达式如下：
Figure 710341DEST_PATH_IMAGE091
同理地，负序扰动下电网的旋转系统坐标系下的阻抗矩阵的表达式如下：
Figure 360765DEST_PATH_IMAGE092
其中，
Figure 753700DEST_PATH_IMAGE093
表示所述电网的等效电感的电感值，
Figure 371632DEST_PATH_IMAGE094
表示所述电网的等效电阻的电阻值。
实施例二
本发明实施例提供了一种稳定性分析方法，该方法应用于逆变器，所述逆变器的输出端与电网连接，请参见图9，其示出了本发明实施例提供的一种稳定性分析方法的流程，所述方法包括但不限于以下步骤：
步骤S210：通过如实施例一所述的阻抗建模方法获取所述逆变器的导纳矩阵和所述电网的阻抗矩阵；
本发明实施例通过实施例一所述的阻抗建模方法获取所述逆变器的导纳矩阵和所述电网的阻抗矩阵，具体请参见实施例一及其附图所示，此处不再详述。
步骤S220：根据所述导纳矩阵和所述阻抗矩阵，确定当前电压扰动下的广义奈奎斯特回率矩阵；
将如上述实施例一所述的方法得到的导纳矩阵和所述阻抗矩阵相乘，即可得到当前电压扰动下的广义奈奎斯特回率矩阵，其中，
正序分量的电压扰动下的广义奈奎斯特回率的矩阵表达式如下：
Figure 406584DEST_PATH_IMAGE095
其中，
Figure 177094DEST_PATH_IMAGE096
分别为正序广义奈奎斯特回率矩阵对应元素。
同理，负序分量的电压扰动下的广义奈奎斯特回率的矩阵表达式如下：
Figure 272089DEST_PATH_IMAGE097
其中，
Figure 377317DEST_PATH_IMAGE098
分别为负序广义奈奎斯特回率矩阵对应元素。
步骤S230：根据所述广义奈奎斯特回率矩阵，分析所述逆变器的稳定性。
在本发明实施例中，可根据正序/负序广义奈奎斯特回率的矩阵元素对应的奈奎斯特曲线包围的范围来判断逆变器的稳定性，且有，由于电网阻抗非对角线元素为常数，因此只要通过参数设计保证逆变器自身稳定性即可，与电网阻抗的交互稳定性通过对角线元素的奈奎斯特曲线判断稳定性。具体地，请参见图10，其示出了图9所示稳定性分析方法中步骤S230的一子流程，所述根据所述广义奈奎斯特回率矩阵，分析所述逆变器的稳定性，包括：
步骤S231：基于所述广义奈奎斯特矩阵，确定正序扰动和负序扰动的奈奎斯特曲线；
步骤S232：判断所述奈奎斯特曲线是否包围（-1，j0）；若是，则跳转至步骤S233；若否，则跳转至步骤S234；
步骤S233：确定所述逆变器稳定；
步骤S234：确定所述逆变器不稳定。
具体地，请一并参见图11和图12（a）、图12（b）、图12（c）、图12（d），其中，图11示出了逆变器的正序导纳和负序导纳的伯德图，图12（a）、图12（b）、图12（c）、图12（d）分别示出了图11所示导纳下的广义奈奎斯特回率曲线。且有，在图11和图12（a）、图12（b）、图12（c）、图12（d）所示示例中，以如下参数为例计算导纳并绘制广义奈奎斯特回率曲线：逆变电感400uH，锁相环比例系数0.54，锁相环积分系数50，电网电压幅值325V，有功电流50A，无功电流0A，电流环比例系数2.4，电流环积分系数2000，控制器等效延时5us，电网电压前馈系数0.8，电网感抗15mH。参考图12（a）、图12（b）、图12（c）、图12（d）不难看出，如图12（a）所示，
Figure 950381DEST_PATH_IMAGE099
均包围（-1，j0），而如图12（b）、图12（c）和图12（d）所示，广义奈奎斯特回率矩阵中的其他元素均不包围（-1，j0），因此可确定所述逆变器系统不稳定。
实施例三
本发明实施例还提供了一种逆变器，请参见图13，其示出了能够执行实施例一及图1至图7所示的阻抗建模方法或者实施例二及图9至图10所示的稳定性分析方法的逆变器的硬件结构。所述逆变器10可以是L型逆变器、LC型逆变器或LCL型逆变器，且有，所述逆变器的拓扑为T三电平型或I型三电平。
所述逆变器10包括：至少一个处理器11；以及，与所述至少一个处理器11通信连接的存储器12，图13中以一个处理器11为例。所述存储器12存储有可被所述至少一个处理器11执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器11执行，以使所述至少一个处理器11能够执行上述图2至图4所述的节目分发方法。所述处理器11和所述存储器12可以通过总线或者其他方式连接，图13中以通过总线连接为例。
存储器12作为一种非易失性计算机可读存储介质，可用于存储非易失性软件程序、非易失性计算机可执行程序以及模块，如本申请实施例中的节目分发方法对应的程序指令/模块。处理器11通过运行存储在存储器12中的非易失性软件程序、指令以及模块，从而执行服务器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例节目分发方法。
存储器12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；存储数据区可存储根据节目分发装置的使用所创建的数据等。此外，存储器12可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件或其他非易失性固态存储器件。在一些实施例中，存储器12可选包括相对于处理器11远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至节目分发装置。上述网络的实例包括但不限于互联网、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12中，当被所述一个或者多个处理器11执行时，执行上述任意方法实施例中的节目分发方法，例如，执行以上描述的实施例一及图1至图7所示的阻抗建模方法或者实施例二及图9至图10的方法步骤。
上述产品可执行本申请实施例所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本申请实施例所提供的方法。
本申请实施例还提供了一种非易失性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可执行指令，该计算机可执行指令被一个或多个处理器执行，例如，执行以上描述的实施例一及图1至图7所示的阻抗建模方法或者实施例二及图9至图10的方法步骤。
本申请实施例还提供了一种计算机程序产品，包括存储在非易失性计算机可读存储介质上的计算程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时时，使所述计算机执行上述任意方法实施例中的节目分发方法，例如，执行以上描述的实施例一及图1至图7所示的阻抗建模方法或者实施例二及图9至图10的方法步骤。
本发明实施例中提供了一种阻抗建模方法、稳定性分析方法及逆变器，首先在逆变器和电网之间的公共耦合点处注入电压扰动并采集该耦合点处的三相输出电压和三相输出电流，然后将三相的电压和电流转换为两相电压和电流并通过控制器调整，接着根据控制器的输出和电网的电压前馈方案，确定两相旋转系统坐标系下的电流小信号矢量，最后根据控制器的输出和电流小信号矢量，确定两相旋转系统坐标系下逆变器的导纳矩阵和电网的阻抗矩阵，本发明实施例提供的阻抗建模方法能够考虑到频率耦合效应产生的导纳，并建立逆变器的阻抗模型，实现稳定性分析。
需要说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
通过以上的实施方式的描述，本领域普通技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。本领域普通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，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体（Read-Only Memory, ROM）或随机存储记忆体（Random Access Memory, RAM）等。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其他变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (12)

1.一种阻抗建模方法，其特征在于，应用于逆变器，所述逆变器的输出端与电网连接，所述方法包括：
在所述逆变器和所述电网之间的公共耦合点处注入电压扰动，并采集所述公共耦合点处的三相输出电压和三相输出电流；
将系统坐标系下的所述三相输出电压和所述三相输出电流进行坐标转换，以得到旋转控制坐标系下的两相电压矢量和两相电流矢量；
通过控制器调整所述两相电压矢量和两相电流矢量，以得到控制器的输出；
根据所述控制器的输出和所述电网的电压前馈方案，确定两相旋转系统坐标系下的电流小信号矢量；
根据所述控制器的输出和电流小信号矢量，确定两相旋转系统坐标系下所述逆变器的导纳矩阵和所述电网的阻抗矩阵。
2.根据权利要求1所述的阻抗建模方法，其特征在于，
所述在所述逆变器和所述电网之间的公共耦合点处注入电压扰动，包括：
在所述公共耦合点注入预设频率的正序分量或负序分量。
3.根据权利要求2所述的阻抗建模方法，其特征在于，
所述将系统坐标系下的所述三相输出电压和所述三相输出电流进行坐标转换，以得到旋转控制坐标系下的两相电压矢量和两相电流矢量，包括：
将系统坐标系下的所述三相输出电压和所述三相输出电流进行坐标转换，以得到静止系统坐标系下的两相电压矢量和两相电流矢量；
基于控制坐标系和系统坐标系之间的相位差，将所述静止系统坐标系下的两相电压矢量和两相电流矢量进行坐标转换，以得到旋转控制坐标系下的两相电压矢量和两相电流矢量。
4.根据权利要求3所述的阻抗建模方法，其特征在于，
所述通过控制器调整所述两相电压矢量和两相电流矢量，以得到控制器的输出，包括：
根据所述控制器的类型，确定所述控制器的传递函数；
根据所述传递函数，确定控制坐标系下所述控制器输出的电压矢量。
5.根据权利要求4所述的阻抗建模方法，其特征在于，
所述控制器为锁相环控制器、电流环控制器和/或功率环控制器，
所述根据所述控制器的类型，确定所述控制器的传递函数，包括：
根据所述锁相环控制器的比例系数、积分系数，确定锁相环传递函数，
和/或，
根据所述电流环控制器的比例系数、积分系数、确定电流环传递函数，
和/或，
根据所述功率环控制器的比例系数、积分系数、确定功率环传递函数。
6.根据权利要求4所述的阻抗建模方法，其特征在于，
所述根据所述控制器的输出和所述电网的电压前馈方案，确定两相旋转系统坐标系下的电流小信号矢量，包括：
根据所述控制器的型号，确定所述控制器的延时函数；
基于所述控制器输出的电压矢量、所述电网的电压前馈，以及所述延时函数，确定两相静止系统坐标系下的谐波平衡方程；
根据所述谐波平衡方程，确定扰动电流，其中，所述扰动电流包括扰动频率电流和耦合频率电流；
根据所述扰动电流和两相旋转系统坐标系下的电流矢量，计算两相旋转系统坐标系下的电流小信号矢量。
7.根据权利要求6所述的阻抗建模方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述根据所述控制器的型号，确定所述控制器的延时函数，包括：
根据所述控制器的采样延时、计算延时、以及零阶保持器的等效延时，确定所述控制器的延时函数。
8.根据权利要求6所述的阻抗建模方法，其特征在于，
在计算两相旋转系统坐标系下的电流小信号矢量之前，所述方法还包括：
将所述两相静止系统坐标系下的电压矢量和电流矢量进行坐标转换，以得到两相旋转系统坐标系下的电压矢量和电流矢量。
9.根据权利要求6所述的阻抗建模方法，其特征在于，
所述根据所述控制器的输出和电流小信号矢量，确定两相旋转系统坐标系下所述逆变器的导纳矩阵和所述电网的阻抗矩阵，包括：
将两相旋转系统坐标系下的所述电流小信号矢量转化为矩阵形式；
根据矩阵形式的电流小信号矢量，确定两相旋转系统坐标系下所述逆变器的导纳矩阵；
基于所述电网的电感和电阻，以及所述导纳矩阵，确定所述电网的阻抗矩阵。
10.一种稳定性分析方法，其特征在于，应用于逆变器，所述方法包括：
通过如权利要求1-9任一项所述的阻抗建模方法获取所述逆变器的导纳矩阵和所述电网的阻抗矩阵；
根据所述导纳矩阵和所述阻抗矩阵，确定当前电压扰动下的广义奈奎斯特回率矩阵；
根据所述广义奈奎斯特回率矩阵，分析所述逆变器的稳定性。
11.根据权利要求10所述的稳定性分析方法，其特征在于，
所述根据所述广义奈奎斯特回率矩阵，分析所述逆变器的稳定性，包括：
基于所述广义奈奎斯特矩阵，确定正序扰动和负序扰动的奈奎斯特曲线；
判断所述奈奎斯特曲线是否包围（-1，j0）；
若是，则确定所述逆变器稳定；
若否，则确定所述逆变器不稳定。
12.一种逆变器，其特征在于，包括：
至少一个处理器；以及，
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如权利要求1-11任一项所述的方法。
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