CN116388175A - 三相lcl型并网逆变器阻抗建模方法及装置 - Google Patents

三相lcl型并网逆变器阻抗建模方法及装置 Download PDF

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CN116388175A
CN116388175A CN202310409247.8A CN202310409247A CN116388175A CN 116388175 A CN116388175 A CN 116388175A CN 202310409247 A CN202310409247 A CN 202310409247A CN 116388175 A CN116388175 A CN 116388175A
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Abstract

本申请公开了一种三相LCL型并网逆变器阻抗建模方法及装置，其中，方法包括：基于基频负序电压影响，计算锁相环输出相角频域的表达式和dq变换矩阵；根据锁相环输出相角频域的表达式和dq变换矩阵计算考虑频率耦合的并网逆变器调制信号频域表达式；基于并网逆变器调制信号频域表达式，根据主电路拓扑图计算并网逆变器阻抗解析式，以得到三相LCL型并网逆变器阻抗建模结果。由此，解决了相关技术中，受到基频负序电压的影响，逆变器并网系统产生多个频率的谐波相互耦合的现象，从而影响新能源发电并网运行系统的稳定性分析结果的技术问题。

Description

三相LCL型并网逆变器阻抗建模方法及装置
技术领域
本申请涉及可再生能源发电系统技术领域，特别涉及一种三相LCL型并网逆变器阻抗建模方法及装置。
背景技术
目前，随着环境问题的日益凸显与化石能源的逐渐枯竭，新能源发电受到越来越多的关注。并网逆变器作为新能源设备输出功率的主要端口，在电网中得到了大规模应用。基于电力电子技术的并网逆变器大量接入，导致新能源设备与电网的互联系统存在振荡失稳风险，振荡现象会导致系统对新能源消纳能力下降甚至局部电网崩溃，其产生原因是并网逆变器与电网所构成的互联系统稳定裕度不足。因此，需要对新能源发电并网运行系统进行稳定性分析，以确保互联系统具有足够的稳定裕度。
阻抗分析法是一种有效的互联系统稳定性分析方法，通过判断并网逆变器阻抗与电网阻抗的比值是否满足奈奎斯特稳定性判据分析系统的稳定性。目前，阻抗分析法已广泛应用于各类新能源发电设备接入后系统的稳定性分析，而准确获取并网逆变器的阻抗特性是稳定性分析过程中的重要环节。
相关技术中，新能源发电设备并网运行出现的振荡现象具有频率耦合特性，表现为多振荡频率点并存、并相互耦合，三相不平衡时，受到基频负序电压的影响，逆变器并网系统产生多个频率的谐波相互耦合的现象，因此亟需对三相电网电压不平衡条件下的逆变器的输出阻抗进行精确建模。
发明内容
本申请提供一种三相LCL型并网逆变器阻抗建模方法及装置，以解决相关技术中，受到基频负序电压的影响，逆变器并网系统产生多个频率的谐波相互耦合的现象，从而影响新能源发电并网运行系统的稳定性分析结果的技术问题。
本申请第一方面实施例提供一种三相LCL型并网逆变器阻抗建模方法，应用于不平衡工况，其中，所述方法包括以下步骤：基于基频负序电压影响，计算锁相环输出相角频域的表达式和dq变换矩阵；根据所述锁相环输出相角频域的表达式和所述dq变换矩阵计算考虑频率耦合的并网逆变器调制信号频域表达式；以及基于所述并网逆变器调制信号频域表达式，根据主电路拓扑图计算并网逆变器阻抗解析式，以得到三相LCL型并网逆变器阻抗建模结果。
可选地，在本申请的一个实施例中，所述根据所述锁相环输出相角频域的表达式和所述dq变换矩阵计算考虑频率耦合的并网逆变器调制信号频域表达式，包括：根据所述锁相环输出相角频域的表达式计算所述dq变换矩阵的坐标变换矩阵中各个元素的值；根据所述坐标变换矩阵中各个元素的值计算三相并网电流在dq轴频域表达式，并根据电流环控制框图得到dq轴输出电压参考值在频域中的表达式，以得到所述并网逆变器调制信号频域表达式。
可选地，在本申请的一个实施例中，所述锁相环输出相角在频域的表达式为：
Figure BDA0004182720530000021
其中，Δθ为相角扰动，j为虚数单位，f1为基频频率，fs为正序扰动频率，fc为频率为fs-2f1的负序扰动，
Figure BDA0004182720530000022
为正序扰动电压，/>
Figure BDA0004182720530000023
为负序扰动电压，F(s)为谐波电压到Δθ之间的传递函数，HPLL(s)为锁相环的传递函数，/>
Figure BDA0004182720530000024
为并网点基频负序电压，/>
Figure BDA0004182720530000025
为/>
Figure BDA0004182720530000026
的共轭。
可选地，在本申请的一个实施例中，所述主电路方程为：
Figure BDA0004182720530000027
其中，Vg[f]和Ig[f]分别是公共耦合点处的电压、电流，L1、L2分别为逆变器侧和网侧LCL滤波器电感，Cf为LCL滤波电容，Rd为阻尼电阻，s为拉普拉斯变换中的复频率。
可选地，在本申请的一个实施例中，所述三相LCL型并网逆变器阻抗模型为：
Figure BDA0004182720530000028
Figure BDA0004182720530000029
其中，Zss为逆变器正序阻抗，Zcc为逆变器负序阻抗，Zsc、Zcs为逆变器耦合阻抗，dss、Dsc、Dcs、Dcc为电流系数，Css、Csc、Ccs、Ccc为电压系数。
本申请第二方面实施例提供一种三相LCL型并网逆变器阻抗建模装置，应用于不平衡工况，其中，所述装置包括：第一计算模块，用于基于基频负序电压影响，计算锁相环输出相角频域的表达式和dq变换矩阵；第二计算模块，用于根据所述锁相环输出相角频域的表达式和所述dq变换矩阵计算考虑频率耦合的并网逆变器调制信号频域表达式；以及建模模块，用于基于所述并网逆变器调制信号频域表达式，根据主电路拓扑图计算并网逆变器阻抗解析式，以得到三相LCL型并网逆变器阻抗建模结果。
可选地，在本申请的一个实施例中，所述第二计算模块包括：第一计算单元，用于根据所述锁相环输出相角频域的表达式计算所述dq变换矩阵的坐标变换矩阵中各个元素的值；第二计算单元，用于根据所述坐标变换矩阵中各个元素的值计算三相并网电流在dq轴频域表达式，并根据电流环控制框图得到dq轴输出电压参考值在频域中的表达式，以得到所述并网逆变器调制信号频域表达式。
可选地，在本申请的一个实施例中，所述锁相环输出相角在频域的表达式为：
Figure BDA0004182720530000031
其中，Δθ为相角扰动，j为虚数单位，f1为基频频率，fs为正序扰动频率，fc为频率为fs-2f1的负序扰动，
Figure BDA0004182720530000032
为正序扰动电压，/>
Figure BDA0004182720530000033
为负序扰动电压，F(s)为谐波电压到Δθ之间的传递函数，HPLL(s)为锁相环的传递函数，/>
Figure BDA0004182720530000034
为并网点基频负序电压，/>
Figure BDA0004182720530000035
为/>
Figure BDA0004182720530000036
的共轭。
可选地，在本申请的一个实施例中，所述主电路方程为：
Figure BDA0004182720530000037
其中，Vg[f]和Ig[f]分别是公共耦合点处的电压、电流，L1、L2分别为逆变器侧和网侧LCL滤波器电感，Cf为LCL滤波电容，Rd为阻尼电阻，s为拉普拉斯变换中的复频率。
可选地，在本申请的一个实施例中，所述三相LCL型并网逆变器阻抗模型为：
Figure BDA0004182720530000038
Figure BDA0004182720530000039
其中，Zss为逆变器正序阻抗，Zcc为逆变器负序阻抗，Zsc、Zcs为逆变器耦合阻抗，Dss、Dsc、Dcs、Dcc为电流系数，Css、Csc、Ccs、Ccc为电压系数。
本申请第三方面实施例提供一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序，以实现如上述实施例所述的三相LCL型并网逆变器阻抗建模方法。
本申请第四方面实施例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计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上的三相LCL型并网逆变器阻抗建模方法。
本申请实施例可以基于基频负序电压影响，计算锁相环输出相角频域的表达式和dq变换矩阵，并根据所述锁相环输出相角频域的表达式和所述dq变换矩阵计算考虑频率耦合的并网逆变器调制信号频域表达式，从而根据主电路拓扑图计算并网逆变器阻抗解析式，以得到三相LCL型并网逆变器阻抗建模结果，以解决在三相不平衡工况下并网逆变器精确建模的难题，实现互联系统稳定性准确分析，为并网逆变器与电网互联系统失稳机理及振荡抑制策略研究提供了参考。由此，解决了相关技术中，受到基频负序电压的影响，逆变器并网系统产生多个频率的谐波相互耦合的现象，从而影响新能源发电并网运行系统的稳定性分析结果的技术问题。
本申请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，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请上述的和/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为根据本申请实施例提供的一种三相LCL型并网逆变器阻抗建模方法的流程图；
图2为根据本申请一个实施例的三相并网系统的电路拓扑图；
图3为根据本申请一个实施例的锁相环的基本控制框图；
图4为根据本申请一个实施例的电流环的基本控制框图；
图5为根据本申请一个实施例的三相并网逆变器阻抗特性及其仿真测量结果示意图；
图6为根据本申请实施例提供的一种三相LCL型并网逆变器阻抗建模装置的结构示意图；
图7为根据本申请实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，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，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
下面参考附图描述本申请实施例的三相LCL型并网逆变器阻抗建模方法及装置。针对上述背景技术中心提到的相关技术中，受到基频负序电压的影响，逆变器并网系统产生多个频率的谐波相互耦合的现象，从而影响新能源发电并网运行系统的稳定性分析结果的技术问题，本申请提供了一种三相LCL型并网逆变器阻抗建模方法，在该方法中，可以基于基频负序电压影响，计算锁相环输出相角频域的表达式和dq变换矩阵，并根据所述锁相环输出相角频域的表达式和所述dq变换矩阵计算考虑频率耦合的并网逆变器调制信号频域表达式，从而根据主电路拓扑图计算并网逆变器阻抗解析式，以得到三相LCL型并网逆变器阻抗建模结果，以解决在三相不平衡工况下并网逆变器精确建模的难题，实现互联系统稳定性准确分析，为并网逆变器与电网互联系统失稳机理及振荡抑制策略研究提供了参考。由此，解决了相关技术中，受到基频负序电压的影响，逆变器并网系统产生多个频率的谐波相互耦合的现象，从而影响新能源发电并网运行系统的稳定性分析结果的技术问题。
具体而言，图1为本申请实施例所提供的一种三相LCL型并网逆变器阻抗建模方法的流程示意图。
如图1所示，该三相LCL型并网逆变器阻抗建模方法，应用于不平衡工况，其中，方法包括以下步骤：
在步骤S101中，基于基频负序电压影响，计算锁相环输出相角频域的表达式和dq变换矩阵。
可以理解的是，当并网逆变器工作在不平衡工况时，并网点含有基频负序电压，本申请实施例可以从并网点向逆变器注入频率为fs和fc的小信号电压扰动，进而考虑基频负序电压影响计算出锁相环输出相角频域表达式和dq变换矩阵，并根据扰动相角在频域中的表达式可以计算出dq变换矩阵T(θp)中各个元素的值。
可选地，在本申请的一个实施例中，锁相环输出相角相角在频域的表达式为：
Figure BDA0004182720530000051
其中，Δθ为相角扰动，j为虚数单位，f1为基频频率，fs为正序扰动频率，fc为频率为fs-2f1的负序扰动，
Figure BDA0004182720530000052
为正序扰动电压，/>
Figure BDA0004182720530000053
为负序扰动电压，F(s)为谐波电压到Δθ之间的传递函数，HPLL(s)为锁相环的传递函数，/>
Figure BDA0004182720530000054
为并网点基频负序电压，/>
Figure BDA0004182720530000055
为/>
Figure BDA0004182720530000056
的共轭。
具体地，考虑基频负序电压影响计算出锁相环输出相角频域表达式为：
Figure BDA0004182720530000061
其中，Δθ为相角扰动，j为虚数单位，f1为基频频率，fs为正序扰动频率，fc为频率为fs-2f1的负序扰动，
Figure BDA0004182720530000062
为正序扰动电压，/>
Figure BDA0004182720530000063
为负序扰动电压，F(s）为谐波电压到Δθ之间的传递函数，/>
Figure BDA0004182720530000064
V1为基频正序电压，HPLL(s)为锁相环的传递函数，HPLL(s)=(kpPLL+kiPLL/s)/s，kpPLL为锁相环比例系数，kiPLL为锁相环积分系数。
进一步地，根据扰动相角在频域中的表达式可以计算出dq变换矩阵T(θp)中各个元素的值：
Figure BDA0004182720530000065
其中，θp=Δθ+θ1；θ1为基频相角。
在步骤S102中，根据锁相环输出相角频域的表达式和dq变换矩阵计算考虑频率耦合的并网逆变器调制信号频域表达式。
在实际执行过程中，本申请实施例可以根据锁相环输出相角频域的表达式和dq变换矩阵中各元素的值，计算考虑频率耦合的并网逆变器调制信号频域表达式，以便进行三相LCL型并网逆变器阻抗建模。
可选地，在本申请的一个实施例中，根据锁相环输出相角频域的表达式和dq变换矩阵计算考虑频率耦合的并网逆变器调制信号频域表达式，包括：根据锁相环输出相角频域的表达式计算dq变换矩阵的坐标变换矩阵中各个元素的值；根据坐标变换矩阵中各个元素的值计算三相并网电流在dq轴频域表达式，并根据电流环控制框图得到dq轴输出电压参考值在频域中的表达式，以得到并网逆变器调制信号频域表达式。
作为一种可能实现的方式，本申请实施例可以在计算出dq变换矩阵中各个元素的值后，可以计算出三相并网电流在dq轴频域表达式Id[f]和Iq[f]，根据电流环控制框图可以得到dq轴输出电压参考值在频域中的表达式Vd[f]和Vq[f]。
具体地，本申请实施例可以在得到坐标变换矩阵T(θp)后，对三相并网电流进行Park变换，得到dq坐标系中表达式如下：
Figure BDA0004182720530000071
Figure BDA0004182720530000072
其中，I1为基频正序电流，I2为基频负序电流，
Figure BDA0004182720530000073
为基频电流相角，Is为正序扰动电流，Ic为负序扰动电流。
Figure BDA0004182720530000074
Figure BDA0004182720530000075
其中，D0、Q0为电流环的直流输出量，可以通过计算基频运行工作点来求出；Kdq为耦合补偿系数；V2为基频负序电压，
Figure BDA0004182720530000076
为基频负序电压的共轭分量；Hi(s)为电流环传递函数，Hi(s)＝kip+kii/s，kip为电流环比例系数，kii为电流环积分系数。
根据电流环控制框图，本申请实施例可以得到dq轴输出电压参考值在频域中的表达式Vd[f]和Vq[f]，利用反dq坐标变换运算可以得到abc三相坐标系下并网逆变器调制信号Vk[f]的频域表达式；以A相为例：
Figure BDA0004182720530000081
在步骤S103中，基于并网逆变器调制信号频域表达式，根据主电路拓扑图计算并网逆变器阻抗解析式，以得到三相LCL型并网逆变器阻抗建模结果。
进一步地，本申请实施例可以基于并网逆变器调制信号频域表达式，根据主电路拓扑图计算并网逆变器阻抗解析式，进行三相LCL型并网逆变器阻抗建模，从而解决在三相不平衡工况下并网逆变器精确建模的难题，实现互联系统稳定性准确分析，为并网逆变器与电网互联系统失稳机理及振荡抑制策略研究提供了参考。
可选地，在本申请的一个实施例中，主电路方程为：
Figure BDA0004182720530000082
其中，Vg[f]和Ig[f]分别是公共耦合点处的电压、电流，L1、L2分别为逆变器侧和网侧LCL滤波器电感，Cf为LCL滤波电容，Rd为阻尼电阻，s为拉普拉斯变换中的复频率。
根据主电路拓扑图得到主电路方程为：
Figure BDA0004182720530000083
其中，Vg[f]和Ig[f]分别是公共耦合点处的电压、电流，L1、L2分别为逆变器侧和网侧LCL滤波器电感，Cf为LCL滤波电容，Rd为阻尼电阻，s为拉普拉斯变换中的复频率。
根据Vk[f]及主电路方程，本申请实施例可以得到三相并网逆变器输出电压及输出电流的关系式，进而得到三相LCL并网逆变器考虑频率耦合的阻抗模型。
可选地，在本申请的一个实施例中，三相LCL型并网逆变器阻抗模型为：
Figure BDA0004182720530000084
Figure BDA0004182720530000091
其中，Zss为逆变器正序阻抗，Zcc为逆变器负序阻抗，Zsc、Zcs为逆变器耦合阻抗，Dss、Dsc、Dcs、Dcc为电流系数，Css、Csc、Ccs、Ccc为电压系数。
三相LCL型并网逆变器阻抗模型为：
Figure BDA0004182720530000092
Figure BDA0004182720530000093
其中，
Figure BDA0004182720530000094
Figure BDA0004182720530000095
Figure BDA0004182720530000096
Figure BDA0004182720530000097
Figure BDA0004182720530000098
Dsc＝0，
Dcs＝0，
Figure BDA0004182720530000099
其中，ZSS为逆变器正序阻抗，ZCC为逆变器负序阻抗，ZSC、ZCS为逆变器耦合阻抗，DSS、DSC、DCS、DCC为电流系数。
结合图2至图5所示，以一个实施例对本申请实施例的三相LCL型并网逆变器阻抗建模方法的工作原理进行详细阐述。
如图2所示，为三相并网系统的电路拓扑图，其中，主电路由逆变器和LCL滤波器组成；逆变器采用同步参考系理论在dq坐标系下通过PI控制器分别控制系统的有功和无功电流.
图2中Lg为网侧电感，仿真模型中设置为6mH；L1和L2分别为逆变器测和网侧LCL滤波电感；Cf为LCL滤波电容；Rd为阻尼电阻；PLL为锁相环；Idref和Iqref分别为有功、无功参考电流；具体参数可以如表1所示，其中，表1为三相并网系统参数表。
表1
Figure BDA0004182720530000101
如图3所示，锁相环基本控制框图，其传递函数HPLL(s)＝(kpPLL+kiPLL/s)/s，其中，kpPLL为比例系数，kiPLL为积分系数。
如图4所示，为电流调节器控制框图，通过PI控制器分别控制系统的有功和无功电流，其传递函数为Hi(s)＝kip+kii/s，kip为电流环比例系数，kii为电流环积分系数。
按照上述参数建立三相LCL型并网逆变器阻抗模型，并在PSCAD软件中搭建模型进行仿真验证。
本申请实施例在不平衡工况下的三相LCL型并网逆变器阻抗建模方法可以包括如下步骤：
步骤S1：当并网逆变器工作在不平衡工况时，从并网点向逆变器注入频率为fs和fc的小信号电压扰动，进而考虑基频负序电压影响计算出锁相环输出相角频域表达式和dq变换矩阵：
Figure BDA0004182720530000102
其中，Δθ为相角扰动，j为虚数单位，f1为基频频率，fs为正序扰动频率，fc为频率为fs-2f1的负序扰动，
Figure BDA0004182720530000111
为正序扰动电压，/>
Figure BDA0004182720530000112
为负序扰动电压，F(s)为谐波电压到Δθ之间的传递函数，/>
Figure BDA0004182720530000113
V1为基频正序电压，HPLL(s)为锁相环的传递函数，HPLL(s)＝(kpPLL+kiPLL/s)/s，kpPLL为锁相环比例系数，kiPLL为锁相环积分系数。
进一步地，根据扰动相角在频域中的表达式可以计算出dq变换矩阵T(θp)中各个元素的值：
Figure BDA0004182720530000114
Figure BDA0004182720530000115
其中，θp＝Δθ+θ1；θ1为基频相角。
步骤S2：计算出dq变换矩阵中各个元素的值后，可以计算出三相并网电流在dq轴频域表达式Id[f]和Iq[f]，根据电流环控制框图可以得到dq轴输出电压参考值在频域中的表达式Vd[f]和Vq[f]。
具体地，本申请实施例可以在得到坐标变换矩阵T(θp)后，对三相并网电流进行Park变换，得到dq坐标系中表达式如下：
Figure BDA0004182720530000116
Figure BDA0004182720530000121
其中，I1为基频正序电流，I2为基频负序电流，
Figure BDA0004182720530000122
为基频电流相角，Is为正序扰动电流，Ic为负序扰动电流。/>
Figure BDA0004182720530000123
Figure BDA0004182720530000124
其中，D0、Q0为电流环的直流输出量，可以通过计算基频运行工作点来求出，D0＝219.778，Q0＝118.2812；Kdq＝0.5655为耦合补偿系数；V2为基频负序电压，
Figure BDA0004182720530000125
为基频负序电压的共轭分量；Hi(s)为电流环传递函数，Hi(s)＝10+1600/s，kip＝10为电流环比例系数，kii＝1600为电流环积分系数。
根据电流环控制框图，本申请实施例可以得到dq轴输出电压参考值在频域中的表达式Vd[f]和Vq[f]，利用反dq坐标变换运算可以得到abc三相坐标系下并网逆变器调制信号Vk[f]的频域表达式；以A相为例：
Figure BDA0004182720530000131
步骤S3：根据主电路拓扑图得到主电路方程为：
Figure BDA0004182720530000132
其中，Vg[f]和Ig[f]分别是公共耦合点处的电压、电流，L1、L2分别为逆变器侧和网侧LCL滤波器电感，Cf为LCL滤波电容，Rd为阻尼电阻。
根据Vk[f]及主电路方程，本申请实施例可以得到三相并网逆变器输出电压及输出电流的关系式，进而得到三相LCL并网逆变器考虑频率耦合的阻抗模型：
Figure BDA0004182720530000133
Figure BDA0004182720530000134
其中，
Figure BDA0004182720530000135
Figure BDA0004182720530000136
Figure BDA0004182720530000137
Figure BDA0004182720530000138
Figure BDA0004182720530000141
Dsc＝0，
Dcs＝0，
Figure BDA0004182720530000142
其中，ZSS为逆变器正序阻抗，ZCC为逆变器负序阻抗，ZSC、ZCS为逆变器耦合阻抗，DSS、DSC、DCS、DCC为电流系数。
改变s＝jω中的频率ω就可以计算出不同频率下逆变器的阻抗，图5为三相并网逆变器特性及其仿真测量结果的对比；从图5中可知：阻抗测量结果和所建阻抗模型能够很好地吻合，这证明了三相并网逆变器频率耦合建模方法的正确性。
根据本申请实施例提出的三相LCL型并网逆变器阻抗建模方法，可以基于基频负序电压影响，计算锁相环输出相角频域的表达式和dq变换矩阵，并根据所述锁相环输出相角频域的表达式和所述dq变换矩阵计算考虑频率耦合的并网逆变器调制信号频域表达式，从而根据主电路拓扑图计算并网逆变器阻抗解析式，以得到三相LCL型并网逆变器阻抗建模结果，以解决在三相不平衡工况下并网逆变器精确建模的难题，实现互联系统稳定性准确分析，为并网逆变器与电网互联系统失稳机理及振荡抑制策略研究提供了参考。由此，解决了相关技术中，受到基频负序电压的影响，逆变器并网系统产生多个频率的谐波相互耦合的现象，从而影响新能源发电并网运行系统的稳定性分析结果的技术问题。
其次参照附图描述根据本申请实施例提出的三相LCL型并网逆变器阻抗建模装置。
图6是本申请实施例的三相LCL型并网逆变器阻抗建模装置的方框示意图。
如图6所示，该三相LCL型并网逆变器阻抗建模装置10，应用于不平衡工况，其中，装置10包括：第一计算模块100、第二计算模块200和建模模块300。
具体地，第一计算模块100，用于基于基频负序电压影响，计算锁相环输出相角频域的表达式和dq变换矩阵。
第二计算模块200，用于根据锁相环输出相角频域的表达式和dq变换矩阵计算考虑频率耦合的并网逆变器调制信号频域表达式。
建模模块300，用于基于并网逆变器调制信号频域表达式，根据主电路拓扑图计算并网逆变器阻抗解析式，以得到三相LCL型并网逆变器阻抗建模结果。
可选地，在本申请的一个实施例中，第二计算模块200包括：第一计算单元和第二计算单元。
其中，第一计算单元，用于根据锁相环输出相角频域的表达式计算dq变换矩阵的坐标变换矩阵中各个元素的值。
第二计算单元，用于根据坐标变换矩阵中各个元素的值计算三相并网电流在dq轴频域表达式，并根据电流环控制框图得到dq轴输出电压参考值在频域中的表达式，以得到并网逆变器调制信号频域表达式。
可选地，在本申请的一个实施例中，锁相环输出相角在频域的表达式为：
Figure BDA0004182720530000151
其中，Δθ为相角扰动，j为虚数单位，f1为基频频率，fs为正序扰动频率，fc为频率为fs-2f1的负序扰动，
Figure BDA0004182720530000152
为正序扰动电压，/>
Figure BDA0004182720530000153
为负序扰动电压，F(s)为谐波电压到Δθ之间的传递函数，HPLL(s)为锁相环的传递函数，/>
Figure BDA0004182720530000154
为并网点基频负序电压，/>
Figure BDA0004182720530000155
为/>
Figure BDA0004182720530000156
的共轭。
可选地，在本申请的一个实施例中，主电路方程为：
Figure BDA0004182720530000157
其中，Vg[f]和Ig[f]分别是公共耦合点处的电压、电流，L1、L2分别为逆变器侧和网侧LCL滤波器电感，Cf为LCL滤波电容，Rd为阻尼电阻，s为拉普拉斯变换中的复频率。
可选地，在本申请的一个实施例中，三相LCL型并网逆变器阻抗模型为：
Figure BDA0004182720530000158
/>
Figure BDA0004182720530000159
其中，Zss为逆变器正序阻抗，Zcc为逆变器负序阻抗，Zsc、Zcs为逆变器耦合阻抗，Dss、Dsc、Dcs、Dcc为电流系数，Css、Csc、Ccs、Ccc为电压系数。
需要说明的是，前述对三相LCL型并网逆变器阻抗建模方法实施例的解释说明也适用于该实施例的三相LCL型并网逆变器阻抗建模装置，此处不再赘述。
根据本申请实施例提出的三相LCL型并网逆变器阻抗建模装置，可以基于基频负序电压影响，计算锁相环输出相角频域的表达式和dq变换矩阵，并根据所述锁相环输出相角频域的表达式和所述dq变换矩阵计算考虑频率耦合的并网逆变器调制信号频域表达式，从而根据主电路拓扑图计算并网逆变器阻抗解析式，以得到三相LCL型并网逆变器阻抗建模结果，以解决在三相不平衡工况下并网逆变器精确建模的难题，实现互联系统稳定性准确分析，为并网逆变器与电网互联系统失稳机理及振荡抑制策略研究提供了参考。由此，解决了相关技术中，受到基频负序电压的影响，逆变器并网系统产生多个频率的谐波相互耦合的现象，从而影响新能源发电并网运行系统的稳定性分析结果的技术问题。
图7为本申请实施例提供的电子设备的结构示意图。该电子设备可以包括：
存储器701、处理器702及存储在存储器701上并可在处理器702上运行的计算机程序。
处理器702执行程序时实现上述实施例中提供的三相LCL型并网逆变器阻抗建模方法。
进一步地，电子设备还包括：
通信接口703，用于存储器701和处理器702之间的通信。
存储器701，用于存放可在处理器702上运行的计算机程序。
存储器701可能包含高速RAM存储器，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。
如果存储器701、处理器702和通信接口703独立实现，则通信接口703、存储器701和处理器702可以通过总线相互连接并完成相互间的通信。总线可以是工业标准体系结构(Industry Standard Architecture，简称为ISA)总线、外部设备互连(PeripheralComponent，简称为PCI)总线或扩展工业标准体系结构(Extended Industry StandardArchitecture，简称为EISA)总线等。总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图7中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
可选地，在具体实现上，如果存储器701、处理器702及通信接口703，集成在一块芯片上实现，则存储器701、处理器702及通信接口703可以通过内部接口完成相互间的通信。
处理器702可能是一个中央处理器(Central Processing Unit，简称为CPU)，或者是特定集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称为ASIC)，或者是被配置成实施本申请实施例的一个或多个集成电路。
本实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上的三相LCL型并网逆变器阻抗建模方法。
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申请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N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。
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。在本申请的描述中，“N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。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或N个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或N个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，N个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (12)

1.一种三相LCL型并网逆变器阻抗建模方法，其特征在于，应用于不平衡工况，其中，所述方法包括以下步骤：
基于基频负序电压影响，计算锁相环输出相角频域的表达式和dq变换矩阵；
根据所述锁相环输出相角频域的表达式和所述dq变换矩阵计算考虑频率耦合的并网逆变器调制信号频域表达式；以及
基于所述并网逆变器调制信号频域表达式，根据主电路拓扑图计算并网逆变器阻抗解析式，以得到三相LCL型并网逆变器阻抗建模结果。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述锁相环输出相角频域的表达式和所述dq变换矩阵计算考虑频率耦合的并网逆变器调制信号频域表达式，包括：
根据所述锁相环输出相角频域的表达式计算所述dq变换矩阵的坐标变换矩阵中各个元素的值；
根据所述坐标变换矩阵中各个元素的值计算三相并网电流在dq轴频域表达式，并根据电流环控制框图得到dq轴输出电压参考值在频域中的表达式，以得到所述并网逆变器调制信号频域表达式。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述锁相环输出相角在频域的表达式为：
Figure FDA0004182720510000011
其中，Δθ为相角扰动，j为虚数单位，f1为基频频率，fs为正序扰动频率，fc为频率为fs-2f1的负序扰动，
Figure FDA0004182720510000012
为正序扰动电压，/>
Figure FDA0004182720510000013
为负序扰动电压，F(s)为谐波电压到Δθ之间的传递函数，HPLL(s)为锁相环的传递函数，/>
Figure FDA0004182720510000014
为并网点基频负序电压，/>
Figure FDA0004182720510000015
为/>
Figure FDA0004182720510000016
的共轭。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述主电路方程为：
Figure FDA0004182720510000017
其中，Vg[f]和Ig[f]分别是公共耦合点处的电压、电流，L1、L2分别为逆变器侧和网侧LCL滤波器电感，Cf为LCL滤波电容，Rd为阻尼电阻，s为拉普拉斯变换中的复频率。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述三相LCL型并网逆变器阻抗模型为：
Figure FDA0004182720510000018
Figure FDA0004182720510000021
其中，Zss为逆变器正序阻抗，Zcc为逆变器负序阻抗，Zsc、Zcs为逆变器耦合阻抗，Dss、Dsc、Dcs、Dcc为电流系数，Css、Csc、Ccs、Ccc为电压系数。
6.一种三相LCL型并网逆变器阻抗建模装置，其特征在于，应用于不平衡工况，其中，所述装置包括：
第一计算模块，用于基于基频负序电压影响，计算锁相环输出相角频域的表达式和dq变换矩阵；
第二计算模块，用于根据所述锁相环输出相角频域的表达式和所述dq变换矩阵计算考虑频率耦合的并网逆变器调制信号频域表达式；以及
建模模块，用于基于所述并网逆变器调制信号频域表达式，根据主电路拓扑图计算并网逆变器阻抗解析式，以得到三相LCL型并网逆变器阻抗建模结果。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第二计算模块包括：
第一计算单元，用于根据所述锁相环输出相角频域的表达式计算所述dq变换矩阵的坐标变换矩阵中各个元素的值；
第二计算单元，用于根据所述坐标变换矩阵中各个元素的值计算三相并网电流在dq轴频域表达式，并根据电流环控制框图得到dq轴输出电压参考值在频域中的表达式，以得到所述并网逆变器调制信号频域表达式。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述锁相环输出相角在频域的表达式为：
Figure FDA0004182720510000022
其中，Δθ为相角扰动，j为虚数单位，f1为基频频率，fs为正序扰动频率，fc为频率为fs-2f1的负序扰动，
Figure FDA0004182720510000023
为正序扰动电压，/>
Figure FDA0004182720510000024
为负序扰动电压，F(s)为谐波电压到Δθ之间的传递函数，HPLL(s)为锁相环的传递函数，/>
Figure FDA0004182720510000025
为并网点基频负序电压，/>
Figure FDA0004182720510000026
为/>
Figure FDA0004182720510000027
的共轭。
9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述主电路方程为：
Figure FDA0004182720510000028
其中，Vg[f]和Ig[f]分别是公共耦合点处的电压、电流，L1、L2分别为逆变器侧和网侧LCL滤波器电感，Cf为LCL滤波电容，Rd为阻尼电阻，s为拉普拉斯变换中的复频率。
10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述三相LCL型并网逆变器阻抗模型为：
Figure FDA0004182720510000031
Figure FDA0004182720510000032
其中，Zss为逆变器正序阻抗，Zcc为逆变器负序阻抗，Zsc、Zcs为逆变器耦合阻抗，Dss、Dsc、Dcs、Dcc为电流系数，Css、Csc、Ccs、Ccc为电压系数。
11.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序，以实现如权利要求1-5任一项所述的三相LCL型并网逆变器阻抗建模方法。
12.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行，以用于实现如权利要求1-5任一项所述的三相LCL型并网逆变器阻抗建模方法。
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