CN117313624A - 构网型变流器的通用序阻抗建模方法、装置、系统及介质 - Google Patents
构网型变流器的通用序阻抗建模方法、装置、系统及介质 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种构网型变流器的通用序阻抗建模方法、装置、系统及介质，该方法包括：建立有功功率到相位的开环传递函数；建立电压控制器和电流控制器的开环传递函数；分别将所述有功功率到相位的开环传递函数和电压控制器和电流控制器的开环传递函数右移基波频率后，通过组合运算建立正序阻抗模型；分别将所述有功功率到相位的开环传递函数和电压控制器和电流控制器的开环传递函数左移基波频率后，通过组合运建立负序阻抗模型。本发明所公开的建模方法适用于多种不同的构网型变流器，使得对不同构网型变流器进行序阻抗建模的效率显著提高。
Description
技术领域
本发明涉及变流器建模领域，具体是一种构网型变流器的通用序阻抗建模方法、装置、系统及介质。
背景技术
近年来，随着电力系统中的电力电子设备渗透率提高，电力电子设备与电网的交互振荡频繁发生，电力电子并网系统的交互稳定性问题成为了关系到系统安全的关键型问题。序阻抗模型是用来分析互联系统交互稳定性的基础。
构网型变流器为解决传统跟网型变流器中锁相环引起的交互振荡提供了解决方案。但是，构网型变流器控制环结构复杂，且不同构网型控制方法的具体控制器形式不同，复杂多变的构网型控制结构仍在存在与不同强度的电网发生交互振荡的风险，要全面分析构网型变流器与电网的交互稳定性，就需要建立构网型变流器的序阻抗模型。但已有的构网型变流器序阻抗建模方法都只针对单一的某种构网型变流器进行建模，当要对其他构网型变流器进行分析时，又需要重新建模，导致反复增加工作量，降低分析效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种构网型变流器的通用序阻抗建模方法、装置、系统及介质，实现对不同结构的构网型变流器的统一建模分析，从而避免重复建模工作，提升构网型变流器的分析效率。
一种构网型变流器的通用序阻抗建模方法，包括如下步骤：
建立有功功率到相位的开环传递函数；
建立电压控制器和电流控制器的开环传递函数；
分别将所述有功功率到相位的开环传递函数和电压控制器和电流控制器的开环传递函数右移基波频率后，通过组合运算建立正序阻抗模型；
分别将所述有功功率到相位的开环传递函数和电压控制器和电流控制器的开环传递函数左移基波频率后，通过组合运建立负序阻抗模型。
进一步的，所述建立有功功率到相位的开环传递函数，具体包括：
当构网控制采用直流电压调节相位时，建立直流电压到相位的开环传递函数
Mdc（jω），利用直流电压与有功功率的下述关系折算出有功功率到相位的开环传递函数Mp（jω）：
其中，ω为角频率，Cdc是逆变器的直流母线电容值，Udc是逆变器的直流母线电压值，s是微分算子。
进一步的，所述分别将所述有功功率到相位的开环传递函数和电压控制器和电流控制器的开环传递函数右移基波频率后，通过组合运算建立正序阻抗模型，具体包括：
建立的电压环控制器的传递函数为Ku（jω），建立的电流环控制器的传递函数为Ki（jω），将Mp（jω）、Ku（jω）和Ki（jω）分别向右频移一个基波频率f1得到Mp（sp）、Ku（sp）和Ki（sp），其中，；
将变流器的交流滤波电感值记为Lf，其寄生电阻值记为Rf，建立构网型变流器的正序阻抗为：
其中，U1和I1分别是正序基波电压和正序基波电流的幅值，
。
进一步的，所述分别将所述有功功率到相位的开环传递函数和电压控制器
和电流控制器的开环传递函数左移基波频率后，通过组合运建立负序阻抗模型，具体包括：
建立的电压环控制器的传递函数为Ku（jω），建立的电流环控制器的传递函数为Ki（jω），将Mp（jω）、Ku（jω）和Ki（jω）分别向左频移一个基波频率f1得到Mp（sn）、Ku（sn）和Ki（sn），其中，；
将变流器的交流滤波电感值记为Lf，其寄生电阻值记为Rf，建立构网型变流器的负序阻抗为：
其中，U1和I1分别是正序基波电压和正序基波电流的幅值，
。
一种构网型变流器的通用序阻抗建模装置，包括：
第一开环传递函数建立模块，用于建立有功功率到相位的开环传递函数；
第二开环传递函数建立模块，用于建立电压控制器和电流控制器的开环传递函数；
正序阻抗模型建立模块，用于分别将所述有功功率到相位的开环传递函数和电压控制器和电流控制器的开环传递函数右移基波频率后，通过组合运算建立正序阻抗模型；
负序阻抗模型负序阻抗模型，用于分别将所述有功功率到相位的开环传递函数和电压控制器和电流控制器的开环传递函数左移基波频率后，通过组合运建立负序阻抗模型。
进一步的，所述第一开环传递函数建立模块建立有功功率到相位的开环传递函数，具体包括：
当构网控制采用直流电压调节相位时，建立直流电压到相位的开环传递函数
Mdc（jω），利用直流电压与有功功率的下述关系折算出有功功率到相位的开环传递函数Mp（jω）：
其中，ω为角频率，Cdc是逆变器的直流母线电容值，Udc是逆变器的直流母线电压值，s是微分算子。
进一步的，建立的电压环控制器的传递函数为Ku（jω），建立的电流环控制器的传递函数为Ki（jω），所述正序阻抗模型建立模块，具体用于：
将Mp（jω）、Ku（jω）和Ki（jω）分别向右频移一个基波频率f1得到Mp（sp）、Ku（sp）和Ki（sp），其中，；
将变流器的交流滤波电感值记为Lf，其寄生电阻值记为Rf，建立构网型变流器的正序阻抗为：
其中，U1和I1分别是正序基波电压和正序基波电流的幅值，
。
进一步的，建立的电压环控制器的传递函数为Ku（jω），建立的电流环控制器的传递函数为Ki（jω），所述序阻抗模型负序阻抗模型具体用于：
将Mp（jω）、Ku（jω）和Ki（jω）分别向左频移一个基波频率f1得到Mp（sn）、Ku（sn）和Ki（sn），其中，；
将变流器的交流滤波电感值记为Lf，其寄生电阻值记为Rf，建立构网型变流器的负序阻抗为：
其中，U1和I1分别是正序基波电压和正序基波电流的幅值，
。
一种构网型变流器的通用序阻抗建模系统，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现所述的构网型变流器的通用序阻抗建模方法。
一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现所述的构网型变流器的通用序阻抗建模方法。
本发明的有益效果体现在：
本发明与已有的序阻抗建模方法相比，传统的序阻抗建模方法在建立完每个模块的开环传递函数后，还需要根据各个模块在控制环中的连接方式去推导复杂的闭环传递函数，然后才能推导出最终的序阻抗模型。本发明在建立控制环节中每个模块的开环传递函数后，无需再经过复杂的推导计算闭环传递函数，而只需要将每个模块的开环传递函数直接代入Zp和Zn的表达式中即可得到详细的序阻抗模型，避免了计算闭环传递函数的复杂推导过程和重复建模工作，显著提升了构网型变流器的序阻抗建模工作效率，可以快捷地应用于不同的构网型变流器的序阻抗建模。
附图说明
图1是本发明实施例1构网型变流器I的控制框图；
图2是本发明实施例1中构网型变流器I的序阻抗建模结果和扫频结果；
图3是本发明实施例2构网型变流器II的控制框图；
图4是本发明实施例2中构网型变流器II的序阻抗建模结果和扫频结果。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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的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。
请参阅图1-4，本发明实施例提出一种构网型变流器的通用序阻抗建模方法，包括如下步骤：
A．建立有功功率到相位的开环传递函数Mp（jω），其中，ω为角频率。
具体的，当构网控制采用直流电压调节相位时，建立直流电压到相位的开环传递函数Mdc（jω），利用直流电压与有功功率的下述关系折算出有功功率到相位的开环传递函数Mp（jω）。
其中Cdc是逆变器的直流母线电容值，Udc是逆变器的直流母线电压值，s是微分算子。
在图1所示实施例1中，Mp（jω）为
在图3所示实施例2中，
B.建立电压环控制器的传递函数Ku（jω），建立电流环控制器的传递函数Ki（jω）。实施例1和实施例2中，
其中，和/>是电压PI控制器的比例系数和积分系数，/>和/>分别是电流PI控制器的比例系数和积分系数。
将Mp（jω），Ku（jω）和Ki（jω）分别向右频移一个基波频率f1得到Mp（sp），Ku（sp）和Ki（sp），其中，。
实施例1中，
实施例2中，
将Mp（jω），Ku（jω）和Ki（jω）分别向左频移一个基波频率f1得到Mp（sn），Ku（sn）和Ki（sn），其中，。
实施例1中，
实施例2中，
C．将变流器的交流滤波电感值记为Lf，其寄生电阻值记为Rf。
建立构网型变流器的正序阻抗为：
其中，U1和I1分别是正序基波电压和正序基波电流的幅值，
D．建立构网型变流器的负序阻抗为：
其中，。
根据本发明公开的方法建立的实施例1的正序阻抗和负序阻抗模型波德图如图2所示，与扫频结果对比可见，所公开的方法建立的序阻抗模型能够准确反应实施例1中的构网型变流器的真实序阻抗。
根据本发明公开的方法建立的实施例2的正序阻抗和负序阻抗模型波德图如图4所示，与扫频结果对比可见，所公开的方法建立的序阻抗模型能够准确反应实施例2中的构网型变流器的真实序阻抗。
本发明实施例还提供一种构网型变流器的通用序阻抗建模装置，包括：
第一开环传递函数建立模块，用于建立有功功率到相位的开环传递函数；
第二开环传递函数建立模块，用于建立电压控制器和电流控制器的开环传递函数；
正序阻抗模型建立模块，用于分别将所述有功功率到相位的开环传递函数和电压控制器和电流控制器的开环传递函数右移基波频率后，通过组合运算建立正序阻抗模型；
负序阻抗模型负序阻抗模型，用于分别将所述有功功率到相位的开环传递函数和电压控制器和电流控制器的开环传递函数左移基波频率后，通过组合运建立负序阻抗模型。
本发明实施例还提供一种构网型变流器的通用序阻抗建模系统，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现如上所述的构网型变流器的通用序阻抗建模方法。
本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现所述的构网型变流器的通用序阻抗建模方法。
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。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (10)
1.一种构网型变流器的通用序阻抗建模方法，其特征在于，包括如下步骤：
建立有功功率到相位的开环传递函数；
建立电压控制器和电流控制器的开环传递函数；
分别将所述有功功率到相位的开环传递函数和电压控制器和电流控制器的开环传递函数右移基波频率后，通过组合运算建立正序阻抗模型；
分别将所述有功功率到相位的开环传递函数和电压控制器和电流控制器的开环传递函数左移基波频率后，通过组合运建立负序阻抗模型。
2.如权利要求1所述的构网型变流器的通用序阻抗建模方法，其特征在于，所述建立有功功率到相位的开环传递函数，具体包括：
当构网控制采用直流电压调节相位时，建立直流电压到相位的开环传递函数Mdc（jω），利用直流电压与有功功率的下述关系折算出有功功率到相位的开环传递函数Mp（jω）：
其中，ω为角频率，Cdc是逆变器的直流母线电容值，Udc是逆变器的直流母线电压值，s是微分算子。
3.如权利要求2所述的构网型变流器的通用序阻抗建模方法，其特征在于，所述分别将所述有功功率到相位的开环传递函数和电压控制器和电流控制器的开环传递函数右移基波频率后，通过组合运算建立正序阻抗模型，具体包括：
建立的电压环控制器的传递函数为Ku（jω），建立的电流环控制器的传递函数为Ki（jω），将Mp（jω）、Ku（jω）和Ki（jω）分别向右频移一个基波频率f1得到Mp（sp）、Ku（sp）和Ki（sp），其中，；
将变流器的交流滤波电感值记为Lf，其寄生电阻值记为Rf，建立构网型变流器的正序阻抗为：
其中，U1和I1分别是正序基波电压和正序基波电流的幅值，
。
4.如权利要求2所述的构网型变流器的通用序阻抗建模方法，其特征在于，所述分别将所述有功功率到相位的开环传递函数和电压控制器和电流控制器的开环传递函数左移基波频率后，通过组合运建立负序阻抗模型，具体包括：
建立的电压环控制器的传递函数为Ku（jω），建立的电流环控制器的传递函数为Ki（jω），将Mp（jω）、Ku（jω）和Ki（jω）分别向左频移一个基波频率f1得到Mp（sn）、Ku（sn）和Ki（sn），其中，；
将变流器的交流滤波电感值记为Lf，其寄生电阻值记为Rf，建立构网型变流器的负序阻抗为：
其中，U1和I1分别是正序基波电压和正序基波电流的幅值，
。
5.一种构网型变流器的通用序阻抗建模装置，其特征在于，包括：
第一开环传递函数建立模块，用于建立有功功率到相位的开环传递函数；
第二开环传递函数建立模块，用于建立电压控制器和电流控制器的开环传递函数；
正序阻抗模型建立模块，用于分别将所述有功功率到相位的开环传递函数和电压控制器和电流控制器的开环传递函数右移基波频率后，通过组合运算建立正序阻抗模型；
负序阻抗模型负序阻抗模型，用于分别将所述有功功率到相位的开环传递函数和电压控制器和电流控制器的开环传递函数左移基波频率后，通过组合运建立负序阻抗模型。
6.如权利要求5所述的构网型变流器的通用序阻抗建模装置，其特征在于，所述第一开环传递函数建立模块建立有功功率到相位的开环传递函数，具体包括：
当构网控制采用直流电压调节相位时，建立直流电压到相位的开环传递函数
Mdc（jω），利用直流电压与有功功率的下述关系折算出有功功率到相位的开环传递函数Mp（jω）：
其中，ω为角频率，Cdc是逆变器的直流母线电容值，Udc是逆变器的直流母线电压值，s是微分算子。
7.如权利要求6所述的构网型变流器的通用序阻抗建模装置，其特征在于，建立的电压环控制器的传递函数为Ku（jω），建立的电流环控制器的传递函数为Ki（jω），所述正序阻抗模型建立模块，具体用于：
将Mp（jω）、Ku（jω）和Ki（jω）分别向右频移一个基波频率f1得到Mp（sp）、Ku（sp）和Ki（sp），其中，；
将变流器的交流滤波电感值记为Lf，其寄生电阻值记为Rf，建立构网型变流器的正序阻抗为：
其中，U1和I1分别是正序基波电压和正序基波电流的幅值，
。
8.如权利要求6所述的构网型变流器的通用序阻抗建模装置，其特征在于，建立的电压环控制器的传递函数为Ku（jω），建立的电流环控制器的传递函数为Ki（jω），所述序阻抗模型负序阻抗模型具体用于：
将Mp（jω）、Ku（jω）和Ki（jω）分别向左频移一个基波频率f1得到Mp（sn）、Ku（sn）和Ki（sn），其中，；
将变流器的交流滤波电感值记为Lf，其寄生电阻值记为Rf，建立构网型变流器的负序阻抗为：
；
其中，U1和I1分别是正序基波电压和正序基波电流的幅值，
。
9.一种构网型变流器的通用序阻抗建模系统，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现权利要求1-4中任一项所述的构网型变流器的通用序阻抗建模方法。
10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-4中任一项所述的构网型变流器的通用序阻抗建模方法。
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