CN117411018A - 一种svg阻抗模型建立方法、装置、存储介质及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种SVG阻抗模型建立方法、装置、存储介质及设备，构建包括端口电压扰动向量、端口电流扰动向量、子模块平均电容电压扰动向量和调制波扰动向量关系的SVG主电路的频域线性化模型；建立SVG控制系统中各个控制环的频域线性化模型；整合SVG控制系统中各个控制环的频域线性化模型，得到SVG控制系统的完整频域线性化模型；将SVG控制系统的完整频域线性化模型代入所述SVG主电路的频域线性化模型，得到SVG阻抗模型；本发明所建立的阻抗模型可以准确地反映SVG的等效阻抗，同时方便确定具体控制环节对SVG整体阻抗特性的影响，为保障工程安全稳定运行提供必要条件，满足了实际应用需求。

Description

一种SVG阻抗模型建立方法、装置、存储介质及设备
技术领域
本申请涉及电力系统技术领域，特别是涉及一种SVG阻抗模型建立方法、装置、存储介质及设备。
背景技术
静止无功发生器(Static Var Generator，SVG)基于级联型多电平换流器技术，具有谐波特性好、器件开关频率低、不需要箝位二极管和箝位电容、模块化设计等优点，非常适合高压大容量无功补偿场合，而在低压配电网领域，由于其采用模块化设计，维护方便，另外输出电压的谐波特性好，不需要交流滤波器，因此在配电网中也具有很好的应用前景。世界上多家公司和科研机构对基于级联型多电平换流器技术的SVG开展研究并掌握了关键技术。
然而，SVG作为具有宽频响应特性的电力电子装置，其与电网中其他装置的交互可能会使系统在宽频段内出现谐振不稳定问题。为了分析SVG接入电网后的谐振稳定性问题，通常需要建立SVG的阻抗模型。目前，对电力电子装置阻抗模型的研究主要集中于新能源发电机组和直流输电换流器等，而对SVG的阻抗模型则关注较少。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种SVG阻抗模型建立方法、装置、存储介质及设备，以解决对电力电子装置阻抗模型的研究主要集中于新能源发电机组和直流输电换流器等，而对SVG的阻抗模型则关注较少等技术问题，以保障相关工程安全的稳定运行。
本发明的技术方案是：
一种SVG阻抗模型建立方法，所述方法适用于含SVG的新能源场站，所述方法包括：
构建包括端口电压扰动向量、端口电流扰动向量、子模块平均电容电压扰动向量和调制波扰动向量关系的SVG主电路的频域线性化模型；
建立SVG控制系统中各个控制环的频域线性化模型；
整合SVG控制系统中各个控制环的频域线性化模型，得到SVG控制系统的完整频域线性化模型；
将SVG控制系统的完整频域线性化模型代入所述SVG主电路的频域线性化模型，得到SVG阻抗模型。
根据SVG阻抗模型得到频域中SVG的端口导纳矩阵；
选取端口导纳矩阵中对应扰动频率的元素，根据对应扰动频率的元素，得到该频率下SVG的端口阻抗。
所述主电路的频域线性化模型为：
E±Δu＝G1Δi+G2Δm
Δuc＝G3Δi+G4Δm
其中，Δu为SVG并网点端口电压的扰动量，Δuc为子模块平均电容电压的扰动量，Δi为并网点端口电流的扰动量，在频域中上述各变量均为向量矩阵；E±为正负序分量提取矩阵，表达式为：
E±＝E++E-
而E+和E-分别表示正序分量提取矩阵和负序分量提取矩阵，当SVG端口注入不同的扰动信号，E+和E-的表达式为：
其中，上标+和-分别表示注入正序和负序的扰动，下标+、-和0分别表示所要提取的相序为正序、负序和零序，diag()表示对角矩阵形式；
G1，G2，G3和G4为系数矩阵，具体表达式如下：
式中，R0，L0，C分别为SVG桥臂等效电阻、等效电感和子模块电容，N为每个桥臂所包含的子模块数；i为并网点电流稳态量，m为调制波稳态量，uc为子模块平均电容电压的稳态量，在频域中上述各变量均为矩阵；I为单位矩阵，S为频域中表示微分运算的矩阵。
控制系统中的控制环包括坐标变换、子模块平均电容电压控制、无功功率控制、输出电流控制和锁相环。
坐标变换中，一任意变量Δx经Park变换的频域线性化模型为：
Δxd和Δxq经Park反变换的频域线性化模型为：
Δx＝Td-Δxd+Tq-Δxq+(x'd-+x'q-)Δθ
Δx经Clark变换的频域线性化模型为：
上述坐标变换的频域模型中，下标d、q、α和β分别表示变量的d、q、α和β分量，Δθ为参考相位的扰动量，由锁相环生成，频域中上述各变量均为向量矩阵形式；Td+和Tq+分别表示Park变换中到d轴和q轴的变换，Td-和Tq-分别表示Park反变换中d轴分量和q轴分量的变换；Tα和Tβ表示Clark变换中到α轴和β轴的变换，其表达式分别为：
Td+＝TdwE++TupE-
Tq+＝-jTdwE++jTupE-
其中，Tup和Tdw的表达式分别为：
频域中变量Δx对应的时域稳态量x0经Tdq+(θ0+90°)变换后，分别取d轴分量和q轴分量并表为的Toeplitz矩阵形式，
子模块平均电容电压控制的频域线性化模型为：
Δidref＝Guc(Δuc-ucref)
其中，ucref为子模块平均电容电压的参考值，Δidref为输出电流控制的d轴参考值，在频域中上述各变量均为矩阵；Guc为一对角矩阵，表示频域形式下子模块电容电压控制中PI控制器的增益，其主对角线上各元素由PI控制器不同频率下的传递函数构成，即：
式中，kpuc，kiuc分别表示子模块电容电压控制中PI控制器的比例系数以及积分系数；
所述无功功率控制的频域线性化模型为：
Δiqref＝GQ(Qref-ΔQ)
其中，Qref为无功功率的参考值，ΔQ为无功功率的扰动量，Δiqref为输出电流控制的q轴参考值，在频域中上述各变量均为矩阵；GQ为一对角矩阵，表示频域形式下无功功率控制中PI控制器的增益，其主对角线上各元素由PI控制器不同频率下的传递函数构成，即：
式中，kpQ，kiQ分别表示无功功率控制中PI控制器的比例系数以及积分系数；
所述输出电流控制的频域线性化模型为：
Δm＝Td-Δmd+Tq-Δmq+(m'd-+m'q-)Δθ
其中，Ki为dq轴解耦控制系数，Gi为一对角矩阵，表示频域形式下内环电流控制中PI控制器的增益，其主对角线上各元素由PI控制器不同频率下的传递函数构成，即：
式中，kpi，kii分别表示内环电流控制中PI控制器的比例系数以及积分系数；
所述锁相环的频域线性化模型为：
Δθ＝GPLLΔu
其中，kpPLL，kiPLL分别表示锁相环中PI控制器的比例系数以及积分系数；U0cos(ω0t+θu0)为SVG并网点电压的稳态值。
控制系统的完整频域线性化模型为：
Δm＝G5Δuc+G6Δi+G7Δu
即通过整理各个控制环的频域线性化模型，消去中间变量，得到频域中由子模块平均电压扰动量、端口电流扰动量和端口电压扰动量表示的调制波扰动量。
SVG阻抗模型的获取方法包括：
首先将SVG主电路频域线性化模型的第二式代入SVG控制系统的完整频域线性化模型，消去控制系统频域线性化模型中的子模块电容电压扰动分量，即：
Δm＝(I-G5G4)-1[(G5G3+G6)Δi+G7Δu]
然后将上式代入SVG主电路频域线性化模型的第一式，消去调制波扰动量，得到：
Δi＝[G1+G2(I-G5G4)-1(G5G3+G6)]-1(E±-G2(I-G5G4)-1G7)Δu＝YΔu
上式即为SVG端口电压扰动分量Δu和端口电流扰动分量Δi之间的关系，矩阵Y为表示它们之间关系的传递函数矩阵，
SVG在扰动频率ωp处的端口阻抗为：
式中Y(h+1,h+1)表示Y矩阵中第h+1行第h+1列的元素。
一种SVG阻抗模型建立装置，所述装置包括：
主电路模型创建模块，用于构建包括电压扰动向量、电流扰动向量、子模块平均电容电压扰动向量和调制波扰动向量关系的主电路的频域线性化模型；
控制系统模型创建模块，用于建立控制系统中各个控制环的频域线性化模型；
控制环模型整合模块，用于整合控制系统中各个控制环的频域线性化模型，得到控制系统的完整频域线性化模型；
端口导纳获取模块，用于将所述控制系统的完整频域线性化模型代入所述主电路的频域线性化模型，得到SVG阻抗模型。
一种计算机可读存储介质所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序；其中，所述计算机程序在运行时控制所述计算机可读存储介质所在的设备执行所述的SVG阻抗模型建立方法。
一种电力设备，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器在执行所述计算机程序时实现所述的SVG阻抗模型建立方法。
本发明有益效果：
本发明包括：构建包括端口电压扰动向量、端口电流扰动向量、子模块平均电容电压扰动向量和调制波扰动向量关系的SVG主电路的频域线性化模型；建立SVG控制系统中各个控制环的频域线性化模型；整合SVG控制系统中各个控制环的频域线性化模型，得到SVG控制系统的完整频域线性化模型；将所述SVG控制系统的完整频域线性化模型代入所述SVG主电路的频域线性化模型，得到SVG阻抗模型。本发明所建立的阻抗模型可以准确地反映SVG的等效阻抗，同时方便确定具体控制环节对SVG整体阻抗特性的影响，为保障工程安全稳定运行提供必要条件，满足了实际应用需求。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种SVG阻抗模型建立方法的流程示意图；
图2为SVG主电路拓扑结构图；
图3为SVG控制系统的控制框图；
图4为本实施示例中所建立的SVG阻抗模型与仿真扫频实验的结果对比图；
图5为本发明实施例提供的SVG阻抗模型建立装置的结构框图；
图6为本发明实施例提供的电力设备的结构图。
具体实施方式
如图1至图3所示，本发明实施例提供的SVG阻抗模型建立方法，适用于一含SVG的新能源场站，所述方法包括步骤S11至步骤S14：
步骤S11，构建包括端口电压扰动向量、端口电流扰动向量、子模块平均电容电压扰动向量和调制波扰动向量关系的SVG主电路的频域线性化模型。
请参阅图2所示的SVG主电路拓扑结构图，首先根据所述SVG主电路拓扑结构图，建立SVG主电路的时域方程，然后将SVG主电路的时域方程转化到频域，进行线性化，得到频域中SVG主电路的线性化模型，即主电路的频域线性化模型，并将所述主电路的频域线性化模型转化为电压扰动向量Δu，电流扰动向量Δi，子模块平均电容电压扰动向量Δuc和调制波扰动向量Δm之间的关系。
所述主电路的频域线性化模型为：
E±Δu＝G1Δi+G2Δm
Δuc＝G3Δi+G4Δm
其中，Δu为SVG并网点端口电压的扰动量，Δuc为子模块平均电容电压的扰动量，Δi为并网点端口电流的扰动量，在频域中上述各变量均为向量矩阵。E±为正负序分量提取矩阵，其表达式为：
E±＝E++E-
而E+和E-分别表示正序分量提取矩阵和负序分量提取矩阵，当SVG端口注入不同的扰动信号，E+和E-的表达式为：
其中，上标+和-分别表示注入正序和负序的扰动，下标+、-和0分别表示所要提取的相序为正序、负序和零序，diag()表示对角矩阵形式。
G1，G2，G3和G4为系数矩阵，具体表达式如下：
式中，R0，L0，C分别为SVG桥臂等效电阻、等效电感和子模块电容，N为每个桥臂所包含的子模块数。i为并网点电流稳态量，m为调制波稳态量，uc为子模块平均电容电压的稳态量，在频域中上述各变量均为矩阵。I为单位矩阵，S为频域中表示微分运算的矩阵。
步骤S12，建立SVG控制系统中各个控制环的频域线性化模型。
请参阅图3所示的SVG的控制框图，根据控制系统框图，建立控制系统中每个控制环节的频域线性化模型。SVG控制系统中包含的具体控制环包括有坐标变换、子模块平均电容电压控制、无功功率控制、输出电流控制和锁相环。
所述坐标变换中，一任意变量Δx经Park变换的频域线性化模型为：
Δxd和Δxq经Park反变换的频域线性化模型为：
Δx＝Td-Δxd+Tq-Δxq+(x'd-+x'q-)Δθ
Δx经Clark变换的频域线性化模型为：
上述坐标变换的频域模型中，下标d、q、α和β分别表示变量的d、q、α和β分量，Δθ为参考相位的扰动量，由锁相环生成，频域中上述各变量均为向量矩阵形式。Td+和Tq+分别表示Park变换中到d轴和q轴的变换，Td-和Tq-分别表示Park反变换中d轴分量和q轴分量的变换。Tα和Tβ表示Clark变换中到α轴和β轴的变换，其表达式分别为：
Td+＝TdwE++TupE-
Tq+＝-jTdwE++jTupE-
其中，Tup和Tdw的表达式分别为：
频域中变量Δx对应的时域稳态量x0经Tdq+(θ0+90°)变换后，分别取d轴分量和q轴分量并表为的Toeplitz矩阵形式，即为x'd+和x'q+，x'd-和x'q-的计算方法与之同理。时域中此种变换已经是电力系统领域内为人所熟知的技术，因此不再具体给出详细变换方法。
所述子模块平均电容电压控制的频域线性化模型为：
Δidref＝Guc(Δuc-ucref)
其中，ucref为子模块平均电容电压的参考值，Δidref为输出电流控制的d轴参考值，在频域中上述各变量均为矩阵。Guc为一对角矩阵，表示频域形式下子模块电容电压控制中PI控制器的增益，其主对角线上各元素由PI控制器不同频率下的传递函数构成，即：
式中，kpuc，kiuc分别表示子模块电容电压控制中PI控制器的比例系数以及积分系数。
所述无功功率控制的频域线性化模型为：
Δiqref＝GQ(Qref-ΔQ)
其中，Qref为无功功率的参考值，ΔQ为无功功率的扰动量，Δiqref为输出电流控制的q轴参考值，在频域中上述各变量均为矩阵。GQ为一对角矩阵，表示频域形式下无功功率控制中PI控制器的增益，其主对角线上各元素由PI控制器不同频率下的传递函数构成，即：
式中，kpQ，kiQ分别表示无功功率控制中PI控制器的比例系数以及积分系数。
所述输出电流控制的频域线性化模型为：
Δm＝Td-Δmd+Tq-Δmq+(m'd-+m'q-)Δθ
其中，Ki为dq轴解耦控制系数，Gi为一对角矩阵，表示频域形式下内环电流控制中PI控制器的增益，其主对角线上各元素由PI控制器不同频率下的传递函数构成，即：
式中，kpi，kii分别表示内环电流控制中PI控制器的比例系数以及积分系数。
所述锁相环的频域线性化模型为：
Δθ＝GPLLΔu
其中，kpPLL，kiPLL分别表示锁相环中PI控制器的比例系数以及积分系数。U0cos(ω0t+θu0)为SVG并网点电压的稳态值。
步骤S13，整合控制系统中各个控制环的频域线性化模型，得到SVG控制系统的完整频域线性化模型。
如上所述，根据控制系统中不同控制环间的关系，对所述各个控制环的频域线性化模型进行整合计算，形成SVG控制系统的完整频域线性化模型，即把控制系统输出的调制波扰动向量Δm用电压扰动向量Δu、电流扰动向量Δi和子模块平均电容电压的扰动向量Δuc表示。
所述控制系统的完整频域线性化模型为：
Δm＝G5Δuc+G6Δi+G7Δu
其中，G5表示整合各个控制环节频域线性化模型后，子模块平均电压扰动向量到调制波扰动量的传递函数矩阵，G6表示电流扰动向量到调制波扰动量的传递函数矩阵，G7表示电压扰动向量到调制波扰动量的传递函数矩阵。
步骤S14，将所述控制系统的完整频域线性化模型带入所述主电路的频域线性化模型，得到SVG阻抗模型。
如上所述，将SVG主电路频域线性化模型的第二式代入SVG控制系统的完整频域线性化模型，消去控制系统频域线性化模型中的子模块电容电压扰动分量，即：
Δm＝(I-G5G4)-1[(G5G3+G6)Δi+G7Δu]
然后将上式代入SVG主电路频域线性化模型的第一式，消去调制波扰动量，得到：
Δi＝[G1+G2(I-G5G4)-1(G5G3+G6)]-1(E±-G2(I-G5G4)-1G7)Δu＝YΔu
上式即为SVG端口电压扰动分量Δu和端口电流扰动分量Δi之间的关系，矩阵Y为表示它们之间关系的传递函数矩阵，
SVG在扰动频率ωp处的端口阻抗为：
式中Y(h+1,h+1)表示Y矩阵中第h+1行第h+1列的元素。
进一步地，下面以基本参数如表1所示的SVG为例，对本发明的应用进行介绍。
表1
根据本发明所述建模步骤，对表1中所示的SVG进行阻抗建模，其在1Hz-1000 Hz频段内的端口阻抗曲线如附图4中的实线所示，附图4中的圆圈为在电磁暂态仿真软件中对表1所示的SVG进行仿真扫描所得的阻抗结果。可以看出，本发明所述建模方法得到的结果与仿真扫描得到的实际结果高度吻合，验证了本方法所建立模型的准确性。
上述SVG阻抗模型建立方法，首先建立主电路的频域线性化模型，并将所述主电路的频域线性化模型转化为电压扰动向量Δu，电流扰动向量Δi，子模块平均电容电压扰动向量Δuc和调制波扰动向量Δm之间的关系；建立SVG控制系统中各个控制环的频域线性化模型；整合控制系统中各个控制环的频域线性化模型，得到SVG控制系统的完整频域线性化模型；将所述控制系统的完整频域线性化模型代入所述主电路的频域线性化模型，得到SVG阻抗模型。
请参阅图5，本发明提供还提供了一种SVG阻抗模型建立装置，适用于如上所述SVG阻抗模型建立方法，所述装置包括：
主电路模型创建模块21，用于构建包括端口电压扰动向量、端口电流扰动向量、子模块平均电容电压扰动向量和调制波扰动向量关系的SVG主电路的频域线性化模型。
进一步地，所述主电路的频域线性化模型为：
E±Δu＝G1Δi+G2Δm
Δuc＝G3Δi+G4Δm
其中，Δu为SVG并网点端口电压的扰动量，Δuc为子模块平均电容电压的扰动量，Δi为并网点端口电流的扰动量，在频域中上述各变量均为向量矩阵。E±为正负序分量提取矩阵，其表达式为：
E±＝E++E-
而E+和E-分别表示正序分量提取矩阵和负序分量提取矩阵，当SVG端口注入不同的扰动信号，E+和E-的表达式为：
其中，上标+和-分别表示注入正序和负序的扰动，下标+、-和0分别表示所要提取的相序为正序、负序和零序，diag()表示对角矩阵形式。
G1，G2，G3和G4为系数矩阵，具体表达式如下：
式中，R0，L0，C分别为SVG桥臂等效电阻、等效电感和子模块电容，N为每个桥臂所包含的子模块数。i为并网点电流稳态量，m为调制波稳态量，uc为子模块平均电容电压的稳态量，在频域中上述各变量均为矩阵。I为单位矩阵，S为频域中表示微分运算的矩阵。
控制系统模型创建模块22，用于建立SVG控制系统中各个控制环的频域线性化模型。
进一步地，所述控制系统中的控制环包括坐标变换、子模块平均电容电压控制、无功功率控制、输出电流控制和锁相环。
进一步地，所述建立SVG控制系统中各个控制环的频域线性化模型，其具体方法包括：
所述坐标变换中，一任意变量Δx经Park变换的频域线性化模型为：
Δxd和Δxq经Park反变换的频域线性化模型为：
Δx＝Td-Δxd+Tq-Δxq+(x'd-+x'q-)Δθ
Δx经Clark变换的频域线性化模型为：
上述坐标变换的频域模型中，下标d、q、α和β分别表示变量的d、q、α和β分量，Δθ为参考相位的扰动量，由锁相环生成，频域中上述各变量均为向量矩阵形式。Td+和Tq+分别表示Park变换中到d轴和q轴的变换，Td-和Tq-分别表示Park反变换中d轴分量和q轴分量的变换。Tα和Tβ表示Clark变换中到α轴和β轴的变换，其表达式分别为：
Td+＝TdwE++TupE-
Tq+＝-jTdwE++jTupE-
其中，Tup和Tdw的表达式分别为：
频域中变量Δx对应的时域稳态量x0经Tdq+(θ0+90°)变换后，分别取d轴分量和q轴分量并表为的Toeplitz矩阵形式，即为x'd+和x'q+，x'd-和x'q-的计算方法与之同理。时域中此种变换已经是电力系统领域内为人所熟知的技术，因此不再具体给出详细变换方法。
所述子模块平均电容电压控制的频域线性化模型为：
Δidref＝Guc(Δuc-ucref)
其中，ucref为子模块平均电容电压的参考值，Δidref为输出电流控制的d轴参考值，在频域中上述各变量均为矩阵。Guc为一对角矩阵，表示频域形式下子模块电容电压控制中PI控制器的增益，其主对角线上各元素由PI控制器不同频率下的传递函数构成，即：
式中，kpuc，kiuc分别表示子模块电容电压控制中PI控制器的比例系数以及积分系数。
所述无功功率控制的频域线性化模型为：
Δiqref＝GQ(Qref-ΔQ)
其中，Qref为无功功率的参考值，ΔQ为无功功率的扰动量，Δiqref为输出电流控制的q轴参考值，在频域中上述各变量均为矩阵。GQ为一对角矩阵，表示频域形式下无功功率控制中PI控制器的增益，其主对角线上各元素由PI控制器不同频率下的传递函数构成，即：
式中，kpQ，kiQ分别表示无功功率控制中PI控制器的比例系数以及积分系数。
所述输出电流控制的频域线性化模型为：
Δm＝Td-Δmd+Tq-Δmq+(m'd-+m'q-)Δθ
其中，Ki为dq轴解耦控制系数，Gi为一对角矩阵，表示频域形式下内环电流控制中PI控制器的增益，其主对角线上各元素由PI控制器不同频率下的传递函数构成，即：
式中，kpi，kii分别表示内环电流控制中PI控制器的比例系数以及积分系数。
所述锁相环的频域线性化模型为：
Δθ＝GPLLΔu
其中，kpPLL，kiPLL分别表示锁相环中PI控制器的比例系数以及积分系数。U0cos(ω0t+θu0)为SVG并网点电压的稳态值。
控制环模型整合模块23，用于整合控制系统中各个控制环的频域线性化模型，得到SVG控制系统的完整频域线性化模型。
进一步地，所述控制系统的完整频域线性化模型为：
Δm＝G5Δuc+G6Δi+G7Δu
其中，G5表示整合各个控制环节频域线性化模型后，子模块平均电压扰动向量到调制波扰动量的传递函数矩阵，G6表示电流扰动向量到调制波扰动量的传递函数矩阵，G7表示电压扰动向量到调制波扰动量的传递函数矩阵。
端口导纳获取模块24，用于将所述控制系统的完整频域线性化模型带入所述主电路的频域线性化模型，得到SVG阻抗模型。
进一步地，将SVG主电路频域线性化模型的第二式代入SVG控制系统的完整频域线性化模型，消去控制系统频域线性化模型中的子模块电容电压扰动分量，即：
Δm＝(I-G5G4)-1[(G5G3+G6)Δi+G7Δu]
然后将上式代入SVG主电路频域线性化模型的第一式，消去调制波扰动量，得到：
Δi＝[G1+G2(I-G5G4)-1(G5G3+G6)]-1(E±-G2(I-G5G4)-1G7)Δu＝YΔu
上式即为SVG端口电压扰动分量Δu和端口电流扰动分量Δi之间的关系，矩阵Y为表示它们之间关系的传递函数矩阵，
SVG在扰动频率ωp处的端口阻抗为：
式中Y(h+1,h+1)表示Y矩阵中第h+1行第h+1列的元素。
本发明实施例所提供的SVG阻抗模型建立装置，首先建立主电路的频域线性化模型，并将所述主电路的频域线性化模型转化为电压扰动向量Δu，电流扰动向量Δi，子模块平均电容电压扰动向量Δuc和调制波扰动向量Δm之间的关系；建立SVG控制系统中各个控制环的频域线性化模型；整合控制系统中各个控制环的频域线性化模型，得到SVG控制系统的完整频域线性化模型；将所述控制系统的完整频域线性化模型代入所述主电路的频域线性化模型，得到SVG阻抗模型。本发明考虑了完整的控制环节，所建立的阻抗模型可以准确地反映SVG的等效阻抗。阻抗建模过程采用了分块处理的方式，分别形成了每个控制环节的频域线性化模型，可以方便地确定具体控制环节对SVG整体阻抗特性的影响，为保障工程安全稳定运行提供必要条件，满足了实际应用需求。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序；其中，所述计算机程序在运行时控制所述计算机可读存储介质所在的设备执行如上所述的SVG阻抗模型建立方法。
本发明实施例还提供了一种电力设备，参见图6所示，是本发明提供的一种电力设备的一个优选实施例的结构框图，所述电力设备包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器在执行所述计算机程序时实现如上所述的SVG阻抗模型建立方法。
优选地，所述计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元(如计算机程序1、计算机程序2、······)，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器中，并由所述处理器执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序在所述电力设备中的执行过程。
所述处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(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，通用处理器可以是微处理器，或者所述处理器也可以是任何常规的处理器，所述处理器是所述电力设备的控制中心，利用各种接口和线路连接所述电力设备的各个部分。
所述存储器主要包括程序存储区和数据存储区，其中，程序存储区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序等，数据存储区可存储相关数据等。此外，所述存储器可以是高速随机存取存储器，还可以是非易失性存储器，例如插接式硬盘，智能存储卡(SmartMedia Card，SMC)、安全数字(Secure Digital，SD)卡和闪存卡(Flash Card)等，或所述存储器也可以是其他易失性固态存储器件。
需要说明的是，上述电力设备可包括，但不仅限于，处理器、存储器，本领域技术人员可以理解，图6结构框图仅仅是电力设备的示例，并不构成对电力设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件。

Claims (10)

1.一种SVG阻抗模型建立方法，所述方法适用于含SVG的新能源场站，其特征在于：所述方法包括：
构建包括端口电压扰动向量、端口电流扰动向量、子模块平均电容电压扰动向量和调制波扰动向量关系的SVG主电路的频域线性化模型；
建立SVG控制系统中各个控制环的频域线性化模型；
整合SVG控制系统中各个控制环的频域线性化模型，得到SVG控制系统的完整频域线性化模型；
将SVG控制系统的完整频域线性化模型代入所述SVG主电路的频域线性化模型，得到SVG阻抗模型。
2.根据权利要求1所述的一种SVG阻抗模型建立方法，其特征在于：所述方法还包括：
根据SVG阻抗模型得到频域中SVG的端口导纳矩阵；
选取端口导纳矩阵中对应扰动频率的元素，根据对应扰动频率的元素，得到该频率下SVG的端口阻抗。
3.根据权利要求1所述的一种SVG阻抗模型建立方法，其特征在于：所述主电路的频域线性化模型为：
E±Δu＝G1Δi+G2Δm
Δuc＝G3Δi+G4Δm
其中，Δu为SVG并网点端口电压的扰动量，Δuc为子模块平均电容电压的扰动量，Δi为并网点端口电流的扰动量，在频域中上述各变量均为向量矩阵；E±为正负序分量提取矩阵，表达式为：
E±＝E++E-
而E+和E-分别表示正序分量提取矩阵和负序分量提取矩阵，当SVG端口注入不同的扰动信号，E+和E-的表达式为：
其中，上标+和-分别表示注入正序和负序的扰动，下标+、-和0分别表示所要提取的相序为正序、负序和零序，diag()表示对角矩阵形式；
G1，G2，G3和G4为系数矩阵，具体表达式如下：
式中，R0，L0，C分别为SVG桥臂等效电阻、等效电感和子模块电容，N为每个桥臂所包含的子模块数；i为并网点电流稳态量，m为调制波稳态量，uc为子模块平均电容电压的稳态量，在频域中上述各变量均为矩阵；I为单位矩阵，S为频域中表示微分运算的矩阵。
4.根据权利要求1所述的一种SVG阻抗模型建立方法，其特征在于：控制系统中的控制环包括坐标变换、子模块平均电容电压控制、无功功率控制、输出电流控制和锁相环。
5.根据权利要求4所述的一种SVG阻抗模型建立方法，其特征在于：坐标变换中，一任意变量Δx经Park变换的频域线性化模型为：
Δxd和Δxq经Park反变换的频域线性化模型为：
Δx＝Td-Δxd+Tq-Δxq+(x'd-+x'q-)Δθ
Δx经Clark变换的频域线性化模型为：
上述坐标变换的频域模型中，下标d、q、α和β分别表示变量的d、q、α和β分量，Δθ为参考相位的扰动量，由锁相环生成，频域中上述各变量均为向量矩阵形式；Td+和Tq+分别表示Park变换中到d轴和q轴的变换，Td-和Tq-分别表示Park反变换中d轴分量和q轴分量的变换；Tα和Tβ表示Clark变换中到α轴和β轴的变换，其表达式分别为：
Td+＝TdwE++TupE-
Tq+＝-jTdwE++jTupE-
其中，Tup和Tdw的表达式分别为：
频域中变量Δx对应的时域稳态量x0经Tdq+(θ0+90°)变换后，分别取d轴分量和q轴分量并表为的Toeplitz矩阵形式，
子模块平均电容电压控制的频域线性化模型为：
Δidref＝Guc(Δuc-ucref)
其中，ucref为子模块平均电容电压的参考值，Δidref为输出电流控制的d轴参考值，在频域中上述各变量均为矩阵；Guc为一对角矩阵，表示频域形式下子模块电容电压控制中PI控制器的增益，其主对角线上各元素由PI控制器不同频率下的传递函数构成，即：
式中，kpuc，kiuc分别表示子模块电容电压控制中PI控制器的比例系数以及积分系数；
所述无功功率控制的频域线性化模型为：
Δiqref＝GQ(Qref-ΔQ)
其中，Qref为无功功率的参考值，ΔQ为无功功率的扰动量，Δiqref为输出电流控制的q轴参考值，在频域中上述各变量均为矩阵；GQ为一对角矩阵，表示频域形式下无功功率控制中PI控制器的增益，其主对角线上各元素由PI控制器不同频率下的传递函数构成，即：
式中，kpQ，kiQ分别表示无功功率控制中PI控制器的比例系数以及积分系数；
所述输出电流控制的频域线性化模型为：
Δm＝Td-Δmd+Tq-Δmq+(m'd-+m'q-)Δθ
其中，Ki为dq轴解耦控制系数，Gi为一对角矩阵，表示频域形式下内环电流控制中PI控制器的增益，其主对角线上各元素由PI控制器不同频率下的传递函数构成，即：
式中，kpi，kii分别表示内环电流控制中PI控制器的比例系数以及积分系数；
所述锁相环的频域线性化模型为：
Δθ＝GPLLΔu
其中，kpPLL，kiPLL分别表示锁相环中PI控制器的比例系数以及积分系数；U0cos(ω0t+θu0)为SVG并网点电压的稳态值。
6.根据权利要求5所述的一种SVG阻抗模型建立方法，其特征在于：控制系统的完整频域线性化模型为：
Δm＝G5Δuc+G6Δi+G7Δu
即通过整理各个控制环的频域线性化模型，消去中间变量，得到频域中由子模块平均电压扰动量、端口电流扰动量和端口电压扰动量表示的调制波扰动量。
7.根据权利要求6所述的一种SVG阻抗模型建立方法，其特征在于：SVG阻抗模型的获取方法包括：
首先将SVG主电路频域线性化模型的第二式代入SVG控制系统的完整频域线性化模型，消去控制系统频域线性化模型中的子模块电容电压扰动分量，即：
Δm＝(I-G5G4)-1[(G5G3+G6)Δi+G7Δu]
然后将上式代入SVG主电路频域线性化模型的第一式，消去调制波扰动量，得到：
Δi＝[G1+G2(I-G5G4)-1(G5G3+G6)]-1(E±-G2(I-G5G4)-1G7)Δu＝YΔu
上式即为SVG端口电压扰动分量Δu和端口电流扰动分量Δi之间的关系，矩阵Y为表示它们之间关系的传递函数矩阵，
SVG在扰动频率ωp处的端口阻抗为：
式中Y(h+1,h+1)表示Y矩阵中第h+1行第h+1列的元素。
8.一种应用于权1所述方法的SVG阻抗模型建立装置，其特征在于，所述装置包括：
主电路模型创建模块，用于构建包括电压扰动向量、电流扰动向量、子模块平均电容电压扰动向量和调制波扰动向量关系的主电路的频域线性化模型；
控制系统模型创建模块，用于建立控制系统中各个控制环的频域线性化模型；
控制环模型整合模块，用于整合控制系统中各个控制环的频域线性化模型，得到控制系统的完整频域线性化模型；
端口导纳获取模块，用于将所述控制系统的完整频域线性化模型代入所述主电路的频域线性化模型，得到SVG阻抗模型。
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包括存储的计算机程序；其中，所述计算机程序在运行时控制所述计算机可读存储介质所在的设备执行如权利要求1至7中任一项所述的SVG阻抗模型建立方法。
10.一种电力设备，其特征在于，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器在执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7中任一项所述的SVG阻抗模型建立方法。
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