一種用于逆變器的電磁暫態(tài)建模方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于逆變器及其運行模式建模的電磁暫態(tài)建模方法。在該方法中，首先根據(jù)逆變器的拓撲結(jié)構(gòu)，利用基爾霍夫電壓和電流定律得出逆變器的數(shù)學(xué)模型；對數(shù)學(xué)模型進行派克變換，得到數(shù)學(xué)模型在dq0坐標下的電壓和電流方程式；對電壓和電流方程式進行差分化，得到電壓和電流在d軸與q軸的分量，從而得到逆變器的電磁暫態(tài)模型。該電磁暫態(tài)模型結(jié)合了電壓型并網(wǎng)和電流型并網(wǎng)兩種策略的優(yōu)勢，可以實現(xiàn)并網(wǎng)運行和孤島運行的無縫切換。將該模型擴展到配電網(wǎng)電磁暫態(tài)仿真軟件中，使用者無需再拼接搭建具體的電路模型，更加方便快捷。
【專利說明】—種用于逆變器的電磁暫態(tài)建模方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電磁暫態(tài)建模方法，特別涉及一種用于逆變器及其運行模式建模的電磁暫態(tài)建模方法，屬于電力系統(tǒng)仿真【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]逆變器(Inverter)是一種利用高頻電橋電路將直流電變換成交流電的常規(guī)電力器件，其目的與整流器相反。在太陽能及風(fēng)能等分布式發(fā)電系統(tǒng)中，逆變器發(fā)揮著不可替代的作用。典型的分布式發(fā)電系統(tǒng)一般由能量變換單元和逆變器構(gòu)成。能量變換單元將一次能源如太陽能或風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能，但是該電能還無法直接使用，需要由逆變器變換成可使用的電能。由于逆變器直接與大電網(wǎng)和關(guān)鍵負荷相連，因此分布式發(fā)電系統(tǒng)運行模式的切換取決于對該逆變器的運行模式的切換。
[0003]如何實現(xiàn)逆變器運行模式的有效切換，保證關(guān)鍵負荷的供電可靠性，一些學(xué)者對此進行了研究。例如 Fu-Sheng Pai 在論文《An Improved Utility Interface for Microturbine Generation System With Stand-Alone Operation Capabilities〉〉(干丨J載于〈〈IEEETransactions on Industrial Electronics》第53卷第5期)中，米用三相逆變器與電網(wǎng)和關(guān)鍵負荷相連。在并網(wǎng)模式下，電流傳感器檢測注入電網(wǎng)的電流，逆變器控制成電流源，同時可以補償關(guān)鍵負荷吸收的無功功率，使大電網(wǎng)的功率因數(shù)為一。在孤島模式下，電流互感器檢測濾波電容上的電流形成電流內(nèi)環(huán)，同時檢測電容電壓構(gòu)成電壓外環(huán)，逆變器控制成電壓源，給關(guān)鍵負載供電，檢測濾波電容的電流使負載電壓波形失真小。在兩種運行模式下，由于共用一套電流互感器，降低了系統(tǒng)側(cè)成本，但當(dāng)運行模式切換時，必須改變控制結(jié)構(gòu)，因而無法保證運行模式的無縫切換。
[0004]目前，分布式電源接入配電網(wǎng)需要大量的逆變器等電力電子設(shè)備。進行分布式電源接入對配電網(wǎng)的影響相關(guān)工作研究，需要仿真軟件能夠提供完備的分布式電源及電子電子器件、控制模型庫，并且具有簡單易行的構(gòu)建方法。業(yè)內(nèi)比較流行的電路仿真軟件主要包括MATLAB、PSCAD等。但是，這些仿真軟件均不擅長逆變器及其運行模式的電磁暫態(tài)建模工作。
[0005]蔡春偉等人在論文《準Z源逆變器的暫態(tài)建模與分析》(刊載于《電機與控制學(xué)報》2011年10期)中，對準Z源逆變器在電流連續(xù)模式下進行暫態(tài)建模與分析。采用信號流圖的小信號建模方法對該逆變器的DC側(cè)建模，獲得控制與輸出的傳遞函數(shù)，為準Z源逆變器設(shè)計控制策略提供理論依據(jù)。胡偉等人在論文《基于動態(tài)相量法的逆變型分布式電源微電網(wǎng)建模與仿真》(刊載于《第七屆中國高校電力電子與電力傳動學(xué)術(shù)年會論文集》，2013年出版)中，為了快速準確的分析微電網(wǎng)的動態(tài)特性，采用動態(tài)相量法建立逆變型分布式電源微電網(wǎng)的動態(tài)相量模型。在MATLAB/Simulink中分別建立含2臺并網(wǎng)逆變器的微電網(wǎng)的動態(tài)相量模型和電磁暫態(tài)模型，比較結(jié)果表明動態(tài)相量模型在較高精度范圍內(nèi)近似電磁暫態(tài)模型。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種用于逆變器的電磁暫態(tài)建模方法。
[0007]為實現(xiàn)上述的發(fā)明目的，本發(fā)明采用下述的技術(shù)方案:
[0008]一種用于逆變器的電磁暫態(tài)建模方法，包括以下步驟:
[0009]S1:根據(jù)逆變器的拓撲結(jié)構(gòu)，利用基爾霍夫電壓和電流定律得出所述逆變器的數(shù)學(xué)模型；
[0010]S2:對所述數(shù)學(xué)模型進行派克變換，得到所述數(shù)學(xué)模型在dqO坐標下的電壓和電流方程式；
[0011]S3:對所述電壓和電流方程式進行差分化，得到電壓和電流在d軸與q軸的分量，從而得到所述逆變器的電磁暫態(tài)模型。
[0012]其中較優(yōu)地，所述逆變器的電磁暫態(tài)模型為:
【權(quán)利要求】
1.一種用于逆變器的電磁暫態(tài)建模方法，其特征在于，包括如下步驟:S1:根據(jù)逆變器的拓撲結(jié)構(gòu)，利用基爾霍夫電壓和電流定律得出所述逆變器的數(shù)學(xué)模型；S2:對所述數(shù)學(xué)模型進行派克變換，得到所述數(shù)學(xué)模型在dqO坐標下的電壓和電流方程式;S3:對所述電壓和電流方程式進行差分化，得到電壓和電流在d軸與q軸的分量，從而得到所述逆變器的電磁暫態(tài)模型。
2.如權(quán)利要求1所述的電磁暫態(tài)建模方法，其特征在于，所述逆變器的電磁暫態(tài)模型為
3.如權(quán)利要求1所述的電磁暫態(tài)建模方法，其特征在于，當(dāng)所述逆變器工作在孤島運行模式時，包括電網(wǎng)電流外環(huán)、電容電壓內(nèi)環(huán)和電感電流內(nèi)環(huán)三個環(huán)節(jié)。
4.如權(quán)利要求3所述的電磁暫態(tài)建模方法，其特征在于所述電網(wǎng)電流外環(huán)環(huán)節(jié)的建模過程如下:電網(wǎng)側(cè)實際電流iga、igb、igc經(jīng)鎖相環(huán)獲取相角，通過派克變換得到dqO坐標下的igd、igq,電流給定值由能量管理系統(tǒng)結(jié)合電網(wǎng)電壓實際值給定，經(jīng)過幅相計算或派克變換得到dqo坐標系下電流匕、&，該給定值?和?與電網(wǎng)側(cè)電流實際值igd、igq進行比較，其差值送入PI調(diào)節(jié)器，輸出為 < 和1用差分化方程式表示如下:
5.如權(quán)利要求3所述的電磁暫態(tài)建模方法，其特征在于所述電容電壓內(nèi)環(huán)環(huán)節(jié)的建模過程如下:首先由電網(wǎng)電流外環(huán)前饋項得到電容電壓給定值《I和 <，利用鎖相環(huán)得到電網(wǎng)的實際三相電壓的實際相角，通過派克變換得到dqO坐標下的ud、iv將給定值<、〃與實際值ud、Uq進行比較，其差值送入電壓內(nèi)環(huán)PI調(diào)節(jié)器，輸出得到電感電流給定值 (6:用差分化方程式表示如下:
6.如權(quán)利要求3所述的電磁暫態(tài)建模方法，其特征在于所述電感電流內(nèi)環(huán)環(huán)節(jié)的建模過程如下:利用電容電壓內(nèi)環(huán)PI輸出得到的電感電流給定值4和?，再與實際電感dqO坐標系下的電流ild、ilq進行比較，差值送入電感電流內(nèi)環(huán)PI調(diào)節(jié)器得出變流器輸出電壓dq軸參考值ud和u,;用差分化方程式表示如下:
7.如權(quán)利要求1所述的電磁暫態(tài)建模方法，其特征在于，當(dāng)所述逆變器工作在并網(wǎng)運行模式時，包括電容電壓內(nèi)環(huán)和電感電流內(nèi)環(huán)兩個環(huán)節(jié)。
8.如權(quán)利要求7所述的電磁暫態(tài)建模方法，其特征在于所述電容電壓內(nèi)環(huán)環(huán)節(jié)的建模過程如下:首先由市電側(cè)電壓經(jīng)派克變換得到電容電壓給定值 <和 <，電網(wǎng)的實際三相電壓利用鎖相環(huán)得到實際相角，通過派克變換得到dqO坐標下的ud、ιν將給定值《1、<與實際值ud、Uq進行比較，其差值送入電壓內(nèi)環(huán)PI調(diào)節(jié)器，輸出得到電感電流給定值匕、用差分化方程式表示如下:
9.如權(quán)利要求6或7所述的電磁暫態(tài)建模方法，其特征在于在所述電感電流內(nèi)環(huán)環(huán)節(jié)中，輸出值叫和u,經(jīng)過dq-abc坐標變換得到abc坐標系下的ua、ub、u。，將三相電壓進行標幺化，作為所述逆變器的調(diào)制波，采用高頻三角波作為載波，形成開關(guān)周期，通過開關(guān)的打開與閉合時間完成PWM控制信號。
10.如權(quán)利要求9所述的電磁暫態(tài)建模方法，其特征在于所述開關(guān)的開合時間點計算如下:1)開關(guān)閉合時間:
【文檔編號】G06F17/50GK103678827SQ201310746453
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月30日
【發(fā)明者】羅學(xué)禮, 穆世霞, 周年榮, 姜 遠, 張林山, 張明, 崔玉峰, 于亞偉, 蘇適, 楊銘, 嚴玉廷 申請人:云南電力試驗研究院（集團）有限公司電力研究院, 國家電網(wǎng)公司, 北京科東電力控制系統(tǒng)有限責(zé)任公司