本發(fā)明涉及了一種并網(wǎng)逆變器穩(wěn)定分析方法，尤其涉及一種利用修正廣義阻抗法分析并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法，屬于逆變器領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：隨著越來越多的電力電子設(shè)備應(yīng)用于電力系統(tǒng)之中，諸如新能源并網(wǎng)逆變器、HVDC系統(tǒng)以及FACTS系統(tǒng)等，電力系統(tǒng)逐漸呈現(xiàn)電力電子化的趨勢。越來越多的電力電子設(shè)備已經(jīng)逐漸改變電網(wǎng)的運(yùn)行特性，導(dǎo)致新的互聯(lián)系統(tǒng)產(chǎn)生了更多的穩(wěn)定性問題，例如電力電子的控制系統(tǒng)與傳輸線路的串聯(lián)補(bǔ)償電容相互作用引發(fā)的次同步振蕩。為了分析新的逆變器并網(wǎng)互聯(lián)系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題，阻抗法正逐漸成為研究的熱門。通過將電網(wǎng)側(cè)和逆變側(cè)等效為連接在電壓源或電流源上的阻抗后，使用奈奎斯特判據(jù)分析電源輸出阻抗與輸入阻抗之比來分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性。之前在BakhshizadehMK等的研究中，有基于dq同步坐標(biāo)系的等效阻抗和基于靜止坐標(biāo)系的正負(fù)序阻抗兩種，但兩種方法均存在不可忽略的耦合，使用奈奎斯特判據(jù)時精度不高，有一定的不合理性。在將逆變器等效為廣義阻抗時，逆變器在不同頻段會有不同程度的忽略，忽略電壓前饋濾波的逆變器會有較為簡潔的等效結(jié)果，但在考慮特殊頻段的情況下，逆變器需要考慮電壓前饋，廣義阻抗判據(jù)就會有新的表示形式。因此，目前急需一種更加合理的并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：為了解決目前并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)穩(wěn)定性分析的不合理問題，本發(fā)明公開了一種利用修正廣義阻抗法分析并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法，能用于判斷考慮電壓前饋濾波的逆變器并網(wǎng)時的穩(wěn)定性系統(tǒng)，穩(wěn)定性分析判斷的判據(jù)稱為修正廣義阻抗判據(jù)。本發(fā)明的技術(shù)方案采用如下步驟：1)針對逆變器單機(jī)無窮大系統(tǒng)，在dq坐標(biāo)下建立逆變器端口的小信號模型，根據(jù)逆變器端口小信號模型獲得逆變器的廣義導(dǎo)納接口模型；2)將逆變器的廣義導(dǎo)納接口模型從dq坐標(biāo)變換到xy坐標(biāo)，進(jìn)一步計(jì)算逆變器的修正廣義阻抗；在電網(wǎng)側(cè)xy坐標(biāo)下得到電網(wǎng)的廣義導(dǎo)納接口模型，進(jìn)一步計(jì)算電網(wǎng)的修正廣義阻抗；3)根據(jù)電網(wǎng)側(cè)的修正廣義阻抗和逆變器側(cè)的修正廣義阻抗，使用修正廣義阻抗判據(jù)來判斷并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)的穩(wěn)定性，所述修正廣義阻抗判據(jù)為逆變器的修正廣義阻抗和電網(wǎng)的修正廣義阻抗之比的奈奎斯特曲線是否包圍特征點(diǎn)。進(jìn)一步地，所述步驟1)中建立獲得的逆變器側(cè)的廣義導(dǎo)納接口模型的表達(dá)式為：其中，ΔI為逆變器端口電流幅值擾動，I為逆變器端口電流穩(wěn)態(tài)幅值，為逆變器端口電流相角擾動，ΔU為逆變器端口電壓擾動，U為逆變器端口電壓穩(wěn)態(tài)幅值，Δδ為逆變器端口電壓相角擾動，為逆變器端口導(dǎo)納矩陣，Yg1、Yg1分別表示逆變器端口導(dǎo)納矩陣中的左上角元素和右上角元素，逆變器端口導(dǎo)納矩陣中的左上角元素Yg1和右上角元素Yg4分別采用以下公式計(jì)算：其中，s是拉普拉斯算子，GFF(s)是逆變器內(nèi)環(huán)控制前饋濾波器的傳遞函數(shù)，Lf是逆變器的輸出濾波電感，Hi(s)是電流內(nèi)環(huán)PI控制器的傳遞函數(shù)，Hpll(s)是鎖相環(huán)中PI控制器的傳遞函數(shù)，θ1是電流和電壓在dq坐標(biāo)系中的相角，U0是端口電壓的穩(wěn)態(tài)值，I0是電流的穩(wěn)態(tài)值。進(jìn)一步地，所述步驟2)中，逆變器側(cè)的修正廣義阻抗Zg_inv具體采用如下公式計(jì)算：Zg_inv＝(Yg4-Yg1)-1其中，Yg1、Yg4分別表示逆變器端口導(dǎo)納矩陣中的左上角元素和右上角元素。進(jìn)一步地，所述電網(wǎng)的廣義導(dǎo)納接口模型的表達(dá)式為：其中，表示電網(wǎng)側(cè)端口的導(dǎo)納矩陣，Y11、Y12、Y21、Y22分別表示電網(wǎng)側(cè)端口的導(dǎo)納矩陣中的左上角、右上角、左下角和右下角元素，ΔI1為電網(wǎng)端口節(jié)點(diǎn)電流幅值擾動，I1電網(wǎng)端口節(jié)點(diǎn)電流穩(wěn)態(tài)幅值，為電網(wǎng)端口節(jié)點(diǎn)電流相角擾動，U1為電網(wǎng)端口節(jié)點(diǎn)電壓穩(wěn)態(tài)幅值，ΔU1為電網(wǎng)端口節(jié)點(diǎn)電壓擾動，Δδ1為電網(wǎng)端口節(jié)點(diǎn)電壓相角擾動，U2為電網(wǎng)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)電壓穩(wěn)態(tài)幅值，ΔU2為電網(wǎng)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)電壓擾動，Δδ2為電網(wǎng)端口內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的電壓相角擾動。進(jìn)一步地，所述步驟2)中電網(wǎng)側(cè)的修正廣義阻抗Zg_grid采用以下公式計(jì)算：Zg_grid＝0.5[(Y++Yg1)-1+(Y-+Yg1)-1]其中，Y+表示在正負(fù)序坐標(biāo)下的正序?qū)Ъ{，Y-表示在正負(fù)序坐標(biāo)下的負(fù)序?qū)Ъ{，并采用以下公式計(jì)算，Y+＝0.5(Y11+jY21-jY12+Y22)Y-＝0.5(Y11-jY21+jY12+Y22)其中，Y11、Y12、Y21、Y22分別表示電網(wǎng)側(cè)端口的導(dǎo)納矩陣中的左上角、右上角、左下角和右下角元素。進(jìn)一步地，所述步驟3)中，將逆變器側(cè)的修正廣義阻抗Zg_inv相除電網(wǎng)側(cè)的修正廣義阻抗Zg_grid得到廣義阻抗之比，以廣義阻抗之比Zg_inv/Zg_grid的奈奎斯特曲線是否包圍(-1,j0)點(diǎn)作為修正廣義阻抗判據(jù)，判斷系統(tǒng)是否穩(wěn)定：若廣義阻抗之比Zg_inv/Zg_grid的奈奎斯特曲線不包圍(-1,j0)特征點(diǎn)，(-1,j0)是復(fù)平面上使奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)的特征點(diǎn)，j表示復(fù)平面的虛部單位量，則并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)穩(wěn)定；否則并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)不穩(wěn)定。進(jìn)一步地，所述步驟1)中，逆變器單機(jī)無窮大系統(tǒng)的濾波器采用LCL濾波，電網(wǎng)采用單機(jī)無窮大模型，濾波器的電網(wǎng)側(cè)電感和線路電感共同等效為一個電感Lline，輸電線路考慮串聯(lián)補(bǔ)償電容Cc，逆變器控制采用基于鎖相環(huán)(PLL)的雙矢量控制，其中電流內(nèi)環(huán)控制包括電壓前饋以及解耦控制。本發(fā)明的有益效果是：(1)、本發(fā)明能夠用于并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析，尤其是用于考慮電壓前饋濾波的逆變器在并網(wǎng)后的穩(wěn)定性分析，考慮逆變器電壓前饋濾波更加符合實(shí)際情況，相比于一般阻抗法更好地處理了耦合問題，避免因忽略耦合項(xiàng)而導(dǎo)致的誤差，能夠準(zhǔn)確分析大規(guī)模并網(wǎng)問題的穩(wěn)定性。(2)、本發(fā)明是一種基于旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的廣義阻抗分析方法，通過嚴(yán)格推導(dǎo)，修正廣義阻抗是考慮逆變器電壓前饋濾波以后的修正形式，相比于中頻段下忽略電壓前饋濾波的分析，更加符合實(shí)際情形；修正形式的計(jì)算是在中頻段的基礎(chǔ)上進(jìn)行修正，精度更高。(3)、使聯(lián)網(wǎng)逆變器的穩(wěn)定分析實(shí)現(xiàn)了降階處理，對于復(fù)雜系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析具有重要意義。附圖說明圖1為本發(fā)明技術(shù)方案的修正廣義阻抗判據(jù)計(jì)算步驟；圖2為系統(tǒng)各矢量在dq和xy坐標(biāo)系的矢量圖；圖3為逆變器單機(jī)無窮大系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)；圖4為逆變器采用的控制框圖示意圖；圖5為修正廣義阻抗開環(huán)傳遞函數(shù)的奈奎斯特曲線；圖6為線路電感大小改變前后的電壓電流波形。具體實(shí)施方式下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是對本發(fā)明一部分實(shí)例，而不是全部的實(shí)例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有付出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。如圖1所示，本發(fā)明的技術(shù)方案采用如下步驟：1)針對逆變器單機(jī)無窮大系統(tǒng)，在dq坐標(biāo)下建立逆變器端口的小信號模型，根據(jù)逆變器端口小信號模型獲得逆變器的廣義導(dǎo)納接口模型，系統(tǒng)各矢量在dq和xy坐標(biāo)系的矢量圖如圖2所示。逆變器單機(jī)無窮大系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖3所示，濾波器采用LCL濾波，電網(wǎng)采用單機(jī)無窮大模型，濾波器的電網(wǎng)側(cè)電感和線路電感共同等效為一個電感Lline，輸電線路考慮串聯(lián)補(bǔ)償電容Cc，逆變器控制采用基于鎖相環(huán)(PLL)的雙矢量控制，其中電流內(nèi)環(huán)控制包括電壓前饋以及解耦控制；逆變器的內(nèi)環(huán)控制傳遞函數(shù)框圖如圖4所示，內(nèi)環(huán)控制及逆變器濾波電感的動態(tài)方程表達(dá)式為：其中，s為拉普拉斯算子；Usdref、Usqref分別為逆變器濾波電感與逆變器相連的節(jié)點(diǎn)的d軸電壓參考值和q軸電壓參考值；Idref和Idref分別為逆變器輸出電流的d軸分量參考值和q軸分量參考值；Hi(s)是電流內(nèi)環(huán)PI控制器的傳遞函數(shù)，Id和Iq分別為逆變器輸出電流的d軸分量和q軸分量；GFF(s)是逆變器內(nèi)環(huán)控制前饋濾波器的傳遞函數(shù)；Usd、Usq分別為逆變器濾波電感與逆變器相連的節(jié)點(diǎn)的d軸電壓和q軸電壓；Ud和Uq分別為逆變器濾波電感與線路相連節(jié)點(diǎn)電壓的d軸分量和q軸分量；ω0為系統(tǒng)基波分量角頻率；Lf是逆變器的輸出濾波電感。其中，各傳遞函數(shù)的表達(dá)式為：其中，TFF是電壓前饋濾波傳遞函數(shù)的時間常數(shù)，Kpi和Kii是電流內(nèi)環(huán)PI控制器的比例增益和積分增益。進(jìn)一步建立獲得的逆變器側(cè)的廣義導(dǎo)納接口模型的表達(dá)式為：其中，ΔI為逆變器端口電流幅值擾動，I為逆變器端口電流穩(wěn)態(tài)幅值，為逆變器端口電流相角擾動，ΔU為逆變器端口電壓擾動，U為逆變器端口電壓穩(wěn)態(tài)幅值，Δδ為逆變器端口電壓相角擾動，為逆變器端口導(dǎo)納矩陣，Yg1、Yg1分別表示逆變器端口導(dǎo)納矩陣中的左上角元素和右上角元素，逆變器端口導(dǎo)納矩陣中的左上角元素Yg1和右上角元素Yg4分別采用以下公式計(jì)算：其中，s是拉普拉斯算子，GFF(s)是逆變器內(nèi)環(huán)控制前饋濾波器的傳遞函數(shù)，Lf是逆變器的輸出濾波電感，Hi(s)是電流內(nèi)環(huán)PI控制器的傳遞函數(shù)，Hpll(s)是鎖相環(huán)(PLL)中PI控制器的傳遞函數(shù)，Hpll(s)＝Kppll+Kipll/s，其中Kppll為PLL的比例增益，Kipll為PLL的積分增益，θ1是電流和電壓在dq坐標(biāo)系中的相角，U0是端口電壓的穩(wěn)態(tài)值，I0是電流的穩(wěn)態(tài)值。2)將逆變器的廣義導(dǎo)納接口模型從dq坐標(biāo)變換到xy坐標(biāo)，進(jìn)一步計(jì)算逆變器的修正廣義阻抗；在電網(wǎng)側(cè)xy坐標(biāo)下得到電網(wǎng)的廣義導(dǎo)納接口模型，進(jìn)一步計(jì)算電網(wǎng)的修正廣義阻抗。逆變器側(cè)的修正廣義阻抗Zg_inv具體采用如下公式計(jì)算：Zg_inv＝(Yg4-Yg1)-1其中，Yg1、Yg4分別表示逆變器端口導(dǎo)納矩陣中的左上角元素和右上角元素。所述電網(wǎng)的導(dǎo)納接口模型的表達(dá)式為：其中，表示電網(wǎng)側(cè)端口的導(dǎo)納矩陣，在算例中Y11、Y12、Y21、Y22分別為：Y11＝sLLineY12＝-ω0LLineY21＝ω0LLineY22＝sLLineLline為線路電感，ΔI為電網(wǎng)端口節(jié)點(diǎn)電流幅值擾動，I電網(wǎng)端口節(jié)點(diǎn)電流穩(wěn)態(tài)幅值，為電網(wǎng)端口節(jié)點(diǎn)電流相角擾動，U為電網(wǎng)端口節(jié)點(diǎn)電壓穩(wěn)態(tài)幅值，ΔU為電網(wǎng)端口節(jié)點(diǎn)電壓幅值擾動，Δδ為電網(wǎng)端口節(jié)點(diǎn)電壓相角擾動。電網(wǎng)側(cè)的修正廣義阻抗Zg_grid采用以下公式計(jì)算：Zg_grid＝0.5[(Y++Yg1)-1+(Y-+Yg1)-1]其中，Y+表示在極坐標(biāo)下的正序?qū)Ъ{，Y-表示在極坐標(biāo)下的負(fù)序?qū)Ъ{，并采用以下公式計(jì)算，Y+＝0.5(Y11+jY21-jY12+Y22)Y-＝0.5(Y11-jY21+jY12+Y22)3)根據(jù)電網(wǎng)側(cè)的修正廣義阻抗和逆變器側(cè)的修正廣義阻抗，使用修正廣義阻抗判據(jù)來判斷并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)的穩(wěn)定性，所述修正廣義阻抗判據(jù)為逆變器的修正廣義阻抗和電網(wǎng)的修正廣義阻抗之比的奈奎斯特曲線是否包圍特征點(diǎn)。將逆變器側(cè)的修正廣義阻抗Zg_inv相除電網(wǎng)側(cè)的修正廣義阻抗Zg_grid得到廣義阻抗之比，以廣義阻抗之比Zg_inv/Zg_grid的奈奎斯特曲線是否包圍(-1,j0)點(diǎn)作為修正廣義阻抗判據(jù)，判斷系統(tǒng)是否穩(wěn)定：若廣義阻抗之比Zg_inv/Zg_grid的奈奎斯特曲線不包圍(-1,j0)特征點(diǎn)，(-1,j0)是復(fù)平面上使奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)的特征點(diǎn)，j表示復(fù)平面的虛部單位量，則并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)穩(wěn)定；否則并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)不穩(wěn)定。在MATLAB軟件的Simulink模塊下建立仿真模型，算例中的逆變器直流電壓恒定，假設(shè)逆變器采用純電感濾波，逆變器向電網(wǎng)注入有功和無功電流分別為Idref和Iqref。逆變器所用參數(shù)如表1所示。在仿真中，線路電感由0.20pu變?yōu)?.26pu，以模擬接入不同強(qiáng)度的同步電網(wǎng)。表1逆變器所用參數(shù)符號描述數(shù)值Sb系統(tǒng)容量基值10000VAUb系統(tǒng)電壓基值690VLfLCL濾波器機(jī)側(cè)電感0.2puKpi內(nèi)環(huán)PI控制器比例增益0.6Kii內(nèi)環(huán)PI控制器積分增益15KppllPLL的比例增益2.5KipllPLL的積分增益3020TU電壓前饋濾波時間常數(shù)0.001s利用廣義阻抗之比Zg_inv/Zg_grid來分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性。對于本系統(tǒng)而言，對Zg_inv/Zg_grid繪制線路電感分別為0.20pu與0.26pu時的奈奎斯特曲線，如圖5所示。從圖5中可以看出，開環(huán)傳遞函數(shù)的奈奎斯特曲線是兩個順時針旋轉(zhuǎn)的橢圓，和實(shí)軸交于兩點(diǎn)。當(dāng)線路電感增加時，位于左側(cè)的交點(diǎn)會向左移動。當(dāng)線路電感為0.20pu時，奈奎斯特曲線未包含(-1,j0)特征點(diǎn)，因此系統(tǒng)穩(wěn)定；當(dāng)線路電感為0.26pu時，奈奎斯特曲線順時針包圍(-1,j0)特征點(diǎn)兩圈，即原系統(tǒng)特征方程存在兩個右半平面的極點(diǎn)，即系統(tǒng)不穩(wěn)定。這也說明，系統(tǒng)隨著線路電感增加趨向于不穩(wěn)定。在MATLAB/SIMULINK仿真中，設(shè)置t＝5s時線路電感由0.20pu變?yōu)?.26pu。在dq坐標(biāo)系下，線路電感大小改變前后的系統(tǒng)電壓電流波形如圖6所示，圖6中，(a)為逆變器輸出電壓d軸分量、(b)為逆變器輸出電流d軸分量、(c)為逆變器輸出電壓q軸分量、(d)為逆變器輸出電流q軸分量，由圖6看出，在串聯(lián)附加電感之前，系統(tǒng)的振蕩是逐漸衰減的，系統(tǒng)穩(wěn)定。當(dāng)串聯(lián)額外的電感之后，系統(tǒng)振蕩持續(xù)發(fā)散，系統(tǒng)發(fā)生了失穩(wěn)。對比MATLAB仿真結(jié)果與本實(shí)施例結(jié)果一致。上述具體實(shí)施方式用來解釋說明本發(fā)明，而不是對本發(fā)明進(jìn)行限制，在本發(fā)明的精神和權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)，對本發(fā)明做出的任何修改和改變，都落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁1 2 3