[发明专利]考虑锁相环的单相LCL型并网逆变器的频率耦合建模方法

说明书

本发明公开了一种考虑锁相环的单相LCL型并网逆变器的频率耦合建模方法，采用谐波线性化方法得到了考虑锁相环输出相角偏差的逆变器调制信号的频域表达式；然后根据主电路拓扑及调制信号频域表达式，建立了单相并网逆变器的频率耦合阻抗模型，解决了单相并网逆变器阻抗精确建模的难题。基于该模型，可分析系统稳定性及各系统参数对于频率耦合程度的影响。从所建模型可知：频率耦合现象主要发生在低频处，高频处产生的耦合电流分量几乎可以忽略不计。本发明为新能源并网系统的稳定性分析提供了理论基础。

技术领域

本发明涉及可再生能源发电系统领域，特别是一种考虑锁相环的单相LCL并网逆变器的频率耦合建模方法。

背景技术

风能、太阳能等新能源发电装置需要通过电力电子变换器，也就是并网逆变器接入电网中。然而，高渗透率的电力电子逆变装置接入电网中将对系统的稳定产生影响，进行稳定性分析的前提是建立精确的系统模型。

学者Sun Jian提出采用谐波线性化的方法建立单台三相LC型并网逆变器的阻抗模型，该方法不仅考虑到逆变器参数及控制策略，同时还考虑到锁相环的频域特性对所建阻抗模型的影响，具有较强的实用性。有文献将该方法推广到单相LCL型逆变系统中，并且详细分析了锁相环参数变化时逆变器阻抗与电网阻抗之间的动态交互关系。然而，有学者发现在并网逆变系统中存在频率耦合现象，在建模及稳定性分析时，若忽略该频率耦合现象将可能得出错误的稳定性结论。

在系统内注入某一频率的扰动电压时，系统的电流响应除了包含同频率分量之外，还包含有不同频率的电流分量，此为频率耦合现象。学者Mohammad KazemBakhshizadeh推导了三相并网逆变系统的频率耦合建模方法，并得出结论：在三相系统中，正序和负序子系统之间存在频率耦合现象，且在进行稳定性分析时不能忽略该耦合分量。在这之后，有文献详细分析了直流电压环，电流控制环及锁相环对频率耦合特性的影响规律。然而，没有相关文献建立单相LCL型并网系统的频率耦合建模方法。

而在单相并网系统中，由于需要算法构造滞后公共点电流90°的信号，该信号与源信号构成一组虚拟正交信号作为控制环路的输入。而实际上，采用任何算法都无法构造出严格正交的一组输入信号，因此，对于单相系统来说，其输入信号是不对称的。在这种情况下，单相系统中对特定频率的电压扰动信号会耦合出两个频率的电流分量，因此亟需突破建立单相LCL型并网逆变器频率耦合建模方法的难题，进而分析单相逆变器并网系统的小扰动稳定性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种考虑锁相环的单相LCL型并网逆变器的频率耦合建模方法，实现考虑锁相环特性的单相并网逆变器的频率耦合建模。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种考虑锁相环的单相LCL型并网逆变器的频率耦合建模方法，该方法主要实现过程如下：采用谐波线性化方法得到逆变器调制信号的频域表达式；根据调制信号频域表达式及主电路拓扑图，得到单相LCL并网逆变器的频率耦合模型。

调制信号的频域表达式的获取过程包括：

1)在时域中，向单相并网逆变器的交流侧加入一个频率为f_p的小信号电压扰动得到单相并网逆变器的输出端电压在时域的表达式，并将该表达式转换到频域，得到单相并网逆变器的输出端电压频域表达式为V_s[f]；

2)根据小信号电压扰动得到并网逆变器输出电流的频域表达式I_s[f]；I_s[f]中包含基频f₁的分量、扰动频率f_p的分量、耦合电流分量，耦合电流分量频率分别为f_p1＝f_p-2f₁和f_p2＝f_p+2f₁；