[发明专利]电压源型逆变器的阻抗建模方法

说明书

本发明公开了一种电压源型逆变器序阻抗建模方法，考虑逆变器dq轴变量相互耦合的影响，并在控制中加入阻抗重构控制与电压前馈控制，提出基于序阻抗模型的电压源型逆变器宽频带小信号建模方法并验证了所建模型的正确性，解决了电压源型逆变器小信号阻抗建模的难题。本发明所建立的模型能准确的反映出电压源型逆变器在宽频带中的阻抗特性，可以为分析锁相环参数、电流控制器参数、电压控制器参数以及滤波参数对电压源型逆变器提供理论模型基础。本发明为电压源型逆变器接入微电网、新能源场站等场景中的小扰动稳定性分析提供了模型，有利于推广电压源型逆变器在微网中的应用。

技术领域

本发明涉及电力电子系统建模领域，特别是一种电压源型逆变器的小信号序阻抗建模方法。

背景技术

在电力电子技术的广泛应用中，电压源逆变器技术在可再生能源中扮演了举足轻重的角色，作为电能实时控制和变换的极为主要的形式之一，如今已被社会各个领域广泛的应用到，特别是在是在这个倡导节能环保的时代，它在新能源技术领域更是有着光明的前景。近年来，可再生能源技术越来越受到世界各国重视，发展迅速。在电压源逆变器的技术应用中，因电压源逆变器的阻抗特性不明确，对其阻抗稳定性分析造成很大的困难。因此，建立在电压型逆变的阻抗模型来分析系统的稳定性，对在运行中的电压源逆变进行合理控制，保证逆变器系统的稳定性，具有至关重要的意义。

电压源型逆变器能够与不同负荷稳定交互的前提是电压源型逆变器能够稳定并网运行。目前有文献建立了并网电压源型逆变器的电压电流闭环小信号传递函数模型，兼顾系统的稳定性和动态性能，给出了系统控制参数设计方法，但未研究电压源型逆变器与弱电网的交互稳定性问题，也没有建立离网型电压源逆变器的小信号阻抗模型。有文献建立了同步旋转坐标系下电压源型逆变器的时域状态空间小信号模型，研究了控制参数、线路参数和滤波器参数等对系统稳定性的影响。但是电压源型逆变器是在静止坐标系下进行控制，电压源型逆变器的输出电压和电流为交流时变量，无直流稳定工作点，传统的小信号建模方法难以直接进行线性化建模。如果虚构一个同步旋转坐标来进行小信号线性化建模，此时模型的物理意义将会变得模糊。

电压源型逆变器接入各种类型的负荷，与所带负荷构成了一个互联系统，互联系统的小扰动稳定性问题对于电压源型逆变器的推广和应用至关重要。因此亟需突破电压源型逆变器小信号阻抗建模的难题，为分析电压源型逆变器与不同类型负荷交互的小扰动稳定性奠定基础。

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，提供一种电压源型逆变器的阻抗建模方法，解决考虑加入阻抗重构控制时电压源型逆变器小信号阻抗建模的难题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种电压源型逆变器的阻抗建模方法，该方法主要实现过程如下：在abc静止坐标系下建立电压源型逆变器的小信号序阻抗模型，并分析验证阻抗模型的稳定性；具体实现过程包括：

1)在时域中，向电压源型逆变器的交流侧加入正、负序小信号电压扰动，得到电压源型逆变器的三相输出端电压和输出电流在时域的表达式，并将该时域表达式转换到频域，得到电压源型逆变器的a相输出端电压和输出电流的频域表达式分别为v_sa[f]和i_oa[f]；

2)根据v_sa[f]、i_oa[f]和abc到dq坐标变换公式，得到dq坐标系下电压源型逆变器的输出端电压v_sd、v_sq和输出电流i_od、i_oq的频域表达式分别为v_sd[f]、v_sq[f]、i_od[f]和i_oq[f]；

3)根据基尔霍夫电流定律，得到电压源型逆变器的交流侧输出电流i_sd、i_sq；

4)根据电压源型逆变器的电压外环的表达式，得到电流内环的指令值的频域表达式