[发明专利]新能源并网逆变器状态空间非线性建模方法

权利要求书

1.一种新能源并网逆变器状态空间非线性建模方法，所述并网逆变器所涉及的拓扑包括光伏电池、直流侧电容、三相半桥式逆变器、LCL滤波器和三相交流电网；所述光伏电池的两个电源输出端分别与三相半桥式逆变器的两个输入端相连，三相半桥式逆变器的三相输出端与LCL滤波器的三相输入端一一对应相连，LCL滤波器的三相输出端在并网点通过电网的等效电感L_grid与三相交流电网相连；所述直流侧电容并联在光伏电池的两个电源输出端之间；所述LCL滤波器由桥臂侧滤波电感、滤波电容和网侧电感组成；

其特征在于，所述建模方法包括建立并网逆变器的直流电压外环控制方程、并网逆变器的电流内环控制方程、并网逆变器的LCL滤波器模型、并网逆变器的电网接口方程、并网逆变器的PWM延时环节状态方程、并网逆变器交直流侧功率平衡非线性状态方程和并网逆变器的锁相环非线性控制方程，具体的，所述建模方法的步骤如下：

步骤1，建立并网逆变器的直流电压外环控制方程

步骤1.1，采样，即通过采集得到并网逆变器的直流侧电压U_dc；

步骤1.2，建立并网逆变器的直流电压外环控制方程；

其中，i_{Ld_ref}为电流内环有功电流的指令值，t_{Lq_ref}为电流内环的无功电流的指令值，K_up为电压外环比例系数，K_ui为电压外环积分系数，U_{dc_ref}为直流电压外环的d轴分量指令值，U_base为电压基准值，intU_errd为直流电压外环的积分项输出d轴分量，t为时间；

所涉及的dq坐标系采用d轴定向，d轴超前于q轴90°；

步骤2，建立并网逆变器的电流内环控制方程

步骤2.1，采样，即通过采集得到并网逆变器中的LCL滤波器桥臂侧滤波电感电流有功分量i_Ld和滤波器桥臂侧滤波电感电流无功分量i_Lq；

其中，为电流内环输出电压d轴分量，为电流内环输出电压q轴分量，K_ip为电流内环比例系数，K_ii为电流内环积分系数，T_base为电流基准值，inti_errd为电流内环的积分项输出d轴分量，inti_errq为电流内环的积分项输出q轴分量；

步骤3，建立并网逆变器的LCL滤波器模型

其中，L₁为滤波器的桥臂侧滤波电感的电感值，u_d为逆变器的输出电压d轴分量，u_cd为滤波器的滤波电容电压d轴分量，u_cq为滤波器的滤波电容电压q轴分量，u_q为逆变器的输出电压q轴分量，ω_pll为锁相环得到的电网角频率，C为滤波器的滤波电容的电容值，i_gd为滤波器网侧电感电流的d轴分量，i_gq为滤波器网侧电感电流的q轴分量，L₂为滤波器的网侧电感的电感值，u_gd为并网点电压的d轴分量，u_gq为并网点电压的q轴分量；

步骤4，建立并网逆变器的电网接口方程

其中，e_d为电网电压的d轴分量，e_q为电网电压的q轴分量，U_m为电网电压相电压峰值，θ_g为电网电压相位角，θ_pll为锁相环输出的相位角，L_g为电网阻抗值；

步骤5，建立并网逆变器的PWM延时环节状态方程

其中，

k为PWM延时环节近似阶数；

Δx_d为延时环节状态变量偏差量d轴分量矩阵，Δx_d＝[Δx_d1，Δx_d2，...，Δx_dk]^T，Δx_q为延时环节状态变量偏差量q轴分量矩阵，Δx_q＝[Δx_q1，Δx_q2，…，Δx_qk]^T，式中Δx_d1，Δx_d2，...，Δx_dk为延时环节状态变量偏差量d轴分量，Δx_q1，Δx_q2，…，Δx_qk为延时环节状态变量偏差量q轴分量；

为Δx_d对t的导数构成的状态变量偏差量导数矩阵，式中分别为Δx_d1，Δx_d2，...，Δx_dk对t的导数，为Δx_q对t的导数构成的状态变量偏差量导数矩阵，式中分别为Δx_q1，Δx_q2，…，Δx_qk对t的导数；

为电流内环输出电压d轴分量的偏差量，为电流内环输出电压q轴分量的偏差量，Δu_d为逆变器的输出电压d轴分量u_d的偏差量，Δu_q为逆变器的输出电压q轴分量u_q的偏差量，A_k为延时环节的状态矩阵，B_k为延时环节的输入矩阵，C_k为延时环节的输出矩阵，D_k为延时环节的直接传递矩阵；

步骤6，建立并网逆变器交直流侧功率平衡非线性状态方程

其中，C_dc为直流侧电容的电容值，P_pv为光伏电池输出功率；

步骤7，建立并网逆变器的锁相环非线性控制方程

其中，δ为锁相环与电网电压的角度差，ω为锁相环与电网电压的角速度差，k₁，k₂，k₃，k₄分别为等效的模型系数，其表达式如下所示：

其中，K_ppll为锁相环比例系数，ω_g为电网角频率，K_ipll为锁相环积分系数。