[发明专利]新能源并网逆变器状态空间非线性建模方法

说明书

本发明公开了一种新能源并网逆变器状态空间非线性建模方法，属于电力电子稳定性控制领域。所述并网逆变器建模包括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，从而完成整个并网逆变器系统全阶状态空间非线性模型。本发明为分析系统振荡机理及其模式间的非线性相关信息提供了数学模型基础，这对高比例新能源电力系统安全稳定运行十分必要。

技术领域

本发明涉及一种并网逆变器状态方程建模方法，尤其是一种新能源并网逆变器状态空间非线性建模方法，属于电力电子稳定性控制领域。

背景技术

近年来，现代电力系统逐步呈现高比例可再生能源和高比例电力电子设备的重要趋势和关键特征，电力系统的安全稳定运行面临巨大挑战。高比例电力电子接口设备引起了系统各种类型振荡，变换器子系统、电网之间通过网络耦合以及扰动信号进行了复杂的交互，其重要影响以及本质原因体现在振荡模式的交互和频率迁移问题，因此有必要考虑非线性项对系统稳定模式的影响。并网逆变器是新能源接入电网最重要的电力电子接口器件，因此建立其非线性模型可为高比例新能源电力系统稳定运行提供理论支撑。

目前大多数文献研究并网逆变器状态空间小信号模型，揭示系统内部动态交互机理。题为《含风电场的多端柔性直流输电系统小信号建模方法》(时帅，安鹏，符杨，刘栋，米阳，杨兴武.含风电场的多端柔性直流输电系统小信号建模方法[J].电力系统自动化，2020，44(10)：92-102.)建立了包含风电场在内的直流系统小信号模型，提出利用部分直流线路电容简化换流器直流侧模型推导；同时，考虑到风电场接入的影响，引入交流公共耦合点滤波电容，建立了全功率聚合风电场的小信号模型；研究表明所提小信号建模方法能够精确模拟小干扰动态响应。题为《锁相环控制对永磁直驱风机并网次同步振荡稳定性的影响——控制参数安全域》(任必兴，杜文娟，王海风，李海峰，赵静波，孙蓉，黄强.锁相环控制对永磁直驱风机并网次同步振荡稳定性的影响——控制参数安全域[J].电力自动化设备，2020，40(09)：142-149.)建立全系统线性化状态空间模型，利用特征值分析方法得到锁相环控制参数安全域，并由参数安全域中出现的“峰值点”揭示了锁相环与并网逆变器的模式谐振诱发的强交互是影响系统失稳的关键机理。

综上所述，目前关于并网逆变器系统的稳定性问题已受到了广泛关注，但基本建立的是线性化模型，高比例新能源并网系统是典型的非线性系统，线性化分析仅在平衡点附近局部有效，当振荡幅度较大时存在误差。此外，线性化系统中各个模式是解耦的，但实际上系统振荡模式间存在非线性相互作用，并对系统动态特性有较大影响。如果能够建立考虑系统非线性特性的状态空间模型，深入研究非线性对振荡的影响以及模式间的非线性相互作用，这对分析高比例新能源电力系统稳定性具有重要意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题为克服上述各种技术方案的局限性，针对新能源并网逆变器，提出一种考虑非线性因素的状态空间建模方法。

本发明的目的是这样实现的。本文提供了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；

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：