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专利号: 202010117266X
申请人: 暨南大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 发电、变电或配电
更新日期:2026-06-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种用于稳定性分析的变流器并网通用序阻抗模型,其特征在于,包括有变流器序抗阻模型和变流器并网序抗阻模型,所述变流器序抗阻模型包括变流器交流侧小信号导纳模型和直流侧导纳模型,所述变流器并网序抗阻模型包括变流器并网的交流侧集总导纳模型和直流侧集总导纳模型。

2.根据权利要求1所述的用于稳定性分析的变流器并网通用序阻抗模型,其特征在于,所述变流器交流侧小信号导纳模型为导纳矩阵Ydc,具体矩阵元素为式子(1);

所述变流器直流侧导纳模型为导纳矩阵Yac(s),具体矩阵元素为式子(2);

所述变流器并网的交流侧集总导纳模型为导纳矩阵Y′dc(s±jω1),具体矩阵元素为式子(3);

而且

所述变流器直流侧集总导纳模型为导纳矩阵Y′ac(s),具体矩阵元素为式子(4);

Yac′(s)=Ydd(s)[1-kac(s)]    (4)

而且

其中,s为拉普拉斯函数基本变量jω1为基波频率;Ypp(s+jω1)为变流器正序扰动分量导纳;Ynp(s+jω1)为变流器正序扰动分量到负序扰动分量的转移导纳;Ypn(s-jω1)为变流器负序扰动分量到正序扰动分量的转移导纳;Ydp(s+jω1)为变流器直流扰动分量到正序扰动分量的转移导纳;Ydn(s-jω1)为为变流器直流扰动分量到负序扰动分量的转移导纳;Ynn(s-jω1)为变流器负序扰动分量导纳;Ys(s+jω1)为变流器外接交流电路正序集总导纳;Ys(s-jω1)为为变流器外接交流电路负序集总导纳;Ydd(s)为直流侧扰动的变流器导纳;Ypd(s)为交流侧正序扰动到直流侧的转移导纳;Ynd(s)为交流侧负序扰动到变流器直流侧的转移导纳;Ypd(s)为交流侧正序扰动到变流器直流侧的转移导纳;Tθ(s)为锁相环角度偏移的传递函数;Ti(s)为正序交流电流信号的传递函数;Tv(s)为正序交流电压信号的传递函数;

Td(s)为直流信号传递函数;Tnp1为外环负-正序间的耦合函数一;Tnp2(s)为外环负-正序间的耦合函数二;Tvn(s)为负序交流电压信号的传递函数;Tin(s)为负序交流电流信号的传递函数;Tpn(s)为外环正-负序间的耦合函数; 和 分别为基波电压、正序电压扰动和负序电压扰动的相角;Km为调制指数增益;Kpp(s+jω1)、Kpn(s-jω1)、Knp(s+jω1)和;Knn(s-jω1)分别是导纳Ypp(s+jω1)、Ypn(s-jω1)、Ynp(s+jω1)和Ynn(s-jω1)的交直流耦合系数;V1为换流器交流侧基波电压;Vdc为变流器直流侧电压的直流分量; 为变流器D-Q坐标电流参考值;Idc为变流器直流侧电流的直流分量;L为变流器电抗,其中顶标”→”表示该变量的复数空间矢量。

3.一种用于稳定性分析的变流器并网通用序阻抗模型的建模方法,其特征在于,包括变流器序抗阻模型的建模方法和变流器并网序抗阻模型的建模方法;其中,所述变流器序抗阻模型的建模方法包括以下步骤:

S101.定义公共连接点A相电压,所述公共连接点A相电压由基本正序电压分量、正序扰动电压分量、负序扰动电压分量和零序扰动电压分量组成;

S102.定义变流器直流侧电压,所述变流器直流侧电压由直流分量和电流扰动分量组成;

S103.根据定义的换流器交流电压扰动推导出锁相环的追踪电角度扰动并进行Park变换和Park逆变换,得到变流器调制系数扰动分量的复数空间矢量;

S104.定义换流器控制环节基于交流电压、电流和直流电压、电流的通用传递函数,并根据电压源变流器的平均模型推导获得交流电流扰动的复函数空间矢量,进一步得到交流电流扰动正序分量和负序分量,从而从交流电压扰动和交流电流扰动相互关系得到变流器交流侧小信号导纳模型;

S105.根据变流器交流侧小信号导纳模型和交流器直流侧的电流扰动分量求得直流侧扰动电流,并从其中得到变流器直流侧导纳模型;

所述变流器并网序抗阻模型的建模方法包括以下步骤:

S201.根据变流器直流侧的集总导纳和S105求得的直流侧扰动电流得到直流侧扰动电压;

S202.将直流侧扰动电压代入S104得到的交流电流扰动正序分量、负序分量中,得到变流器并网的交流侧集总导纳模型;

S203.根据变流器并网的交流侧集总导纳模型进一步求得变流器直流侧集总导纳模型。

4.根据权利要求3所述的用于稳定性分析的变流器并网通用序阻抗模型的建模方法,其特征在于,由基本正序电压分量、正序扰动电压分量、负序扰动电压分量和零序扰动电压分量组成的所述公共连接点A相电压表示为由直流分量和扰动分量组

成的所述变流器直流侧电压表示为 ωp

=ωd+ω1,ωn=ωd-ω1;并以同步参考坐标锁相环为例,推导出交流电压小信号扰动条件下锁相环的追踪电角度扰动为其中,θm和 分别为频率为ωm的电角度扰动的幅值和相位;

所述Park变换和Park逆变换具体为:考虑锁相环PLL追踪电角度对DQ坐标变换的影响,得到小信号扰动条件下Park变换的复数空间矢量形式为同样,Park逆变换复数

空间矢量形式为 其中Tk1和TR1分

别为没有小信号扰动条件下的Park变换和逆变换方程

同时考虑到小信号扰动条件下锁相环的追踪电角度扰动对Park变换和其Park逆变换的影响,最后可得到变流器调制系数扰动分量的复数空间矢量如式且有 其中 和 分

别为调制系数正序扰动分量和负序扰动分量的复数空间矢量,Ti(s)和Tin(s)分别为正序和负序交流电流信号的传递函数(其它电压和电流信号传递函数表示方式类似,并以下标“v”、“i”、“d”and“x”分别表示交流电压、交流电流、直流电压和DQ坐标下的参考值),Tnp1(s)、Tnp2(s)、Tpn1(s)和Tpn2(s)分别表示电压正、负序间的耦合函数,用于外环kv为交流电压前馈增益,kd为变流器电感电流解耦增益,j0表示控制回路中直流信号的频率;

所述电压源变流器的平均模型表示为 其中km为调制

指数增益,并且从该式可得 和

进而可以推导获得交流电流扰动的复函

数空间矢量,并进一步得到交流电流扰动正序分量和负序分量为

其中 导

纳矩阵Ydc(s±jω1)为变流器交流侧小信号导纳模型,其矩阵元素如式所述交流器直流侧的电流扰动分量如式

根据交流器直流侧的电流扰动分量和变流器交流侧小信号导纳模型求得的直流侧扰动电流为而且

其中,Yac(s)为变流器直流侧导纳模型;

所述根据变流器直流侧的集总导纳和S105求得的直流侧扰动电流得到直流侧扰动电流,具体为:若变流器直流侧的集总导纳表示为Yd(jωm),求得的直流侧扰动电流进一步表示为然后从该式求得的直流侧扰动电压Vd(s);

所述将直流侧扰动电压代入和S104得到的交流电流扰动正序分量、负序分量中,得到变流器并网的交流侧集总导纳模型,具体为:将直流侧扰动电压Vd(s)代入交流电流扰动正序分量和负序分量式中,求得而且

其中,矩阵Y′dc是变流器并网的交流侧集总导纳模型;

根据变流器并网的交流侧集总导纳模型求得变流器直流侧集总导纳模型,具体为:从式子 可进一步求得变流器直流侧集总导纳模型Yac′(s)=Ydd(s)[1-kac(s)],其中

5.根据权利要求3或4所述的用于稳定性分析的变流器并网通用序阻抗模型的建模方法,其特征在于,所述变流器的电路结构包括变流器(1)、DQ变换控制器(2)、锁项环(3)和PWM调制芯片(4),所述DQ变换控制器(2)的信号输入端与变流器(1)的交流侧电压电流测量信号输出端、直流侧电压测量信号输出端和锁相环(3)的信号输出端连接,所述PWM调制芯片(4)的信号输入端与DQ变换控制器(2)的信号输出端连接,所述锁项环(3)的信号输入端与变流器(1)的交流侧电压信号输出端连接。

6.根据权利要求5所述的用于稳定性分析的变流器并网通用序阻抗模型的建模方法,其特征在于,所述锁相环(3)为可推导获得追踪电角度扰动的传递函数,并用该传递函数代替SRF-PLL传递函数的锁相环。

7.根据权利要求6所述的用于稳定性分析的变流器并网通用序阻抗模型的建模方法,其特征在于,所述锁相环(3)为同步参考坐标系锁相环。

8.根据权利要求3或4所述的用于稳定性分析的变流器并网通用序阻抗模型的建模方法,其特征在于,所述变流器的电路结构包括变流器(1)、DQ变换控制器(2)和PWM调制芯片(4),所述DQ变换控制器(2)的信号输入端与变流器(1)的交流侧电压电流测量信号输出端、直流侧电压测量信号输出端,而且所述变流器(1)的控制器内集成有锁相环,从而可据此推导出追踪电角度扰动的传递函数,并用该传递函数代替SRF-PLL传递函数,所述PWM调制芯片(4)的信号输入端与DQ变换控制器(2)的信号输出端连接。