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专利号: 2022103294088
申请人: 江苏大学
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:2025-12-24
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种考虑频率耦合效应的端口阻抗模型分析方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤1,计算扰动电压信号经PLL所产生的偏差值,把考虑PLL非理想特性输出的锁相角作为Park变换中的变换角;

步骤2,把考虑PLL非理想特性输出的锁相角进行小信号近似处理,求出Park变换及其逆变换的矩阵;

步骤3,利用考虑耦合效应的Park变换矩阵将交流侧abc坐标系下的三相电压电流信号变换到dq坐标系下,计算过程中忽略其中的高阶小信号分量;

步骤4,计算考虑耦合效应后的dq坐标系下的电压、电流信号经矢量控制后的输出电压信号,计算过程中忽略其中的高阶小信号分量;

步骤5,通过Park逆变换初步计算考虑耦合效应后的a相输出参考电压信号,计算过程中忽略其中的高阶小信号分量;

步骤6,加入考虑耦合效应后的环流补偿电压信号,计算考虑耦合效应后的a相输出参考电压信号,计算过程中忽略其中的高阶小信号分量;

步骤7,利用考虑耦合效应上、下桥臂电压调制函数和桥臂电流信号计算桥臂子模块电容电压信号,计算过程中忽略其中的高阶小信号分量;

步骤8,根据桥臂子模块电容电压信号,计算桥臂输出电压信号,计算过程中忽略其中的高阶小信号分量;

步骤9,利用桥臂输出电压信号和桥臂电压平衡方程计算考虑频率耦合效应的MMC的端口阻抗模型;

步骤10,利用端口MMC阻抗模型中的序分量和耦合阻抗分量建立关于频率f的耦合程度的函数关系。

2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤1具体实现包括如下步骤:计算扰动谐波经PLL产生的误差信号,如下式:

式中:Δθ是PLL输出的相角偏差信号,Vp和Vn分别是交流侧端口注入的正、负序扰动电压信号;TPLL(s)=HPLL(s)/(1+V1HPLL(s))是q轴电压经PLL后的相角传递函数,V1是基频电压幅值;HPLL(s)=(Kpllp+Kplli/s)/s为PLL的传递函数,Kpllp和Kplli是PLL传递函数的比例、积分增益。

3.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤2具体实现包括如下步骤:通过近似变化处理计算Park变换矩阵中的元素,且由于注入的扰动电压信号,将会产生不同频次的分量,如下式:利用小信号处理后的矩阵元素,即cos(θPLL)=cos(θ1+Δθ)≈sinθ1+Δθcosθ1,求解Park变换Tabc/dq和逆变换 代数式如下,其中θ1是PLL输出的基频相角θPLL是考虑PLL非理想特性输出锁相角:

4.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤3具体实现包括如下步骤:利用式(3)对交流侧端口注入扰动谐波的电压、电流信号进行Park变换,计算得到dq坐标系下的电压电流信号代数式,Ip、In为扰动电流信号;其中 为a相端口电流的初相角:

5.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤4具体实现包括如下步骤:将经过Park变换后的交流侧电压电流信号代入到dq轴控制计算dq轴输出的电压信号,如下式:其中Vd、Vq、Id、Iq为dq坐标系下的电压电流信号,Vdref、Vqref、Idref、Iqref为对应的参考值,Hdqi、Kd为电流控制环的传递函数和解耦系数。

6.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤5具体实现包括如下步骤:将dq轴控制输出的电压信号经过Park逆变换初步得到未考虑环流补偿电压的A相参考电压Varef:Varef=Vdrefcos(θPLL)+Vqrefsin(θPLL)                    (10)

7.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤6具体实现包括如下步骤:考虑到加入环流控制器以后,环流分量包含二倍频分量和扰动谐波分量,如下式:其中:Ic为注入扰动信号之后的环流分量;I1为基频电流,Ip、In为扰动电流信号;C为子模块电容,N为子模块个数,Larm、Rarm为桥臂电感和寄生电阻;ω1为基频角频率;idc为直流侧电流;M1为调制比;

而加入PR环流控制器后的补偿电压信号Vc2,如下式:

Vc2=(Ic2ref‑Ic2)Hc2(s)   (12)其中:Ic2ref为二倍频电流参考值,Ic2为式(11)中的2f1频次分量,PR控制器的传递函数

2 2

为Hc2(s)=Kc2p+Kc2rs/(s+ω1),Kc2p、Kc2r为对应的控制系数;

将式(10)和(12)相加可以得到考虑环流补偿电压的A相参考电压信号Vrefa,如下式:

8.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤7具体实现包括如下步骤:计算加入谐波扰动后的桥臂调制函数Nu,如下式:

其中:M1、Mp、Mn、Mc2为调制比,由交流侧a相参考电压信号Vrefa和直流侧母线电压计算得到,进一步的,计算加入谐波扰动后的桥臂电流信号,如下式:其中:Ic2、Ic2p、Ic2n、Ic2pn注入扰动后的环流谐波分量,分别对应着式(11)中各频次分量;

利用式(14)和(15)计算考虑频率耦合效应的桥臂子模块电容电压信号Vcu,sum,如下式:

9.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤8具体实现包括如下步骤:利用式(14)和(16)计算考虑频率耦合效应的桥臂输出电压信号Vup,如下式:

10.如权利要求9所述的方法,其特征在于,所述步骤9具体实现包括如下步骤:将式(17)桥臂输出电压代入式(18)桥臂电压平衡方程式中,考虑对应频次的电压、电流信号的计算关系,可以得出考虑频率耦合效应的MMC的端口阻抗矩阵(19):其中:Va为交流侧电压,Vup为上桥臂子模块电压,Iup为上桥臂电流,Udc为直流侧电压,对角线分量Zpp、Znn为序阻抗,非对角线分量Zpn、Znp为耦合阻抗;

所述步骤10具体实现包括如下步骤:

利用端口阻抗矩阵中的正负序分量和耦合分量直接推导得到耦合程度的计算关系,输出y1和y2分别表示正负序阻抗与对应耦合阻抗之间的耦合程度,其输出的值越接近1则表明耦合程度越高: