基于自适应虚拟阻抗的构网型逆变器导纳建模方法及系统与流程

本发明涉及电力电子控制，具体涉及基于自适应虚拟阻抗的构网型逆变器导纳建模方法及系统。

背景技术：

1、随着可再生能源在新型电力系统中的渗透率不断提高，构网型逆变器因其能够自主构建电网电压与频率，成为支撑系统稳定运行的关键设备。然而，构网型逆变器呈现出电压源特性，其输出电流严重依赖于电力系统的运行条件。当电力系统的公共耦合点发生电压暂降或频率跌落等故障时，传统同步发电机凭借其强过载能力，通常可提供高达5-7p.u.的暂态过电流以支撑电力系统。相比之下，基于半导体功率器件的构网型逆变器，受器件本身热极限与电气应力的严格制约，其可持续承受的过电流能力通常仅为1.2-2 p.u.。这一巨大的差距构成了构网型逆变器在电网故障期间提供有效暂态支撑的核心瓶颈。

2、为确保逆变器功率器件在故障期间的安全运行，现有技术提出了多种限流控制方案，主要包括直接限流、间接限流及混合限流三类。其中，直接限流（如电流限制器）方法简单，但会使构网型逆变器在限流期间从电压源模式切换为受控电流源模式，此行为突变会损害其构网特性，并对系统的小信号稳定性产生不利影响。间接限流方法，如修改功率参考值、引入虚拟阻抗或电压限制器等，旨在不改变逆变器电压源本质的前提下实现限流目标。特别是虚拟阻抗与电压限制器方法，能在一定程度上维持构网型逆变器的电压源行为，并有利于故障清除后有功功率的快速恢复。然而，上述方法在限流期间可能引发端口谐波振荡等不稳定现象。

3、现有限流策略的设计与参数整定，多依赖于经验或试凑，缺乏在限流模式下对构网型逆变器端口动态特性的精确建模与定量稳定性评估，导致其在支撑电网的全程（包括正常运行与故障限流模式）中安全性和稳定性存在不足。

4、有鉴于此，特提出本技术。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供了基于自适应虚拟阻抗的构网型逆变器导纳建模方法及系统，能够精确描述构网型逆变器在限流期间端口特性，并基于此建立普适的稳定性判据，以量化评估电力系统的稳定裕度，从而为限流控制器的优化设计提供理论支持，确保逆变器在全程均能安全、稳定地支撑电力系统。

2、本发明通过下述技术方案实现：

3、第一方面，本发明提供了基于自适应虚拟阻抗的构网型逆变器导纳建模方法，该方法包括：

4、根据构网型逆变器的拓扑结构和控制流程，对构网型逆变器构建输出电流、电感电流、输出电压和调制波电压各自的小信号模型；并构建自适应虚拟阻抗的小信号模型；

5、对构网型逆变器，构建有功功率的小信号模型和无功功率的小信号模型；基于有功功率的小信号模型和无功功率的小信号模型，线性化带有低通滤波器的下垂环节，得到相位的小信号量和输出电压在坐标系下控制相位的小信号量的参考值；

6、基于各小信号模型、相位的小信号量和参考值，构建坐标系下构网型逆变器的复矢量导纳模型。

7、进一步地，根据构网型逆变器的拓扑结构和控制流程，对构网型逆变器构建输出电流、电感电流、输出电压和调制波电压各自的小信号模型；并构建自适应虚拟阻抗的小信号模型，包括：

8、根据构网型逆变器的拓扑结构和控制流程，对构网型逆变器的输出电流、电感电流、输出电压和调制波电压分别进行坐标变换算子线性化，获得第一小信号模型、第二小信号模型、第三小信号模型和第四小信号模型；

9、考虑感阻比，结合第一小信号模型、自适应虚拟阻抗的稳态值和域中自适应虚拟阻抗的pi控制器，构建自适应虚拟阻抗的第五小信号模型。

10、进一步地，第五小信号模型的表达式为：

11、；

12、；

13、；

14、式中，为域中自适应虚拟阻抗上电压降落的小信号量，和为中间变量，为域中输出电流在坐标系下的控制小信号量，为控制小信号量的共轭量，为自适应虚拟阻抗的稳态值，为输出电流幅值，为域中自适应虚拟阻抗的pi控制器，为虚数单位，为感阻比，为输出电流在坐标系下的稳态值。

15、进一步地，对构网型逆变器，构建有功功率的小信号模型和无功功率的小信号模型；基于有功功率的小信号模型和无功功率的小信号模型，线性化带有低通滤波器的下垂环节，得到相位的小信号量和输出电压在坐标系下控制相位的小信号量的参考值，包括：

16、基于瞬时输出功率中输出电压和输出电流的坐标变换得到输出功率的小信号模型；

17、从输出功率的小信号模型中提取其实部，得到有功功率的小信号模型，即第六小信号模型；

18、从输出功率的小信号模型中提取其虚部，得到无功功率的小信号模型，即第七小信号模型；

19、根据第六小信号模型，线性化带有低通滤波器的下垂环节，得到域中相位的小信号量；

20、根据第七小信号模型，线性化带有低通滤波器的下垂环节，得到域中输出电压在坐标系下控制相位的小信号量的参考值。

21、进一步地，相位的小信号量和输出电压在坐标系下控制相位的小信号量的参考值，表达式为：

22、；

23、；

24、；

25、；

26、式中，为域中相位的小信号量，为下垂控制有功增益系数，为低通滤波器传递函数，为域中输出电压在坐标系下控制小信号量的参考值，为下垂控制无功增益系数；为域中有功功率的小信号量，为域中无功功率的小信号量；为域中输出电压在坐标系下的电气小信号量，为输出电压在坐标系下的稳态值，为输出电流在坐标系下稳态值，为域中输出电流在坐标系下的电气小信号量，为输出电流在坐标系下稳态值的共轭量，为域中输出电流在坐标系下电气小信号量的共轭量，为域中输出电压在坐标系下电气小信号量的共轭量，为输出电压在坐标系下稳态值的共轭量，为虚数单位。

27、进一步地，基于各小信号模型、相位的小信号量和参考值，构建坐标系下构网型逆变器的复矢量导纳模型，包括：

28、基于各小信号模型、相位的小信号量和参考值，构建构网型逆变器输出电压的闭环小信号模型；

29、基于闭环小信号模型，确认输出电压与输出电流的关系式；

30、基于输出电压与输出电流的关系式，构建坐标系下构网型逆变器的复矢量导纳模型。

31、进一步地，复矢量导纳模型的表达式为：

32、；

33、；

34、式中，为域中输出电流在坐标系下的控制小信号量，为额定角频率，为域中移相后输出电流在坐标系下控制小信号量的共轭量，、、和分别为复矢量导纳模型的四个元素，为域中输出电压在坐标系下的控制小信号量，为域中移相后输出电压在坐标系下控制小信号量的共轭量，为中间变量在域中移相的变量，为中间变量在域中移相的变量，为变量的共轭，为变量的共轭，为中间变量在域中移相的变量，为中间变量在域中移相的变量，为变量的共轭，为变量的共轭。

35、第二方面，本发明又提供了基于自适应虚拟阻抗的构网型逆变器导纳建模系统，该系统包括：

36、各小模型构建单元，用于根据构网型逆变器的拓扑结构和控制流程，对构网型逆变器构建输出电流、电感电流、输出电压和调制波电压各自的小信号模型；并构建自适应虚拟阻抗的小信号模型；

37、小信号量及参考值确定单元，用于对构网型逆变器，构建有功功率的小信号模型和无功功率的小信号模型；基于有功功率的小信号模型和无功功率的小信号模型，线性化带有低通滤波器的下垂环节，得到相位的小信号量和输出电压在坐标系下控制相位的小信号量的参考值；

38、复矢量导纳模型构建单元，用于基于各小信号模型、相位的小信号量和参考值，构建坐标系下构网型逆变器的复矢量导纳模型。

39、第三方面，本发明又提供了一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述的基于自适应虚拟阻抗的构网型逆变器导纳建模方法。

40、第四方面，本发明又提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述的基于自适应虚拟阻抗的构网型逆变器导纳建模方法。

41、本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

42、本发明基于自适应虚拟阻抗的构网型逆变器导纳建模方法及系统，本发明所提供的技术方案所构建的复矢量导纳模型能够精确描述构网型逆变器在限流期间端口特性；进一步，可基于复矢量导纳模型建立普适的稳定性判据，实现对电力系统稳定裕度的量化评估，从而为限流控制器的优化设计提供理论支持，确保构网型逆变器在支撑电力系统全程中的安全性和稳定性。