基于双向坐标变换的多变流器并网模型构建方法及装置

本发明属于电力系统与新能源电力电子，涉及电力电子变流器的动态建模方法，尤其涉及一种基于双向坐标变换的多变流器并网模型构建方法及装置，适用于小扰动稳定性分析、同步稳定机理研究、振荡机理分析及线性化分析等场景。

背景技术：

1、在新能源高比例接入的电网中，变流器（voltage source converter，vsc）作为并网接口，其动态行为受到控制器、滤波器、电网阻抗以及与电网之间相角差的共同影响。在弱电网、多机耦合场景下，传统的转化至同步旋转坐标系或锁相环输出角速度旋转坐标系下的建模方式存在以下问题：

2、1）忽略多台vsc之间的 pll（锁相环）相角差，导致关键的同步耦合关系被弱化或错误建模。

3、2）弱化或误消了多机功率交换的真实相位耦合特性，使线性化模型失真。

4、3）多变流器并联组网时，建模方法复杂，不利于多变流器之间的耦合分析。

5、现有技术普遍缺少一种便于多台变流器并联、含相角差动态的系统建模方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种基于双向坐标变换的多变流器并网模型构建方法及装置。本发明建立的模型支持多台vsc并联，结构清晰，方便工程计算和理论分析。

2、本发明第一方面实施例提出一种基于双向坐标变换的多变流器并网模型构建方法，包括：

3、在包含多变流器多公共连接点的并网系统中，通过建立网侧静止αβ坐标系，将变流器并联的公共连接点的三相电压转换至αβ坐标系；

4、将αβ坐标系下变流器并联的公共连接点的网侧电压转换至dq坐标系下；

5、基于电压变换结果，在dq坐标系下构建变流器控制环节模型；

6、基于所述变流器控制环节模型，将变流器并联的公共连接点的网侧电流从dq坐标系转换至αβ坐标系，进而得到各公共连接点在αβ坐标系下的网侧电压。

7、在本发明的一个具体实施例中，所述将变流器并联的公共连接点的三相电压转换至αβ坐标系，包括：

8、将变流器并联的第m个公共连接点的三相电压转换至αβ坐标系，表达式如下：

9、

10、其中，、分别为αβ坐标系下第m个公共连接点的电压；、、分别为abc坐标系下第m个公共连接点的电压；

11、tαβ为clarke变换矩阵：

12、。

13、在本发明的一个具体实施例中，所述将αβ坐标系下变流器并联的公共连接点的网侧电压转换至dq坐标系下，包括：

14、基于第m个公共连接点处第k个变流器使用其自身锁相环产生旋转角，将αβ坐标系下第m个公共连接点处第k个变流器的网侧电压和转换至dq坐标系下：

15、

16、其中，、分别表示第m个公共点处第k个变流器处的d、q轴电压；表示第m个公共点处第k个变流器处αβ → dq坐标变换矩阵，如下式所示：

17、。

18、在本发明的一个具体实施例中，所述构建变流器控制环节模型，包括：

19、1）构建锁相环pll微分方程：

20、

21、

22、其中，表示第m个公共点处第k个变流器并网点q轴电压；为电网同步角速度；为第m个公共点处第k个变流器的pll控制中引入的状态量，为第m个公共点处第k个变流器的pll控制中间状态变量的微分项，为第m个公共点处第k个变流器的pll输出锁相相位，为的微分项，、分别为第m个公共点处第k个变流器pll的比例参数和积分参数；

23、2）构建外环控制方程：

24、

25、

26、

27、其中，为第m个公共点处第k个变流器向网侧注入的d轴电流分量；为第m个公共点处第k个变流器向网侧注入的q轴电流分量，为第m个公共点处第k个变流器向网侧注入的实际功率，为第m个公共点处第k个变流器的参考功率，、分别为第m个公共点处第k个变流器有功控制环节的比例系数和积分系数，为第m个公共点处第k个变流器有功控制环节输出的d轴电流参考值，为第m个公共点处第k个变流器有功控制环节pi控制环节引入的状态量；

28、3）构建电流内环控制方程：

29、

30、

31、

32、

33、其中，、分别为第m个公共点处第k个变流器输出的d轴、q轴实际电流值，、分别为第m个公共点处第k个变流器内环d轴电流控制pi环节的比例系数和积分系数，、分别为第m个公共点处第k个变流器q轴电流内环控制pi环节的比例系数和积分系数，、分别为第m个公共点处第k个变流器内环电流控制环节d、q轴pi控制引入的状态量, 、分别为第m个公共点处第k个变流器内环电流控制环节d、q轴的输出电压；、分别为第m个公共点处第k个变流器并网节点d、q轴电压，lf,m,k为第m个公共点处第k个变流器并网滤波电感；

34、4）构建滤波器的dq电流微分方程：

35、

36、。

37、在本发明的一个具体实施例中，还包括：

38、将变流器并联的公共连接点的网侧电流从dq坐标系转换至αβ坐标系：

39、

40、其中，、分别αβ坐标系下第m个公共点处第k个变流器输出的实际电流；

41、对网侧电网阻抗 rg + jωlg：

42、

43、

44、其中，、分别为αβ坐标系下第m个公共点处网侧电流值，、分别为αβ坐标系下的网侧电压值，、分别为αβ坐标系下的第m个公共连接点的电压值；

45、第m个公共连接点的电压由注入电流叠加：

46、

47、

48、其中，zg= rg + jωlg；从而得到得到公共连接点在αβ坐标系下的网侧电压。

49、本发明第二方面实施例提出一种基于双向坐标变换的多变流器并网模型构建装置，包括：

50、第一电压转换模块，用于在包含多变流器多公共连接点的并网系统中，通过建立网侧静止αβ坐标系，将变流器并联的公共连接点的三相电压转换至αβ坐标系；

51、第二电压转换模块，用于将αβ坐标系下变流器并联的公共连接点的网侧电压转换至dq坐标系下；

52、控制模型构建模块，用于基于电压变换结果，在dq坐标系下构建变流器控制环节模型；

53、电压计算模块，用于基于所述变流器控制环节模型，将变流器并联的公共连接点的网侧电流从dq坐标系转换至αβ坐标系，进而得到各公共连接点在αβ坐标系下的网侧电压。

54、在本发明的一个具体实施例中，所述将变流器并联的公共连接点的三相电压转换至αβ坐标系，包括：

55、将变流器并联的第m个公共连接点的三相电压转换至αβ坐标系，表达式如下：

56、

57、其中，、分别为αβ坐标系下第m个公共连接点的电压；、、分别为abc坐标系下第m个公共连接点的电压；

58、tαβ为clarke变换矩阵：

59、。

60、在本发明的一个具体实施例中，所述将αβ坐标系下变流器并联的公共连接点的网侧电压转换至dq坐标系下，包括：

61、基于第m个公共连接点处第k个变流器使用其自身锁相环产生旋转角，将αβ坐标系下第m个公共连接点处第k个变流器的网侧电压和转换至dq坐标系下：

62、

63、其中，、分别表示第m个公共点处第k个变流器处的d、q轴电压；表示第m个公共点处第k个变流器处αβ → dq坐标变换矩阵，如下式所示：

64、。

65、在本发明的一个具体实施例中，所述构建变流器控制环节模型，包括：

66、1）构建锁相环pll微分方程：

67、

68、

69、其中，表示第m个公共点处第k个变流器并网点q轴电压；为电网同步角速度；为第m个公共点处第k个变流器的pll控制中引入的状态量，为第m个公共点处第k个变流器的pll控制中间状态变量的微分项，为第m个公共点处第k个变流器的pll输出锁相相位，为的微分项，、分别为第m个公共点处第k个变流器pll的比例参数和积分参数；

70、2）构建外环控制方程：

71、

72、

73、

74、其中，为第m个公共点处第k个变流器向网侧注入的d轴电流分量；为第m个公共点处第k个变流器向网侧注入的q轴电流分量，为第m个公共点处第k个变流器向网侧注入的实际功率，为第m个公共点处第k个变流器的参考功率，、分别为第m个公共点处第k个变流器有功控制环节的比例系数和积分系数，为第m个公共点处第k个变流器有功控制环节输出的d轴电流参考值，为第m个公共点处第k个变流器有功控制环节pi控制环节引入的状态量；

75、3）构建电流内环控制方程：

76、

77、

78、

79、

80、其中，、分别为第m个公共点处第k个变流器输出的d轴、q轴实际电流值，、分别为第m个公共点处第k个变流器内环d轴电流控制pi环节的比例系数和积分系数，、分别为第m个公共点处第k个变流器q轴电流内环控制pi环节的比例系数和积分系数，、分别为第m个公共点处第k个变流器内环电流控制环节d、q轴pi控制引入的状态量, 、分别为第m个公共点处第k个变流器内环电流控制环节d、q轴的输出电压；、分别为第m个公共点处第k个变流器并网节点d、q轴电压，lf,m,k为第m个公共点处第k个变流器并网滤波电感；

81、4）构建滤波器的dq电流微分方程：

82、

83、。

84、在本发明的一个具体实施例中，还包括：

85、将变流器并联的公共连接点的网侧电流从dq坐标系转换至αβ坐标系：

86、

87、其中，、分别αβ坐标系下第m个公共点处第k个变流器输出的实际电流；

88、对网侧电网阻抗 rg + jωlg：

89、

90、

91、其中，、分别为αβ坐标系下第m个公共点处网侧电流值，、分别为αβ坐标系下的网侧电压值，、分别为αβ坐标系下的第m个公共连接点的电压值；

92、第m个公共连接点的电压由注入电流叠加：

93、

94、

95、其中，zg= rg + jωlg；从而得到得到公共连接点在αβ坐标系下的网侧电压。

96、本发明第三方面实施例提出一种电子设备，包括：

97、至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；

98、其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被设置为用于执行上述一种基于双向坐标变换的多变流器并网模型构建方法。

99、本发明第四方面实施例提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行上述一种基于双向坐标变换的多变流器并网模型构建方法。

100、本发明的特点及有益效果在于：

101、1）本发明中各个vsc均采用独立的dq坐标系，并与网侧αβ坐标系之间建立统一双向变换链路，可以保留各并网vsc的相角差动态特性。

102、2）本发明支持多台vsc并联。

103、3）本发明支持稳态求解和线性化（可直接求 jacobian 矩阵）。

104、4）本发明建立的模型结构清晰，方便工程计算和理论分析。