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一种工分频混合阻抗建模方法、系统、设备及介质与流程

2023-05-10 18:07:24 来源:中国专利 TAG:


1.本发明涉及分频输电系统稳定性分析技术领域,具体为一种工分频混合阻抗建模方法、系统、设备及介质。


背景技术:

2.分频输电作为一种新型输电方式,可以应用于海上风力发电并网。相比于高压交流输电,分频输电能够减小海缆中的容性充电电流,大大提升传输容量和传输距离,相比于直流输电,分频输电无需建设海上换流站,大幅降低日常维护成本与难度。研究表明,分频输电在70-200km海上风电送出场景下技术经济性突出,可覆盖我国中远距离海上风电资源,是未来大规模海上风电开发,中远距离送出并网的核心技术。然而,作为典型的“双高”电力系统,分频输电系统包含大量的电力电子设备。不同电力电子设备及其与传输线路间的相互作用可能引发宽频振荡问题,造成设备损坏甚至引发系统性风险。变频器作为分频输电的核心器件,其中包含大量电力电子开关器件,是造成分频输电系统不稳定的主要因素之一。
3.目前电力系统的稳定性分析主要包含状态空间法和阻抗分析法两种。相比于状态空间法,阻抗分析法同时具有下述优势:1)阻抗分析法具有更加明确的物理意义,能够对系统中引发系统不稳定的振荡机理做出直观的阐述,便于理解;2)对目标系统的内部结构和对应参数没有依赖性,仅仅依赖于外部测量阻抗进行分析,从而能够充分保护用户隐私和商业机密;3)因为不需要对换流器内部稳定性做出评估,而仅仅关注于换流器与电网之间公共耦合点处的稳定性,因而分析目标系统的维数大大降低,有效避免了因为换流器数量增大而引发的维数灾难;4)在不需要知悉系统其余部分详细模型的情况下,阻抗分析法可以有效识别每一个换流器对系统稳定性的潜在贡献。阻抗建模是基于阻抗分析法开展系统谐振稳定性分析的重要前提。
4.现有阻抗模型主要包括直流阻抗模型、交流阻抗模型和交直流混合阻抗模型。直流阻抗模型最初用于描述dc-dc换流器的外端口阻抗特性。近些年来,随着交直流混联电力系统的发展,越来越多的ac-dc换流器接入直流电网,直流阻抗模型逐渐扩展至对ac-dc换流器直流端口的阻抗特性描述。交直流混合阻抗模型主要针对交直流混联电力系统中的接口换流器—连接换流器,其同时具有交流端口与直流端口。注意到直流阻抗模型与交直流混合阻抗模型均适用于具有直流端口的电力电子设备(dc-dc或ac-dc换流器),均难以直接应用于分频输电系统的稳定性分析中。交流阻抗模型虽然可以刻画分频变频器工频或分频端口的阻抗特性,但由于其不能同时将工、分频端口纳入到变频器端口阻抗模型中,难以独立刻画工/分频端口自导纳特性以及工/分频端口间耦合特性,难以显示量化描述工/分频端口间动态交互影响与耦合特性。此外,由于分频变频器工频端口(或分频端口)的交流阻抗容易受到分频电网等效阻抗(或工频电网等效阻抗)的影响,分频变频器能够独立稳定运行的假设难以保证分频变频器工频端口(或分频端口)的交流阻抗不包含右半平面极点。


技术实现要素:

5.本发明目的在于提出一种工分频混合阻抗建模方法、系统、设备及介质,以克服现有交流阻抗模型割裂工/分频端口间的联系,难以独立刻画工/分频端口自导纳特性以及工/分频端口间耦合特性,难以显示量化描述工/分频端口间动态交互影响与耦合特性的弊端。本发明充分利用了分频变频器同时存在两个交流端口的特性,提出工分频混合阻抗概念并建立分频变频器的工分频混合阻抗模型。相比于传统的交流阻抗,分频变频器的工分频混合阻抗模型仅取决于变频器的自身控制结构与参数,而不受变频器所连接的工频/分频电网等效阻抗的影响。此外,基于一般性的假设,即变频器能够独立稳定运行,可以保证工分频混合阻抗不包含任何右半平面极点,从而为后续分频输电系统稳定性分析奠定基础,避免复杂的数学推导和计算。
6.为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
7.一种工分频混合阻抗建模方法,包括:
8.获取分频变频器两侧主电路的小信号模型;
9.获取控制器同步旋转坐标系和系统同步旋转坐标系中电压、电流和占空比小信号扰动量之间的关系;
10.获取分频变频器工/分频两侧公共耦合点电压、电流小信号扰动量与分频变频器输出电压扰动量之间的数学关系;
11.获取分频变频器控制器的传递函数矩阵;
12.获取分频变频器工/分频两侧公共耦合点电压、电流小信号扰动量与分频变频器一侧直流电压和网侧功率小信号扰动量之间的数学关系;
13.获取分频变频器的时滞矩阵;
14.对上述获取到的关系及矩阵分别进行建模,求得分频变频器的工分频混合阻抗。
15.优选地,分频变频器两侧主电路的小信号模型的具体形式为:
[0016][0017]
其中,为系统同步旋转坐标系下分频变频器两侧公共耦合点处的电压扰动量,为系统同步旋转坐标系下分频变频器两侧公共耦合点处的输出电压扰动相量,为系统同步旋转坐标系下分频变频器两侧公共耦合点处的电流扰动相量。
[0018]
优选地,控制器同步旋转坐标系和系统同步旋转坐标系中电压、电流和占空比小信号扰动量之间的关系的具体形式为:
[0019]
分频变频器系统同步旋转坐标系中电流、电压小信号扰动量与控制器同步旋转坐标系中电流小信号扰动量的关系为:
[0020][0021]
其中为系统同步旋转坐标系下分频变频器两侧公共耦合点处的电压扰动相量,为控制器同步旋转坐标系下分频变频器两侧公共耦合点处的电流扰动量,为系统同步旋转坐标系下分频变频器两侧公共耦合点处的电流扰动相量,表示系统同步旋转坐标系中分频变频器两侧公共耦合点处电压扰动量对控制器同步旋转坐标系中电流扰动量的传递矩阵;
[0022]
系统同步旋转坐标系中占空比扰动量、电压的小信号扰动量和控制器同步旋转坐标系中占空比小信号扰动量之间的关系:
[0023][0024]
其中,为系统同步旋转坐标系下分频变频器两侧公共耦合点处的占空比扰动相量,为控制器同步旋转坐标系中占空比扰动相量,为系统同步旋转坐标系下分频变频器两侧公共耦合点处的电压扰动相量,表示系统同步旋转坐标系中分频变频器两侧公共耦合点处电压扰动量对系统同步旋转坐标系中分频变频器两侧公共耦合点处占空比扰动量的传递函数。
[0025]
优选地,分频变频器工/分频两侧公共耦合点电压、电流小信号扰动量与分频变频器输出电压扰动量之间的数学关系的具体形式为:
[0026][0027]
其中,和分别表示系统同步旋转坐标系中分频变频器工频侧d轴输出电压扰动量,q轴输出电压扰动量,分频侧d轴输出电压扰动量和q轴输出电压扰动
量;和分别表示系统同步旋转坐标系中分频变频器工频侧d轴占空比扰动量,q轴占空比扰动量,分频侧d轴占空比扰动量和q轴占空比扰动量;和分别表示系统同步旋转坐标系中分频变频器工频侧公共耦合点d轴电压扰动量,q轴电压扰动量,分频侧公共耦合点d轴电压扰动量和q轴电压扰动量;和分别表示系统同步旋转坐标系中分频变频器工频侧公共耦合点d轴电流扰动量,q轴电流扰动量,分频侧公共耦合点d轴电流扰动量和q轴电流扰动量,v
dc
表示稳态时分频变频器的直流电压;g
u2v
表示系统同步旋转坐标系中公共耦合点电压扰动量对分频变频器输出电压扰动量的传递函数,g
i2v
表示系统同步旋转坐标系中公共耦合点电流扰动量对分频变频器输出电压扰动量的传递函数。
[0028]
优选地,分频变频器控制器的传递函数矩阵的具体形式为:
[0029]
电流内环采用pi控制及dq轴电流解耦控制,其传递矩阵的具体形式为:
[0030][0031]
其中,k
pd1
和k
id1
表示工频侧d轴电流内环控制器的比例增益和积分增益;k
pq1
和k
iq1
表示工频侧q轴电流内环控制器的比例增益和积分增益;k
pd2
和k
id2
表示分频侧d轴电流内环控制器的比例增益和积分增益;k
pq2
和k
iq2
表示分频侧q轴电流内环控制器的比例增益和积分增益;1/s为积分项。
[0032]
电流内环控制器的解耦矩阵为:
[0033][0034]
其中,ω1和ω2分别表示工频侧系统与分频侧系统的角频率。
[0035]
分频变频器的功率/电压外环控制器采用pi控制,其传递函数矩阵的具体形式为:
[0036][0037]
其中k
pd3
和k
id3
表示工频侧直流电压外环控制器的比例增益和积分增益;k
pq3
和k
iq3
表示工频侧无功功率外环控制器的比例增益和积分增益;k
pd4
和k
id4
表示分频侧有功功率外环控制器的比例增益和积分增益;k
pq4
和k
iq4
表示分频侧无功功率外环控制器的比例增益和积分增益。
[0038]
优选地,分频变频器工/分频两侧公共耦合点电压、电流小信号扰动量与分频变频器直流电压以及网侧功率小信号扰动量之间的数学关系的具体形式为:
[0039][0040]
其中为工频侧注入分频变频器的无功功率,为分频侧注入分频变频器的有功功率,为分频侧注入分频变频器的无功功率,为直流环节直流电容上直流电压的瞬时值,为系统同步旋转坐标系下分频变频器与工/分频电网的公共耦合点处电压扰动量,为系统同步旋转坐标系下分频变频器与工/分频电网的公共耦合点处电流扰动量,表示系统同步旋转坐标系中公共耦合点电压扰动量对直流电压和无功/有功功率扰动量的传递函数,表示系统同步旋转坐标系中公共耦合点电流扰动量对直流电压和无功/有功功率扰动量的传递函数。
[0041]
优选地,求得分频变频器的工分频混合阻抗的具体形式如下:
[0042][0043]
其中,z
ac
为工分频混合阻抗矩阵;i为单位矩阵;g
u2v
为系统同步旋转坐标系中公共耦合点电压扰动量对分频变频器输出电压扰动量的传递函数,g
i2v
为系统同步旋转坐标系中公共耦合点电流扰动量对分频变频器输出电压扰动量的传递函数,g
ci
为电流内环控制器
的传递函数矩阵,g
dei
为电流内环控制器的解耦矩阵,为系统同步旋转坐标系中公共耦合点电压扰动量对直流电压和无功/有功功率扰动量的传递函数,为系统同步旋转坐标系中公共耦合点电流扰动量对直流电压和无功/有功功率扰动量的传递函数,g
cpq
为分频变频器的功率/电压外环控制器的传递函数矩阵为,g
del
为分频变频器的时滞矩阵,为系统同步旋转坐标系中公共耦合点电压扰动量对系统同步旋转坐标系中占空比扰动量的传递函数,为系统同步旋转坐标系中公共耦合点电压扰动量对控制器同步旋转坐标系中电流扰动量的传递矩阵。
[0044]
一种工分频混合阻抗建模系统,基于上述任一项一种工分频混合阻抗建模方法,包括
[0045]
主电路小信号模型获取模块:用于获取分频变频器两侧主电路的小信号模型;
[0046]
小信号扰动量获取模块:获取控制器同步旋转坐标系和系统同步旋转坐标系中电压、电流和占空比小信号扰动量之间的关系;
[0047]
分频变频器输出电压扰动量关系获取模块:用于获取分频变频器工/分频两侧公共耦合点电压、电流小信号扰动量与分频变频器输出电压扰动量之间的数学关系;
[0048]
传递函数矩阵获取模块:用于获取分频变频器控制器的传递函数矩阵;
[0049]
分频变频器小信号扰动量关系获取模块:用于获取分频变频器工/分频两侧公共耦合点电压、电流小信号扰动量与分频变频器一侧直流电压和网侧功率小信号扰动量之间的数学关系;
[0050]
时滞矩阵获取模块:用于获取分频变频器的时滞矩阵
[0051]
建模模块:用于对上述获取到的关系及矩阵分别进行建模,求得分频变频器的工分频混合阻抗。
[0052]
一种计算机设备,包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述任一项所述一种分频输电系统稳定性分析的工分频混合阻抗建模方法的步骤。
[0053]
一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一项所述一种分频输电系统稳定性分析的工分频混合阻抗建模方法的步骤。
[0054]
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:本发明提出了一种工分频混合阻抗建模方法,获取分频变频器两侧主电路的小信号模型、控制器同步旋转坐标系和系统同步旋转坐标系中电压、电流和占空比小信号扰动量之间的关系、分频变频器工/分频两侧公共耦合点电压、电流小信号扰动量与分频变频器输出电压扰动量之间的数学关系、分频变频器控制器的传递函数矩阵、分频变频器工/分频两侧公共耦合点电压、电流小信号扰动量与分频变频器直流电压和网侧功率小信号扰动量之间的数学关系、分频变频器的时滞矩阵,再对上述获取到的关系及矩阵分别进行建模,求得分频变频器的工分频混合阻抗,相比于原有模型,工分频混合阻抗模型能够独立刻画工/分频端口自导纳特性以及工/分频端口间耦合特性,进而显式量化描述工/分频端口间动态交互作用对系统稳定性的影响。与此同时,工分频混合阻抗模型不包含任何右半平面零点,能够避免复杂的数学推导和计算,提高
分频输电系统稳定性分析的准确性。
附图说明
[0055]
图1为本发明中通用型分频变频器的拓扑结构示意图;
[0056]
图2为本发明中背靠背式分频变频器的拓扑结构和控制策略;
[0057]
图3为本发明中使用锁相环的控制结构;
[0058]
图4为本发明中背靠背式分频变频器工频侧电流控制框图;
[0059]
图5为本发明中背靠背式分频变频器分频侧电流控制器框图;
[0060]
图6为本发明中建模得到的背靠背式分频变频器小信号模型;
[0061]
图7为本发明中计算得到的阻抗和仿真测量得到的阻抗结果。
具体实施方式
[0062]
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明,所述是对本发明的解释而不是限定。
[0063]
本发明提出提出了工分频混合阻抗的概念,在此基础之上提出了一种工分频混合阻抗建模方法,图1为本发明中通用型分频变频器的拓扑结构示意图。将分频变频器两侧公共耦合点(point of common coupling,pcc)处电压与电流投影到系统同步旋转坐标系中,并定义系统同步旋转坐标系下pcc点处电压扰动相量和电流扰动相量分别为占空比扰动相量为输出电压扰动相量为则分频变频器的工分频混合阻抗可以定义为
[0064][0065]
其中,表示分频变频器的工分频混合阻抗,具体表示为
[0066][0067]
其中,和分别表示分频变频器工频端口d轴自阻抗,工频端口q轴自阻抗,分频端口d轴自阻抗和分频端口q轴自阻抗,和表示分频变频器工频端口d轴与q轴间的耦合阻抗,和表示分频变频器工频端口d轴与分频端
口d轴间的耦合阻抗,和表示分频变频器工频端口d轴与分频端口q轴间的耦合阻抗,和表示分频变频器工频端口q轴与分频端口d轴间的耦合阻抗,和表示分频变频器工频端口q轴与分频端口q轴间的耦合阻抗,和表示分频变频站分频端口d轴和q轴间的耦合阻抗。
[0068]
对应式(1.1),分频变频器的工分频混合导纳可以定义为
[0069][0070]
其中,表示分频变频器的工分频混合导纳,具体表示为
[0071][0072]
其中,和分别表示分频变频器工频端口d轴自导纳,工频端口q轴自导纳,分频端口d轴自导纳和分频端口q轴自导纳,和表示分频变频器工频端口d轴与q轴间的耦合导纳,和表示分频变频器工频端口d轴与分频端口d轴间的耦合导纳,和表示分频变频器工频端口d轴与分频端口q轴间的耦合导纳,和表示分频变频器工频端口q轴与分频端口d轴间的耦合导纳,和表示分频变频器工频端口q轴与分频端口q轴间的耦合导纳,和表示分频变频站分频端口d轴和q轴间的耦合导纳,有鉴于工分频混合导纳为工分频混合阻抗的逆矩阵,为避免重复,下文以工分频混合阻抗概念为主进行阐述。
[0073]
实施例1:
[0074]
以背靠背式分频变频器为例,对应的工分频混合阻抗建模方法如下:
[0075]
图2为本发明中所采用背靠背式分频变频器的拓扑结构及控制策略。背靠背式分频变频器由两个三相两电平换流器和直流侧耦合电容构成,控制系统采集分频变频器两侧pcc点处的电压电流等参数,实现对直流侧直流电压、工频侧无功功率以及分频侧有功功率、无功功率等物理量的控制。pll为锁相环,用于锁定分频变频器两侧pcc点处的电压相位。
[0076]
图3为本发明中所使用锁相环的控制结构。通过pi控制器作用,使得锁相环输入电压的q轴分量为0,达到锁定pcc点电压相位的目的。锁相环pi控制器的输出为系统pcc点电压的角频率,通过积分器获取电压相位。
[0077]
图4为背靠背式分频变频器工频侧控制回路,其中外环控制直流电压和工频侧注入变频器的无功功率,电流内环控制工频侧pcc点d轴与q轴电流。
[0078]
图5为背靠背式分频变频器分频侧控制回路,其中外环控制分频侧注入变频器的有功功率和无功功率,电流内环控制分频侧pcc点d轴与q轴电流。
[0079]
本发明中所使用背靠背式分频变频器的控制策略包括:
[0080]
1)背靠背式分频变频器由两个三相两电平换流器通过直流侧连接构成,直流侧电路为一个耦合电容,用以稳定直流侧电压。
[0081]
2)工频侧采用直流电压/无功功率和电流双环控制,直流电压/无功功率外环分别控制中间直流环节的直流电压和工频侧注入分频变频器的无功功率,电流内环分别控制工频侧pcc点d轴电流与q轴电流。
[0082]
3)分频侧采用有功/无功功率和电流双环控制,有功/无功功率外环分别控制分频侧注入分频变频器的有功功率和无功功率,电流内环分别控制分频侧pcc点d轴电流与q轴电流。
[0083]
由于锁相环动态特性的缘故,分频变频器的建模过程中存在两个同步旋转坐标系:系统同步旋转坐标系与控制器同步旋转坐标系。在稳定状态下,两个同步旋转坐标系重合,锁相环输出误差为零。在电网电压出现扰动时,由于锁相环动态特性,导致两个同步旋转坐标系之间存在一个角度差δθ。为了有效区分系统同步旋转坐标系和控制器同步旋转坐标系中的变量,此处引入上标

s’和

c’对此进行区分。其中,

s’代表系统同步旋转坐标系中的变量,

c’代表控制器同步旋转坐标系中的变量。
[0084]
基于提出的背靠背式分频变频器的控制策略建立工分频混合阻抗模型的具体实现过程包括:
[0085]
1)分频变频器工频侧的等效电阻与桥臂电抗表示为r1和l1,分频侧的等效电阻和桥臂电抗表示为r2和l2。定义系统同步旋转坐标系下分频变频器与工/分频电网的公共耦合点处电压扰动相量为电流扰动相量为占空比扰动相量为输出电压扰动相量为
[0086]
2)定义工/分频两侧电流的正方向为由工/分频电网流向分频变频器。在同步旋转坐标系中,根据基尔霍夫电压定律,分频变频器两侧主电路部分的小信号模型可以表示为:
[0087][0088]
其中,y
ac
定义如下:
[0089][0090]
3)考虑锁相环的动态特性,系统同步旋转坐标系中电压、电流和占空比扰动量对控制器同步旋转坐标系中电压、电流和占空比扰动量存在影响。为此,采取以下技术方案获取不同同步旋转坐标系中电压、电流和占空比扰动量之间的数学关系:
[0091]
定义工频侧锁相环的传递函数为
[0092][0093][0094]
其中,k
ppll1
和k
ipll1
表示工频侧锁相环控制器的比例增益和积分增益,v
d1
表示工频侧pcc点d轴电压稳态值。
[0095]
定义分频侧锁相环的传递函数为
[0096][0097][0098]
其中,k
ppll2
和k
ipll2
表示分频侧锁相环控制器的比例增益和积分增益,v
d2
表示分频侧pcc点d轴电压稳态值。
[0099]
根据式(1.7)和(1.9),系统同步旋转坐标系与控制器同步旋转坐标系中电流扰动量之间的关系可表述如下:
[0100][0101]
其中,表示系统同步旋转坐标系中pcc点电压扰动量对控制器同步旋转坐标系中电流扰动量的传递矩阵,具体定义如下:
[0102][0103]
其中i
d1
,i
q1
,i
d2
和i
q2
分别表示工频侧d轴电流稳态值,工频侧q轴电流稳态值,分频
侧d轴电流稳态值和分频侧q轴电流稳态值。
[0104]
系统同步旋转坐标系与控制器同步旋转坐标系中占空比扰动量之间的关系表述如下:
[0105][0106]
其中,表示系统同步旋转坐标系中pcc点电压扰动量对系统同步旋转坐标系中占空比扰动量的传递函数,具体定义如下:
[0107][0108]
其中d
d1
,d
q1
,d
d2
和d
q2
分别表示工频侧d轴占空比稳态值,工频侧q轴占空比稳态值,分频侧d轴占空比稳态值和分频侧q轴占空比稳态值。
[0109]
4)分频变频器工/分频两侧pcc点电压、电流扰动量对分频变频器直流侧电压产生影响,进而影响分频变频器输出电压。考虑上述影响,采取以下的技术方案获取分频变频器工/分频两侧pcc点电压、电流扰动量对分频变频器输出电压扰动量的数学关系
[0110]
由调制过程可知,分频变频器输出电压与占空比之间的关系表示如下:
[0111][0112]
其中,v
d1
,v
q1
,v
d2
和v
q2
分别表示分频变频器工频侧d轴输出电压的瞬时值,q轴输出电压的瞬时值,分频侧d轴输出电压的瞬时值和q轴输出电压的瞬时值;v
dc
为直流环节直流电容上直流电压的瞬时值;d
d1
,d
q1
,d
d2
和d
q2
分别表示分频变频器工频侧d轴占空比的瞬时值,q轴占空比的瞬时值,分频侧d轴占空比的瞬时值和q轴占空比的瞬时值。此外,基于工/分频交流侧与直流侧能量守恒可得
[0113][0114]
其中,c
dc
为中间直流环节直流电容的电容值,v
dc
为直流环节直流电容上直流电压的瞬时值。
[0115]
对式(1.15)(1.16)进行小信号线性化,将式(1.16)中直流电压的扰动量代入(1.15)可得
[0116][0117]
其中,和分别表示系统同步旋转坐标系中分频变频器工频侧d轴输出电压扰动量,q轴输出电压扰动量,分频侧d轴输出电压扰动量和q轴输出电压扰动量;和分别表示系统同步旋转坐标系中分频变频器工频侧d轴占空比扰动量,q轴占空比扰动量,分频侧d轴占空比扰动量和q轴占空比扰动量;和分别表示系统同步旋转坐标系中分频变频器工频侧pcc点d轴电压扰动量,q轴电压扰动量,分频侧pcc点d轴电压扰动量和q轴电压扰动量;和分别表示系统同步旋转坐标系中分频变频器工频侧pcc点d轴电流扰动量,q轴电流扰动量,分频侧pcc点d轴电流扰动量和q轴电流扰动量。g
u2v
表示系统同步旋转坐标系中pcc点电压扰动量对分频变频器输出电压扰动量的传递函数,具体定义如下:
[0118][0119]gi2v
表示系统同步旋转坐标系中pcc点电流扰动量对分频变频器输出电压扰动量的传递函数,忽略分频变频器等效电阻的影响,g
i2v
具体定义如下:
[0120][0121]
5)考虑电流内环控制器对工分频混合阻抗的影响,采取以下技术路线获取背靠背式分频变频器电流内环的传递函数矩阵:
[0122]
本发明中背靠背式分频变频器的电流内环采用pi控制及dq轴电流解耦控制,为此,电流内环控制器的传递函数矩阵为:
[0123][0124]
其中,k
pd1
和k
id1
表示工频侧d轴电流内环控制器的比例增益和积分增益;k
pq1
和k
iq1
表示工频侧q轴电流内环控制器的比例增益和积分增益;k
pd2
和k
id2
表示分频侧d轴电流内环控制器的比例增益和积分增益;k
pq2
和k
iq2
表示分频侧q轴电流内环控制器的比例增益和积分增益。电流内环控制器的解耦矩阵为:
[0125][0126]
其中,ω1和ω2分别表示工频侧系统与分频侧系统的角频率。
[0127]
6)考虑分频变频器工/分频两侧pcc点电压、电流扰动量对变频器中间直流环节直流电压和注入功率的影响,采取以下技术方案获取工/分频两侧pcc点电压、电流扰动量关于变流器网侧功率小信号扰动的传递矩阵:
[0128]
根据瞬时功率理论,工频侧注入分频变频器的无功功率表示为
[0129][0130]
其中,u
d1
、u
q1
、i
d1
和i
q1
分别表示工频侧pcc点d轴电压瞬时值,q轴电压瞬时值,d轴电流瞬时值和q轴电流瞬时值。分频侧注入分频变频器的有功功率与无功功率表示为:
[0131][0132]
其中,u
d2
、u
q2
、i
d2
和i
q2
分别表示分频侧pcc点d轴电压瞬时值,q轴电压瞬时值,d轴电流瞬时值和q轴电流瞬时值。
[0133]
联立式(1.16)(1.22)(1.23)并进行小信号线性化,忽略高阶小项可得
[0134][0135]
其中,表示系统同步旋转坐标系中pcc点电压扰动量对直流电压和无功/有功功率扰动量的传递函数,具体定义如下:
[0136][0137]
表示系统同步旋转坐标系中pcc点电流扰动量对直流电压和无功/有功功率扰动量的传递函数,忽略分频变频器等效电阻的影响,具体定义如下:
[0138][0139]
7)考虑功率/电压外环控制器对工分频混合阻抗的影响,采取以下技术路线获取背靠背式分频变频器功率/电压外环的传递函数矩阵:
[0140]
本发明中背靠背式分频变频器的功率/电压外环控制器采用pi控制,为此,功率/电压外环控制器的传递函数矩阵为:
[0141][0142]
其中,k
pd3
和k
id3
表示工频侧直流电压外环控制器的比例增益和积分增益;k
pq3
和k
iq3
表示工频侧无功功率外环控制器的比例增益和积分增益;k
pd4
和k
id4
表示分频侧有功功率外环控制器的比例增益和积分增益;k
pq4
和k
iq4
表示分频侧无功功率外环控制器的比例增
益和积分增益。
[0143]
8)考虑数字控制与pwm调制过程引发的时滞效应,定义由数字控制与pwm调制过程引发的时滞周期为t
del
,则系统的时滞矩阵为:
[0144][0145]
9)基于步骤1)-步骤8),对系统的主电路、锁相环、坐标变换、电流内环、直流电压/功率外环和调制过程等环节进行小信号建模,忽略采样环节的影响,得出背靠背式分频变频器的小信号模型,具体如图6所示。求解图6所示分频变频器的小信号模型,定义可得工分频混合阻抗表达式为:
[0146][0147]
对应式(1.29),工分频混合导纳表达式为
[0148][0149]
图7为计算得到的小信号阻抗与在matlab/simulink环境下仿真测量得到的小信号阻抗bode图,各个阻抗的位置与其在阻抗矩阵中的位置相对应。其中蓝色实线是根据式(1.29)计算得到的阻抗,红色散点为仿真测量得到的阻抗,二者的匹配度良好,证明了建立的小信号模型的正确性。
[0150]
实施例2:
[0151]
一种工分频混合阻抗建模系统包括;
[0152]
主电路小信号模型获取模块:用于获取分频变频器两侧主电路的小信号模型;
[0153]
小信号扰动量获取模块:获取控制器同步旋转坐标系和系统同步旋转坐标系中电压、电流和占空比小信号扰动量之间的关系;
[0154]
分频变频器输出电压扰动量关系获取模块:用于获取分频变频器工/分频两侧公共耦合点电压、电流小信号扰动量与分频变频器输出电压扰动量之间的数学关系;
[0155]
传递函数矩阵获取模块:用于获取分频变频器控制器的传递函数矩阵;
[0156]
分频变频器小信号扰动量关系获取模块:用于获取分频变频器工/分频两侧公共耦合点电压、电流小信号扰动量与分频变频器一侧直流电压和网侧功率小信号扰动量之间的数学关系;
[0157]
时滞矩阵获取模块:用于获取分频变频器的时滞矩阵
[0158]
建模模块:用于对上述获取到的关系及矩阵分别进行建模,求得分频变频器的工分频混合阻抗。实施例3:
[0159]
本发明一实施例提供的终端设备。该实施例的终端设备包括:处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序。所述处理器执行所述计算机程序时实现上述各个方法实施例中的步骤。或者,所述处理器执行所述计算机程序时实现上述各装置实施例中各模块的功能。
[0160]
所述计算机程序可以被分割成一个或多个模块,所述一个或者多个模块被存储在所述存储器中,并由所述处理器执行,以完成本发明。
[0161]
所述终端设备可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述终端设备可包括,但不仅限于,处理器、存储器。
[0162]
所述处理器可以是中央处理单元(centralprocessingunit,cpu),还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digitalsignalprocessor,dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit,asic)、现成可编程门阵列(field-programmablegatearray,fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。
[0163]
所述存储器可用于存储所述模块,所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的模块,以及调用存储在存储器内的数据,实现所述终端设备的各种功能。
[0164]
所述终端设备集成的模块如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解,本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程,也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成,所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中,该计算机程序在被处理器执行时,可实现上述各个方法实施例的步骤。其中,所述计算机程序包括计算机程序代码,所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括:能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(rom,read-onlymemory)、随机存取存储器(ram,randomaccessmemory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是,所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减,例如在某些司法管辖区,根据立法和专利实践,计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
[0165]
尽管已描述了本技术的优选实施例,但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念,则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以,所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本技术范围的所有变更和修改。
[0166]
显然,本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。这样,倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内,则本技术也意图包含这些改动和变型在内。
再多了解一些

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