[發明專利]多頻率耦合因素共存情況下并網逆變器穩定性分析方法

有效

• 申請號: 201711208882.0
• 申請日: 2017-11-27
• 公開（公告）號: CN107994606B
• 公開（公告）日: 2020-03-31
• 發明（設計）人: 年珩;徐韻揚;陳亮;黃弘揚;馬駿超;呂文韜;宣曉華;陸承宇;樓伯良;吳跨宇
• 申請（專利權）人: 浙江大學;國網浙江省電力有限公司電力科學研究院
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/44
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 王琛

本發明公開了一種多頻率耦合因素共存情況下并網逆變器系統穩定性分析方法，該方法針對并網逆變器系統，考慮多種頻率耦合因素共存的情況，在相序坐標系下建立并網逆變器的頻率耦合特性解析模型，在考慮頻率耦合的情況下計算得到電網阻抗矩陣。本發明基于廣義奈奎斯特穩定性判據，利用電網阻抗矩陣與并網逆變器頻率耦合特性矩陣的廣義阻抗比矩陣，判斷并網逆變器系統的穩定性，可用于多頻率耦合因素共存的復雜情況下的系統穩定性分析，相比現有的基于并網逆變器阻抗的穩定性分析方法更加完善，從而避免因忽略頻率耦合而導致的分析誤差，能夠更加準確地分析復雜情況下并網逆變器系統的穩定性。

技術領域

本發明屬于逆變器并網技術領域，具體涉及一種多頻率耦合因素共存情況下并網逆變器系統穩定性分析方法。

背景技術

隨著新能源在電網中的大規模接入，并網逆變器作為新能源與電網的能量傳輸接口被廣泛使用，如新能源并網、高壓直流輸電系統、柔性交流輸電系統等。并網逆變器等電力電子裝置在電網中的大規模接入使得互聯系統產生了新的穩定性問題，例如電力電子裝置的控制系統與輸電線路的串聯補償裝置發生的次同步振蕩問題。

基于阻抗模型的穩定性分析方法通過分別得到電力電子裝置和電網的端口阻抗特性，再通過電力電子裝置與電網的阻抗比判斷該互聯系統的穩定性，目前已在包括并網逆變器、雙饋風力發電機、模塊化多電平換流器等電力電子裝置接入電網后的系統穩定性分析中得到了大量的研究與應用，是一種簡單有效的系統穩定性分析方法。在傳統的并網逆變器阻抗建模中，通常認為逆變器并網系統可以分解為相互解耦的正序子系統和負序子系統，并且在小信號意義下，每個子系統在頻域上均具有單入單出的特性。因此，當且僅當逆變器并網正序子系統和負序子系統均滿足單入單出的奈奎斯特穩定性判據時，該互聯系統才可以穩定運行。

但是，如果并網逆變器控制中存在以下情況：(1)鎖相環控制帶寬較大；(2)d軸和q軸電流控制器不對稱；(3)直流母線電容較小并且直流母線電壓控制器帶寬較大，此時，在并網點施加某一特定頻率的電壓擾動時，除了產生同頻率的電流響應分量之外，還會產生另一個不同頻率的電流響應分量，這種現象被稱為并網逆變器的頻率耦合特性。由于頻率耦合現象在頻域上具有單入多出特性，系統正負序阻抗不再解耦，原有的單入單出穩定性判據也不再適用。

近段時間，也有學者針對并網逆變器的頻率耦合特性進行了一定的研究。Rygg A等在標題為A modified sequence-domain impedance definition and its equivalenceto the dq-domain impedance definition for the stability analysis of ac powerelectronic systems(IEEE Journal of Emerging an Selected Topics in PowerElectronics，2016，4(4)：1383-1396)的文獻中定義了一個用以描述并網逆變器頻率耦合特性的改進相序阻抗模型，并指出了產生頻率耦合的多種原因；但是，該文獻并未給出并網逆變器頻率耦合特性的解析模型，無法定量分析頻率耦合特性及其對系統穩定性影響的規律。Bakhshizadeh M等在標題為Couplings in phase domain impedance modeling ofgrid-connected converters(IEEE Transactions on Power Electronics，2016，31(19)：6792-6796)的文獻中推導了考慮由鎖相環造成的頻率耦合的并網逆變器的阻抗解析模型。Shah S等在標題為Impedance modeling of three-phase voltage source convertersin dq sequence and phasor domain(IEEE Transactions on Energy Conversion，2017，32(3)：1139-1150)的文獻中針對并網逆變器建立了一個用以描述直流側和交流側動態的3×3的導納矩陣模型，該模型考慮了鎖相環和直流母線造成的頻率耦合影響，并且該模型的非對角線元素可以反映并網逆變器的頻率耦合特性。