[發明專利]一種并網逆變系統在寬工作點范圍內的穩定域構建方法

在審

• 申請號: 202310207653.6
• 申請日: 2023-03-07
• 公開（公告）號: CN116418034A
• 公開（公告）日: 2023-07-11
• 發明（設計）人: 肖凡;鄭宇婷;涂春鳴;謝偉杰;郭祺;肖澤坤
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;G05B13/04
• 代理公司: 長沙新裕知識產權代理有限公司 43210
• 代理人: 顏田慶

1.一種并網逆變系統在寬工作點范圍內的穩定域構建方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1.對并網逆變系統的控制系統和電力網絡電路進行小信號建模，并利用鎖相環動態特性引入工作點變量，建立含工作點變量的雙輸入-雙輸出閉環小信號模型；

S2.利用含工作點變量的雙輸入-雙輸出閉環小信號模型，得到控制參考系下電流內環控制解析表達式；

S3.確定工作點變量初值、取值范圍與變化步長，將工作點變量給定值代入電流內環控制解析表達式的公共分母多項式中求解閉環極點，判斷閉環極點位置，確定并網逆變系統在每個給定工作點的穩定性；

S4.存儲每個給定工作點的穩定性判斷結果，繪制并網逆變系統在寬工作范圍內的穩定運行域圖，得到并網逆變系統在全工作區間內的穩定域。

2.如權利要求1所述的并網逆變系統在寬工作點范圍內的穩定域構建方法，其特征在于：步驟S1中，建立含工作點變量的雙輸入-雙輸出閉環小信號模型的具體方法為：

S11.電流控制電路得到電流環輸出電壓與電流的關系為：

其中，e_d為并網內電勢d軸分量，e_q為并網內電勢q軸分量，i_dref為并網電流d軸參考值；i_qref為并網電流q軸參考值，i_Ld為并網電流d軸分量，i_Lq為并網電流q軸分量；G_c(s)為電流環PI控制器，通常為對稱雙通道，k_p表示電流環PI控制器比例參數，k_i表示電流環PI控制器積分參數，s為拉普拉斯算子；

S12.基于鎖相環中的參考系變換關系，引入工作點變量，鎖相環中的線性化關系表示為：

其中G_θ(s)表示偏差角Δθ與同步參考系下并網電壓q軸擾動量之間的傳遞函數；F_PLL(s)為鎖相環PI控制器(比例積分控制器)，k_pPLL表示鎖相環PI控制器比例參數，k_iPLL表示鎖相環PI控制器積分參數，s為拉普拉斯算子；

同步參考系中工作點變量x^s的擾動量Δx^s與控制參考系中工作點變量x^c的擾動量Δx^c之間的變換關系表示為：

其中，是控制參考系中工作點變量x^c的d軸擾動量；是控制參考系中工作點變量x^c的q軸擾動量；是同步參考系中工作點變量x^s的d軸擾動量；是同步參考系中工作點變量x^s的q軸擾動量；x_d0是變量x的d軸分量初值；x_q0是變量x的q軸分量初值；

S13.將式(2)代入式(3)中，得到：

S14.各電壓、電流的擾動量在不同參考系之間的變換關系分別為：

并網電壓V_t由同步參考系變換至控制參考系：

其中，V_td0為并網電壓d軸初值，V_tq0為別為并網電壓q軸初值；為控制參考系下并網電壓d軸擾動量，為控制參考系下并網電壓q軸擾動量，為同步參考系下并網電壓d軸擾動量，為同步參考系下并網電壓q軸擾動量；

并網電流i_L由同步參考系變換至控制參考系：

其中，i_Ld0為并網電流d軸初值，i_Lq0為并網電流q軸初值；為控制參考系下并網電流d軸擾動量，為控制參考系下并網電流q軸擾動量，為同步參考系下并網電流d軸擾動量，為同步參考系下并網電流q軸擾動量；

并網內電勢e由控制參考系變換至同步參考系：

其中，E_d0為并網內電勢d軸初值，E_q0為并網內電勢q軸初值；為控制參考系下并網內電勢d軸擾動量；為控制參考系下并網內電勢q軸擾動量；為同步參考系下并網內電勢d軸擾動量；為同步參考系下并網內電勢q軸擾動量；

S15.將式(1)線性化，并將控制參考系下的內電勢擾動量變換至同步參考系下：

其中，為控制參考系下并網電流d軸參考值擾動量，為控制參考系下并網電流q軸參考值擾動量；

S16.根據電力網絡電路拓撲約束，得到并網內電勢、并網電壓、并網電流、電網電壓之間的關系式也即電力網絡關系式：

其中，L_f表示濾波電感，R_f表示濾波電感的寄生電阻，表示同步參考系下并網內電勢d軸分量，表示同步參考系下并網內電勢q軸分量，表示同步參考系下并網電流d軸分量，表示同步參考系下并網電流q軸分量，表示同步參考系下并網電壓d軸分量，表示同步參考系下并網電壓q軸分量，L_g表示電網等效電感，R_g表示電網等效電阻，表示同步參考系下電網電壓d軸分量，表示同步參考系下電網電壓q軸分量，s為拉普拉斯算子；

S17.將電力網絡關系式即式(10)進行小信號擾動，得：

其中，表示同步參考系下電網電壓d軸擾動量，表示同步參考系下電網電壓q軸擾動量；

令：

其中，Z_f表示濾波阻抗，Z_fd表示濾波d軸阻抗，Z_fq表示濾波q軸阻抗；Z_g表示電網等效阻抗，Z_gd表示電網d軸等效阻抗，Z_gq表示電網q軸等效阻抗；ω₀＝100π為額定角速度；j表示復數單位；

S18.假定無窮大電網在擾動過程中幅值和相位不發生變化，即：

因此，得到：

基于參考系變換關系，將式(2)、(5)、(6)、(7)代入式(14)中，得到含工作點變量的雙輸入-雙輸出閉環小信號模型。