[发明专利]一种同步旋转坐标系下三相并网逆变器小信号建模方法

说明书

本发明公开了一种同步旋转坐标系下三相并网逆变器小信号建模方法。本发明基于逆变器各环节在同步旋转坐标系下的小信号模型，将小信号传递回路分为两个部分建立了分部导纳模型，并将各环节小信号模型中的耦合项分为可忽略部分和不可忽略部分，通过减少耦合项数和矩阵运算量实现同步旋转坐标系下三相并网逆变器小信号模型的简化。同时，在简化建模过程中引入有功导纳和无功导纳，可解释稳定工作点变化对逆变器阻抗特性的影响。按本发明公开的建模方法可使阻抗模型形式简洁，并可建立阻抗矩阵中各项与实际物理环节的联系，增强了dq阻抗的物理意义，可为逆变器设计和控制器参数调整提供指导。

技术领域

本发明涉及可再生能源发电系统领域，特别是一种同步旋转坐标系下三相并网逆变器小信号建模方法。

背景技术

随着可再生能源发电、直流输电、电气化交通等的快速发展，电力系统“源-网-荷”各环节中电力电子变流器渗透率不断提高；尤其输配电线路较长，区域电网中隔离变压器较多时，电网呈现以低短路比为显著特征的弱电网特性，存在不可忽略的阻感性电网阻抗。逆变器是连接分布式发电设备与电网的主要装置，具有不同于传统发电机的多尺度控制机制和低惯性宽频响应特性。弱电网与逆变器的相互作用易导致宽频谐波谐振和系统稳定性问题。近年来，基于阻抗的系统稳定性分析方法成为了国内外学者的研究热点。

进行阻抗稳定性分析的前提是建立系统阻抗模型，电网侧阻抗模型可等效为电感与电阻的串联，而逆变侧阻抗模型决定于逆变器的拓扑结构和控制方法，逆变器阻抗建模是系统稳定性分析的关键与难点所在。当前主流三相并网逆变器均采用同步旋转坐标系下PI控制实现并网有功、无功分量的调节，同步旋转坐标系下的逆变器dq阻抗建模方法具有重要研究价值。

当前，有学者考虑锁相环、电流控制环、功率控制环的影响并建立了完整的三相并网逆变器dq小信号阻抗模型。由于三相交流系统在dq坐标系下是耦合的双输入双输出系统，上述建模方法中复杂的矩阵运算过程弱化了阻抗和实际物理环节的联系；基于广义奈奎斯特稳定判据的稳定性分析中，求取矩阵特征值的运算使阻抗物理意义进一步模糊化。为弥补此缺憾，有文献忽略全部阻抗耦合项，建立了最简dq阻抗模型，但不能用于非单位功率因数并网时的稳定性分析，应用场合受限。因此，亟需发明一种简洁的、适用于全部工况的阻抗建模方法。

发明内容

针对现有小信号建模方法的不足，本发明的目的是提供一种同步旋转坐标系下三相并网逆变器小信号建模方法，本发明提供的方法可以明确逆变器各物理环节和dq阻抗之间的联系，增强dq阻抗的物理意义，为逆变器控制方法的设计和调整提供指导；同时，逆变器小信号建模结果可应用于并网系统中低频谐波谐振特性分析。

为实现上述技术目标，本发明提出的三相并网逆变器小信号建模方法主要实现步骤为：S1、构建并网逆变器整体的小信号框图；S2、将小信号框图分为两个子图，分别求解对应的两个导纳矩阵Y₁和Y₂；S3、简化导纳矩阵并列写简化表达式；S4、合成并网逆变器阻抗模型并列写简化表达式。

步骤S1、构建并网逆变器整体小信号框图的具体实现过程包括：

S11-根据逆变器的主电路拓扑和控制方法，以同步旋转坐标系下并网点的小信号电压Δu_pdq为输入，以并网的小信号电流Δi_gdq为输出，确定逆变器内部的小信号传递关系；

S12-推导小信号传递回路上包括锁相环、控制环、滤波电路、PWM调制等环节在内的各子环节的小信号传递函数矩阵表达式；

S13-基于步骤S11和S12绘制并网逆变器小信号框图。