[发明专利]用于稳定性分析的变流器并网通用序阻抗模型及建模方法

说明书

本发明涉及一种用于稳定性分析的变流器并网通用序阻抗模型及建模方法，该变流器并网通用序阻抗模型包括有小信号变流器序阻抗模型和变流器并网序阻抗模型，变流器序阻抗模型包括交流侧导纳和直流侧导纳模型，相应地变流器并网序阻抗模型包括变流器并网的交流侧集总导纳模型和直流侧集总导纳模型。基于变流器并网通用序阻抗模型即可分析交流和直流侧的电路稳定性，推导出的通用序阻抗模型适用于各种基于DQ坐标变换控制结构的变流器，通过该模型可以极为便利地得到任一具有特定控制结构的变流器并网序阻抗，适用范围极广，使用灵活、方便。此外，本发明的建模方法可以推导用于基于其他坐标结构的变流器并网通用模型推导。

技术领域

本发明属于电力装置并网稳定性分析技术领域，具体涉及一种用于稳定性分析的变流器并网通用序阻抗模型及建模方法。

背景技术

变流器在分布式能源、电力牵引、高压直流输电、柔性交流输电系统等领域有着广泛的应用，而且随着可再生能源的应用和现代电力系统的发展，其应用变得越来越广泛。变换器通常被用作交流电路、直流电路之间的中间单元，从而对电力系统的互连扩展特性和稳定性起着重要的作用(参见文献[1]-[6])。

迄今为止，工程技术人员和相关研究人员通常在小信号分析的基础上，对变流器的阻抗特性进行研究，从而进一步分析判断系统稳定性。如文献[7]-[9]介绍了DQ域阻抗用；文献[10]介绍了折算到交流侧的变流器序阻抗，其中正序列和负序列组件之间的耦合被忽略；在文献[11]-[13]中，正序和负序分量之间的耦合也在阻抗模型中得到了反映。

但是申请人发现：

1、上述变流器阻抗模型都是在某一特定控制设计基础上推导获得，因此该模型也仅适用于具有这一特定控制结构的变流器。例如：文献[10]-[13]中的模型只包括DQ电流控制；又例如：文献[17]-[18]中讨论了具有内部电流控制和外部直流电压控制的变流器阻抗模型，分析结论也基本只适用于这一特定的控制结构。

2、迄今为止变流器阻抗模型都是假定某一特定控制设计基础上推导获得，因此该模型及相关推导也仅适用于具有这一特定控制结构的变流器。一旦控制策略和方法发生变化，哪怕是局部变化，其阻抗模型一般都须重新推导构建。这些模型的局限性阻碍了电力系统稳定性分析的通用解决方案及其研究发展，也从而限制了其应用推广。在变流器并网系统中，扰动信号的频率变换以及多相位、多序列和交直流网络之间的耦合作用使阻抗模型的建立变得更加复杂。而迄今只适应用于某一特定控制结构的变流器阻抗模型，使得稳定性及相关分析费时费力。其使用便捷性大打折扣。

3、上述的DQ阻抗和序阻抗模型都没有深入考虑直流与交流电路间的耦合，虽然文献[14]-[15]讨论了直流侧阻抗的建模，但忽略了交流系统动态响应，还有文献[16]还介绍了直流电压控制对系统稳定性的影响，以及最近文献[17]-[18]讨论了交直流电路通过电压源变流器耦合的现象。

相关文献说明：

[1]J.H.Enslin and P.J.Heskes,“Harmonic interaction between a largenumber of distributed power inverters and the distribution network,”IEEETrans.Power Electron.,vol.19,no.6,pp.1586–1593,Nov.2004.

[2]J.Sun,“Impedance-based stability criterion for grid-connectedinverters,”IEEE Trans.Power Electron.,vol.27,no.11,pp.3075–3078,Nov.2011.