[发明专利]一种LCL型电容分裂式三相四线制逆变器阻抗建模方法

说明书

本发明公开了一种LCL型电容分裂式三相四线制逆变器阻抗建模方法，属于逆变器建模领域。本发明主要用于分析及预测LCL型电容分裂式三相四线制逆变器的稳定性，将该模型用于阻抗稳定性理论可提高小扰动下逆变器稳定性的预测精度，从而在工程中便于精准评估逆变器与电网互联系统失稳风险。本发明通过建立电网电压扰动、电容电压扰动、占空比扰动的关联小信号模型，设计了计及多扰动的逆变器系统小信号控制框图，由此得到逆变器正序、负阻、零序阻抗矩阵模型。本发明修正了现有扰动状态下的逆变器阻抗输出特性，为弱电网下三相四线制逆变器与电网互联系统失稳机理及振荡抑制策略研究提供了参考。

技术领域

本发明属于逆变器建模领域，具体涉及一种基于多扰动关联小信号模型的LCL型电容分裂式三相四线制逆变器阻抗建模方法。

背景技术

新能源发电由于其环保无污染且可再生的优点在我国电力系统中占比逐年上升，但由于其存在长距离输电且大量变流器等电力电子设备接入电网的原因，恶化了电网环境，这极大增加了调节控制电网系统稳定运行的难度。在现有新能源发电并网系统中，河北省沽源风力发电系统曾产生次同步谐波；新疆维吾尔自治区哈密三塘湖电网也曾发生高频振荡现象，这严重影响了电网系统的稳定运行，使得新能源发电系统停机或降功率运行，限制了新能源的最大化利用。

针对此类新能源发电系统高频或低频振荡问题，现有系统稳定性分析时主要采用阻抗分析法，图1 为LCL型三相四线制逆变器与电网互联系统电路模型,其中I_s为逆变器戴维南等效电路中的电流源， Z_SCdq0为逆变器等效输出阻抗，Z_g为电网等效阻抗，V_g为电网等效电压源。通过分析逆变器与电网阻抗伯德图幅频特性交点频率处的相角裕度明确逆变器与电网互联系统的失稳风险，进而调整逆变器控制策略或内部控制参数以调整逆变器输出阻抗特性。对于三相四线制逆变器，目前大多通过谐波线性化的手段得到逆变器输出阻抗模型，然而随着新能源渗透率逐渐提高以及电力系统逐渐呈现高电力电子化特征，电网逐渐呈现弱电网等复杂电网特性，现有基于线性化逆变器阻抗模型设计的并网逆变器存在稳定性设计不足的风险。为保证逆变器阻抗模型的准确性以及稳定性分析的准确性，传统三相四线制逆变器阻抗建模方法迫切需要改进。

发明内容

针对现有阻抗建模方法存在的问题，本发明旨在提供一种LCL型电容分裂式三相四线制逆变器阻抗建模方法，该方法考虑弱电网下逆变器系统中存在的多扰动信号对阻抗模型的影响，所建模型适用于新能源并网逆变器设计及稳定性分析。

为实现本发明技术目标，采用如下技术方案：

根据本发明提供的一种LCL型电容分裂式三相四线制逆变器阻抗建模方法，包括以下步骤：

步骤S1：针对逆变器中存在的占空比扰动、电网电压扰动、电容电压扰动，建立计及多扰动变量的 LCL型电容分裂式三相四线制逆变器频域小信号模型。

步骤S2：由LCL型电容分裂式三相四线制逆变器频域小信号模型构建并网电流扰动到占空比扰动、网侧电压扰动、电容电压扰动的传递矩阵。

步骤S3：通过并网电流至扰动信号的传递矩阵构建LCL型电容分裂式三相四线制逆变器系统小信号控制框图，根据LCL型电容分裂式三相四线制逆变器系统小信号控制框图构建考虑多扰动变量的LCL型电容分裂式三相四线制逆变器正序、负序、零序阻抗矩阵模型。

所述步骤S1包括以下子步骤：

步骤S11：根据LCL型电容分裂式三相四线制逆变器控制框图，同时结合基尔霍夫电压定理计算得逆变器系统三相电路时域模型为：