本發(fā)明涉及新能源，并且更具體地，涉及一種建立混合同步型新能源構(gòu)網(wǎng)變流器的小信號分析模型的方法。

背景技術(shù)：

1、目前，主流的跟網(wǎng)型控制新能源在弱電網(wǎng)條件下的穩(wěn)定運(yùn)行受到嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，于是，具有構(gòu)建電網(wǎng)同步電壓能力的構(gòu)網(wǎng)型控制技術(shù)備受到廣泛關(guān)注。然而，研究表明，在實(shí)際系統(tǒng)并網(wǎng)場景下，采用構(gòu)網(wǎng)型控制的新能源面臨著穩(wěn)態(tài)運(yùn)行下的強(qiáng)弱電網(wǎng)適應(yīng)性、功率輸出效率，以及暫態(tài)下的同步穩(wěn)定性等問題。因此，亟需提出一種新的同步控制策略，使新能源并網(wǎng)變流器在弱電網(wǎng)下穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí)，最大限度地提高動、暫態(tài)穩(wěn)定特性，并提高新能源的利用效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、根據(jù)本發(fā)明，提供了一種建立混合同步型新能源構(gòu)網(wǎng)變流器的小信號分析模型的方法及系統(tǒng)，以解決如何使新能源并網(wǎng)變流器在弱電網(wǎng)下穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí)，最大限度地提高動、暫態(tài)穩(wěn)定特性，并提高新能源的利用效率的技術(shù)問題。

2、根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面，提供了一種建立混合同步型新能源構(gòu)網(wǎng)變流器的小信號分析模型的方法，包括：

3、根據(jù)并網(wǎng)點(diǎn)q軸電壓幅值和比例控制系數(shù)、比例積分控制系數(shù)，確定混合同步構(gòu)網(wǎng)型變流器控制策略；

4、建立dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下s域數(shù)學(xué)模型，基于所述混合同步構(gòu)網(wǎng)型變流器控制策略，當(dāng)功率同步控制受到小擾動時(shí)，將有功控制環(huán)進(jìn)行線性化，得到有功功率的小信號模型，得到混合同步控制策略中同步環(huán)路小信號模型；

5、當(dāng)同步環(huán)路小信號?？刂葡到y(tǒng)受到小擾動時(shí)，確定各變量的小信號模型以及電壓電流雙閉環(huán)控制的小信號矩陣模型，建立內(nèi)電勢與輸出功率之間的關(guān)系并進(jìn)行線性化；

6、基于所述混合同步構(gòu)網(wǎng)型變流器控制策略以及電勢與輸出功率之間的線性關(guān)系，確定混合同步構(gòu)網(wǎng)型變流器小信號模型；

7、基于所述混合同步構(gòu)網(wǎng)型變流器小信號模型，構(gòu)建有功功率環(huán)輸出相位的小干擾信號與變流器內(nèi)電勢相位的小干擾信號之間的傳遞函數(shù)。

8、可選地，根據(jù)并網(wǎng)點(diǎn)q軸電壓幅值和比例控制系數(shù)、比例積分控制系數(shù)，確定混合同步構(gòu)網(wǎng)型變流器控制策略，包括：

9、確定混合同步控制變流器并網(wǎng)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型為：

10、

11、其中，uq為并網(wǎng)點(diǎn)q軸電壓幅值，kp和ki分別為新增加的q軸電壓控制器的比例控制系數(shù)和積分控制系數(shù)，pref為變流器輸出有功功率參考值，pe為變流器輸出有功功率的實(shí)際值，mp為有功功率下垂系數(shù)，wref為旋轉(zhuǎn)角頻率參考值，whyb為混合同步控制策略的角頻率；

12、在dq軸旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中，并網(wǎng)點(diǎn)q軸電壓uq與混合同步控制模塊輸出相位θt、電網(wǎng)相角θg與之間的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

13、uq＝utsinθtθg(2)

14、其中，ut為變流器端電壓的幅值，θg為電網(wǎng)相角，θt為混合型同步控制變流器端電壓輸出相角。

15、可選地，建立dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下s域數(shù)學(xué)模型，當(dāng)功率同步控制受到小擾動時(shí)，將有功控制環(huán)進(jìn)行線性化，得到有功功率的小信號模型，根據(jù)所述s域數(shù)學(xué)模型，得到混合同步控制策略中同步環(huán)路小信號模型，包括：

16、建立dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下s域數(shù)學(xué)模型

17、

18、其中，edq為變流器內(nèi)電勢相量dq軸分量，utdq為并網(wǎng)點(diǎn)電壓電壓相量dq軸分量，idq為并網(wǎng)點(diǎn)電流相量dq軸分量，濾波阻抗、線路阻抗及濾波電容用矩陣形式表示為cl(s)＝diag[slf+rf]，cg(s)＝diag[slg+rg]，cc(s)＝diag[sc]；

19、edq，utdq，idq通過abc靜止坐標(biāo)系變換到dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的方式實(shí)現(xiàn)，各個(gè)變量的坐標(biāo)變換規(guī)律如下：

20、

21、其中，各分量具體表達(dá)式為：iabc＝[ia?ib?ic]t，utabc＝[uta?utb?utc]t，idq＝[id?iq]t，utdq＝[utd?utq]t，iabc＝[ia?ib?ic]t，erefabc＝[erefa?erefb?erefc]t，erefdq＝[erefd?erefq]t。

22、當(dāng)功率同步控制受到小擾動時(shí)，δδ＝δθt-δθg，將有功控制環(huán)進(jìn)行線性化，得到有功功率的小信號模型為：

23、

24、根據(jù)式(3)和式(4)，分析得到混合同步控制策略中同步環(huán)路小信號模型：

25、

26、可選地，當(dāng)同步環(huán)路小信號?？刂葡到y(tǒng)受到小擾動時(shí)，確定各變量的小信號模型以及電壓電流雙閉環(huán)控制的小信號矩陣模型，建立內(nèi)電勢與輸出功率之間的關(guān)系并進(jìn)行線性化，包括：

27、當(dāng)上述控制系統(tǒng)受到小擾動時(shí)，各變量的小信號模型表示為：

28、

29、其中，各變量在dq坐標(biāo)系和αβ坐標(biāo)系下的矩陣形式表示為：

30、

31、另外，電壓電流雙閉環(huán)控制的小信號矩陣模型表示為：

32、

33、結(jié)合上述公式，得到變流器內(nèi)電動勢與構(gòu)網(wǎng)型控制輸出給定值間的關(guān)系：

34、

35、其中，各個(gè)分量表達(dá)式分別為：

36、

37、根據(jù)dq坐標(biāo)系下各個(gè)變量存在如下動態(tài)關(guān)系：

38、

39、建立內(nèi)電勢與輸出功率之間的關(guān)系：

40、

41、對上式進(jìn)行線性化，得到：

42、

43、可選地，基于所述混合同步構(gòu)網(wǎng)型變流器控制策略以及電勢與輸出功率之間的線性關(guān)系，確定混合同步構(gòu)網(wǎng)型變流器小信號模型，包括：

44、基于所述混合同步構(gòu)網(wǎng)型變流器控制策略以及電勢與輸出功率之間的線性關(guān)系，采用混合同步控制的構(gòu)網(wǎng)型控制變流器小信號模型表示為

45、

46、根據(jù)式(1)-式(6)，得到電壓電流雙閉環(huán)控制的混合同步控制變流器線性化模型，該模型的輸入信號為有功功率和無功功率的小擾動信號，輸出信號為并網(wǎng)點(diǎn)電壓相位小擾動信號和幅值小擾動信號。

47、可選地，基于所述混合同步構(gòu)網(wǎng)型變流器小信號模型，構(gòu)建有功功率環(huán)輸出相位的小干擾信號與變流器內(nèi)電勢相位的小干擾信號之間的傳遞函數(shù)，包括：

48、構(gòu)建有功功率環(huán)輸出相位的小干擾信號與變流器內(nèi)電勢相位的小干擾信號之間的傳遞函數(shù)xθ(s)為：

49、

50、其中，

51、

52、描述了d軸的動態(tài)交互作用通道，ge(s)mq(s)描述了q軸的動態(tài)交互作用通道，忽略無功功率小擾動信號，將混合同步控制變流器線性化模型整理為混合同步型控制變流器基于運(yùn)動方程的數(shù)學(xué)模型；

53、該混合同步型控制變流器基于運(yùn)動方程的數(shù)學(xué)模型中，輸入信號為有功功率參考值的小擾動信號δpref，內(nèi)電勢相位角小擾動信號為輸出信號，其中，xp1(s)表示到δpe1的功率反饋通道，xp2(s)表示到δe，再到δpe2的耦合功率反饋通道，由于功率與轉(zhuǎn)矩存在關(guān)系：p＝tω，則xp1(s)和xp2(s)與轉(zhuǎn)矩分量δte1和δte2存在正比關(guān)系，進(jìn)一步，xp1(s)，xp2(s)和gh(s)的數(shù)學(xué)表達(dá)式寫為：

54、

55、其中，傳遞函數(shù)gh2(s)的表達(dá)式可寫為：

56、

57、根據(jù)混合同步型控制變流器基于運(yùn)動方程的數(shù)學(xué)模型得到，內(nèi)環(huán)控制可通過前向通道，功率通道和非耦合功率通道來以此對構(gòu)網(wǎng)型控制變流器產(chǎn)生效果，xp1(s)，xp2(s)所對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩分量可被分解為阻尼轉(zhuǎn)矩和同步轉(zhuǎn)矩兩個(gè)分量。

58、根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，還提供了一種建立混合同步型新能源構(gòu)網(wǎng)變流器的小信號分析模型的系統(tǒng)，包括：

59、確定混合同步構(gòu)網(wǎng)型變流器控制策略模塊，用于根據(jù)并網(wǎng)點(diǎn)q軸電壓幅值和比例控制系數(shù)、比例積分控制系數(shù)，確定混合同步構(gòu)網(wǎng)型變流器控制策略；

60、得到同步環(huán)路小信號模型模塊，用于建立dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下s域數(shù)學(xué)模型，基于所述混合同步構(gòu)網(wǎng)型變流器控制策略，當(dāng)功率同步控制受到小擾動時(shí)，將有功控制環(huán)進(jìn)行線性化，得到有功功率的小信號模型，得到混合同步控制策略中同步環(huán)路小信號模型；

61、建立內(nèi)電勢與輸出功率線性關(guān)系模塊，用于當(dāng)同步環(huán)路小信號?？刂葡到y(tǒng)受到小擾動時(shí)，確定各變量的小信號模型以及電壓電流雙閉環(huán)控制的小信號矩陣模型，建立內(nèi)電勢與輸出功率之間的關(guān)系并進(jìn)行線性化；

62、確定混合同步構(gòu)網(wǎng)型變流器小信號模型模塊，用于基于所述混合同步構(gòu)網(wǎng)型變流器控制策略以及電勢與輸出功率之間的線性關(guān)系，確定混合同步構(gòu)網(wǎng)型變流器小信號模型；

63、構(gòu)建小干擾信號傳遞函數(shù)模塊，用于基于所述混合同步構(gòu)網(wǎng)型變流器小信號模型，構(gòu)建有功功率環(huán)輸出相位的小干擾信號與變流器內(nèi)電勢相位的小干擾信號之間的傳遞函數(shù)。

64、可選地，確定混合同步構(gòu)網(wǎng)型變流器控制策略模塊，包括：

65、確定并網(wǎng)系統(tǒng)數(shù)字模型子模塊，用于確定混合同步控制變流器并網(wǎng)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型為：

66、

67、其中，uq為并網(wǎng)點(diǎn)q軸電壓幅值，kp和ki分別為新增加的q軸電壓控制器的比例控制系數(shù)和積分控制系數(shù)，pref為變流器輸出有功功率參考值，pe為變流器輸出有功功率的實(shí)際值，mp為有功功率下垂系數(shù)，wref為旋轉(zhuǎn)角頻率參考值，whyb為混合同步控制策略的角頻率；

68、在dq軸旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中，并網(wǎng)點(diǎn)q軸電壓uq與混合同步控制模塊輸出相位θt、電網(wǎng)相角θg與之間的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

69、uq＝utsinθtθg(2)

70、其中，ut為變流器端電壓的幅值，θg為電網(wǎng)相角，θt為混合型同步控制變流器端電壓輸出相角。

71、可選地，得到同步環(huán)路小信號模型模塊，包括：

72、建立s域數(shù)學(xué)模型子模塊，用于建立dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下s域數(shù)學(xué)模型

73、

74、其中，edq為變流器內(nèi)電勢相量dq軸分量，utdq為并網(wǎng)點(diǎn)電壓電壓相量dq軸分量，idq為并網(wǎng)點(diǎn)電流相量dq軸分量，濾波阻抗、線路阻抗及濾波電容用矩陣形式表示為cl(s)＝diag[slf+rf]，cg(s)＝diag[slg+rg]，cc(s)＝diag[sc]；

75、edq，utdq，idq通過abc靜止坐標(biāo)系變換到dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的方式實(shí)現(xiàn)，各個(gè)變量的坐標(biāo)變換規(guī)律如下：

76、

77、其中，各分量具體表達(dá)式為：iabc＝[ia?ib?ic]t，utabc＝[uta?utb?utc]t，idq＝[id?iq]t，utdq＝[utd?utq]t，iabc＝[ia?ib?ic]t，erefabc＝[erefa?erefb?erefc]t，erefdq＝[erefd?erefq]t。

78、得到有功功率小信號模型子模塊，用于當(dāng)功率同步控制受到小擾動時(shí)，δδ＝δθt-δθg，將有功控制環(huán)進(jìn)行線性化，得到有功功率的小信號模型為：

79、

80、根據(jù)式(3)和式(4)，分析得到混合同步控制策略中同步環(huán)路小信號模型：

81、

82、可選地，建立內(nèi)電勢與輸出功率線性關(guān)系模塊，包括：

83、確定各變量的小信號模型子模塊，用于當(dāng)上述控制系統(tǒng)受到小擾動時(shí)，各變量的小信號模型表示為：

84、

85、其中，各變量在dq坐標(biāo)系和αβ坐標(biāo)系下的矩陣形式表示為：

86、

87、另外，電壓電流雙閉環(huán)控制的小信號矩陣模型表示為：

88、

89、結(jié)合上述公式，得到變流器內(nèi)電動勢與構(gòu)網(wǎng)型控制輸出給定值間的關(guān)系：

90、

91、其中，各個(gè)分量表達(dá)式分別為：

92、

93、根據(jù)dq坐標(biāo)系下各個(gè)變量存在如下動態(tài)關(guān)系：

94、

95、建立內(nèi)電勢與輸出功率之間的關(guān)系：

96、

97、建立內(nèi)電勢與輸出功率線性關(guān)系子模塊，用于對上式進(jìn)行線性化，得到：

98、

99、可選地，確定混合同步構(gòu)網(wǎng)型變流器小信號模型模塊，包括：

100、確定混合同步構(gòu)網(wǎng)型變流器小信號模型子模塊，用于基于所述混合同步構(gòu)網(wǎng)型變流器控制策略以及電勢與輸出功率之間的線性關(guān)系，采用混合同步控制的構(gòu)網(wǎng)型控制變流器小信號模型表示為

101、

102、根據(jù)式(1)-式(6)，得到電壓電流雙閉環(huán)控制的混合同步控制變流器線性化模型，該模型的輸入信號為有功功率和無功功率的小擾動信號，輸出信號為并網(wǎng)點(diǎn)電壓相位小擾動信號和幅值小擾動信號。

103、可選地，構(gòu)建小干擾信號傳遞函數(shù)模塊，包括：

104、構(gòu)建小干擾信號傳遞函數(shù)子模塊，用于構(gòu)建有功功率環(huán)輸出相位的小干擾信號與變流器內(nèi)電勢相位的小干擾信號之間的傳遞函數(shù)xθ(s)為：

105、

106、其中，

107、

108、描述了d軸的動態(tài)交互作用通道，ge(s)mq(s)描述了q軸的動態(tài)交互作用通道，忽略無功功率小擾動信號，將混合同步控制變流器線性化模型整理為混合同步型控制變流器基于運(yùn)動方程的數(shù)學(xué)模型；

109、該混合同步型控制變流器基于運(yùn)動方程的數(shù)學(xué)模型中，輸入信號為有功功率參考值的小擾動信號δpref，內(nèi)電勢相位角小擾動信號為輸出信號，其中，xp1(s)表示到δpe1的功率反饋通道，xp2(s)表示到δe，再到δpe2的耦合功率反饋通道，由于功率與轉(zhuǎn)矩存在關(guān)系：p＝tω，則xp1(s)和xp2(s)與轉(zhuǎn)矩分量δte1和δte2存在正比關(guān)系，進(jìn)一步，xp1(s)，xp2(s)和gh(s)的數(shù)學(xué)表達(dá)式寫為：

110、

111、其中，傳遞函數(shù)gh2(s)的表達(dá)式可寫為：

112、

113、根據(jù)混合同步型控制變流器基于運(yùn)動方程的數(shù)學(xué)模型得到，內(nèi)環(huán)控制可通過前向通道，功率通道和非耦合功率通道來以此對構(gòu)網(wǎng)型控制變流器產(chǎn)生效果，xp1(s)，xp2(s)所對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩分量可被分解為阻尼轉(zhuǎn)矩和同步轉(zhuǎn)矩兩個(gè)分量。

114、從而，可提升跟網(wǎng)型變流器弱電網(wǎng)下的穩(wěn)定運(yùn)行能力，同時(shí)，可避免構(gòu)網(wǎng)型變流器強(qiáng)電網(wǎng)下易失穩(wěn)的問題，并提出了混合同步構(gòu)網(wǎng)變流器的小信號分析模型，可用于分析混合同步構(gòu)網(wǎng)變流器并網(wǎng)系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性。