申请/专利权人：合肥工业大学

申请日：2022-05-24

公开（公告）日：2024-04-30

公开（公告）号：CN114970149B

主分类号：G06F30/20

分类号：G06F30/20;G06F17/11;H02J3/38

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.30#授权;2022.09.16#实质审查的生效;2022.08.30#公开

摘要：本发明公开了一种新能源并网逆变器状态空间非线性建模方法，属于电力电子稳定性控制领域。所述并网逆变器建模包括并网逆变器的直流电压外环控制方程、并网逆变器的电流内环控制方程、并网逆变器的LCL滤波器模型、并网逆变器的电网接口方程、并网逆变器的PWM延时环节状态方程、并网逆变器交直流侧功率平衡非线性状态方程和并网逆变器的锁相环非线性控制方程，从而完成整个并网逆变器系统全阶状态空间非线性模型。本发明为分析系统振荡机理及其模式间的非线性相关信息提供了数学模型基础，这对高比例新能源电力系统安全稳定运行十分必要。

主权项：1.一种新能源并网逆变器状态空间非线性建模方法，所述并网逆变器所涉及的拓扑包括光伏电池、直流侧电容、三相半桥式逆变器、LCL滤波器和三相交流电网；所述光伏电池的两个电源输出端分别与三相半桥式逆变器的两个输入端相连，三相半桥式逆变器的三相输出端与LCL滤波器的三相输入端一一对应相连，LCL滤波器的三相输出端在并网点通过电网的等效电感Lgrid与三相交流电网相连；所述直流侧电容并联在光伏电池的两个电源输出端之间；所述LCL滤波器由桥臂侧滤波电感、滤波电容和网侧电感组成；其特征在于，所述建模方法包括建立并网逆变器的直流电压外环控制方程、并网逆变器的电流内环控制方程、并网逆变器的LCL滤波器模型、并网逆变器的电网接口方程、并网逆变器的PWM延时环节状态方程、并网逆变器交直流侧功率平衡非线性状态方程和并网逆变器的锁相环非线性控制方程，具体的，所述建模方法的步骤如下：步骤1，建立并网逆变器的直流电压外环控制方程步骤1.1，采样，即通过采集得到并网逆变器的直流侧电压Udc；步骤1.2，建立并网逆变器的直流电压外环控制方程； 其中，iLd_ref为电流内环有功电流的指令值，tLq_ref为电流内环的无功电流的指令值，Kup为电压外环比例系数，Kui为电压外环积分系数，Udc_ref为直流电压外环的d轴分量指令值，Ubase为电压基准值，intUerrd为直流电压外环的积分项输出d轴分量，t为时间；所涉及的dq坐标系采用d轴定向，d轴超前于q轴90°；步骤2，建立并网逆变器的电流内环控制方程步骤2.1，采样，即通过采集得到并网逆变器中的LCL滤波器桥臂侧滤波电感电流有功分量iLd和滤波器桥臂侧滤波电感电流无功分量iLq； 其中，为电流内环输出电压d轴分量，为电流内环输出电压q轴分量，Kip为电流内环比例系数，Kii为电流内环积分系数，Tbase为电流基准值，intierrd为电流内环的积分项输出d轴分量，intierrq为电流内环的积分项输出q轴分量；步骤3，建立并网逆变器的LCL滤波器模型 其中，L1为滤波器的桥臂侧滤波电感的电感值，ud为逆变器的输出电压d轴分量，ucd为滤波器的滤波电容电压d轴分量，ucq为滤波器的滤波电容电压q轴分量，uq为逆变器的输出电压q轴分量，ωpll为锁相环得到的电网角频率，C为滤波器的滤波电容的电容值，igd为滤波器网侧电感电流的d轴分量，igq为滤波器网侧电感电流的q轴分量，L2为滤波器的网侧电感的电感值，ugd为并网点电压的d轴分量，ugq为并网点电压的q轴分量；步骤4，建立并网逆变器的电网接口方程 其中，ed为电网电压的d轴分量，eq为电网电压的q轴分量，Um为电网电压相电压峰值，θg为电网电压相位角，θpll为锁相环输出的相位角，Lg为电网阻抗值；步骤5，建立并网逆变器的PWM延时环节状态方程 其中，k为PWM延时环节近似阶数；Δxd为延时环节状态变量偏差量d轴分量矩阵，Δxd＝[Δxd1，Δxd2，...，Δxdk]T，Δxq为延时环节状态变量偏差量q轴分量矩阵，Δxq＝[Δxq1，Δxq2，…，Δxqk]T，式中Δxd1，Δxd2，...，Δxdk为延时环节状态变量偏差量d轴分量，Δxq1，Δxq2，…，Δxqk为延时环节状态变量偏差量q轴分量； 为Δxd对t的导数构成的状态变量偏差量导数矩阵，式中分别为Δxd1，Δxd2，...，Δxdk对t的导数，为Δxq对t的导数构成的状态变量偏差量导数矩阵，式中分别为Δxq1，Δxq2，…，Δxqk对t的导数； 为电流内环输出电压d轴分量的偏差量，为电流内环输出电压q轴分量的偏差量，Δud为逆变器的输出电压d轴分量ud的偏差量，Δuq为逆变器的输出电压q轴分量uq的偏差量，Ak为延时环节的状态矩阵，Bk为延时环节的输入矩阵，Ck为延时环节的输出矩阵，Dk为延时环节的直接传递矩阵；步骤6，建立并网逆变器交直流侧功率平衡非线性状态方程 其中，Cdc为直流侧电容的电容值，Ppv为光伏电池输出功率；步骤7，建立并网逆变器的锁相环非线性控制方程 其中，δ为锁相环与电网电压的角度差，ω为锁相环与电网电压的角速度差，k1，k2，k3，k4分别为等效的模型系数，其表达式如下所示： 其中，Kppll为锁相环比例系数，ωg为电网角频率，Kipll为锁相环积分系数。

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百度查询： 合肥工业大学 新能源并网逆变器状态空间非线性建模方法

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