一种含有电流限幅器的下垂逆变器能量函数构造的方法转让专利
申请号 : CN202011155013.8
文献号 : CN112332686B
文献日 : 2021-08-27
发明人 : 帅智康 , 赵峰 , 彭也伦 , 沈超 , 程慧婕 , 沈阳 , 易相彤
申请人 : 湖南大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种含有电流限幅器的下垂逆变器能量函数构造的方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤1:建立使用Sigmoid函数表示的不含“奇点”的电流限幅器模型;
步骤2:将步骤1建立的电流限幅器模型代入逆变器全阶模型中,建立不含有“奇点”的逆变器模型;
步骤3:在步骤2获得的逆变器模型的基础上,构建T‑S模糊函数模型,并得到下垂逆变器能量函数表达式与稳定域;
所述步骤1使用Sigmoid函数表示的不含“奇点”的电流限幅器模型,使用的是以下电流限幅器模型:
其中:
因此,使用Sigmoid函数表示的不含“奇点”的电流限幅器模型如下:其中:Idref为经电流限幅器输出的逆变器d轴电流参考值;Iqref为经电流限幅器输出的逆变器q轴电流参考值;Idref1为电流控制环的d轴参考值;Iqref1为电流控制环的q轴参考值;
Imax为逆变器限幅器的最大电流幅值,为允许的逆变器最大输出电流幅值;Imag为逆变器实际输出电流值的最大幅值;Ibias表示Sigmoid函数输出的参考电流与电流限幅器实际输出值的差值;k为参数变量,是一个常数;e为自然常数;
根据上式可得,当Idref1>>Imax时,认为Idref≈Imax;当Idref1<
2.根据权利要求1所述的一种含有电流限幅器的下垂逆变器能量函数构造的方法,其特征在于,所述步骤2的逆变器全阶模型的准稳态方程为:其中 为系统方程表达式;x=[x1x2...x13]为系统方程状态变量矩阵的详细展开形式;为系统方程状态变量导数的矩阵;x为系统方程状态变量矩阵;μ为常量;
x1x2...x13为下垂逆变器的13个系统状态变量;
将使用Sigmoid函数表示的不含“奇点”的电流限幅器模型代入到逆变器全阶模型的准稳态方程中,得到不含有“奇点”的逆变器模型为:其中[Idref,Iqref]=g(Idref1,Iqref1,Imax,k,Ibias)为使用Sigmoid函数表示的不含“奇点”的电流限幅器模型。
3.根据权利要求2所述的一种含有电流限幅器的下垂逆变器能量函数构造的方法,其特征在于,所述步骤3具体为:
首先构建T‑S模糊函数模型:假设逆变器模型的线性状态矩阵为A,假设A中有n个非线n
性量,其对应有2个逆变器的系统矩阵Ai,假设存在待求能量函数对应的矩阵M,可构建出如下线性不等式:
根据上式可以得到下垂逆变器能量函数表达式:T
V(x)=x .M.x
其中V(x)为下垂逆变器能量函数;
T
根据V(x)=x .M.x就可得到系统的稳定域。
说明书 :
一种含有电流限幅器的下垂逆变器能量函数构造的方法
技术领域
背景技术
垂逆变器是近些年来得到快速发展的一种电压控制型逆变器,下垂逆变器的暂态评估与暂
态运行能力正受到越来越多的关注。
数法在电力系统暂态稳定性评估方面获得了较为广泛的应用。与此同时,逆变器的广泛应
用催生了对逆变器暂态稳定性评估方案的需求。相比于传统的发电机组,逆变器具有控制
方式灵活、参数变量多、过流能力差等特点,传统的能量函数方法不能完全适用于具有多种
类型的逆变器,因此针对逆变器的能量函数构建方法仍有待改进。
方法依赖于连续的系统模型,此时如采用传统的能量函数方法,将无法构造包含限幅器的
逆变器能量函数,并因此无法进行逆变器暂态稳定性评估。现有的针对逆变器的能量函数
的构建方法通常不考虑逆变器的限幅器的影响,直接使用等效电路模型计算潮流走向并计
算出能量函数,该方式未能充分考虑到电力电子装置低过流、易烧毁的特性,不能针对含限
幅器的电力电子系统的运行特性得到准确的能量函数,导致对电力电子装置的稳定性评估
存在误判风险。与此同时,为了解决含电流限幅器的逆变器的能量函数评估问题,已有部分
文献提出使用改进的首次积分法构建电力电子系统的能量函数,该方法通过使用特定拟合
函数代替限幅器的限幅效果近似得到连续的系统运行模型,并逐项积分来实时计算逆变器
的能量函数。但首次积分法应用于大惯性系统效果较好,存在小惯性场景效果差、可考虑变
量仅有角速度与功角,无法考虑限幅器的影响。首次积分法在有较大转动惯量的发电机组
的应用场合下的暂态稳定性评估效果较好,但下垂逆变器的等效惯性极小,因此首次积分
法难以完全适用于下垂控制的逆变器。此外,由于首次积分法仅考虑系统的二阶摇摆方程,
不涉及高阶运算,而单个下垂逆变器是13阶系统,因此首次积分法计算得到的系统能量函
数与逆变器的实际能量函数差距较大。改进的首次积分法虽然可以考虑限幅器的作用并构
建能量函数,但仍无法解决参数数量与自身保守性强的问题。
发明内容
连续、涉及参数变量多、精确度较低、保守性强等问题。
考值;Imax为逆变器限幅器的最大电流幅值,为允许的逆变器最大输出电流幅值;Imag为逆变
器实际输出电流值的最大幅值;Ibias表示Sigmoid函数输出的参考电流与电流限幅器实际
输出值的差值;k为参数变量,是一个常数;e为自然常数;
x1x2...x13为下垂逆变器的13个系统状态变量;
非线性量,其对应有2个逆变器的系统矩阵Ai,假设存在待求能量函数对应的矩阵M,可构建
出如下线性不等式:
附图说明
发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以
根据这些附图获得其他的附图。
具体实施方式
本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他
实施例,都属于本发明保护的范围。
幅器下垂逆变器暂态稳定性评估方法,步骤如下:
Sigmoid函数如下式:
电流参考值;Idref1为电流控制环的d轴参考值;Iqref1为电流控制环的q轴参考值;Imax为逆变
器限幅器的最大电流幅值,为允许的逆变器最大输出电流幅值;Imag为逆变器实际输出电流
值的最大幅值。
x1x2...x13为下垂逆变器的13个系统状态变量;。
器模型,可以得到不含有“奇点”的逆变器模型,新的下垂逆变器模型表达式为:
含“奇点”的下垂逆变器全阶模型。基于该全阶模型建立了下垂逆变器的T‑S模糊模型与能
量函数,同时评估了逆变器的稳定域。
幅器的拟合程度,可以在保证所提限幅器模型充分拟合实际限幅器模型的前提下,降低所
得到的稳定域的保守性。图1(a)、图1(b)、图1(c)为k取不同值时,所提的限幅器模型与实际
限幅器的拟合效果及其对应的梯度变化趋势,从图中可以看出当k=0.1时所提方法的限幅
器拟合效果较好,梯度变化明显。基于本发明提出的能量函数构造方法计算得到的能量函
数表达式,可以刻画系统的稳定域。为了评价该方法的有效性,图2为使用本发明所提方法
估计出的系统稳定域与系统实际稳定域的大小的对比,从图中可以看出,所提方法可以较
好的评估系统稳定域。
接入网侧的等效电阻,Lf为逆变器滤波电感、Lg为逆变器网侧电感、Ll为为变压器接入网侧
的等效电感,LT为变压器漏电感,Lt为变压器接入网侧的等效电感,Pref、Qref分别为有功控制
环与无功控制环的参考功率。P、Q分别为逆变器输出有功、无功功率。ωref为参考角频率。
Ud、Idref1与Uq、Iqref1分别为电压、电流控制环的d轴与q轴参考值。Idref与Iqref分别为经电流限
幅器输出的逆变器d轴与q轴电流参考值。Vd、Id与Vq、Iq分别为逆变器在d轴与q轴上的输出
电压、电流。经过电流控制环输出的dq轴上的调制信号Ed、Eq经过PWM调制输出对应控制信号
以驱动桥臂。被研究系统的参数如表1所示,该下垂逆变器接入电网,逆变器的参考有功、无
功功率分别为7kW、0kvar,当电网的频率为额定值时,逆变器注入电网的功率为7kW。下垂逆
变器的有功下垂系数为0.0008796,即当逆变器输出有功功率波动1kW时,频率波动
0.8796rad/s。下垂逆变器使用电压电流控制环,为防止电压电流控制环的积分器发生饱
和,引入了抗积分饱和器。此时逆变器允许的逆变器最大输出电流为40A,允许的最大电流
偏差为4A。由图1可知,选择Sigmoid函数中的变量参数k=0.1可以取得较好的效果,这里选
择k=0.1。
Pref 参考有功功率 7kW
Qref 参考无功功率 0kvar
np 有功下垂系数 0.0008796
nq 无功下垂系数 0.004
ω0 参考角频率 100πrad/s
E0 参考电压有效值 220V
kpu 电压环比例系数 1
kiu 电压环积分系数 0.01
kpi 电流环比例系数 150
kii 电流环积分系数 0.001
kf 抗电流积分饱和器比例系数 1
Rf+jωLf 滤波阻抗 0.05+j1.256Ω
Cf 滤波电容器电容值 100μF
Rt+jωLt 网侧等效阻抗 0.05+j1.602Ω
k Sigmoid函数调节系数 0.1
Ibias Sigmoid函数输出偏差电流 4A
内。