一種三相并網(wǎng)系統(tǒng)無阻尼穩(wěn)定性分析的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于系統(tǒng)穩(wěn)定性分析領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種Ξ相并網(wǎng)系統(tǒng)無阻尼穩(wěn)定性分析 的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著環(huán)境污染的加劇，化石能源問題的緊缺，可再生能源的開發(fā)和利用受 到越來越多的國家的關(guān)注，分布式發(fā)電系統(tǒng)由于具有初期假設(shè)投資低、發(fā)電方式靈活等特 點(diǎn)而成為一種巨大發(fā)展市場(chǎng)的新能源綜合利用方式。并網(wǎng)變流器作為分布式發(fā)電系統(tǒng)與電 網(wǎng)公共接入點(diǎn)之間的能量接口單元，是分布式發(fā)電系統(tǒng)中極其重要的組成部分。
[0003] 由于并網(wǎng)變流器通常采用高頻PWM技術(shù)，并網(wǎng)電流中會(huì)含有高次諧波，故需要采 用濾波器濾除該諧波噪聲。采用LCL濾波器不僅可W獲得較好的濾波效果，同時(shí)可W降低 成本，提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，但由于1XL濾波器是一個(gè)Ξ階系統(tǒng)，在諧振頻率處幅頻特性 曲線上會(huì)存在諧振尖峰，相頻特性曲線上會(huì)有-180°的相角突變，運(yùn)會(huì)造成系統(tǒng)振蕩甚至 不穩(wěn)定。為了抑制諧振的危害，需要對(duì)諧振尖峰進(jìn)行阻尼控制，傳統(tǒng)的方法有：1)、無源阻尼 方案是通過增加無源阻尼電阻來改變系統(tǒng)矩陣，增加系統(tǒng)阻尼，抑制諧振尖峰，但是該方法 會(huì)增加系統(tǒng)損耗，降低系統(tǒng)效率。2)、有源阻尼方案是檢測(cè)其他狀態(tài)變量引入多環(huán)反饋控制 系統(tǒng)，從而增加系統(tǒng)阻尼，該方法需要額外的傳感器，增加成本，同時(shí)多環(huán)反饋參數(shù)設(shè)計(jì)復(fù) 雜。
[0004] 1XL濾波器各個(gè)參數(shù)之間聯(lián)系緊密，對(duì)系統(tǒng)的濾波效果、諧振頻率取值、電流衰減 比等重要參數(shù)都會(huì)產(chǎn)生一定的影響，同時(shí)，在設(shè)計(jì)的過程中，需要綜合考慮的限制條件也很 多，如成本、體積、效率、損耗、無功交換等等，故1XL濾波器的參數(shù)設(shè)計(jì)復(fù)雜。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法 均是在未考慮系統(tǒng)穩(wěn)定條件下來設(shè)計(jì)的1XL濾波器參數(shù)，設(shè)計(jì)完成W后采用無源阻尼或者 有源阻尼穩(wěn)定性控制方案來提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

【發(fā)明內(nèi)容】
陽0化]本發(fā)明的目的是提供一種Ξ相并網(wǎng)系統(tǒng)無阻尼穩(wěn)定性分析的方法，解決現(xiàn)有技術(shù) 中存在的上述問題。
[0006] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：一種Ξ相并網(wǎng)系統(tǒng)無阻尼穩(wěn)定性分析 的方法，其特征在于，所述方法包括W下步驟：
[0007] 建立系統(tǒng)的離散數(shù)字域下的數(shù)學(xué)模型；
[0008] 根據(jù)所述數(shù)學(xué)模型獲取離散系統(tǒng)的零極點(diǎn)位置與諧振控制頻率的比值關(guān)系；
[0009] 根據(jù)所述比值關(guān)系對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行無阻尼穩(wěn)定性分析。
[0010] 進(jìn)一步，所述建立系統(tǒng)的離散數(shù)字域下的數(shù)學(xué)模型的步驟，包括：
[0011] 根據(jù)W下算式計(jì)算系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)：
[0012]
陽01引其中：
[0016]
隸示1XL濾波器的諧振角頻率；
[0017] 取系統(tǒng)諧振頻率與采樣頻率的比例因子為k，即：
[0018]
[0019] 則上面系統(tǒng)的離散開環(huán)傳遞函數(shù)可W簡(jiǎn)化為下式：
[0024] L表示變流器側(cè)濾波電感；Lg表示電網(wǎng)側(cè)濾波電感；Cf表示濾波電容；r表示逆變 器側(cè)實(shí)際電感模型上的等效阻尼電阻；r,表示電網(wǎng)側(cè)實(shí)際電感模型上的等效串聯(lián)電阻W及 并網(wǎng)線路上的電阻；C+表示正直流母線電容；C表示負(fù)直流母線電容，Κρ、Τι分別是PI調(diào)節(jié) 器的比例增益和積分時(shí)間常數(shù)，L表示離散系統(tǒng)的采樣周期。
[00巧]進(jìn)一步，所述根據(jù)所述比值關(guān)系對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行無阻尼穩(wěn)定性分析的步驟，包括：
[0026] 當(dāng)k= 0. 1時(shí)，隨著系統(tǒng)開環(huán)增益Κρ的增大，根軌跡的部分分支從單位圓處趨向 于無窮大，根軌跡位于單位圓之外，系統(tǒng)不存在穩(wěn)定的區(qū)間；
[0027] 當(dāng)k= 0. 25時(shí)，隨著開環(huán)增益Κρ的增大，系統(tǒng)的根軌跡部分分支有位于單位圓之 內(nèi)，系統(tǒng)存在穩(wěn)定的可能性；
[002引當(dāng)k= 0. 4時(shí)，根軌跡曲線位于單位圓之內(nèi)，隨著Κρ的增加根軌跡遠(yuǎn)離單位圓；
[0029] 即隨著k的增加，系統(tǒng)可W從不穩(wěn)定而過渡到條件穩(wěn)定。
[0030] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明通過建立系統(tǒng)的離散數(shù)字域下的數(shù)學(xué)模型，然后根 據(jù)所述數(shù)學(xué)模型獲取離散系統(tǒng)的零極點(diǎn)位置與諧振控制頻率的比值關(guān)系，并且根據(jù)所述比 值關(guān)系對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行無阻尼穩(wěn)定性分析，使得并網(wǎng)系統(tǒng)能夠提高穩(wěn)定性，提交工作效率。
【附圖說明】
[0031] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的Ξ相并網(wǎng)系統(tǒng)無阻尼穩(wěn)定性分析的方法的流程圖；
[0032] 圖2是基于1XL濾波的Ξ相并網(wǎng)變流器物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；
[0033] 圖3是Ξ相并網(wǎng)變流器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)控制框圖；
[0034] 圖4是不同k值下系統(tǒng)離散域開環(huán)傳遞函數(shù)根軌跡曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035] W下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并 非用于限定本發(fā)明的范圍。
[0036] W下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)現(xiàn)進(jìn)行詳細(xì)描述：
[0037] 圖1示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的Ξ相并網(wǎng)系統(tǒng)無阻尼穩(wěn)定性分析的方法的流程， 為了便于說明，僅列出與本發(fā)明實(shí)施例相關(guān)的部分，詳述如下：
[0038] 本發(fā)明實(shí)施例提供的Ξ相并網(wǎng)系統(tǒng)無阻尼穩(wěn)定性分析的方法，包括W下步驟：
[0039] 步驟S10,建立系統(tǒng)的離散數(shù)字域下的數(shù)學(xué)模型；
[0040] 步驟S20,根據(jù)所述數(shù)學(xué)模型獲取離散系統(tǒng)的零極點(diǎn)位置與諧振控制頻率的比值 關(guān)系；
[0041] 步驟S30,根據(jù)所述比值關(guān)系對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行無阻尼穩(wěn)定性分析。
[0042] 如圖2、3、4,作為本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例，根據(jù)系統(tǒng)開環(huán)離散域傳遞函數(shù)的根軌跡分 析系統(tǒng)無阻尼穩(wěn)定的可能性。建立系統(tǒng)的離散數(shù)字域下的數(shù)學(xué)模型，畫出離散系統(tǒng)的控制 結(jié)構(gòu)框圖如附圖3所示，電流內(nèi)環(huán)系統(tǒng)采用PI調(diào)節(jié)器控制，具體地，步驟S10的實(shí)現(xiàn)方式 為：
[0043] 根據(jù)W下算式計(jì)算系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)：
[0048]
'表示1XL濾波器的諧振角頻率；
[0049] 取系統(tǒng)諧振頻率與采樣頻率的比例因子為k，即： 陽化0]
[0051] 則上面系統(tǒng)的離散開環(huán)傳遞函數(shù)可W簡(jiǎn)化為下式：
[0056] Ti-Te是Ξ相變流器的功率開關(guān)管；L表示變流器側(cè)濾波電感；Lg表示電網(wǎng)側(cè)濾波 電感；Cf表示濾波電容；r表示逆變器側(cè)實(shí)際電感模型上的等效阻尼電阻；r,表示電網(wǎng)側(cè)實(shí) 際電感模型上的等效串聯(lián)電阻W及并網(wǎng)線路上的電阻；C+表示正直流母線電容；C表示負(fù) 直流母線電容，Κρ、Τι分別是PI調(diào)節(jié)器的比例增益和積分時(shí)間常數(shù)，表示離散系統(tǒng)的采樣 周期。
[0057] 作為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例，步驟S30中對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行無阻尼穩(wěn)定性分析的實(shí)現(xiàn)方式具 體為：
[0058] 當(dāng)k= 0. 1時(shí)，隨著系統(tǒng)開環(huán)增益的增大，根軌跡的部分分支從單位圓處趨向于無 窮大，根軌跡位于單位圓之外，系統(tǒng)不存在穩(wěn)定的區(qū)間；
[0059] 當(dāng)k= 0. 25時(shí)，隨著開環(huán)增益化的增大，系統(tǒng)的根軌跡部分分支有位于單位圓之 內(nèi)，系統(tǒng)存在穩(wěn)定的可能性； W60] 當(dāng)k= 0. 4時(shí)，根軌跡曲線位于單位圓之內(nèi)，隨著化的增加根軌跡遠(yuǎn)離單位圓；
[0061] 即隨著k的增加，系統(tǒng)可W從不穩(wěn)定而過渡到條件穩(wěn)定。
[0062] 對(duì)于實(shí)際的變流器控制系統(tǒng)，若將采樣頻率固定，則諧振頻率可W看成為一變參 數(shù)。由開環(huán)傳遞函數(shù)可W知道，離散系統(tǒng)的零極點(diǎn)位置只與諧振控制頻率之比k值有關(guān)，其 他系數(shù)只影響開環(huán)傳遞函數(shù)的增益。
[0063] 在本發(fā)明實(shí)施例中，在本發(fā)明實(shí)施例中，通過建立系統(tǒng)的離散數(shù)字域下的數(shù)學(xué)模 型，然后根據(jù)所述數(shù)學(xué)模型獲取離散系統(tǒng)的零極點(diǎn)位置與諧振控制頻率的比值關(guān)系，并且 根據(jù)所述比值關(guān)系對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行無阻尼穩(wěn)定性分析，使得并網(wǎng)系統(tǒng)能夠提高穩(wěn)定性，提交工 作效率。
[0064] W上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用W限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和 原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種三相并網(wǎng)系統(tǒng)無阻尼穩(wěn)定性分析的方法，其特征在于，所述方法包括以下步 驟： 建立系統(tǒng)的離散數(shù)字域下的數(shù)學(xué)模型； 根據(jù)所述數(shù)學(xué)模型獲取離散系統(tǒng)的零極點(diǎn)位置與諧振控制頻率的比值關(guān)系； 根據(jù)所述比值關(guān)系對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行無阻尼穩(wěn)定性分析。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立系統(tǒng)的離散數(shù)字域下的數(shù)學(xué)模 型的步驟，包括： 根據(jù)以下算式計(jì)算系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)：取系統(tǒng)諧振頻率與采樣頻率的比例因子為k，即：則上面系統(tǒng)的離散開環(huán)傳遞函數(shù)可以簡(jiǎn)化為下式：L表示變流器側(cè)濾波電感；、表示電網(wǎng)側(cè)濾波電感；C f表示濾波電容；r表示逆變器側(cè) 實(shí)際電感模型上的等效阻尼電阻；rg表示電網(wǎng)側(cè)實(shí)際電感模型上的等效串聯(lián)電阻以及并網(wǎng) 線路上的電阻；C+表示正直流母線電容；C表示負(fù)直流母線電容，Κ ρ、?\分別是PI調(diào)節(jié)器的 比例增益和積分時(shí)間常數(shù)，Ts表示離散系統(tǒng)的采樣周期。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述比值關(guān)系對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行無阻 尼穩(wěn)定性分析的步驟，包括： 當(dāng)k = 0. 1時(shí)，隨著系統(tǒng)開環(huán)增益Kp的增大，根軌跡的部分分支從單位圓處趨向于無 窮大，根軌跡位于單位圓之外，系統(tǒng)不存在穩(wěn)定的區(qū)間； 當(dāng)k = 0. 25時(shí)，隨著開環(huán)增益Κρ的增大，系統(tǒng)的根軌跡部分分支有位于單位圓之內(nèi)， 系統(tǒng)存在穩(wěn)定的可能性； 當(dāng)k = 0. 4時(shí)，根軌跡曲線位于單位圓之內(nèi)，隨著Kp的增加根軌跡遠(yuǎn)離單位圓； 即隨著k的增加，系統(tǒng)可以從不穩(wěn)定而過渡到條件穩(wěn)定。
【專利摘要】本發(fā)明涉及系統(tǒng)穩(wěn)定性分析領(lǐng)域，提高了一種三相并網(wǎng)系統(tǒng)無阻尼穩(wěn)定性分析的方法。在本發(fā)明實(shí)施例中，通過建立系統(tǒng)的離散數(shù)字域下的數(shù)學(xué)模型，然后根據(jù)所述數(shù)學(xué)模型獲取離散系統(tǒng)的零極點(diǎn)位置與諧振控制頻率的比值關(guān)系，并且根據(jù)所述比值關(guān)系對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行無阻尼穩(wěn)定性分析，使得并網(wǎng)系統(tǒng)能夠提高穩(wěn)定性，提交工作效率。
【IPC分類】G06F19/00
【公開號(hào)】CN105279368
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510506993
【發(fā)明人】尹泉, 劉劍, 王慶義, 羅慧, 盧榮輝
【申請(qǐng)人】華中科技大學(xué)
【公開日】2016年1月27日
【申請(qǐng)日】2015年8月18日