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并网逆变器dq阻抗灰箱辨识方法与应用

中国电机工程学报 2022年第4期42卷 1534-1545页

作者：吴滨源李建文李永刚王月刘淇玉孙伟新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 河北省保定市071003 国网河北省电力有限公司保定供电分公司河北省保定市071000

为实现“双碳”目标,并网逆变器大量接入配电网,与弱电网间形成复杂交互,谐波劣化问题凸显。并网逆变器dq阻抗的准确获取是进行谐波劣化分析的关键之一。现有阻抗测量方法存在无法适应并网逆变器运行工作点时变,加窗快速傅里叶变换(fast... 详细信息

为实现“双碳”目标,并网逆变器大量接入配电网,与弱电网间形成复杂交互,谐波劣化问题凸显。并网逆变器dq阻抗的准确获取是进行谐波劣化分析的关键之一。现有阻抗测量方法存在无法适应并网逆变器运行工作点时变,加窗快速傅里叶变换(fast Fourier transform,FFT)频域计算存在差异的缺陷。针对这些缺陷,提出一种以白箱建模结果为目标,以黑箱算法为求解途径的灰箱辨识方法,基于并网逆变器端口电压、电流时域数据,对不同运行工作点下的dq阻抗进行在线辨识。首先,在逆变器并网点串联注入多正弦波电压扰动,获取辨识模型所需数据;然后,建立灰箱辨识模型,通过递推最小二乘算法对并网逆变器dq阻抗进行在线辨识;最后,基于RT-LAB搭建半实物实时仿真平台,验证所提方法的有效性。基于阻抗辨识结果,绘制回率矩阵特征函数奈奎斯特曲线,对不同运行工作点下系统相角裕度进行求解,实现所提方法在谐波劣化风险在线评估中的应用。

关键词：并网逆变器 dq阻抗谐波劣化递推最小二乘半实物实时仿真平台

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并网逆变器dq阻抗模型的建立方法研究

并网逆变器DQ阻抗模型的建立方法研究

作者：曾志杰东南大学

学位级别：硕士

随着电力系统中可再生能源比例和电力电子设备比例的不断提高,即表现出“双高”特性,并网逆变器与电网动态交互引发的宽频谐振及谐波稳定性问题日益凸显。基于同步旋转坐标系下频域小信号模型的dq阻抗法是研究三相逆变并网系统宽频谐波... 详细信息

随着电力系统中可再生能源比例和电力电子设备比例的不断提高,即表现出“双高”特性,并网逆变器与电网动态交互引发的宽频谐振及谐波稳定性问题日益凸显。基于同步旋转坐标系下频域小信号模型的dq阻抗法是研究三相逆变并网系统宽频谐波谐振的有效工具。为解决已有的逆变器dq阻抗建模方法及阻抗模型在并网稳定性研究中应用存在的问题,论文在并网逆变器黑箱阻抗建模的基础上开展了稳定性分析、阻抗的白箱化建模、阻抗定向重塑等方面的研究。首先,针对单输入-单输出阻抗模型精度不足的问题,论文依次建立了滤波电路、正负序分离、锁相环等逆变器内部关键物理环节的多输入-多输出小信号模型,进而构建并网逆变器的dq阻抗模型。先将逆变器阻抗视为黑箱模型,对比分析了不同控制方法、控制参数、稳定工作点下的逆变器dq阻抗建模结果。进一步地,论文研究了基于abc坐标系扰动注入的dq阻抗测试方法,Simulink仿真和RTDS硬件在环实验平台的阻抗测试验证了阻抗建模方法及模型的正确性。接着,针对多输入-多输出系统频域稳定判据及其衍生方法物理意义不足的问题,论文将并网逆变器的dq阻抗模型应用于并网系统的小信号建模及其等效电路的构建,为后续的稳定性分析奠定具有物理意义的模型基础;进一步地,针对基于等效谐振参数的稳定判据适用性受限的问题,论文将频域法与时域法融合,首次提出一种结合阻抗比和阻尼特征的谐波谐振稳定性分析方法,并将其应用于不同功率因数下的并网系统稳定性分析,与其他稳定性分析方法的理论分析结果、Simulink仿真结果和RTDS平台稳定性试验结果的对比表明了该稳定性分析方法的有效性。然后,针对多输出-多输出的黑箱模型与内部物理环节联系弱的问题,论文首次在并网逆变器全阶小信号模型的基础上引入分支导纳的定义,分支导纳中的有功导纳和无功导纳有助于分析稳定工作点对逆变器阻抗和系统稳定性的影响机理;论文还研究了减少矩阵运算和耦合项的阻抗降阶模型建立方法,获得的简化逆变器阻抗模型中各项具有独立表达式,直接地揭示了内部关键物理环节和dq阻抗各项之间的联系,推动原黑箱阻抗模型向白箱化方向发展,有利于指导逆变器阻抗重塑。最后,针对并网系统稳定性提升研究中dq阻抗缺乏设计导向的问题,论文提出了波特图平面上逆变器dq阻抗非理想区的定义方法,并指出阻抗定向重塑的目标为减少逆变器阻抗与非理想区的交截;进一步地,论文将白箱化阻抗模型揭示的物理规律用于指导控制结构改进和参数优化,关于电网电压前馈、锁相环、电流环控制策略修改的频域理论分析和时域仿真结果具有一致性。论文开展的阻抗模型建立方法及模型应用研究有效地增强了dq阻抗的物理意义和阻抗稳定性分析方法的设计指导性。

关键词： dq阻抗小信号模型谐波谐振稳定性分析阻抗重塑

基于dq阻抗的储能AC-DC变换器建模与分析

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基于DQ阻抗的储能AC-DC变换器建模与分析

作者：盛绍鹏广西大学

学位级别：硕士

近些年,随着新能源技术的开发和利用迅猛发展,使得分布式新能源发电量快速增加,这导致电网系统的结构和动态变化特性变得越来越复杂,甚至严重影响电网的稳定性。在交流系统中难以准确测量三相交流阻抗,对于分布式发电系统而言,阻抗测量... 详细信息

近些年,随着新能源技术的开发和利用迅猛发展,使得分布式新能源发电量快速增加,这导致电网系统的结构和动态变化特性变得越来越复杂,甚至严重影响电网的稳定性。在交流系统中难以准确测量三相交流阻抗,对于分布式发电系统而言,阻抗测量越来越重要,变换器作为纽带,在并网过程中,阻抗不匹配影响电网的电能质量,甚至造成并网失败。因此,建立和分析三相电网的dq阻抗模型具有较高的应用价值。首先,介绍并推导了三相电网dq阻抗模型,把它作为PCS储能装置的电网侧的研究对象,通过分析选择电压注入电压扰动作为本文测量电网阻抗的研究手段。随后采用插值快速傅里叶变换方法（IPFFT）对三相交流侧阻抗进行计算,并把计算所得的结果与本文所搭建的阻感RL模型的真实结果进行对比,证明了本文所采用方法的可行性。以储能变换器PCS作为研究对象,推导出储能变换器在充电状态下作为整流器的开环dq阻抗模型,分析了储能变换器在放电状态下作为逆变器的闭环dq阻抗模型,并进行仿真。考虑到锁相环是变换器的一部分,采用不同的锁相环方式会影响变换器的dq阻抗,推导了含锁相环的变换器的dq阻抗模型,分析了锁相环对变换器的dq阻抗的影响。最后,基于上述三相系统阻抗测量方法和变换器阻抗模型,搭建了 PCS储能变换器的仿真电路,分析电网阻抗和变换器阻抗,并利用奈奎斯特曲线判定系统的稳定性。通过监测变换器输出电压和电流,分析电网阻抗变化对变换器稳定的影响,最后提出采用含锁相环控制来缓解电网阻抗与逆变器阻抗不匹配引起的谐波震荡问题。

关键词：阻抗匹配插值快速傅里叶变换 PCS储能装置 AC-DC变换器 dq阻抗锁相环

结合阻抗比与振荡阻尼特征的并网系统谐波谐振稳定性分析方法

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中国电机工程学报 2020年第22期40卷 7201-7211页

作者：曾志杰肖华锋高博韦徵王伟程明东南大学电气工程学院江苏省南京市210096 国网安徽省电力有限公司电力科学研究院安徽省合肥市230601 国电南瑞科技股份有限公司南瑞研究院江苏省南京市211106

随着新能源发电设备的增多和并网容量的增长,电力电子设备与电网动态交互引起的谐振和宽频谐波谐振问题日益凸显。该文首先基于同步旋转坐标系下的dq阻抗模型建立分通道的并网系统小信号谐波等效电路。接着,根据谐波–阻抗关系式定义阻... 详细信息

随着新能源发电设备的增多和并网容量的增长,电力电子设备与电网动态交互引起的谐振和宽频谐波谐振问题日益凸显。该文首先基于同步旋转坐标系下的dq阻抗模型建立分通道的并网系统小信号谐波等效电路。接着,根据谐波–阻抗关系式定义阻抗比,并基于等效二阶振荡环节提取谐波振荡主导特征。该方法既可定性揭示并网系统谐波谐振发生机理,又能进行谐波谐振稳定性的定量分析。进一步地,该文将提出的谐波谐振分析方法用于三相逆变并网系统的稳定性分析,与几种典型稳定性分析方法的比较结果表明:提出的谐波谐振稳定性分析方法可兼顾实用性、准确性和物理意义,有望为新能源并网系统的安全稳定运行提供有效的监测手段和指导信息。

关键词：并网逆变器谐波谐振 dq阻抗稳定性分析

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并网逆变器小信号建模简化方法与应用

中国电机工程学报 2020年第21期40卷 7002-7011页

作者：曾志杰肖华锋高博丁津津王政花为程明东南大学电气工程学院江苏省南京市210096 国网安徽省电力有限公司电力科学研究院安徽省合肥市230601

随着分布式电源在配电网中占比的增加,并网逆变器与电网动态交互导致的谐波谐振问题日益凸显,逆变器的小信号建模是分析"逆变器–电网"耦合系统谐波稳定性的基础。该文基于逆变器各典型环节在dq坐标系下的小信号模型,提出改进的阻抗建... 详细信息

随着分布式电源在配电网中占比的增加,并网逆变器与电网动态交互导致的谐波谐振问题日益凸显,逆变器的小信号建模是分析"逆变器–电网"耦合系统谐波稳定性的基础。该文基于逆变器各典型环节在dq坐标系下的小信号模型,提出改进的阻抗建模方法以减少矩阵运算和耦合项,强化逆变器阻抗模型与物理环节的联系,建立起具有明确物理意义的简化阻抗模型。该文在上述模型简化过程中引入有功导纳和无功导纳,有助于探明稳定工作点变化经锁相环对逆变器阻抗特性和系统稳定性的影响。最后,通过频域分析结果和时域仿真结果证明了提出的简化逆变器阻抗模型可用于"逆变器–电网"耦合系统谐振机理分析和稳定性预判。

关键词：并网逆变器 dq阻抗简化建模谐波谐振稳定性

薄弱电网条件下牵引供电系统低频振荡分析及抑制技术研究

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薄弱电网条件下牵引供电系统低频振荡分析及抑制技术研究

作者：李欣西南交通大学

学位级别：硕士

随着我国电气化铁路的飞速发展,新型电力机车大量投入运营。由于机车变流器的开关频率更高,牵引供电网与机车间产生了复杂的交互现象,牵引供电系统低频振荡现象频发,牵引网电压、电流波形的大幅振荡致使机车无法正常启动,严重影响铁路... 详细信息

随着我国电气化铁路的飞速发展,新型电力机车大量投入运营。由于机车变流器的开关频率更高,牵引供电网与机车间产生了复杂的交互现象,牵引供电系统低频振荡现象频发,牵引网电压、电流波形的大幅振荡致使机车无法正常启动,严重影响铁路系统安全稳定运营。特别当牵引供电网条件较为薄弱时,更易引发低频振荡。针对这一问题,本文以实际牵引供电网与CRH5型机车组成的车网系统为例,利用阻抗比判据,分析了牵引供电网与机车各自影响系统稳定性的关键因素,阐述了薄弱牵引供电网引发低频振荡的内在原因,并提出了提高系统稳定性的振荡抑制措施。首先,分别建立牵引供电网等效阻抗模型和机车变流器输入阻抗模型以级联形成车网系统。建立外部电网、牵引变电所主变压器和牵引网传输线路三部分阻抗,构成牵引供电网阻抗模型。同时通过调研多地牵引供电系统参数,得到实际牵引供电网的阻抗范围。根据CRH5型机车结构及其控制策略,推导了考虑SOGI、PLL、DVC、ACC等控制环路的机车变流器闭环dq阻抗模型表达式。其次,基于建立的车网系统阻抗模型,解析了机车输入阻抗的负阻尼表达式,指出了该成分的产生原因。通过进一步推导系统阻抗比矩阵特征值表达式,利用阻抗比判据,研究了牵引供电网阻抗和机车输入阻抗之间匹配不当的根本原因。然后验证了系统各参数对稳定性的影响规律。参考传统电力系统短路比指标,给出车网系统短路比指标SCR及其表达式,以此验证系统中牵引供电网较弱时该指标的取值范围。接着,根据川藏铁路部分供电网络结构和设计参数,分别计算了正常供电和故障情况下的牵引供电网阻抗,利用理论和仿真模型讨论了不同情况下各地允许接入的最大机车数量。利用多地实际牵引供电网阻抗对给出的振荡机理进行仿真验证,分别计算了各地车网系统在临界稳定状态下的SCR,得到牵引供电网处于不同薄弱程度时车网系统短路比指标范围。最后,基于分析所得振荡机理和稳定性影响因素,分别在网侧和车侧给出了提高稳定性手段:给出了牵引供电网在建设规划时可参考的设备原则;根据机车侧输入阻抗负阻尼的产生原因,提出加入前馈环节以实现虚拟电容增强系统稳定性,并根据稳定性要求和系统动态特性要求给出了参数设计的边界,利用仿真验证了该抑制措施的有效性。

关键词：低频振荡薄弱牵引供电网 dq阻抗车网系统振荡抑制