并网VSC集成的交流电力系统及分析方法技术方案

并网VSC集成的交流电力系统及分析方法。本发明专利技术公开了并网VSC集成的交流电力系统，包括，交流系统、负荷、电感Lv，电阻Rv、电阻Rd、滤波器、电容和控制回路；交流系统连接阻抗Z

【技术实现步骤摘要】
并网VSC集成的交流电力系统及分析方法


[0001]本专利技术涉及电压源转换器领域，特别是并网VSC集成的交流电力系统及分 析方法。

技术介绍

[0002]电压源转换器(VSC)因其技术优势而广泛应用于基于VSC直流输电的风 力和光伏发电中。然而，作为典型的谐波源，并网的VSC将一系列高次谐波注 入主交流电力系统，不可避免地导致谐波污染。因此，必须检查并网VSC的谐 波振荡模式的机制，以了解它们如何以及何时阻尼变小，甚至出现负阻尼。在 稳定状态的VSC谐波中，对稳定状态VSC谐波的建模、仿真和传播进行了仔细 的研究，结果发现，谐波主要与不适当的传输线路参数和VSC产生的不同的高 次谐波之间的耦合有关。
[0003]与稳态VSC谐波相比，VSC谐波的动态稳定性是一个更具挑战性的问题。 VSC的传统平均建模无法准确捕获和分析谐波的基本特征。因此，这个问题需 要建立一个谐波模型的电力系统从而检验谐波相互作用对电力系统稳定性的影 响。根据这些模型，有学者对VSC谐波造成的影响进行了研究，例如对功率质 量、控制性能和系统稳定性的影响。谐波振荡不仅取决于谐波源，还取决于与 外部系统的相互作用。
[0004]现有技术一：
[0005]为了分析多输入多输出电力系统的稳定性，通常采用模态分析的有效方法， 明确揭示基于线性状态空间模型的振荡模式的阻尼。当振荡发生时，可以检测 到阻尼最差的振荡模式，并且可以通过参与因子找到振荡源。为了应用这种有 效方法分析谐波振荡的稳定性，提出并应用谐波模式分析。从中得出了谐波稳 定性分析的线性模型。基于该模型，谐波模态分析应用于单一电网连接的VSC 系统。稳态谐波耦合反映在谐波矩阵中。验证了交流系统和直流系统之间的动 态耦合行为。此外，控制回路和VSC的PWM是动态耦合，表明控制环的动态 可能会对VSC谐波产生负面影响，并导致谐波振荡。
[0006]现有技术一的缺点
[0007]没有针对有关在交流电力系统上谐波相互作用如何产生而去研究，没有发 现多个VSC的控制回路与PWM之间的动态耦合，导致谐波振荡。

技术实现思路

[0008]为解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供了并网VSC集成的交流电力系 统及分析方法，本专利技术侧重于谐波模式分析，与单个VSC谐波模型相比，建立 了多个VSC的谐波状态空间模型，从而深入研究了由多个VSC引起的交流电力 系统中谐波相互作用如何发生的细节，此外，本专利技术应用谐波模态分析的方法， 从数学上阐明了控制回路与VSC谐波之间的耦合关系。
[0009]本专利技术提供了并网VSC集成的交流电力系统，包括，交流系统、负荷、 电感Lv，电阻Rv、电阻Rd、滤波器、电容和控制回路；所述交流系统连接阻 抗Z
l
,所述阻抗Z
l
连接电阻Rv，
所述电阻Rv连接电感Lv，所述电感Lv连接 VSC，所述VSC分别连接电容Cd和电阻Rd；所述电容Cd通过滤波器连接控 制回路，所述电感Lv通过滤波器连接控制回路，所述控制回路通过PWM方式 控制VSC。
[0010]优选地，并网VSC集成的交流电力系统的交流传输线路和RL滤波器的动 态模型
[0011][0012][0013]其中，I
v
是从并网VSC输出的交流电流，V
v
是并网VSC的终端交流电压， V
p
是无穷大母线处的交流电压，V
dc
是直流电容器C
d
的直流电压，R
v
和L
v
是交流线 路和RL滤波器的总电阻和总电感，W(t)是时域中脉冲宽度调制(PWM)的传 递函数的表达式，每个参数的上标i代表其三相中的a，b，c相的值；
[0014]直流电容器的动态模型为
[0015][0016][0017]其中，上标a、b和c分别表示相的变量a、b和c，W
a
(t)，W
b
(t)和W
c
(t)是 时域中脉冲宽度调制PWM的传递函数的表达式。
[0018]优选地，由并网VSC引起的谐波振荡分析方法，包括以下步骤：
[0019]S1：时间域变量v(t)可以在周期T内以傅里叶形式表示，
[0020][0021]其中，k是谐波次数，X
k
是k次谐波的傅里叶系数，ω0是角频率；
[0022]S2：考虑v(t)动态时，在拉普拉斯域中表示为
[0023][0024]其中e
st
,s∈C复数是指数级调节周期EMP内核函数，
[0025]S3：时变系统的动态模型可以写成状态空间表达式
[0026]V(t)＝A(t)V(t)+B(t)u(t)
[0027]y(t)＝C(t)v(t)+D(t)u(t)
[0028]其中(t)指时间变量，v(t)是状态变量，y(t)是输出变量，A、B、C、D是 状态空间表达式中的状态空间矩阵；
[0029]S4：S3的表达式也可用时域变量的傅里叶系数表示，它们之间的动态特性 相同
[0030][0031][0032]其中m∈Z(Z为整数)。下标km是指矩阵的第k行和第m列，表示所 有傅立叶系数之和；其中矩阵数和傅立叶系数通常为无穷大。
[0033]S5：根据S4得到谐波状态空间模型
[0034]sX＝(A
‑
N)X+BU
[0035]Y＝CX+DU
[0036]其中，X是由所有傅立叶系数组成的矩阵，X
k
,k∈[
‑
n,n]，X＝[X
‑
n
,...,X
‑1,X0,X1,...,X
n
]T
； N是对角矩阵，N＝diag[
‑
jnω0,...,
‑
jω0,1,jnω0,...,jnω0]。A、B、C和D分别是S4中元素 a
km
，b
km
，c
km
，d
km
形成的矩阵；
[0037]矩阵X包括傅里叶系数，X
k
,k∈[
‑
n,n]，频域可以使用以下式子转换为时域： v(t)＝e(t)X，每个傅里叶系数X
k
,k∈[
‑
n,n]以特定谐波频 率旋转；
[0038]S6：假设交流电力系统的一次频率变量是
[0039][0040]其中，V
dc
(t)是并网VSC的时变直流电压，M(t)是VSC控制系统中时间变化 的交流电压的幅值；
[0041]S7：由S6可得并网VSC的交流电压
[0042][0043][0044]其中，J
n
()是第一个分类的n次贝塞尔函数，ω
s
＝2πf
s
是PWM的切换频率。 PWM的输出包含各种高本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.并网VSC集成的交流电力系统，其特征在于，包括，交流系统、负荷、电感Lv，电阻Rv、电阻Rd、滤波器、电容和控制回路；所述交流系统连接阻抗Z
l
,所述阻抗Z
l
连接电阻Rv，所述电阻Rv连接电感Lv，所述电感Lv连接VSC，所述VSC分别连接电容Cd和电阻Rd；所述电容Cd通过滤波器连接控制回路，所述电感Lv通过滤波器连接控制回路，所述控制回路通过PWM方式控制VSC。2.根据权利要求1所述的并网VSC集成的交流电力系统，其特征在于，所述并网VSC集成的交流电力系统的交流传输线路和RL滤波器的动态模型的交流电力系统的交流传输线路和RL滤波器的动态模型其中，I
v
是从并网VSC输出的交流电流，V
v
是并网VSC的终端交流电压，V
p
是无穷大母线处的交流电压，V
dc
是直流电容器C
d
的直流电压，R
v
和L
v
是交流线路和RL滤波器的总电阻和总电感，W(t)是时域中脉冲宽度调制(PWM)的传递函数的表达式，每个参数的上标i代表其三相中的a，b，c相的值；直流电容器的动态模型为流电容器的动态模型为其中，上标a、b和c分别表示相的变量a、b和c，W
a
(t)，W
b
(t)和W
c
(t)是时域中脉冲宽度调制PWM的传递函数的表达式。3.由并网VSC引起的谐波振荡分析方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：时间域变量v(t)可以在周期T内以傅里叶形式表示，其中，k是谐波次数，X
...

【专利技术属性】
技术研发人员：付强，杜文娟，姚竞宙，王海风，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：