一种基于坐标变换的多电力电子变换器接口模型建立方法

本发明涉及多坐标系互联接口模型，具体涉及一种基于坐标变换的多电力电子变换器接口模型建立方法。

背景技术：

1、小信号稳定分析对于微电网稳定性研究具有重要意义，但对于多馈入系统微电网，其接口模型复杂。接口模型是建立通过输电线互联的电机与电力电子变换器状态空间模型的核心，在研究微电网小信号稳定性领域具有很高的应用价值。由于柴油发电机、脉冲负荷及其逆变器、两个储能电源及其变流器在进行park变换时，各自变换角度不同，为实现发电机子系统与柴油发电机、脉冲负荷及其逆变器、两个储能电源及其变流器系统状态空间方程的连接，需要选取某个坐标系为过渡坐标系，将其余坐标系下的电气量通过过渡坐标系进行连接。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种柴油发电机、脉冲负荷及其逆变器、两个储能电源及其变流器间的多坐标系接口模型，实现了在对计及脉冲负荷接入的多电力电子变换器微电网进行小信号稳定性分析时状态空间方程的建立。

2、实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于坐标变换的多电力电子变换器接口模型建立方法，包括如下步骤：

3、步骤1、搭建计及脉冲负荷接入的柴储微电网模型，包括柴油发电机、脉冲负荷逆变器、储能电源变流器1、储能电源变流器2，其中柴油发电机经过由电感l4_line与电阻r4_line组成的前置线路与交流母线相连接，储能电源变流器1经过由电感l1、电阻r1、对地电容c1、电感l1_line、电阻r1_line组成的前置线路与交流母线相连接，储能电源变流器2经过由电感l2、电阻r2、对地电容c2、电感l2_line、电阻r2_line组成的前置线路与交流母线相连接，脉冲负荷逆变器经过由电感l3、电阻r3、对地电容c3、电感l3_line、电阻r3_line组成的前置线路连接至交流母线；

4、步骤2、建立脉冲负荷逆变器、储能电源变流器1、储能电源变流器2在abc三相静止坐标系下电压和电流的关系；

5、步骤3、建立柴油发电机、脉冲负荷逆变器、储能电源变流器1、储能电源变流器2在dq两相旋转坐标系坐标系下的状态空间方程；

6、步骤4、根据柴油发电机、脉冲负荷逆变器、储能电源变流器1、储能电源变流器2状态空间模型连接的需求，以柴油发电机的dq两相旋转坐标系作为过渡坐标系，将储能电源变流器1、储能电源变流器2和脉冲负荷逆变器的电气量从自身dq两相旋转坐标系转换到过渡坐标系，由此得到多电力电子变换器的接口模型以及微电网系统的小信号模型。

7、进一步的，步骤2，建立脉冲负荷及其逆变器、两个储能电源变流器在abc三相静止坐标系下电压和电流的关系，具体为：

8、建立储能电源变流器1、储能电源变流器2在abc三相静止坐标系下电压和电流的关系：

9、

10、式中，ua1、ub1、uc1和ua2、ub2、uc2分别为储能电源变流器1与储能电源变流器2三相输出电压，ia1、ib1、ic1和ia2、ib2、ic2分别为储能电源变流器1与储能电源变流器2三相输出电流，uag1、ubg1、ucg1和uag2、ubg2、ucg2分别为储能电源变流器1与储能电源变流器2前置线路中电容c1和电容c2上的三相电压，l1、l2分别为储能电源变流器1与储能电源2变流器前置线路中电感值，r1、r2分别为储能电源变流器1与储能电源变流器2前置线路中电阻值，t为时间常数；

11、建立脉冲负荷逆变器在abc三相静止坐标系下电压和电流的关系：

12、

13、式中，ua3、ub3和uc3为脉冲负荷逆变器三相输出电压，ia3、ib3和ic3为脉冲负荷逆变器三相输出电流，uag3、ubg3和ucg3为脉冲负荷逆变器前置线路中电容c3的三相电压，l3为脉冲负荷逆变器前置线路中电感值，r3为脉冲负荷逆变器前置线路中电阻值，t为时间常数。

14、进一步的，步骤3，建立柴油发电机、脉冲负荷及其逆变器、储能电源变流器1与储能电源变流器2在dq两相旋转坐标系坐标系下的状态空间方程，具体方法为：

15、储能电源变流器1、储能电源变流器2在dq两相旋转坐标系下的状态空间方程：

16、

17、

18、式中，ud1、uq1和ud2、uq2分别为储能电源变流器1与储能电源变流器2在dq两相旋转坐标系d轴和q轴的电压，id1、iq1和id2、iq2分别为储能电源变流器1与储能电源变流器2在dq两相旋转坐标系d轴和q轴的电流，udg1、uqg1和udg2、uqg2分别为储能电源变流器1与储能电源变流器2前置线路中电容c1和电容c2上d轴和q轴的电压，ω1和ω2分别为储能电源变流器1与储能电源变流器2所对应锁相环输出的角频率；

19、脉冲负荷逆变器在dq两相旋转坐标系下的状态空间方程：

20、

21、式中，ud3和uq3为脉冲负荷逆变器在dq两相旋转坐标系d轴和q轴的电压，id3和iq3为脉冲负荷逆变器在dq两相旋转坐标系d轴和q轴的电流，udg3和uqg3为前置线路中电容c3上在dq两相旋转坐标系d轴和q轴的电压，ω3为脉冲负荷逆变器所对应锁相环输出的角频率；

22、柴油发电机在dq两相旋转坐标系下的状态空间方程，包括：

23、(a)柴油发电机dq两相旋转坐标系下电压方程如下式：

24、

25、式中，ud、uq为定子绕组d轴、q轴电压有名值，ud、uq为转子绕组d轴、q轴电压有名值，uf为励磁绕组电压有名值；id、iq为定子绕组d轴、q轴电流有名值，id、iq为转子绕组d轴、q轴电流有名值，if为励磁绕组电流有名值；ψd、ψq为定子绕组d轴、q轴绕组磁链有名值，ψd、ψq为转子绕组d轴、q轴绕组磁链有名值，ψf为励磁绕组绕组磁链有名值；ra为定子绕组电阻、rd、rq为转子绕组d轴、q轴电阻有名值，rf为励磁绕组电阻有名值；ω为转子电角速度有名值；

26、标幺化后，结果为：

27、

28、式中，ud*、uq*为定子绕组d轴、q轴电压有名值，ud*、uq*为转子绕组d轴、q轴电压有名值，uf*为励磁绕组电压有名值；id*、iq*为定子绕组d轴、q轴电流有名值，id*、iq*为转子绕组d轴、q轴电流有名值，if*为励磁绕组电流有名值；ψd*、ψq*为定子绕组d轴、q轴绕组磁链有名值，ψd*、ψq*为转子绕组d轴、q轴绕组磁链有名值，ψf*为励磁绕组绕组磁链有名值；ra*为定子绕组电阻、rd*、rq*为转子绕组d轴、q轴电阻有名值，rf*为励磁绕组电阻有名值；ω*为转子电角速度有名值；

29、(b)柴油发电机传递函数为：

30、

31、式中，tm为柴油发动机提供的转矩，td为柴油发动机的滞后时间，s为时域的映射，ωref为柴油发动机转速参考值，ωt为转子转速测量值，δω为柴油发动机转速参考值与转子转速测量值的差值，n为自然数。

32、进一步的，步骤4、根据柴油发电机、脉冲负荷逆变器、储能电源变流器1、储能电源变流器2状态空间模型连接的需求，以柴油发电机的dq两相旋转坐标系作为过渡坐标系，将储能电源变流器1、储能电源变流器2和脉冲负荷逆变器的电气量从自身dq两相旋转坐标系转换到过渡坐标系，由此得到多电力电子变换器的接口模型以及微电网系统的小信号模型；具体方法为：

33、以柴油发电机坐标系为过渡，构建柴油发电机与储能电源变流器1的接口模型为：

34、

35、同理得，柴油发电机与储能电源变流器2的接口模型为：

36、

37、柴油发电机与脉冲负荷逆变器的接口模型为：

38、

39、式中，δ为柴油发电机转子的q轴与参考轴的夹角；udg、uqg分别为柴油发电机输出电压的d、q轴分量；idg、iqg分别为柴油发电机输出电压的d、q轴分量；ud1、uq1为储能变流器1输出电压的d、q轴分量；ud2、uq2为储能变流器2输出电压的d、q轴分量；ud3、uq3为脉冲负荷逆变器输出电压的d、q轴分量；θ1、θ2、θ3和θ4为储能变流器1、储能变流器2、脉冲负荷逆变器和柴油发电机输出电压电角度。

40、一种基于坐标变换的多电力电子变换器仿真系统，实施所述的基于坐标变换的多电力电子变换器接口模型建立方法，实现基于坐标变换的多电力电子变换器仿真，包括：

41、柴储微电网建模模块，搭建计及脉冲负荷接入的柴储微电网模型，包括柴油发电机、脉冲负荷逆变器、储能电源变流器1、储能电源变流器2，其中柴油发电机经过由电感l4_line与电阻r4_line组成的前置线路与交流母线相连接，储能电源变流器1经过由电感l1、电阻r1、对地电容c1、电感l1_line、电阻r1_line组成的前置线路与交流母线相连接，储能电源变流器2经过由电感l2、电阻r2、对地电容c2、电感l2_line、电阻r2_line组成的前置线路与交流母线相连接，脉冲负荷逆变器经过由电感l3、电阻r3、对地电容c3、电感l3_line、电阻r3_line组成的前置线路连接至交流母线；

42、abc三相静止坐标系处理模块，建立脉冲负荷逆变器、储能电源变流器1、储能电源变流器2在abc三相静止坐标系下电压和电流的关系；

43、dq两相旋转坐标系坐标系处理模块，建立柴油发电机、脉冲负荷逆变器、储能电源变流器1、储能电源变流器2在dq两相旋转坐标系坐标系下的状态空间方程；

44、坐标系转换模块，根据柴油发电机、脉冲负荷逆变器、储能电源变流器1、储能电源变流器2状态空间模型连接的需求，以柴油发电机的dq两相旋转坐标系作为过渡坐标系，将储能电源变流器1、储能电源变流器2和脉冲负荷逆变器的电气量从自身dq两相旋转坐标系转换到过渡坐标系，由此得到多电力电子变换器的接口模型以及微电网系统的小信号模型。

45、一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实施所述的基于坐标变换的多电力电子变换器接口模型建立方法，实现基于坐标变换的多电力电子变换器仿真。

46、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实施所述的基于坐标变换的多电力电子变换器接口模型建立方法，实现基于坐标变换的多电力电子变换器仿真。

47、本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)本发明的多坐标系接口模型能够在柴油发电机、脉冲负荷及其逆变器、两个储能电源及其变流器通过电力传输线进行连接时，实现状态空间方程的建立；2)本发明的基于多坐标系变换的接口模型，原理简明，易于实现，便于实现多馈入系统微电网小信号模型的建立，可用于多馈入系统微电网系统小信号稳定性研究。