[发明专利]一种级联型电力电子变压器整体小信号建模方法

权利要求书

1.一种级联型电力电子变压器整体小信号建模方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤S1：建立级联型电力电子变压器高压输入级状态空间方程，将方程线性化处理，推导对应小信号模型；

步骤S2：建立级联型电力电子变压器中间隔离级状态空间方程，将方程线性化处理，推导对应小信号模型；

步骤S3：建立级联型电力电子变压器低压输出级状态空间方程，将方程线性化处理，推导对应小信号模型；

步骤S4：以输入级交直流侧电压关系方程、隔离级高低压侧功率传输方程以及输出级交直流侧电压关系方程为联系方程，修正输入级和隔离级小信号模型；基于修正后的三级小信号模型，组合形成级联型电力电子变压器整体信号模型。

2.根据权利要求1所述的级联型电力电子变压器整体小信号建模方法，其特征在于，所述步骤S1包含以下子步骤：

步骤S11：以级联型电力电子变压器高压交流侧输入电流为状态变量，建立级联型电力电子变压器输入级交流侧状态空间方程，该方程考虑了交流系统等效阻抗、级联型电力电子变压器高压交流侧滤波电感以及电网公共点到级联型电力电子变压器端口线路的等效电阻的影响，

式中：t为时间变量，i_sd为输入电流有功分量，i_sq为输入电流无功分量，R_t为系统等效电阻与电网公共点到级联型电力电子变压器端口线路的等效电阻之和，L_t为系统等效电抗与滤波电感之和，ω为交流系统角频率，u_cd为级联型电力电子变压器输入级端口电压有功分量，u_cq为级联型电力电子变压器输入级端口电压无功分量，u_sd为系统电压有功分量，u_sq为系统电压无功分量；

步骤S12：以级联型电力电子变压器输入级子模块电容电压为状态变量，建立级联型电力电子变压器输入级直流侧状态空间方程：

式中：u_m为级联型电力电子变压器输入级子模块电容电压，C_m为级联型电力电子变压器输入级子模块电容容值，i_m为级联型电力电子变压器输入级子模块电容的输入级侧注入电流，i_in为级联型电力电子变压器输入级子模块电容的隔离级侧输出电流；

步骤S13：级联型电力电子变压器输入级采用电压外环电流内环双环控制，以控制器各积分输出量为状态变量，建立级联型电力电子变压器输入级控制器状态空间方程：

式中：x₁为有功分量控制器中电压外环积分环节输出量，x₂为有功分量控制器中电流内环积分环节输出量，x₃为无功分量控制器中电流内环积分环节输出量，k_p1为电压外环比例增益，k_i1为电压外环积分增益，k_i2为电流内环积分增益，u_mref为子模块电容电压参考值，i_sqref为无功电流分量参考值；

步骤S14：根据级联型电力电子变压器输入级控制器结构，建立控制器输出方程：

式中：M_d为有功分量控制器输出量，M_q为无功分量控制器输出量，u_pd为电网公共点电压有功分量，u_pq为电网公共点电压无功分量，k_p2为电流内环比例增益，L_f为高压交流侧滤波电感；

步骤S15：构建锁相环节状态空间方程：

式中，x₄为锁相环积分环节输出量，θ为锁相环输出角度，k_p3为锁相环比例增益，k_i3为锁相环积分增益，ω₀为系统额定角频率；

步骤S16：构建锁相环节输出方程：

ω＝ω₀+x₄-k_P3u_pq (6)

步骤S17：根据级联型电力电子变压器输入级交直流侧功率守恒，建立输入级交流侧端口电压、控制器输出量与子模块电容电压对应方程；建立输入级交流侧电流、控制器输出量与子模块电容输入级侧注入电流对应方程：

式中，N为输入级级联模块数，I_m为级联型电力电子变压器输入级子模块电容的输入级侧注入电流平均值；

步骤S18：建立高压侧系统电压、电网公共点电压与级联型电力电子变压器输入级端口电压对应的方程：

式中，R_f为电网公共点到级联型电力电子变压器端口线路的等效电阻，R_s为系统等效电阻，L_s为系统等效电感；

步骤S19：综合式(1)-(8)，构建级联型电力电子变压器输入级包含高压系统侧等效阻抗、线路等效电阻、交直流侧电气方程和控制方程的整体状态空间方程，线性化处理，得到对应小信号模型：

式中，A_C为输入级系统矩阵，B_C为输入级输入矩阵，X_C为输入级状态变量向量，U_C为输入级输入变量向量，为输入级状态变量微分向量；其中

X_C＝[Δi_sd Δi_sq Δu_m Δx₁ Δx₂ Δx₃ Δx₄ Δθ]^T，U_C＝[Δu_sd Δu_sq Δu_mref Δi_sqrefΔi_in]^T。