本發明屬于換流器，具體為一種換流器諧波阻抗建模方法及相關設備。

背景技術：

1、近年，可再生能源的需求不斷增加，電力電子器件及設備逐漸滲透到我國的電力系統中。構網型換流器作為新能源并網系統的核心設備，其性能的優化與建模技術的提升對于電力系統的穩定運行和電能質量的改善至關重要。構網型換流器通過功率控制策略，能夠實現對電網的電壓和頻率支撐，有效應對弱網條件下的運行挑戰。諧波阻抗建模作為分析構網型換流器與電網動態相互作用的有效手段，已成為當前研究的熱點。

2、在諧波阻抗建模領域，諧波線性化方法作為一種經典且廣泛應用的技術，通過在小擾動條件下對系統進行線性化處理，建立了諧波電壓和諧波電流之間的線性關系。該方法基于系統電路參數、控制結構及其額定工作狀態，通過注入特定頻次的電壓小信號，測量相應的電流響應，從而得到系統的諧波阻抗模型。然而，隨著新能源并網系統的復雜性和非線性特性的增加，現有諧波線性化方法在精度和適用范圍上已面臨挑戰。

3、在換流器的諧波阻抗建模中，現有技術存在以下技術缺陷：

4、1)模型精度受限：由于諧波線性化方法忽略了高階非線性項，導致模型在復雜非線性系統和強耦合效應下的精度不足。

5、2)頻率耦合效應處理不當：在電力系統中，不同次諧波之間可能存在耦合關系，現有模型在處理這種耦合效應時往往采用簡化的方法，導致模型無法準確反映系統的真實行為。

6、3)阻抗建模困難：在交流系統不平衡時，穩態工作點將不再是直流恒定值，現有模型在不平衡工況下的阻抗建模存在困難，限制了模型的實際應用范圍。

技術實現思路

1、本發明提供了一種換流器諧波阻抗建模方法及相關設備，解決了換流器的諧波阻抗建模困難和模型精度受限的問題。

2、為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

3、一種換流器諧波阻抗建模方法，包括：

4、在并網點注入諧波，獲取并網點電壓和電流的空間矢量；

5、根據并網點電壓和電流的空間矢量計算注入電網的有功與無功功率；

6、將有功功率與無功功率饋入功率控制環獲得參考電壓的幅值和相位；

7、將參考電壓的幅值和相位合成為參考向量，根據參考向量獲得參考電壓在dq坐標系下d軸分量與q軸分量；

8、基于參考電壓在dq坐標系下d軸分量與q軸分量將參考電壓轉換至abc坐標系下，獲得正序諧波電壓和負序諧波電壓；

9、獲取電網主電路的電壓電流關系，基于電網主電路的電壓電流關系和正序諧波電壓和負序諧波電壓建立諧波阻抗模型。

10、優選地，并網點電壓和電流的空間矢量的獲取方法具體為：

11、

12、其中，為并網點基波電壓幅值、為自然常數、為并網點基波電壓相位、為虛數、為并網點正序諧波電壓幅值，為并網點正序諧波電壓相位、為并網點負序諧波電壓幅值，為并網點負序諧波電壓相位、為并網點基波電流幅值、為并網點基波電流相位、為并網點正序諧波電流幅值、為并網點正序諧波電流相位、為并網點負序諧波電流幅值、為并網點負序諧波電流相位。

13、優選地，根據并網點電壓和電流的空間矢量計算注入電網的有功與無功功率的步驟具體為：

14、根據并網點電壓和電流的空間矢量計算并網點處的復功率，再分離復功率的實部與虛部得到注入電網的有功與無功功率。

15、優選地，參考電壓的幅值和相位分別為：

16、

17、

18、其中，為參考電壓的相位、為參考電壓的幅值、為逆變器下垂系數、為有功功率參考值、為無功功率參考值、為無功功率、為有功功率、為逆變器輸出的額定角頻率、為逆變器輸出的電壓額定相位。

19、一種換流器諧波阻抗建模系統，包括：

20、矢量獲取模塊：用于在并網點注入諧波，獲取并網點電壓和電流的空間矢量；

21、功率計算模塊：用于根據并網點電壓和電流的空間矢量計算注入電網的有功與無功功率；

22、饋入模塊：用于將有功功率與無功功率饋入功率控制環獲得參考電壓的幅值和相位；

23、合成模塊：用于將參考電壓的幅值和相位合成為參考向量，根據參考向量獲得參考電壓在dq坐標系下d軸分量與q軸分量；

24、轉換模塊：用于基于參考電壓在dq坐標系下d軸分量與q軸分量將參考電壓轉換至abc坐標系下，獲得正序諧波電壓和負序諧波電壓；

25、建模模塊：用于獲取電網主電路的電壓電流關系，基于電網主電路的電壓電流關系和正序諧波電壓和負序諧波電壓建立諧波阻抗模型。

26、優選地，在矢量獲取模塊中，并網點電壓和電流的空間矢量的獲取方法具體為：

27、

28、其中，為并網點基波電壓幅值、為自然常數、為并網點基波電壓相位、為虛數、為并網點正序諧波電壓幅值，為并網點正序諧波電壓相位、為并網點負序諧波電壓幅值，為并網點負序諧波電壓相位、為并網點基波電流幅值、為并網點基波電流相位、為并網點正序諧波電流幅值、為并網點正序諧波電流相位、為并網點負序諧波電流幅值、為并網點負序諧波電流相位。

29、優選地，在功率計算模塊中，根據并網點電壓和電流的空間矢量計算注入電網的有功與無功功率的步驟具體為：

30、根據并網點電壓和電流的空間矢量計算并網點處的復功率，再分離復功率的實部與虛部得到注入電網的有功與無功功率。

31、優選地，在饋入模塊中，參考電壓的幅值和相位分別為：

32、

33、

34、其中，為參考電壓的相位、為參考電壓的幅值、為逆變器下垂系數、為有功功率參考值、為無功功率參考值、為無功功率、為有功功率、為逆變器輸出的額定角頻率、為逆變器輸出的電壓額定相位。

35、一種計算機設備，包括存儲器、處理器以及存儲在所述存儲器中并可在所述處理器上運行的計算機程序，所述處理器執行所述計算機程序時實現如一種換流器諧波阻抗建模方法的步驟。

36、一種計算機可讀存儲介質，所述計算機可讀存儲介質存儲有計算機程序，所述計算機程序被處理器執行時實現一種換流器諧波阻抗建模方法的步驟。

37、與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：本發明提供了一種換流器諧波阻抗建模方法，首先獲取并網點電壓和電流的空間矢量，空間矢量能夠實時、準確地反映電壓和電流的大小和方向，相比傳統的標量建模，提供了更全面的信息。基于空間矢量依次計算獲得正負序諧波影響下的諧波功率，經過功率控制環后的參考電壓及逆變器輸出的諧波電壓，基于逆變器側和并網點正序諧波電壓、負序諧波電壓以及電網主電路進行諧波阻抗模型的建模，采用耦合頻率阻抗矩陣形式的諧波模型，能夠更準確地描述諧波電壓和諧波電流之間的相互作用關系，不同頻率諧波經換流器后的耦合關系，從而提高了分析結果的準確性和可靠性，為諧波潮流研究提供了堅實的模型基礎。

技術特征：

1.一種換流器諧波阻抗建模方法，其特征在于，包括：

2.根據權利要求1所述的一種換流器諧波阻抗建模方法，其特征在于，并網點電壓和電流的空間矢量的獲取方法具體為：

3.根據權利要求1所述的一種換流器諧波阻抗建模方法，其特征在于，根據并網點電壓和電流的空間矢量計算注入電網的有功與無功功率的步驟具體為：

4.根據權利要求1所述的一種換流器諧波阻抗建模方法，其特征在于，參考電壓的幅值和相位分別為：

5.一種換流器諧波阻抗建模系統，其特征在于，包括：

6.根據權利要求5所述的一種換流器諧波阻抗建模系統，其特征在于，在矢量獲取模塊中，并網點電壓和電流的空間矢量的獲取方法具體為：

7.根據權利要求5所述的一種換流器諧波阻抗建模系統，其特征在于，在功率計算模塊中，根據并網點電壓和電流的空間矢量計算注入電網的有功與無功功率的步驟具體為：

8.根據權利要求5所述的一種換流器諧波阻抗建模系統，其特征在于，在饋入模塊中，參考電壓的幅值和相位分別為：

9.一種計算機設備，包括存儲器、處理器以及存儲在所述存儲器中并可在所述處理器上運行的計算機程序，其特征在于，所述處理器執行所述計算機程序時實現如權利要求1至4任一項所述一種換流器諧波阻抗建模方法的步驟。

10.一種計算機可讀存儲介質，所述計算機可讀存儲介質存儲有計算機程序，其特征在于，所述計算機程序被處理器執行時實現如權利要求1至4任一項所述一種換流器諧波阻抗建模方法的步驟。

技術總結
本發明公開了一種換流器諧波阻抗建模方法及相關設備，屬于換流器技術領域，首先獲取并網點電壓和電流的空間矢量，空間矢量能夠實時、準確地反映電壓和電流的大小和方向，相比傳統的標量建模，提供了更全面的信息。基于空間矢量依次計算獲得正負序諧波影響下的諧波功率，經過功率控制環后的參考電壓及逆變器輸出的諧波電壓，基于逆變器側和并網點正序諧波電壓、負序諧波電壓以及電網主電路進行諧波阻抗模型的建模，采用耦合頻率阻抗矩陣形式的諧波模型，能夠更準確地描述諧波電壓和諧波電流之間的相互作用關系，不同頻率諧波經換流器后的耦合關系，從而提高了分析結果的準確性和可靠性，為諧波潮流研究提供了堅實的模型基礎。

技術研發人員：張海濤,張倩文,李探,李志闖,張儒錫,王泰宇,趙晨婷,楊可俊,魏亦銘,李保全
受保護的技術使用者：西安交通大學
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28