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跟网型构网型变流器建模

跟网型变流器(GFL)采用双闭环控制,构网型变流器(GFM)采用下垂控制——两者在拓扑、控制、状态量上差异显著。但刘崇茹教授团队提出的LASSO降维方法在两类系统中均取得了降维至原系统70%以下的效果,证明该方法对变流器拓扑和控制结构具有通用性。

跟网型变流器(GFL)的系统建模

双闭环控制结构与状态量定义

跟网型变流器采用典型双闭环控制结构,包含锁相环(PLL)控制环节和电压外环、电流内环控制环节。PLL负责跟踪电网电压相位,为变流器提供同步参考;电压外环控制直流电压和无功功率;电流内环控制d/q轴电流,实现快速动态响应。

系统状态量共14维:u_GFL = [y_v, v_dc, y_id, y_iq, v_od, v_oq, y_w, δ, i_rd, i_rq, v_cd, v_cq, i_gd, i_gq]^T。其中y_v为电压外环积分状态,v_dc为直流电压,y_id/y_iq为电流内环积分状态,δ为锁相环输出角度,i_rd/i_rq为滤波电感电流,v_cd/v_cq为滤波电容电压,i_gd/i_gq为并网电流。

降维效果与验证

应用LASSO降维后,系统从14维降至10维(降幅28.6%)。特征值对比显示主导特征值误差均在5%以内,在不同电网电感L_g变化场景下特征值轨迹高度重合。时域仿真验证了直流电压动态响应的一致性。

构网型变流器(GFM)的系统建模

下垂控制结构与状态量定义

构网型变流器采用经典下垂控制结构,不依赖锁相环同步,而是通过有功-频率下垂(P-f)和无功-电压下垂(Q-V)主动构建电网电压和频率参考。系统状态量共13维:u_GFM = [δ, P, Q, i_rd, i_rq, i_gd, i_gq, ν_rd, ν_rq, ν_vd, ν_vq, ν_id, ν_iq]^T。其中δ为功角,P/Q为有功/无功功率,i_rd/i_rq为滤波电感电流,i_gd/i_gq为并网电流,ν_rd/ν_rq为虚拟电阻电压,ν_vd/ν_vq和ν_id/ν_iq为电压/电流控制环状态。

降维效果与验证

构网型变流器从13维降至9维(降幅30.8%)。在下垂系数m_p变化、电网电感L_g变化等关键参数变化场景下,降维系统与详细系统的特征值轨迹高度吻合,验证了方法在不同控制结构下的适用性。

多机并联变流器系统的降维

状态量叠加与并网点耦合

多变流器系统状态量按单机状态量叠加:u_SYS = [u_0 + u_1 + u_2 + … + u_m]^T。多台变流器通过公共并网点耦合,并网点电压电流由各变流器共同决定:

i_gd = Σ i_gdj,i_gq = Σ i_gqj

并网点电压表达式包含各变流器滤波电感、电阻、输出电压的加权叠加,体现了多机之间的电气耦合。

降维效果

在典型的多机并联场景下,降维模型可精准复现原系统的主导动态特性,模型阶数降至原系统的70%以下。特征值对比图和不同参数下的特征值轨迹图均验证了方法的有效性。

方法通用性的理论意义

降维方法在GFL、GFM和多机并联三种典型场景中均取得了一致的降维效果——降幅约30%、主导动态特性保持、时域响应吻合。这一结果证明:基于LASSO的数据驱动降维方法对变流器拓扑结构和控制策略具有良好的通用性,不受特定变流器模型或控制结构的限制。

研究团队明确指出,所提出的“数据驱动筛选状态量+物理知识补充”框架可拓展至不同系统与各类降维方法。这种通用性意味着方法有望应用于更广泛的电力系统稳定性分析场景,为新型电力系统的建模和分析提供标准化工具。
点击阅读报告原文: 华北电力大学:2026基于LASSO的变流器并网系统小扰动稳定降维分析报告(17页)
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