本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)領(lǐng)域，特別涉及一種弱電網(wǎng)PCC(公共連接點(diǎn)，下文簡(jiǎn)稱PCC)處多變流器并列諧振失穩(wěn)責(zé)任評(píng)估方法。

背景技術(shù)：

目前，大規(guī)模開發(fā)利用可再生能源的主要途徑是基于可再生能源的分布式發(fā)電。其中，并網(wǎng)變流器是實(shí)現(xiàn)分布式能源能量變換的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，負(fù)責(zé)將可再生能源輸出的能量轉(zhuǎn)換為電網(wǎng)可接受的交流電能。受功率器件容量等因素的限制，大型光伏電站或風(fēng)電場(chǎng)的并網(wǎng)變流器常采用模塊化并聯(lián)設(shè)計(jì)思路。

多變流器并聯(lián)設(shè)計(jì)思路促進(jìn)了分布式發(fā)電技術(shù)的快速發(fā)展，但也產(chǎn)生了一些新的問題：獨(dú)立穩(wěn)定工作的多臺(tái)并網(wǎng)變流器，并聯(lián)后可能出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，甚至出現(xiàn)諧振現(xiàn)象，造成并網(wǎng)電流會(huì)畸變嚴(yán)重。

針對(duì)諧振問題的監(jiān)測(cè)，主要方法是基于阻抗比的諧振判據(jù)。此類方法的局限性在于：(1)認(rèn)為并列單元總輸出電流穩(wěn)定性即整個(gè)并列系統(tǒng)的穩(wěn)定性，不能體現(xiàn)出決定并列系統(tǒng)各部分穩(wěn)定性的本質(zhì)原因；(2)阻抗比是兩個(gè)傳遞函數(shù)的比值，當(dāng)變流器數(shù)量眾多、運(yùn)行參數(shù)不對(duì)稱時(shí)，其頻域特性很不容易得到，因此很難定性分析出諧振。

因此應(yīng)對(duì)新的諧振污染，需要對(duì)并列系統(tǒng)中變流器帶來的諧振失穩(wěn)責(zé)任進(jìn)行合理有效的評(píng)估和劃分，確定每臺(tái)變流器的失穩(wěn)責(zé)任，以保證并網(wǎng)新能源接入后電網(wǎng)的可靠和穩(wěn)定運(yùn)行。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供了一種能夠準(zhǔn)確、全面的進(jìn)行弱電網(wǎng)PCC處多變流器并列諧振失穩(wěn)責(zé)任評(píng)估方法。

發(fā)明內(nèi)容：為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種弱電網(wǎng)PCC處多變流器并列諧振失穩(wěn)責(zé)任評(píng)估方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1：載入系統(tǒng)初始參數(shù)，包括電網(wǎng)參數(shù)、主電路參數(shù)以及控制器參數(shù)；根據(jù)載入電網(wǎng)參數(shù)、主電路參數(shù)以及控制器參數(shù)，建立并列系統(tǒng)s域的兩端口全導(dǎo)納形式的諾頓等效電路；

步驟2：根據(jù)步驟1所述的全導(dǎo)納形式諾頓等效電路，得到弱電網(wǎng)PCC處全局導(dǎo)納s域表達(dá)式Y(jié)_total(s)：

式中，Y_g(s)為電網(wǎng)導(dǎo)納；Y_p(s)為無源器件等效導(dǎo)納；Y_k(s)為變流器電流環(huán)導(dǎo)納，k＝1，2，...N，N為系統(tǒng)并列變流器數(shù)量；Y_L(s)為負(fù)荷等效導(dǎo)納；

通過全局導(dǎo)納頻域分析時(shí)全局導(dǎo)納Y_total頻域增益虛部為零的所有頻次和對(duì)應(yīng)的實(shí)部值，得到電網(wǎng)PCC處所有諧振點(diǎn)信息，諧振點(diǎn)信息包括諧振點(diǎn)總數(shù)M、諧振點(diǎn)頻次h_x和諧振點(diǎn)阻尼因子R_x；其中，x表示諧振點(diǎn)的標(biāo)號(hào)，x＝1，2，...M；

步驟3：通過判斷所有諧振點(diǎn)阻尼因子R_x是否大于零，得出系統(tǒng)所有失穩(wěn)諧振點(diǎn)，并作為系統(tǒng)諧振失穩(wěn)判據(jù)；如果第x個(gè)諧振點(diǎn)的諧振點(diǎn)阻尼因子R_x≤0，該諧振點(diǎn)為失穩(wěn)諧振點(diǎn)；系統(tǒng)存在失穩(wěn)諧振點(diǎn)則諧振失穩(wěn)，反之系統(tǒng)穩(wěn)定；

步驟4：通過第k臺(tái)變流器電流環(huán)導(dǎo)納Y_k(s)在失穩(wěn)諧振點(diǎn)x的頻域增益實(shí)部值D_x,k和諧振點(diǎn)阻尼因子R_x，結(jié)合公式得出第k臺(tái)變流器對(duì)失穩(wěn)諧振點(diǎn)x的諧振失穩(wěn)責(zé)任因子CI_x,k％；

步驟5：根據(jù)第k臺(tái)變流器對(duì)所有失穩(wěn)諧振點(diǎn)的失穩(wěn)責(zé)任因子CI_x,k％及頻次高低權(quán)重A_x，結(jié)合公式得出第k臺(tái)變流器對(duì)系統(tǒng)諧振失穩(wěn)總定量責(zé)任因子CI_k％；其中，A_x為失穩(wěn)諧振點(diǎn)x對(duì)應(yīng)的頻次高低權(quán)重。

進(jìn)一步，所述步驟1中的電網(wǎng)參數(shù)包括變壓器阻抗和線路阻抗；主電路參數(shù)包括變流器濾波器電容容值、電感感值；控制器參數(shù)包括變流器電流環(huán)的開環(huán)支路增益和擾動(dòng)環(huán)支路增益。

進(jìn)一步，所述步驟1中的并列系統(tǒng)s域的兩端口全導(dǎo)納形式的諾頓等效電路，包括電網(wǎng)導(dǎo)納、無源器件等效導(dǎo)納、變流器電流環(huán)導(dǎo)納和負(fù)荷等效導(dǎo)納。

工作原理：本發(fā)明通過建立系統(tǒng)兩端口全導(dǎo)納形式諾頓等效電路，得出弱電網(wǎng)PCC處全局導(dǎo)納，再頻域分析得出系統(tǒng)所有諧振點(diǎn)信息；通過判斷所有諧振點(diǎn)阻尼因子R_x是否均大于零，得出所有失穩(wěn)諧振點(diǎn)；通過某臺(tái)變流器電流環(huán)導(dǎo)納在某頻次失穩(wěn)諧振點(diǎn)的頻域增益實(shí)部值D_x,k，得出該變流器對(duì)該頻次失穩(wěn)諧振點(diǎn)的定量責(zé)任因子CI_x,k％，并進(jìn)一步通過其在所有失穩(wěn)諧振點(diǎn)的責(zé)任因子CI_x,k％及頻次權(quán)重A_x，得出該臺(tái)變流器對(duì)系統(tǒng)諧振失穩(wěn)總定量責(zé)任因子CI_k％。根據(jù)得到的變流器對(duì)系統(tǒng)諧振失穩(wěn)總定量責(zé)任因子CI_k％判斷變流器并列諧振失穩(wěn)程度。

有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提出的針對(duì)弱電網(wǎng)PCC處多變流器并列諧振失穩(wěn)責(zé)任評(píng)估方法，具有如下優(yōu)勢(shì)：(1)基于全局導(dǎo)納分析的方法，易于得到全局導(dǎo)納諧振點(diǎn)阻尼值R_x，將每臺(tái)變流器對(duì)并列系統(tǒng)失穩(wěn)造成的影響量化，從而對(duì)并列系統(tǒng)中變流器帶來的諧振失穩(wěn)責(zé)任進(jìn)行合理有效的評(píng)估和劃分。(2)根據(jù)責(zé)任因子CI_x,k％和CI_k％，可以有效地看出單臺(tái)變流器對(duì)并列系統(tǒng)整體影響，進(jìn)一步量化得出單機(jī)影響并列系統(tǒng)穩(wěn)定性的個(gè)體，同時(shí)確保了系統(tǒng)始終處于穩(wěn)定的狀態(tài)下。本發(fā)明可用于評(píng)估每臺(tái)變流器對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，具有很好的可行性和實(shí)用價(jià)值。特別適用于變流器數(shù)量眾多、運(yùn)行參數(shù)不對(duì)稱場(chǎng)合，同時(shí)，為進(jìn)一步的治理明確了直接對(duì)象，提供了有效技術(shù)支撐，具有很好的實(shí)用性和可行性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提供的方法流程圖；

圖2為變流器電流環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖：(a)方框圖形式(b)導(dǎo)納形式；

圖3為并列系統(tǒng)全導(dǎo)納等效電路圖；

圖4為全局導(dǎo)納諧振頻次處諧振點(diǎn)阻尼值變化示意圖；

圖5為并列系統(tǒng)全局導(dǎo)納實(shí)部頻域特性和并列系統(tǒng)全局導(dǎo)納虛部頻域特性；

圖6為并列系統(tǒng)不同變流器并網(wǎng)電壓波形。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步解釋。

如圖1所示，本發(fā)明公開了一種弱電網(wǎng)PCC處多變流器并列諧振失穩(wěn)責(zé)任評(píng)估方法，具體包括以下步驟：

步驟1：載入系統(tǒng)初始參數(shù)，包括電網(wǎng)參數(shù)、主電路參數(shù)以及控制器參數(shù)；根據(jù)載入電網(wǎng)參數(shù)、主電路參數(shù)以及控制器參數(shù)，建立并列系統(tǒng)s域的兩端口全導(dǎo)納形式的諾頓等效電路；

步驟2：根據(jù)步驟1所述的全導(dǎo)納形式諾頓等效電路，得到弱電網(wǎng)PCC處全局導(dǎo)納s域表達(dá)式Y(jié)_total(s)：

式中，Y_g(s)為電網(wǎng)導(dǎo)納；Y_p(s)為無源器件等效導(dǎo)納；Y_k(s)為變流器電流環(huán)導(dǎo)納，k＝1，2，...N，N為系統(tǒng)并列變流器數(shù)量；Y_L(s)為負(fù)荷等效導(dǎo)納；

通過全局導(dǎo)納頻域分析時(shí)全局導(dǎo)納Y_total頻域增益虛部為零的所有頻次和對(duì)應(yīng)的實(shí)部值，得到電網(wǎng)PCC處所有諧振點(diǎn)信息，諧振點(diǎn)信息包括諧振點(diǎn)總數(shù)M、諧振點(diǎn)頻次h_x和諧振點(diǎn)阻尼因子R_x；其中，x表示諧振點(diǎn)的標(biāo)號(hào)，x＝1，2，...M；

步驟3：通過判斷所有諧振點(diǎn)阻尼因子R_x是否大于零，得出系統(tǒng)所有失穩(wěn)諧振點(diǎn)，并作為系統(tǒng)諧振失穩(wěn)判據(jù)，即如果第x個(gè)諧振點(diǎn)的諧振點(diǎn)阻尼因子R_x≤0，該諧振點(diǎn)為失穩(wěn)諧振點(diǎn)；系統(tǒng)存在失穩(wěn)諧振點(diǎn)則諧振失穩(wěn)，反之系統(tǒng)穩(wěn)定；

步驟4：通過第k臺(tái)變流器電流環(huán)導(dǎo)納Y_k(s)在失穩(wěn)諧振點(diǎn)x的頻域增益實(shí)部值D_x,k和諧振點(diǎn)阻尼因子R_x，結(jié)合公式得出第k臺(tái)變流器對(duì)失穩(wěn)諧振點(diǎn)x的諧振失穩(wěn)責(zé)任因子CI_x,k％；

步驟5：根據(jù)第k臺(tái)變流器對(duì)所有失穩(wěn)諧振點(diǎn)的失穩(wěn)責(zé)任因子CI_x,k％及頻次高低權(quán)重A_x，結(jié)合公式得出第k臺(tái)變流器對(duì)系統(tǒng)諧振失穩(wěn)總定量責(zé)任因子CI_k％；其中，A_x為失穩(wěn)諧振點(diǎn)x對(duì)應(yīng)的頻次高低權(quán)重；A_x由各諧振頻次對(duì)系統(tǒng)的污染程度決定。

其中，變流器k導(dǎo)納頻域特性在諧振頻次h_x處的實(shí)部阻尼值D_x,k和諧振點(diǎn)阻尼值R_x得到諧振頻次h_x的失穩(wěn)責(zé)任因子的絕對(duì)值大小來衡量變流器對(duì)失穩(wěn)的抑制或者加重效果。當(dāng)該臺(tái)變流器對(duì)第x個(gè)諧振點(diǎn)的諧振失穩(wěn)責(zé)任因子CI_x,k％為正時(shí)，絕對(duì)值越大，表明抑制失穩(wěn)效果越好。該臺(tái)變流器對(duì)第x個(gè)諧振點(diǎn)的諧振失穩(wěn)責(zé)任因子CI_x,k％中的負(fù)號(hào)表示該變流器對(duì)并列諧振點(diǎn)的失穩(wěn)趨勢(shì)有加重作用。當(dāng)該臺(tái)變流器對(duì)第x個(gè)諧振點(diǎn)的諧振失穩(wěn)責(zé)任因子CI_x,k％為負(fù)，表明它在諧振點(diǎn)產(chǎn)生的實(shí)部阻尼值與其它變流器產(chǎn)生的實(shí)部阻尼值是相反作用的，即在該頻次下，變流器對(duì)穩(wěn)定性有削弱作用。

變流器k對(duì)系統(tǒng)諧振失穩(wěn)總定量責(zé)任因子CI_k％的絕對(duì)值大小來衡量變流器對(duì)失穩(wěn)的抑制或者加重效果。該臺(tái)變流器對(duì)系統(tǒng)諧振失穩(wěn)總定量責(zé)任因子CI_k％為正時(shí)，絕對(duì)值越大，表明抑制失穩(wěn)效果越好。該臺(tái)變流器對(duì)系統(tǒng)諧振失穩(wěn)總定量責(zé)任因子CI_k％為負(fù)，表明它在對(duì)并列系統(tǒng)的總體失穩(wěn)趨勢(shì)有加重作用；反之，則對(duì)并列系統(tǒng)總體失穩(wěn)趨勢(shì)有抑制作用。

如圖2所示，變流器常用電流環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖2(a)為方框圖形式，圖2(b)為導(dǎo)納形式。變流器輸出電流表達(dá)式為其中，I^*(s)為電流指令值，E’(s)為PCC處電壓，I’(s)為導(dǎo)納支路電流，I”(s)為等效電流源，為可控電流源增益，為電流環(huán)導(dǎo)納傳遞函數(shù)的一般形式，可看出其包括三部分：F(s)、P(s)和G(s)P(s)，分別為電流環(huán)擾動(dòng)增益、電流環(huán)被控對(duì)象和電流環(huán)開環(huán)支路。從電路端口等效的角度，可視其為并接在電網(wǎng)PCC處的可控電流源I’和導(dǎo)納Y構(gòu)成的諾頓等效電路，如圖2(b)所示。

如圖3所示，并列系統(tǒng)全導(dǎo)納等效電路，其中的電流源電流值為各自的直流電壓外環(huán)輸出的基波有功指令電流，由于直流電壓外響應(yīng)速度慢而電流環(huán)響應(yīng)速度快，而且兩者相差非常大，故此處將直流電壓外環(huán)輸出的指令電流視為恒定值，即電流源為恒定輸出電流源。圖中Y_p表示并網(wǎng)端無源器件等效導(dǎo)納，Y_g表示電網(wǎng)導(dǎo)納，Y_k為第k臺(tái)并網(wǎng)系統(tǒng)變流器的電流環(huán)導(dǎo)納，其中，k＝1,2,3...N。

如圖4所示，上圖為全局導(dǎo)納實(shí)部頻域特性，下圖為全局導(dǎo)納虛部頻域特性。實(shí)線為Y_total對(duì)應(yīng)的全局導(dǎo)納實(shí)部頻域特性，虛線為Y’_total對(duì)應(yīng)的全局導(dǎo)納實(shí)部頻域特性。在全局導(dǎo)納虛部頻域特性過零處為諧振頻次，對(duì)應(yīng)全局導(dǎo)納實(shí)部頻域特性的諧振點(diǎn)阻尼因子R_x。實(shí)線Y_total在諧振頻次出現(xiàn)R_x小于零的情況，呈現(xiàn)負(fù)阻性，說明了系統(tǒng)失穩(wěn)。虛線Y’_total在諧振頻次對(duì)應(yīng)的R_x大于零，呈現(xiàn)正阻性，說明了系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)。

如圖5所示，上圖為并列系統(tǒng)全局導(dǎo)納實(shí)部頻域特性、變流器N1導(dǎo)納實(shí)部頻域特性和變流器N2導(dǎo)納實(shí)部頻域特性，對(duì)應(yīng)線型分別為實(shí)線、虛線、點(diǎn)劃線。下圖為并列系統(tǒng)全局導(dǎo)納虛部頻域特性，過零處代表諧振頻次，對(duì)應(yīng)上圖全局導(dǎo)納實(shí)部頻域特性的諧振點(diǎn)阻尼值R_x。實(shí)線與虛線的交點(diǎn)代表變流器N1導(dǎo)納頻域特性在諧振點(diǎn)頻次h_x處的實(shí)部阻尼值D_x,1，實(shí)線與點(diǎn)劃線的交點(diǎn)代表變流器N2導(dǎo)納頻域特性在頻次h_x處的實(shí)部阻尼值D_x,2，由下圖實(shí)部曲線可知存在一個(gè)諧振點(diǎn)。

對(duì)變流器N1，在該諧振點(diǎn)處：

對(duì)變流器N2，在諧振點(diǎn)處：

如圖6所示，上圖為不同變流器N1、N2分別并網(wǎng)電壓時(shí)域波形。最上為變流器N1、N2同時(shí)并網(wǎng)的電壓波形，失穩(wěn)情況最嚴(yán)重；第二圖為變流器N1單獨(dú)并網(wǎng)的電壓波形，存在一定的失穩(wěn)；最下圖為變流器N2并網(wǎng)的電壓波形，不存在失穩(wěn)的情況。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。