一种多风机并网谐振分析方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及谐振分析技术领域，具体为一种多风机并网谐振分析方法。
【背景技术】
[0002] 随着能源危机日益严重，风电、光伏等新能源得到广泛关注和应用，分布式电源在 提供清洁高效能源的同时，也给电网的安全稳定和电能质量带来较大影响[1]。风电机组 等分布式发电中的电力电子等非线性设备产生较大的谐波电流注入电网，降低电网电能质 量。为降低并网电流的谐波崎变率，现有分布式电源（distributed generator, DG)多采 用含有1XL滤波器的并网逆变器。1XL为S阶系统，容易产生谐振问题，且各逆变器之间没 有变压器隔离，多逆变器间会相互关联和禪合，形成了复杂的高阶网络巧]，极可能导致多 逆变器并联系统出现谐振问题。若谐振频率与电网背景谐波频率相近，引起谐振过电流，不 仅危害电能质量，还可能烧毁1XL滤波器元件，严重时造成风电机组脱网。因此，研究多逆 变器并网谐振问题原理和抑制措施具有重要意义。实际电网中，风电场通过电缆向电网供 电，而电缆具有较大的对地电容，其会导致系统出现复杂谐振；不同风速下，风机输出功率 不同，其会影响系统阻巧，进而影响谐振点阻抗值。但是现有的分析方法未考虑输电电缆对 谐振变化的影响，如参考文献[4]，也没有考虑风机输出功率不同引起的谐振变化，如参考 文献巧][4]，及未考虑负荷阻抗与风机功率的关系，如参考文献[6]，从而无法做到准确分 析。
[0003] 参考文献
[0004] 山曾正，赵荣祥，汤胜清，等.可再生能源分散接入用先进并网逆变器研究综述 [J].中国电机工程学报，2013, 33(24) ; 1-12。
[000引 凹杨新法，苏剑，吕志鹏，等.微电网技术综述[J].中国电机工程学报，2014， 34(1) ；57-70〇
[0006] 閒张兴，余畅舟，刘芳，等.光伏并网多逆变器并联建模及谐振分析[J].中国电 机工程学报，2014，：34(3) ;336-345。
[0007] [4]许德志，汪飞，毛华龙，等.多并网逆变器与电网的谐波交互建模与分析[J]. 中国电机工程学报，2013, 33(12) ;64-71。
[000引 閒胡伟，孙建军，马谦，等.多逆变器并网系统谐振特性分析[J].电力自动化设 备，2014，：34(7) ;93-98。
[0009] [6]曾正，赵荣祥，吕志鹏，等.光伏并网逆变器的阻抗重塑与谐波谐振抑制[J]. 中国电机工程学报，2014, 34 (27) ;4547-4558。
【发明内容】
[0010] 针对上述问题，本发明的目的在于提供一种计入电缆和风电输出功率的影响，所 提供的系统模型更符合实际情况的一种多风机并网谐振分析方法。技术方案如下：
[0011] 一种多风机并网谐振分析方法，包括
[0012] a)建立逆变器输出阻抗模型和风电场并网的等效模型，计算单台逆变器输出阻抗 Z〇;
[0013] b)根据谐波状态下电缆分布特性，建立输电电缆等值模型，具体为计入电缆电容 的n型等值电路单元，计算电缆输入阻抗Ztab_g;
[0014] 考虑导体的集肤效应，计算输电电缆单位等效电阻r :
[0015]
【主权项】
1. 一种多风机并网谐振分析方法，其特征在于，包括 a) 建立逆变器输出阻抗模型和风电场并网的等效模型，计算单台逆变器输出阻抗Zq; b) 根据谐波状态下电缆分布特性，建立输电电缆等值模型，具体为计入电缆电容的π 型等值电路单元，计算电缆输入阻抗ZMb_g: 考虑导体的集肤效应，计算输电电缆单位等效电阻r :
其中，^为工频频率f /倩况下的等效电阻；s为复频率，s = j2 π fh，f为基波频率； h为谐波次数； 线路的传播常数γ为：
具中，L为母个π型等值电峪早兀的等效电感，g为每个π型等值电路单元的等效电 导，C为每个JT型等值电路单元的等效电容，z和y分别为每个π型等值电路单元的等效 阻抗和导纳； 计算线路的波阻抗Zn:
则电缆输入阻抗zMb_gS:
其中，V1为电缆的端电压，I i为流过电缆的电流，Z g为电网侧等效阻抗，Z Mb_g为计入Z g 的电缆输入阻抗，当Zg= O时，Z rab_g= Z ctanh(y I)，1为JT型等值电路单元的个数； c) 建立风机功率模型，计算PCC点负荷等效阻抗Zy d) 建立计入电缆和风机输出功率的多风机并网模型，计算电网侧的输入阻抗Zin和分 布式风电网络的等效输出阻抗Z tjsum: 将风机输出功率在PCC点的负荷等效阻抗&和电网侧等效阻抗Z g并联后做为本模型 的电网侧阻抗zg11 Zy将电缆输入阻抗zMb_g中的z 8由z g11 替，可得到电缆端口处的电 网侧的输入阻抗Zin:
其中，11为并联符号，
假设每台逆变器输出阻抗均为4，各逆变器间线路阻抗均为zb，则第i台逆变器的导纳 为：
其中，Yii为节点i的自导纳；Y U为节点i与节点j的互导纳；m为逆变器数量，即风机 台数； 多风机并网模型网络的mXm阶导纳矩阵I为：
由公式（14)可得分布式风电网络的等效输出阻抗&_为 其中，G1表示矩阵Ytj的逆矩阵； e)计算该分布式风电并网系统的总阻抗Zsum: Zsum - Z in+Z〇sum〇
2. 根据权利要求1所述的一种多风机并网谐振分析方法，其特征在于，所述逆变器输 出阻抗模型由VT1-VT6组成的六脉动逆变器连接由LU L2、C2组成LCL滤波器以及串联电 阻R构成；所述单台逆变器输出阻抗心的计算方法包括： 根据所述逆变器输出阻抗模型，由梅森定理可推导得到单台逆变器输出阻抗
其中，逆变器侧电感L1的阻抗Zu= sL1;电网侧电感L2的阻抗Zu= sL2;滤波器电容 C的阻抗Z。= IAsC) ;ZK为串联电阻R的阻抗，考虑电阻的集肤效应，则脉宽调 制逆变桥线性增益Ginv= U dc/U"，Ud。为直流输入电压，Uan为三角载波幅值；比例积分控制 传递函数Gig= Kp+KI/s，KpSPI调节器的比例控制系数，KI为PI调节器的比例积分控制 系数；比例控制传递函数A。= K，K为P调节器的比例控制系数。
3. 根据权利要求1或2所述的一种多风机并网谐振分析方法，其特征在于，所述PCC点 负荷等效阻抗4的计算方法包括： 当风机输出功率低于PCC点负荷水平，由负荷吸收的有功功率1\和感性无功功率 等效计算得到；当风机输出功率高于PCC点负荷水平时，PCC点消纳功率为风场输出的功 率，即：
其中，Pp。。为PCC点消纳有功功率;P PCC点处负荷吸收的有功功率；P _为风场向 PCC点输送的功率，即风场输出功率；PCC点消纳的无功功率Qp。。与负荷吸收的无功功率 相等，由电网提供，即 Qpcc - Q L 用CIGRE模型计算负荷阻抗，对应h次谐波各参数分别为：
其中，Up。。为pcc点电压；Rh为等效电阻；Xsh为与等效电阻R h串联的等效感抗；Xp为与 Rh和Xsh并联的等效电感。
【专利摘要】本发明公开一种多风机并网谐振分析方法，从逆变器输出阻抗模型出发，建立风电场并网的等效模型；然后根据谐波状态下电缆分布特性建立电缆等值模型，并根据PCC点消纳功率与风机输出功率的关系，建立风机输出功率在PCC点的等效阻抗，得出分布式风电并网系统的总阻抗。本发明通过建立计入电缆和风机输出功率的分布式风电并网系统模型来计算总阻抗，该系统模型更符合实际情况，对于准确分析系统中存在的谐振问题更加具有应用价值和实际意义。
【IPC分类】H02J3-38, H02J3-24
【公开号】CN104638678
【申请号】CN201510114905
【发明人】王金浩, 徐龙, 王康宁, 仇汴, 宋述勇, 吴玉龙, 杜慧杰, 杨超颖, 李胜文, 李慧蓬, 肖莹, 张敏, 韩斐
【申请人】国网山西省电力公司电力科学研究院
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2015年3月16日