基于二阶模态灵敏度的光伏并网环流谐振分析方法和系统与流程

本发明属于光伏并网系统谐振分析，涉及基于二阶模态灵敏度的光伏并网环流谐振分析方法和系统。

背景技术：

1、随着我国分布式光伏规模持续增长，分布式光伏并网和局部消纳形势日趋严峻。分布式光伏并网逆变器作为光伏与电网间的重要能量转换单元，常采用多台并联的方式连接到公共连接点，当各逆变器并网参数不完全相同或载波相位不同步时，会出现环流谐振现象，为光伏并网系统安全稳定运行带来挑战。

2、在并网逆变器多机并网系统中，由于各逆变器并网参数不同步以及电网阻抗的存在，各台并网逆变器输出电流不完全馈入电网，还会存在一部分在并网逆变器之间的环流分量，可能会引发导致并网系统不稳定的环流谐振。通过识别和追溯引发环流谐振的关键元件，对谐振抑制具有指导作用。

3、目前光伏并网系统的谐振分析领域主要有阻抗频率扫描法和模态分析法这两类方法，主要针对的是并网逆变器与电网之间的谐振问题，所提出的解决方案是保证pcc电压和并网电流稳定性的方案，而并网逆变器之间的环流谐振问题往往被忽略。因此，针对多光伏逆变器并网系统，亟需提出一种能够用于获取逆变器环流谐振信息的分析方法，以更好地刻画环流谐振特性，为光伏并网系统电能质量提升、光伏电站拓扑优化提供指导。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的不足，本发明提供基于二阶模态灵敏度的光伏并网环流谐振分析方法和系统，能够准确地获取系统环流谐振频率，各节点参与程度、环流谐振最高可激励节点和最佳可观测节点信息、各元件参数对环流谐振的灵敏度、以及如何调节系统元件参数能更好地实现环流谐振抑制。可细化环流谐振分析的颗粒度、提高环流谐振分析效率，为环流谐振抑制提供依据，指导光伏电站设备选型和拓扑设计。

2、本发明采用如下的技术方案。

3、基于二阶模态灵敏度的光伏并网环流谐振分析方法，实现环流谐振频率检测、最佳可观测节点、最佳可激励节点和环流谐振中心确定、环流谐振元件参与度评估以及基于元件参数调整百分比临界因子的环流谐振抑制关键元件确定，所述方法包括以下步骤：

4、步骤1、基于光伏并网逆变系统的参数以及各逆变器输出导纳，建立光伏并网逆变系统的网络节点导纳矩阵；

5、步骤2、分解网络节点导纳矩阵特征，得到特征值、左、右特征向量，根据特征值寻找预设频率范围内节点导纳矩阵为奇异矩阵时所对应的频率，为环流谐振频率，实现环流谐振频率检测；

6、步骤3、根据环流谐振频率下的左、右特征向量确定环流谐振最佳可观测节点与最佳可激励节点，并得到各节点环流谐振参与因子，通过比较各节点环流谐振参与因子确定环流谐振中心点；

7、步骤4、基于环流谐振频率下的左、右特征向量分别得到特征值幅值对于网络中并联元件与对于串联元件的环流谐振一阶模态灵敏度并进行标准化处理；

8、步骤5、根据标准化后的一阶模态灵敏度得到并联元件与串联元件的二阶模态灵敏度以反映一阶模态灵敏度随元件参数的变化趋势，并对二阶模态灵敏度进行标准化处理；

9、步骤6、通过比较标准化后的一阶模态灵敏度和二阶模态灵敏度进行环流谐振元件参与度评估，并计算元件参数调整百分比临界因子，将其与元件参数调节量对比，以选取环流谐振抑制效果最好的元件作为环流谐振抑制关键元件，进行环流谐振抑制。

10、优选地，步骤1中，根据各逆变器输出导纳与系统参数，构建网络节点导纳矩阵yn+1：

11、

12、其中，n为并联逆变器个数；

13、yeqn、yg、yfi分别表示第n个并网逆变器的等效输出导纳，电网等效导纳，逆变器i到并网点等效线路导纳。

14、优选地，步骤2中，对网络节点导纳矩阵yn+1进行特征值分解：

15、yn+1＝lλt

16、其中，λ＝diag(λ1,λ2,…λm，…)表示特征值对角矩阵；

17、l＝[l1,l2,…,lm,…]与t＝[t1,t2,…,tm,…]t分别为左、右特征向量矩阵，且满足l＝t-1，下标m表示第m个环流谐振模态，最小特征值对应的模态为关键模态；

18、λm、lm、tm分别表示节点导纳矩阵yn+1的第m个特征值，第m个模态的左特征向量，第m个模态的右特征向量；

19、定义u＝tv，j＝ti，可得：

20、

21、矩阵形式为：

22、u＝λ-1j

23、式中：u和j分别表示模态电压向量和模态电流向量，λ-1表示模态阻抗；

24、由上式可得，当λm值较小时，u中元素容易出现极大值，进而出现环流谐振现象。

25、优选地，步骤2中，计算预设频率范围内模态阻抗，选取模态阻抗处于极大值时对应的频率为环流谐振频率。

26、优选地，步骤3中，环流谐振频率对应的左特征向量各元素反映各母线对环流谐振的可观测性，右特征向量各元素反映各节点注入电流后对环流谐振的可激励性；

27、对于环流谐振模态m而言，其对应的左特征向量元素中最大值对应的节点为最佳可观测节点，其对应的右特征向量元素中最大值对应的节点最佳可激励节点；

28、根据左特征向量矩阵与右特征向量矩阵中元素，得到由环流谐振参与因子组成的指标v，通过比较得到具有最大参与因子的节点为环流谐振中心点；

29、其中，指标v为：

30、

31、指标v矩阵中的对角元素lnmtmn为节点n的对环流谐振模态m的参与因子；

32、lnm、tmn、in分别表示节点n对于谐振模态m的可观测度，节点n对于谐振模态m的可激励度，节点n注入电流。

33、优选地，步骤4具体包括：

34、步骤41、基于环流谐振频率对应的左、右特征向量得到特征值λm对导纳矩阵yn+1中元素yij的灵敏度为：

35、

36、其中，tmi为右特征向量矩阵第m行第i个元素；

37、ljm左特征向量矩阵第m列的第j个元素；

38、进一步获得特征值λm的灵敏度矩阵sm；

39、步骤42、将灵敏度矩阵sm中第b行与第b列元sm,bb以及特征值λm的实部虚部进行分解得到：

40、

41、其中，sr、si分别表示灵敏度矩阵sm中第b行与第b列元sm,bb的实部和虚部；

42、λr、λi分别表示特征值λm的实部和虚部；

43、步骤43、基于步骤42的分解结果，得到：

44、特征值幅值|λm|对于网络中节点b处并联元件ysh＝g+jb的一阶模态灵敏度为：

45、

46、特征值幅值|λm|对于节点i与节点j之间的串联元件zsh＝r+jx的一阶模态灵敏度为：

47、

48、其中，g、b分别为电导与电纳；r、x分别为电阻与电抗；

49、步骤44、将步骤43得到的一阶模态灵敏度进行如下标准化处理：

50、

51、其中，α表示网络元件参数，可选为g、b、r、x中的任一种。

52、优选地，步骤5具体包括：

53、步骤51、根据标准化后的一阶模态灵敏度σα随元件参数α变化的偏导数定义元件模态二阶灵敏度σ’α：

54、

55、其中，σ’α为元件模态二阶灵敏度；

56、步骤52、基于步骤51的定义计算得到：

57、串联电抗模态二阶灵敏度：

58、

59、式中：并联电纳模态二阶灵敏度：

60、

61、并联点导模态二阶灵敏度：

62、

63、其中，g、b分别为电导与电纳；r、x分别为电阻与电抗；

64、sr、si分别表示灵敏度矩阵sm中第b行与第b列元sm,bb的实部和虚部；λr、λi分别表示特征值λm的实部和虚部；

65、步骤53、对步骤52得到的元件二阶模态灵敏度进行如下标准化处理：

66、

67、其中，α表示网络元件参数，可选为g、b、r、x中的任一种。

68、优选地，步骤6中，对于网络中的元件a和b，在|σa|＞|σb|且σa'＞σb'

69、时，对于环流谐振而言元件a是更为灵敏的元件，即元件a为环流谐振关键元件，选择调节该元件参数以抑制环流谐振。

70、对于网络中的元件a和b，在满足|σa|＞|σb|时，若σa'＜σb'，则表示在元件参数调整过程中，会出现|σa|＜|σb|的情况，无法直接判断调节哪一元件参数可以更好抑制换流谐振，因此，定义元件参数调整百分比临界因子σcritical用于指导元件参数调节量一致时，调节哪一元件可更好抑制环流谐振，具体过程如下，确定元件参数调节量|δα|，将σcritical与|δα|进行比较：

71、如果|δα|≤σcritical，则元件a为环流谐振关键元件，选择调节该元件参数以抑制环流谐振；

72、如果|δα|＞σcritical，则元件b为环流谐振关键元件，选择调节该元件参数以抑制环流谐振。

73、优选地，元件参数调整百分比临界因子σcritical计算公式为：

74、

75、式中：

76、λm为特征值；

77、σa、σb为元件a和b的标准化后的一阶模态灵敏度；

78、σa'、σb'为元件a和b的标准化后的二阶模态灵敏度。

79、基于二阶模态灵敏度的光伏并网环流谐振分析系统，包括：

80、导纳矩阵构建模块，用于基于光伏并网逆变系统的参数以及各逆变器输出导纳，建立光伏并网逆变系统的网络节点导纳矩阵；

81、环流谐振频率检测模块，用于分解网络节点导纳矩阵特征，得到特征值、左、右特征向量，根据特征值寻找预设频率范围内节点导纳矩阵为奇异矩阵时所对应的频率，为环流谐振频率，实现环流谐振频率检测；

82、环流谐振中心点确定模块，用于根据环流谐振频率下的左、右特征向量确定环流谐振最佳可观测节点与最佳可激励节点，并得到各节点环流谐振参与因子，通过比较各节点环流谐振参与因子确定环流谐振中心点；

83、一阶模态灵敏度计算模块，用于基于环流谐振频率下的左、右特征向量分别得到特征值幅值对于网络中并联元件与对于串联元件的环流谐振一阶模态灵敏度并进行标准化处理；

84、二阶模态灵敏度计算模块，用于根据一阶模态灵敏度得到并联元件与串联元件的二阶模态灵敏度以反映一阶模态灵敏度随元件参数的变化趋势，并对二阶模态灵敏度进行标准化处理；

85、环流谐振元件参与度评估模块，用于通过比较标准化后的一阶模态灵敏度和二阶模态灵敏度进行环流谐振元件参与度评估，并计算元件参数调整百分比临界因子，将其与元件参数调节量对比，以选取环流谐振抑制效果最好的元件作为环流谐振抑制关键元件，进行环流谐振抑制。

86、一种终端，包括处理器及存储介质；所述存储介质用于存储指令；

87、所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行所述方法的步骤。

88、计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现所述方法的步骤。

89、本发明的有益效果在于，与现有技术相比：

90、本发明可实现环流谐振频率确定、环流谐振最高可激励节点和最佳可观测节点确定、各网络元件对环流谐振的灵敏度、各网络元件二阶模态灵敏度确定、以及环流谐振元件参与度评估等分析。

91、基于光伏并网逆变器参数以及控制模型推导多光伏并网逆变系统输出导纳，构建多光伏并网逆变器并网系统节点导纳矩阵，在多逆变器系统参数不一致、控制方法不同时亦可适用；

92、对构建的节点导纳矩阵进行特征分解，得到特征值、左、右特征向量，根据特征值寻找预设频率范围内节点导纳矩阵为奇异矩阵时所对应的频率，确定环流谐振频率，实现环流谐振频率检测；根据环流谐振频率下的左、右特征向量确定环流谐振最佳可观测节点与最佳可激励节点，并得到各节点环流谐振参与因子，通过比较各节点环流谐振参与因子确定环流谐振中心点；可确定引起环流谐振的关键逆变器节点以及环流谐振影响范围。

93、基于环流谐振频率对应的左、右特征向量分别确定最佳可观测节点与最佳可激励节点，并得到特征值幅值对于网络中并联元件与对于串联元件的环流谐振一阶模态灵敏度并进行标准化处理；反应当前网络参数情况下各网络元件对环流谐振的参与程度；可确定到环流谐振模态起关键作用的网络元件，以及其对环流谐振幅值的影响效果。

94、根据标准化后的一阶模态灵敏度得到并联元件与串联元件的二阶模态灵敏度以反映一阶模态灵敏度随元件参数的变化趋势，并对二阶模态灵敏度进行标准化处理；反应一阶模态灵敏度随网络元件参数调整的变化趋势；通过比较标准化后的一阶模态灵敏度和二阶模态灵敏度进行环流谐振元件参与度评估，以选取环流谐振关键元件进行环流谐振抑制。还定义了网络元件参数调整临界因子，可以确定不同元件参数调整量下调整哪一网络元件可更好地抑制环流谐振，指导多逆变系统环流谐振抑制与参数设计。本发明可对多光伏逆变器并网系统，该系统可由完全相同的逆变器组成也可由具有不同参数、采用不同控制策略的逆变器组成，进行全面的环流谐振情况分析，细化环流谐振分析的颗粒度、提高环流谐振分析效率，为环流谐振抑制提供依据，指导光伏电站设备选型和拓扑设计。