弱电网PCC处多变流器并列谐振失稳责任评估方法与流程

本发明属于电力系统领域，特别涉及一种弱电网PCC(公共连接点，下文简称PCC)处多变流器并列谐振失稳责任评估方法。

背景技术：

目前，大规模开发利用可再生能源的主要途径是基于可再生能源的分布式发电。其中，并网变流器是实现分布式能源能量变换的关键环节，负责将可再生能源输出的能量转换为电网可接受的交流电能。受功率器件容量等因素的限制，大型光伏电站或风电场的并网变流器常采用模块化并联设计思路。

多变流器并联设计思路促进了分布式发电技术的快速发展，但也产生了一些新的问题：独立稳定工作的多台并网变流器，并联后可能出现不稳定现象，甚至出现谐振现象，造成并网电流会畸变严重。

针对谐振问题的监测，主要方法是基于阻抗比的谐振判据。此类方法的局限性在于：(1)认为并列单元总输出电流稳定性即整个并列系统的稳定性，不能体现出决定并列系统各部分稳定性的本质原因；(2)阻抗比是两个传递函数的比值，当变流器数量众多、运行参数不对称时，其频域特性很不容易得到，因此很难定性分析出谐振。

因此应对新的谐振污染，需要对并列系统中变流器带来的谐振失稳责任进行合理有效的评估和划分，确定每台变流器的失稳责任，以保证并网新能源接入后电网的可靠和稳定运行。

技术实现要素：

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供了一种能够准确、全面的进行弱电网PCC处多变流器并列谐振失稳责任评估方法。

发明内容：为解决上述技术问题，本发明提出一种弱电网PCC处多变流器并列谐振失稳责任评估方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：载入系统初始参数，包括电网参数、主电路参数以及控制器参数；根据载入电网参数、主电路参数以及控制器参数，建立并列系统s域的两端口全导纳形式的诺顿等效电路；

步骤2：根据步骤1所述的全导纳形式诺顿等效电路，得到弱电网PCC处全局导纳s域表达式Y_total(s)：

式中，Y_g(s)为电网导纳；Y_p(s)为无源器件等效导纳；Y_k(s)为变流器电流环导纳，k＝1，2，...N，N为系统并列变流器数量；Y_L(s)为负荷等效导纳；

通过全局导纳频域分析时全局导纳Y_total频域增益虚部为零的所有频次和对应的实部值，得到电网PCC处所有谐振点信息，谐振点信息包括谐振点总数M、谐振点频次h_x和谐振点阻尼因子R_x；其中，x表示谐振点的标号，x＝1，2，...M；

步骤3：通过判断所有谐振点阻尼因子R_x是否大于零，得出系统所有失稳谐振点，并作为系统谐振失稳判据；如果第x个谐振点的谐振点阻尼因子R_x≤0，该谐振点为失稳谐振点；系统存在失稳谐振点则谐振失稳，反之系统稳定；

步骤4：通过第k台变流器电流环导纳Y_k(s)在失稳谐振点x的频域增益实部值D_x,k和谐振点阻尼因子R_x，结合公式得出第k台变流器对失稳谐振点x的谐振失稳责任因子CI_x,k％；

步骤5：根据第k台变流器对所有失稳谐振点的失稳责任因子CI_x,k％及频次高低权重A_x，结合公式得出第k台变流器对系统谐振失稳总定量责任因子CI_k％；其中，A_x为失稳谐振点x对应的频次高低权重。

进一步，所述步骤1中的电网参数包括变压器阻抗和线路阻抗；主电路参数包括变流器滤波器电容容值、电感感值；控制器参数包括变流器电流环的开环支路增益和扰动环支路增益。

进一步，所述步骤1中的并列系统s域的两端口全导纳形式的诺顿等效电路，包括电网导纳、无源器件等效导纳、变流器电流环导纳和负荷等效导纳。

工作原理：本发明通过建立系统两端口全导纳形式诺顿等效电路，得出弱电网PCC处全局导纳，再频域分析得出系统所有谐振点信息；通过判断所有谐振点阻尼因子R_x是否均大于零，得出所有失稳谐振点；通过某台变流器电流环导纳在某频次失稳谐振点的频域增益实部值D_x,k，得出该变流器对该频次失稳谐振点的定量责任因子CI_x,k％，并进一步通过其在所有失稳谐振点的责任因子CI_x,k％及频次权重A_x，得出该台变流器对系统谐振失稳总定量责任因子CI_k％。根据得到的变流器对系统谐振失稳总定量责任因子CI_k％判断变流器并列谐振失稳程度。

有益效果：与现有技术相比，本发明提出的针对弱电网PCC处多变流器并列谐振失稳责任评估方法，具有如下优势：(1)基于全局导纳分析的方法，易于得到全局导纳谐振点阻尼值R_x，将每台变流器对并列系统失稳造成的影响量化，从而对并列系统中变流器带来的谐振失稳责任进行合理有效的评估和划分。(2)根据责任因子CI_x,k％和CI_k％，可以有效地看出单台变流器对并列系统整体影响，进一步量化得出单机影响并列系统稳定性的个体，同时确保了系统始终处于稳定的状态下。本发明可用于评估每台变流器对系统稳定性的影响，具有很好的可行性和实用价值。特别适用于变流器数量众多、运行参数不对称场合，同时，为进一步的治理明确了直接对象，提供了有效技术支撑，具有很好的实用性和可行性。

附图说明

图1为本发明提供的方法流程图；

图2为变流器电流环结构示意图：(a)方框图形式(b)导纳形式；

图3为并列系统全导纳等效电路图；

图4为全局导纳谐振频次处谐振点阻尼值变化示意图；

图5为并列系统全局导纳实部频域特性和并列系统全局导纳虚部频域特性；

图6为并列系统不同变流器并网电压波形。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步解释。

如图1所示，本发明公开了一种弱电网PCC处多变流器并列谐振失稳责任评估方法，具体包括以下步骤：

步骤1：载入系统初始参数，包括电网参数、主电路参数以及控制器参数；根据载入电网参数、主电路参数以及控制器参数，建立并列系统s域的两端口全导纳形式的诺顿等效电路；

步骤2：根据步骤1所述的全导纳形式诺顿等效电路，得到弱电网PCC处全局导纳s域表达式Y_total(s)：

式中，Y_g(s)为电网导纳；Y_p(s)为无源器件等效导纳；Y_k(s)为变流器电流环导纳，k＝1，2，...N，N为系统并列变流器数量；Y_L(s)为负荷等效导纳；

通过全局导纳频域分析时全局导纳Y_total频域增益虚部为零的所有频次和对应的实部值，得到电网PCC处所有谐振点信息，谐振点信息包括谐振点总数M、谐振点频次h_x和谐振点阻尼因子R_x；其中，x表示谐振点的标号，x＝1，2，...M；

步骤3：通过判断所有谐振点阻尼因子R_x是否大于零，得出系统所有失稳谐振点，并作为系统谐振失稳判据，即如果第x个谐振点的谐振点阻尼因子R_x≤0，该谐振点为失稳谐振点；系统存在失稳谐振点则谐振失稳，反之系统稳定；

步骤4：通过第k台变流器电流环导纳Y_k(s)在失稳谐振点x的频域增益实部值D_x,k和谐振点阻尼因子R_x，结合公式得出第k台变流器对失稳谐振点x的谐振失稳责任因子CI_x,k％；

步骤5：根据第k台变流器对所有失稳谐振点的失稳责任因子CI_x,k％及频次高低权重A_x，结合公式得出第k台变流器对系统谐振失稳总定量责任因子CI_k％；其中，A_x为失稳谐振点x对应的频次高低权重；A_x由各谐振频次对系统的污染程度决定。

其中，变流器k导纳频域特性在谐振频次h_x处的实部阻尼值D_x,k和谐振点阻尼值R_x得到谐振频次h_x的失稳责任因子的绝对值大小来衡量变流器对失稳的抑制或者加重效果。当该台变流器对第x个谐振点的谐振失稳责任因子CI_x,k％为正时，绝对值越大，表明抑制失稳效果越好。该台变流器对第x个谐振点的谐振失稳责任因子CI_x,k％中的负号表示该变流器对并列谐振点的失稳趋势有加重作用。当该台变流器对第x个谐振点的谐振失稳责任因子CI_x,k％为负，表明它在谐振点产生的实部阻尼值与其它变流器产生的实部阻尼值是相反作用的，即在该频次下，变流器对稳定性有削弱作用。

变流器k对系统谐振失稳总定量责任因子CI_k％的绝对值大小来衡量变流器对失稳的抑制或者加重效果。该台变流器对系统谐振失稳总定量责任因子CI_k％为正时，绝对值越大，表明抑制失稳效果越好。该台变流器对系统谐振失稳总定量责任因子CI_k％为负，表明它在对并列系统的总体失稳趋势有加重作用；反之，则对并列系统总体失稳趋势有抑制作用。

如图2所示，变流器常用电流环结构示意图，其中图2(a)为方框图形式，图2(b)为导纳形式。变流器输出电流表达式为其中，I^*(s)为电流指令值，E’(s)为PCC处电压，I’(s)为导纳支路电流，I”(s)为等效电流源，为可控电流源增益，为电流环导纳传递函数的一般形式，可看出其包括三部分：F(s)、P(s)和G(s)P(s)，分别为电流环扰动增益、电流环被控对象和电流环开环支路。从电路端口等效的角度，可视其为并接在电网PCC处的可控电流源I’和导纳Y构成的诺顿等效电路，如图2(b)所示。

如图3所示，并列系统全导纳等效电路，其中的电流源电流值为各自的直流电压外环输出的基波有功指令电流，由于直流电压外响应速度慢而电流环响应速度快，而且两者相差非常大，故此处将直流电压外环输出的指令电流视为恒定值，即电流源为恒定输出电流源。图中Y_p表示并网端无源器件等效导纳，Y_g表示电网导纳，Y_k为第k台并网系统变流器的电流环导纳，其中，k＝1,2,3...N。

如图4所示，上图为全局导纳实部频域特性，下图为全局导纳虚部频域特性。实线为Y_total对应的全局导纳实部频域特性，虚线为Y’_total对应的全局导纳实部频域特性。在全局导纳虚部频域特性过零处为谐振频次，对应全局导纳实部频域特性的谐振点阻尼因子R_x。实线Y_total在谐振频次出现R_x小于零的情况，呈现负阻性，说明了系统失稳。虚线Y’_total在谐振频次对应的R_x大于零，呈现正阻性，说明了系统处于稳定状态。

如图5所示，上图为并列系统全局导纳实部频域特性、变流器N1导纳实部频域特性和变流器N2导纳实部频域特性，对应线型分别为实线、虚线、点划线。下图为并列系统全局导纳虚部频域特性，过零处代表谐振频次，对应上图全局导纳实部频域特性的谐振点阻尼值R_x。实线与虚线的交点代表变流器N1导纳频域特性在谐振点频次h_x处的实部阻尼值D_x,1，实线与点划线的交点代表变流器N2导纳频域特性在频次h_x处的实部阻尼值D_x,2，由下图实部曲线可知存在一个谐振点。

对变流器N1，在该谐振点处：

对变流器N2，在谐振点处：

如图6所示，上图为不同变流器N1、N2分别并网电压时域波形。最上为变流器N1、N2同时并网的电压波形，失稳情况最严重；第二图为变流器N1单独并网的电压波形，存在一定的失稳；最下图为变流器N2并网的电压波形，不存在失稳的情况。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。