直流配电网的振荡抑制方法和装置与流程

本发明涉及直流配电网技术领域，特别是涉及一种直流配电网的振荡抑制方法和装置。

背景技术：

在直流配电网中，大多数设备是通过dc/dc变换器或者ac/dc变换器实现与直流母线的电连接，因此直流母线上不仅具有直流分量，而且由于受电力电子器件的开关特性和负载特性等的影响，使得直流母线上不可避免的存在一定的谐波分量，这样直流母线的寄生电感和寄生电容在一定条件下就有了谐振的可能。同时，直流配电网中往往存在多台dc/dc变换器或者ac/dc变换器，并且不同变换器由于受其功率等级、拓扑结构以及控制参数等因素的影响，其阻抗特性以及向直流母线注入的振荡也不同，当变换器的振荡频率与直流母线上的固有振荡频率一致时，直流母线就会发生振荡，从而导致直流配电网发生故障，因此需要对直流母线的振荡进行抑制。

相关技术中，主要通过以下方式对直流配电网的振荡进行抑制：

1)基于加装无源阻尼的方法，例如，在变换器的滤波元件上串联或者并联电阻，且保持变换器的控制策略不变，以实现抑制系统振荡的目的，但是该方法由于增加了实际的电阻，因此系统的功率损耗、成本以及体积均增加了，且由于电路连接复杂容易出现较大的风险，因此实用性不强。

2)有源阻尼法，例如，通过增加控制环在被控系统中产生等效的阻尼效果，从而达到抑制系统振荡的目的，但是由于谐振频率会随着电网阻抗、元件损耗以及环境变化等因素发生变化，因此在采用传统的有源阻尼法进行振荡抑制时，无法根据谐振频率动态调节自身的阻抗特性，从而难以获得理想的抑制效果。

3)基于加装谐波补偿和振荡抑制装置的方法，例如，在系统中加装有源电力滤波器，通过有源电力滤波器滤除多次及高次谐波，从而达到抑制系统振荡的目的，但是由于电网容量较大，对有源电力滤波器的容量要求比较高，因此会增加系统的造价和成本。

以上方法虽然在一定程度上能够解决系统振荡问题，但是依然存在振荡无法动态抑制以及系统功耗大、成本高的问题。

技术实现要素：

基于此，有必要针对相关技术中在对直流配电网进行振荡抑制时存在的振荡无法动态抑制以及系统功耗大、成本高的问题，提供一种直流配电网的振荡抑制方法和装置。

一种直流配电网的振荡抑制方法，包括以下步骤：

获取直流配电网中各个变换器的运行参数，其中，运行参数包括输出电压、输出电流、阻抗特性和谐波特性；

根据运行参数获取直流配电网中容易产生谐振的变换器集合；

根据变换器集合中变换器的个数选择对应的参数调整方式，并根据选择的参数调整方式对变换器集合中每个变换器的参数进行调整，以对直流配电网的振荡进行抑制。

在其中一个实施例中，根据运行参数获取直流配电网中容易产生谐振的变换器集合，包括：

根据运行参数获取直流配电网的谐振频率；

获取谐振频率对应的直流配电网中各个变换器的参与因子；

根据参与因子的大小关系确定容易产生谐振的变换器集合。

在其中一个实施例中，根据运行参数获取直流配电网的谐振频率包括：

根据运行参数建立不同预设频率下直流配电网的节点导纳矩阵，以获得多个节点导纳矩阵；

获取每个节点导纳矩阵的模态阻抗，以获得多个模态阻抗；

根据多个模态阻抗的大小关系获取直流配电网的谐振频率。

在其中一个实施例中，获取谐振频率对应的直流配电网中各个变换器的参与因子，包括：

获取谐振频率对应的直流配电网络的节点导纳矩阵，记为第一节点导纳矩阵，并获取相应的直流配电网的结点电压矩阵和注入电流矩阵；

根据第一节点导纳矩阵、结点电压矩阵和注入电流矩阵获取模态电压向量和模态电流向量；

根据模态电压向量和模态电流向量获取各个变换器的参与因子。

在其中一个实施例中，根据参与因子的大小关系确定容易产生谐振的变换器集合，包括：

获取参与因子的最大值；

判断剩余参与因子与最大值之间的差值的绝对值是否小于预设阈值；

如果是，则将该参与因子对应的变换器纳入变换器集合。

在其中一个实施例中，根据变换器集合中变换器的个数选择对应的参数调整方式，包括：

如果个数为一个，则参数调整方式为有源阻尼参数调整方式；

如果个数为两个及以上，则参数调整方式为有源阻尼参数和虚拟电网参数相结合的调整方式。

在其中一个实施例中，有源阻尼参数调整方式通过下述公式进行表达：

z＝1-raio，

其中，z为有源阻尼参数，ra为调节系数，io为待调整变换器的输出电流。

在一个实施例中，有源阻尼参数和虚拟电网参数相结合的调整方式包括：

对每个待调整变换器的有源阻尼参数进行调整，并向每个待调整变换器注入虚拟电网参数，以使所有待调整变换器的谐振频率为同一固定谐振频率，并对同一固定谐振频率进行抑制。

一种直流配电网的振荡抑制装置，包括：

参数获取模块，用于获取直流配电网中各个变换器的运行参数，其中，运行参数包括输出电压、输出电流、阻抗特性和谐波特性；

谐振产生获取模块，用于根据运行参数获取直流配电网中容易产生谐振的变换器集合；

振荡抑制模块，用于根据变换器集合中变换器的个数选择对应的参数调整方式，并根据选择的参数调整方式对变换器集合中每个变换器的参数进行调整，以对直流配电网进行振荡抑制。

在其中一个实施例中，振荡抑制模块在根据变换器集合中变换器的个数选择对应的参数调整方式时，其中，

如果个数为一个，则参数调整方式为有源阻尼参数调整方式；

如果个数为两个及以上，则参数调整方式为有源阻尼参数和虚拟电网参数相结合的调整方式。

上述直流配电网的振荡抑制方法和装置，通过获取直流配电网中各个变换器的运行参数，包括输出电压、输出电流、阻抗特性和谐波特性，并根据运行参数获取直流配电网中容易产生谐振的变换器集合，以及根据变换器集合中变换器的个数选择对应的参数调整方式，并根据选择的参数调整方式对变换器集合中每个变换器的参数进行调整，以对直流配电网的振荡进行抑制，从而可实现对系统振荡的动态抑制，且不会增加系统功耗以及成本。

附图说明

图1为一个实施例中直流配电网的振荡抑制方法的流程图；

图2为一个实施例中直流配电网的拓扑结构图；

图3为一个实施例中获取直流配电网中容易产生谐振的变换器集合的流程图；

图4为一个实施例中电网等效阻抗分别为1mh、2mh和3mh时对直流配电网谐振的影响示意图；

图5为一个实施例中自适应阻尼与传统阻尼对输出电压影响的示意图；

图6为一个具体示例中直流配电网的振荡抑制方法的流程图；

图7为一个实施例中直流配电网的振荡抑制装置的方框示意图；

图8为一个具体实施例中直流配电网的振荡抑制的系统图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

图1为一个实施例中直流配电网的振荡抑制方法的流程图，如图1所示，直流配电网的振荡抑制方法包括以下步骤：

步骤102，获取直流配电网中各个变换器的运行参数，其中，运行参数包括输出电压、输出电流、阻抗特性和谐波特性。

具体而言，参考图2所示，通常直流配电网中含有大量的分布式电源(如光伏发电、风力发电)、储能装置(如储能系统)以及交直流负荷(如电动汽车、交流负荷、直流负荷)，并且这些设备均通过dc/dc变换器或者ac/dc变换器连接至直流母线上，而且在运行过程中，由于分布式电源的功率波动、大容量负荷的投切以及交流侧的故障等，导致直流系统发生波动，而这些波动所产生的谐波会对直流配电网造成不利的影响，因此需要对直流配电网的振荡进行抑制。

在对直流配电网的振荡进行抑制时，可先通过直流配电网中的各个变换器对自身的运行参数进行获取，例如，检测自身的输出电压和输出电流，并分析自身的阻抗特性和谐波特性，然后，将自身的输出电压、输出电流、阻抗特性和谐波特性等上传至上层监控中心。

步骤104，根据运行参数获取直流配电网中容易产生谐振的变换器集合。

具体而言，在上层监控中心接收到直流配电网中各个变换器的运行参数如输出电压、输出电流、阻抗特性和谐波特性后，开始根据这些运行参数确定直流配电网中容易产生谐振的所有变换器，并作为一个变换器集合。

在一个实施例中，参考图3所示，根据运行参数获取直流配电网中容易产生谐振的变换器集合，包括：

步骤302，根据运行参数获取直流配电网的谐振频率。

在一个实施例中，根据运行参数获取直流配电网的谐振频率包括：根据运行参数建立不同预设频率下直流配电网的节点导纳矩阵，以获得多个节点导纳矩阵；获取每个节点导纳矩阵的模态阻抗，以获得多个模态阻抗；根据多个模态阻抗的大小关系获取直流配电网的谐振频率。其中，不同预设频率可根据直流配电网可能发生谐振的频率确定。

具体地，在上层监控中心接收到直流配电网中各个变换器的运行参数如输出电压、输出电流、阻抗特性和谐波特性后，可先建立预设频率f1下直流配电网中变换器网络的节点导纳矩阵y1，并对该节点导纳矩阵y1进行特征值分解，以获得特征值λ1，并记录特征值λ1的倒数1/λ1的绝对值或模值|1/λ1|，并定义其为模态阻抗。然后，建立预设频率f2下直流配电网中变换器网络的节点导纳矩阵y2，并对该节点导纳矩阵y2进行特征值分解，以获得特征值λ2，并记录特征值λ2的倒数1/λ2的绝对值或模值|1/λ2|，并定义其为模态阻抗。接着，切换下一预设频率并重复上述步骤，频率可由小到大，直至遍历全部可能发生谐振的频率，假设这样的频率有n个，那么最终可获得n个模态对应的特征值的倒数的绝对值或模值(即模态阻抗)的分布情况。

然后，获取n个模态对应的特征值的倒数的绝对值或模值(即模态阻抗)的最大值，以获得最大模态阻抗。在获得最大模态阻抗后，可将该最大模态阻抗对应的情况作为系统的关键并联谐振，并将其对应的特征值作为关键模态，此时峰值对应的频率即为并联谐振的谐振频率，也即直流配电网的谐振频率。

步骤304，获取谐振频率对应的直流配电网中各个变换器的参与因子。

在一个实施例中，获取谐振频率对应的直流配电网中各个变换器的参与因子，包括：获取谐振频率对应的直流配电网络的节点导纳矩阵，记为第一节点导纳矩阵，并获取相应的直流配电网的结点电压矩阵和注入电流矩阵；根据第一节点导纳矩阵、结点电压矩阵和注入电流矩阵获取模态电压向量和模态电流向量；根据模态电压向量和模态电流向量获取各个变换器的参与因子。

具体地，在获得直流配电网的谐振频率后，可先获取该谐振频率对应的直流配电网的节点导纳矩阵y，进而可以得到左、右特性向量矩阵，由左、右特征向量矩阵可获得每个变换器对于当前模态的参与因子。

具体来说，假设预设频率f2对应的模态阻抗为最大模态阻抗，那么预设频率f2即为直流配电网的谐振频率，此时上层监控中心先建立预设频率f2下直流配电网中变换器网络的节点导纳矩阵y，并获取预设频率f2下直流配电网的结点电压矩阵v和注入电流矩阵i，且节点导纳矩阵y、结点电压矩阵v和注入电流矩阵i存在如下关系：

v＝y^-1*i(1)

同时，根据矩阵分解节点导纳矩阵y可获得下述公式(2)：

y＝lλt(2)

其中，λ为节点导纳矩阵y的特征值矩阵，矩阵l为左特征向量矩阵，矩阵t为右特征向量矩阵。然后，将上述公式(2)代入公式(1)可获得如下公式：

v＝lλ^-1ti或者tv＝λ^-1ti(3)

其中，定义u＝tv为模态电压向量，j＝ti为模态电流向量，然后将获得的各个变换器的输出电压矩阵和输出电流矩阵代入上述公式(3)，即可获得模态电压向量和模态电流向量。

接着，建立模态电压向量和模态电流向量的关系，可进一步获得下述公式：

u＝λ^-1j或者

由上述公式(4)可知，当前模态(谐振频率f2)的各个变换器的参与因子分别为：…，至此完成对谐振频率对应的直流配电网中各个变换器的参与因子的获取。

步骤306，根据参与因子的大小关系确定容易产生谐振的变换器集合。

在一个实施例中，根据参与因子的大小关系确定容易产生谐振的变换器集合，包括：获取参与因子的最大值；判断剩余参与因子与最大值之间的差值的绝对值是否小于预设阈值；如果是，则将该参与因子对应的变换器纳入变换器集合。其中，预设阈值可根据实际情况进行标定。

具体而言，在获得谐振频率对应的直流配电网中各个变换器的参与因子后，可根据参与因子的大小关系判断出哪些变换器更容易引发振荡，以确定出容易产生谐振的变换器集合。例如，可先从所有参与因子中获取参与因子的最大值，然后对剩余参与因子进行逐一判断，以确定每个剩余参与因子与最大值之间的差值的绝对值是否小于预设阈值，即判断每个剩余参与因子是否接近于最大值，如果是，则认为该参与因子对应的变换器容易产生谐振，此时将其纳入变换器集合；否则，舍弃该参与因子对应的变换器。

步骤106，根据变换器集合中变换器的个数选择对应的参数调整方式，并根据选择的参数调整方式对变换器集合中每个变换器的参数进行调整，以对直流配电网的振荡进行抑制。

在一个实施例中，根据变换器集合中变换器的个数选择对应的参数调整方式，包括：如果个数为一个，则参数调整方式为有源阻尼参数调整方式；如果个数为两个及以上，则参数调整方式为有源阻尼参数和虚拟电网参数相结合的调整方式。

具体而言，当所有参与因子中仅有一个参与因子较大时，说明当前仅有该参与因子对应的变换器容易引发振荡，此时采用有源阻尼参数调整方式对该变换器的参数进行调整，即可实现对直流配电网振荡的抑制。举例来说，以上述公式(4)为例。假设，参与因子p1为所有参与因子的最大值，且其远大于剩余参与因子，那么容易产生谐振的变换器只有一个，即参与因子p1对应的变换器，此时上层监控中心可选择有源阻尼参数调整方式对该变换器的参数进行调整，从而对直流配电网的振荡进行抑制。

在一个实施例中，有源阻尼参数调整方式通过下述公式进行表达：

z＝1-raio(5)

其中，z为有源阻尼参数，ra为调节系数，io为待调整变换器的输出电流。

具体而言，在对变换器的有源阻尼参数进行调整时，虽然有利于抑制变换器可能发生的谐振，但是却会造成变换器输出电压的下降，因此为了抑制变换器可能发生的谐振，同时减小对变换器输出电压的影响，可采用自适应有源阻尼调节方法，即将单一有源阻尼参数设置为一个与输出电流有关的函数，如上述公式(5)所示，这样可以使得有源阻尼参数随着电流的变化而自适应调节，进而减小输出电压的压降，具体如图5所示。由此，在直流配电网中仅有一个变换器容易引发振荡时，通过对有源阻尼参数的自适应调整，即可实现对直流配电网振荡的有效抑制。

进一步地，当所有参与因子中有多个参与因子较大且接近时，此时容易对这些参与因子对应的变换器对系统的谐振影响产生误判，因此为进一步精确抑制直流配电网的谐振，此时引入虚拟电网参数，通过虚拟电网参数来对直流配电网的振荡进行抑制。具体来说，当多台变换器接入直流配电网时，由于变换器自身的功率等级和滤波参数固定不变，所以变换器自身的谐振频率基本保持不变，而变换器的并网谐振频率随着电网等效阻抗的增大而减小，如图4所示，因此通过对变换器注入不同的虚拟电网参数如虚拟电网阻抗，可使参与因子较大且接近的变换器的谐振频率平移至某一固定谐振频率，然后通过对该固定谐振频率进行抑制(如滤波处理)即可实现对直流配电网振荡的抑制。

在实际应用中，为达到更好的抑制效果，可采用有源阻尼参数和虚拟电网参数相结合的调整方式来对直流配电网的振荡进行抑制。在一个实施例中，有源阻尼参数和虚拟电网参数相结合的调整方式包括：对每个待调整变换器的有源阻尼参数进行调整，并向每个待调整变换器注入虚拟电网参数，以使所有待调整变换器的谐振频率为同一固定谐振频率，并对同一固定谐振频率进行抑制。

具体而言，仍以上述示例为例。如果参与因子p2接近于最大值p1，且远大于剩余参与因子，即p2≈p1＞＞p3、…，那么此时无法确定哪个变换器更容易受激励并产生谐振，因此此时上层监控中心可选用有源阻尼参数和虚拟电网参数相结合的调整方式对参与因子p1和p2对应的变换器的参数进行调整。例如，可先分别对p1和p2对应的变换器的有源阻尼参数进行调整，其调整方式可以为单一有源阻尼参数调整方法或者上述自适应有源阻尼调整方法，然后，分别向p1和p2对应的变换器注入虚拟电网参数如虚拟电网阻抗，以对p1和p2对应的变换器的输出阻抗和电网等效阻抗进行动态调节，从而破坏直流配电网谐振网络，将分散的多点谐振频率统一为某一固定谐振频率，然后通过对该固定谐振频率进行抑制(如滤波处理)即可抑制系统可能发生的振荡。由此，在直流配电网中存在两个或更多变换器容易引发振荡时，通过对有源阻尼参数和虚拟电网参数的调整，即可实现对直流配电网振荡的有效抑制。

图6为一个具体示例中直流配电网的振荡抑制方法的流程图，如图6所示，该直流配电网的振荡抑制方法可包括以下步骤：

步骤602，上层监控中心获得直流配电网中各个变换器的输出电压、输出电流、阻抗特性和谐波特性。

步骤604，建立预设频率下直流配电网的节点导纳矩阵。

步骤606，计算节点导纳矩阵的特征值，并记录特征值的倒数的绝对值或模值。

步骤608，频率由小及大，直到遍历全部可能发生谐振的频率，得到n个模态对应的特征值的倒数的绝对值或模值的分布情况。

步骤610，根据n个模态对应的特征值的倒数的绝对值或模值的大小，判断并获得直流配电网络的谐振频率。

步骤612，根据谐振频率求出此时直流配电网的节点导纳矩阵，进而得到左、右特征向量矩阵，由左、右特征向量矩阵求出每个变换器对于当前模态的参与因子，并获取参与因子较大的变换器。

步骤614，上层监控中心向参与因子较大的变换器发送调整参数如有源阻尼参数或者有源阻尼参数和虚拟电网参数，以改变变换器的阻抗特性，从而抑制系统振荡的发生。

本实施例中，直流配电网中各个变换器向上层监控中心上传自身的电压电流信息以及阻抗特性和谐波特性信息，上层监控中心通过分析得到整个直流配电网的谐波特性分布和可能发生谐振的谐振频率，进而计算出各个变换器需要调节的有源阻尼参数和虚拟电网参数，并将有源阻尼参数和虚拟电网参数下发至系统中的各个变换器，从而动态调节系统中各变换器的阻抗特性，抑制系统可能发生的谐振，保证了整个系统的安全性。

综上，上述直流配电网的振荡抑制方法，基于对直流配电网中各个变换器的谐波测量，动态调节系统中各个变换器的阻抗特性，使得各个变换器的谐波频率偏离谐振频率点，从而抑制系统可能发生的振荡，提高了直流配电网的整体安全性，且不会增加系统功耗以及成本。

图7为一个实施例中直流配电网的振荡抑制装置的方框示意图，如图7所示，直流配电网的振荡抑制装置包括：参数获取模块10、谐振产生获取模块20和振荡抑制模块30。

其中，参数获取模块10用于获取直流配电网中各个变换器的运行参数，其中，运行参数包括输出电压、输出电流、阻抗特性和谐波特性；谐振产生获取模块20用于根据运行参数获取直流配电网中容易产生谐振的变换器集合；振荡抑制模块30用于根据变换器集合中变换器的个数选择对应的参数调整方式，并根据选择的参数调整方式对变换器集合中每个变换器的参数进行调整，以对直流配电网进行振荡抑制。在实际应用中，参考图8所示，可对应每个变换器设置一个参数获取模块10，同时谐振产生获取模块20和振荡抑制模块30可集成设置在上层监控中心中，具体这里不做限制。

在一个实施例中，振荡抑制模块30在根据变换器集合中变换器的个数选择对应的参数调整方式时，其中，如果个数为一个，则参数调整方式为有源阻尼参数调整方式；如果个数为两个及以上，则参数调整方式为有源阻尼参数和虚拟电网参数相结合的调整方式。

需要说明的是，关于直流配电网的振荡抑制装置的描述，可参考关于直流配电网的振荡抑制方法的描述，这里不再赘述。

上述直流配电网的振荡抑制装置，通过获取直流配电网中各个变换器的运行参数，并根据运行参数获取直流配电网中容易产生谐振的变换器集合，以及根据变换器集合中变换器的个数选择对应的参数调整方式，并根据选择的参数调整方式对变换器集合中每个变换器的参数进行调整，以对直流配电网的振荡进行抑制，从而可实现对系统振荡的动态抑制，且不会增加系统功耗以及成本。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。