一种多风机并网谐振分析方法技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
一种多风机并网谐振分析方法
本专利技术涉及谐振分析
，具体为一种多风机并网谐振分析方法。
技术介绍
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畸变率，现有分布式电源(distributedgenerator，DG)多采用含有LCL滤波器的并网逆变器。LCL为三阶系统，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耦合，形成了复杂的高阶网络[3]，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LCL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，其会影响系统阻尼，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[3][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。参考文献[1]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。[2]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。[3]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。[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。[5]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。[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。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术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：一种多风机并网谐振分析方法，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ZO；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Zcab-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，r1为工频频率f1情况下的等效电阻；s为复频率，s＝j2πfh，f为基波频率；h为谐波次数；线路的传播常数γ为：其中，L为每个π型等值电路单元的等效电感，g为每个π型等值电路单元的等效电导，C为每个π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Zc：则电缆输入阻抗Zcab-g为：其中，V1为电缆的端电压，I1为流过电缆的电流，Zg为电网侧等效阻抗，Zcab-g为计入Zg的电缆输入阻抗，当Zg＝0时，Zcab-g＝ZCtanh(γl)，l为π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ZL；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ZOsum：将风机输出功率在PCC点的负荷等效阻抗ZL和电网侧等效阻抗Zg并联后做为本模型的电网侧阻抗Zg||ZL，将电缆输入阻抗Zcab-g中的Zg由Zg||ZL代替，可得到电缆端口处的电网侧的输入阻抗Zin：其中，||为并联符号，假设每台逆变器输出阻抗均为ZO，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；Yij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m×m阶导纳矩阵YO为：由上式可得分布式风电网络的等效输出阻抗ZOsum为其中，表示矩阵YO的逆矩阵；e)计算分布式风电并网系统的总阻抗Zsum：Zsum＝Zin+ZOsum。进一步的，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L1、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ZO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ZL1＝sL1；电网侧电感L2的阻抗ZL2＝sL2；滤波器电容C的阻抗ZC＝1/(sC)；ZR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＝Udc/Ucm，Udc为直流输入电压，Ucm为三角载波幅值；比例积分控制传递函数Gig＝Kp+KI/s，Kp为PI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GiC＝K，K为P调节器的比例控制系数。更进一步的，所述PCC点负荷等效阻抗ZL的计算方法包括：当风机输出功率低于PCC点负荷水平，ZL由负荷吸收的有功功率PL和感性无功功率QL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，Ppcc为PCC点消纳有功功率；PL为PCC点处负荷吸收的有功功率；Pout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Qpcc与负荷吸收的无功功率QL相等，由电网提供，即QPCC＝QL用CIGRE模型计算负荷阻抗，对应h次谐波各参数分别为：Xsh＝0.073hRhPCC点负荷等效阻抗ZL为：其中，Upcc为pcc点电压；Rh为等效电阻；Xsh为与等效电阻Rh串联的等效感抗；Xp为与Rh和Xsh并联的等效电感。本专利技术的有益效果是：本专利技术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。附图说明图1为三相LCL并网逆变器网络拓扑图。图2为并网逆变器控制策略图。图3为输电电缆等值模型图。图4-1为电缆阻抗幅值频率特性曲线图。图4-2为电缆阻抗相位频率特性曲线图。图5为风电并网系统潮流示意图。图6为计入电缆和风机输出功率的多风机并网系统示意图。图7为分布式风电并网系统示意图。图8为3台风机并网时仿真的谐振结果和计算谐振结果对比曲线图。图9-1为有无电缆时系统谐振情况对比-阻抗幅值频率特性曲线图。图9-2为有无电缆时系统谐振情况对比-阻抗相位频率特性曲线图。图10-1为不同电缆长度时系统谐振情况-阻抗幅值频率特性曲线图。图10-2为不同电缆长度时系统谐振情况-阻抗相位频率特性曲线图。图11为风机不同输出功率时阻抗波特图。图12-1为不同风机并网台数时系统阻抗波特图。图12-2为不同风机并网台数时系统阻抗波特图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步说明：本专利技术从逆变器输出阻抗模型出发本文档来自技高网...

【技术保护点】
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ZO；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Zcab‑g：考虑导体的集肤效应，计算输电电缆单位等效电阻r：r=r11-(1-j2πf1/s)2]]>其中，r1为工频频率f1情况下的等效电阻；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：γ=(r+sL)(g+sS)=zy]]>其中，L为每个π型等值电路单元的等效电感，g为每个π型等值电路单元的等效电导，C为每个π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Zc：ZC=r+sLg+sC=zy]]>则电缆输入阻抗Zcab‑g为：Zcab-g=V1I1=Zg+ZCtanh(γl)1+Zgtanh(rl)/ZC]]>其中，V1为电缆的端电压，I1为流过电缆的电流，Zg为电网侧等效阻抗，Zcab‑g为计入Zg的电缆输入阻抗，当Zg＝0时，Zcab‑g＝ZCtanh(γl)，l为π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ZL；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ZOsum：将风机输出功率在PCC点的负荷等效阻抗ZL和电网侧等效阻抗Zg并联后做为本模型的电网侧阻抗Zg||ZL，将电缆输入阻抗Zcab‑g中的Zg由Zg||ZL代替，可得到电缆端口处的电网侧的输入阻抗Zin：Zin=(Zg||ZL)+ZCtanh(γl)1+(Zg||ZL)tanh(γl)/ZC]]>其中，||为并联符号，Zg||ZL=Zg·ZLZg+ZL;]]>假设每台逆变器输出阻抗均为ZO，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；Yij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m×m阶导纳矩阵YO为：由公式(14)可得分布式风电网络的等效输出阻抗ZOsum为ZOsum=YO-1(1,1)]]>其中，表示矩阵YO的逆矩阵；e)计算该分布式风电并网系统的总阻抗Zsum：Zsum＝Zin+ZOsum。...

【技术特征摘要】
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ZO；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Zcab-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，r1为工频频率f1情况下的等效电阻；s为复频率，s＝j2πfh，f为基波频率；h为谐波次数；线路的传播常数γ为：其中，L为每个π型等值电路单元的等效电感，g为每个π型等值电路单元的等效电导，C为每个π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Zc：则电缆输入阻抗Zcab-g为：其中，V1为电缆的端电压，I1为流过电缆的电流，Zg为电网侧等效阻抗，Zcab-g为计入Zg的电缆输入阻抗，当Zg＝0时，Zcab-g＝ZCtanh(γl)，l为π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ZL；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ZOsum：将风机输出功率在PCC点的负荷等效阻抗ZL和电网侧等效阻抗Zg并联后做为本模型的电网侧阻抗Zg||ZL，将电缆输入阻抗Zcab-g中的Zg由Zg||ZL代替，可得到电缆端口处的电网侧的输入阻抗Zin：其中，||为并联符号，假设每台逆变器输出阻抗均为ZO，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；Yij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m×m阶导纳矩阵YO为：由上式可得分布式风电网络的等效输出阻抗ZOsum为

【专利技术属性】
技术研发人员：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(专利权)人：国网山西省电力公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：山西;14