一种长线路风电场并网谐振信息提取方法技术

本发明专利技术涉及一种长线路风电场并网谐振信息提取方法，包括以下步骤：1)建立风电场并网等效模型；2)根据所述风电场并网等效模型得到风电场并网系统的节点导纳矩阵；3)将所述节点导纳矩阵分解为关于特征值的表达式：Yf＝LΛT；4)根据步骤3)获得长线路风电场并网谐振现象发生时，各节点的谐振参与因子以及各电气元件的谐振灵敏度值。与现有技术相比，本发明专利技术基于风电场并网的等效模型，利用模态分析法分析系统各节点谐振参与因子以及元件模态灵敏度，从而给出详细的风电并网谐振信息，为风电场建设规划提供理论指导，具有信息提取结果准确可靠等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及多逆变器并网谐波交互作用分析
，尤其是涉及一种长线路风电场并网谐振信息提取方法。
技术介绍
近年来，由于风电场开发规模的日益扩大以及风电并网技术的迅猛发展，风电并网所引起的电能质量问题已成为当下电力系统所面临的严峻挑战。而具有长线路的风电场由于其并网系统电网结构薄弱，且其送出线较长，变压器漏感、线路电抗及分布电容所带来的影响不容忽视。目前，国内外对分布式电源并网谐振问题的研究主要集中在:一、逆变器LCL滤波器的设计与控制；二、多逆变器并网的谐波交互与建模，建立并网逆变器的输出阻抗模型，并对多并网逆变器与电网的谐波交互作用进行分析。然而在逆变器并网建模时却极少考虑长线路分布参数模型。同时，长输电线路对地分布电容可能会导致系统出现复杂谐振现象，进而影响并网谐振点阻抗值。分析谐波谐振的方法包括频率扫描法，但该方法虽可以准确识别谐振频率却无法评估谐振情况。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种结果准确的长线路风电场并网谐振信息提取方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种长线路风电场并网谐振信息提取方法，包括以下步骤：1)建立风电场并网等效模型；2)根据所述风电场并网等效模型得到风电场并网系统的节点导纳矩阵；3)将所述节点导纳矩阵分解为关于特征值的表达式：Yf＝LΛT式中，Yf为并联谐振为f时的节点导纳矩阵，Λ为对角特征值矩阵，L、T分别为左、右特征向量矩阵，且Λ＝diag(λ1,λ2,…,λk,…)，L＝(l1,l2,…,lk,…)，T＝(t1,t2,…,tk,…)，L＝T-1；4)根据步骤3)获得长线路风电场并网谐振现象发生时，各节点的谐振参与因子以及各电气元件的谐振灵敏度值。所述步骤1)中建立的风电场并网等效模型包括逆变器并网等效输出阻抗模型和长输电线路分布参数模型。所述逆变器并网等效输出阻抗模型中，采用含有LCL型滤波器的逆变器，利用Clarke和Park矩阵将并网逆变器系统在三相静止坐标系下的数学模型变换到dq旋转坐标系下后，获得逆变器并网的输出阻抗表达式：Z0(s)＝(s3LinvLgCf+s2GicGinvLgCf+s2RhCfLinv+s2RhCfLg+sLinv+sLg+sRhCfGigGicGinv+GigGicGinv)/(s2LinvCf+sRhCf+sGicGinvCf+1)式中，Lg、Linv分别为网侧和逆变器侧电抗，Cf为滤波电容，Rh为滤波电容串联电阻，Gig为并网电流外环控制传递函数，Gic为电容电流内环控制传递函数，Ginv为逆变器桥路等效增益。所述长输电线路分布参数模型中，对于线路长度为l的长距离线路，线路首端等效输入阻抗Zeq表示为：Zeq＝(ZL+ZCtanh(γl))/(1+ZLtanh(γl)/ZC)其中，ZL为线路末端负荷阻抗，ZC和γ分别为线路的波阻抗和传播系数，ZC和γ表示为：γ=(Rd+sLd)(Gd+sCd)ZC=(Rd+sLd)/(Gd+sCd)]]>式中，Rd、Ld、Gd、Cd分别为单位长度线路的等效电阻、电感、电导和分布电容，所述等效电阻Rd考虑集肤效应表示为：Rd=R11-(1-j2πf1/s)2]]>式中，R1为工频频率f1情况下的等效电阻。所述步骤4)中，各节点的谐振参与因子等于相应特征值的平方。所述步骤4)中，各电气元件的谐振灵敏度值表示为：∂|λ|∂α|norm=∂|λ||λ|∂αα=∂|λ|∂α*α|λ|]]>其中，表示元件α对应于特征值λ的模态灵敏度，和分别表示特征值和元件参数的相对变化。该方法还包括：5)根据各节点的谐振参与因子以及各电气元件的谐振灵敏度值判断谐振中心的位置，并获得长线路参数对并网谐振的影响规律。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：(1)本专利技术方法将输电线路分布参数模型考虑到长线路风电场并网建模中，同时采用基于元件灵敏度的模态分析法进行谐振分析，通过对长线路分布参数模型分析发现，其等效输入阻抗幅频曲线呈现明显的谐振特性。(2)本专利技术所采用的模态分析法不仅能准确判定系统的谐振频率，且可详细给出系统各节点对谐振模式的参与因子，对谐振模式的关联信息能给予详细分析。(3)本专利技术方法将元件谐振灵敏度概念引入到模态分析法中，确定参与谐波谐振灵敏度值最高的元件，从而揭示线路长度对风电场并网谐振的影响规律，所得结论可为工程实际中风电场建设规划、评估风电场并网电能质量等方面提供相应的理论指导。附图说明图1为本专利技术方法的流程示意图；图2为并网逆变器系统结构图；图3为本专利技术方法中逆变器并网控制框图；图4为线路末端短路时阻抗幅频特性图；图5为线路末端开路时阻抗幅频特性图；图6为本专利技术实施例中采用的风电场并网图；图7为模态阻抗曲线图；图8为风电场实测数据示意图，其中，图(8a)为升压站录波仪数据，图(8b)和图(8c)分别为机组停机时电能质量分析仪采集的电网35kV和110kV侧数据；图9为元件谐振灵敏度示意图；图10为不同线路长度下的模态阻抗曲线图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。本专利技术实施例提供一种长线路风电场并网谐振信息提取方法，能准确分析考虑长线路分布参数模型的风电场并网谐振现象，包括的步骤如图1所示：步骤1，建立包含逆变器并网等效输出阻抗模型和长输电线路分布参数模型的风电场并网等效模型。(1)建立逆变器并网输出阻抗模型。为了降低并网电流的谐波畸变率，风电场中多采用含有LCL型滤波器的逆变器，其并网结构如图2所示。逆变器并网控制策略通常采用电容电流内环反馈与并网电流外环反馈相结合的双闭环控制方法。利用Clarke和Park矩阵将并网逆变器系统在三相静止坐标系下的数学模型变换到dq旋转坐标系下，同时，依据前馈解耦策略可使d轴和q轴控制回路成为相互独立且完全对称的两部分，进而得到系统简化控制框图3。根据简化控制框图，由梅森定理可推导出逆变器并网的输出阻抗表达式如下：Z0(s)＝(s3LinvLgCf+s本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种长线路风电场并网谐振信息提取方法，其特征在于，包括以下步骤：1)建立风电场并网等效模型；2)根据所述风电场并网等效模型得到风电场并网系统的节点导纳矩阵；3)将所述节点导纳矩阵分解为关于特征值的表达式：Yf＝LΛT式中，Yf为并联谐振为f时的节点导纳矩阵，Λ为对角特征值矩阵，L、T分别为左、右特征向量矩阵，且Λ＝diag(λ1,λ2,…,λk,…)，L＝(l1,l2，…,lk,…)，T＝(t1,t2,…,tk,…)，L＝T‑1；4)根据步骤3)获得长线路风电场并网谐振现象发生时，各节点的谐振参与因子以及各电气元件的谐振灵敏度值。

【技术特征摘要】
1.一种长线路风电场并网谐振信息提取方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)建立风电场并网等效模型；
2)根据所述风电场并网等效模型得到风电场并网系统的节点导纳矩阵；
3)将所述节点导纳矩阵分解为关于特征值的表达式：
Yf＝LΛT
式中，Yf为并联谐振为f时的节点导纳矩阵，Λ为对角特征值矩阵，L、T分别
为左、右特征向量矩阵，且Λ＝diag(λ1,λ2,…,λk,…)，L＝(l1,l2，…,lk,…)，
T＝(t1,t2,…,tk,…)，L＝T-1；
4)根据步骤3)获得长线路风电场并网谐振现象发生时，各节点的谐振参与
因子以及各电气元件的谐振灵敏度值。
2.根据权利要求1所述的长线路风电场并网谐振信息提取方法，其特征在于，
所述步骤1)中建立的风电场并网等效模型包括逆变器并网等效输出阻抗模型和长
输电线路分布参数模型。
3.根据权利要求2所述的长线路风电场并网谐振信息提取方法，其特征在于，
所述逆变器并网等效输出阻抗模型中，采用含有LCL型滤波器的逆变器，利用
Clarke和Park矩阵将并网逆变器系统在三相静止坐标系下的数学模型变换到dq旋
转坐标系下后，获得逆变器并网的输出阻抗表达式：
Z0(s)＝(s3LinvLgCf+s2GicGinvLgCf+s2RhCfLinv+s2RhCfLg+sLinv+sLg+
sRhCfGigGicGinv+GigGicGinv)/(s2LinvCf+sRhCf+sGicGinvCf+1)
式中，Lg、Linv分别为网侧和逆变器侧电抗，Cf为滤波电容，Rh为滤波电容
串联电阻，Gig为并网电流外环控制传递函数，Gic为电容电流内环控制传递函数，
Ginv为逆变器桥路等效增益。
4...

【专利技术属性】
技术研发人员：张鹏，陈甜甜，潘爱强，罗祾，金家培，
申请(专利权)人：国网上海市电力公司，华东电力试验研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31