一种用于判断多级逆变器并联接长电缆的系统稳定性的判据方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于判断多级逆变器并联接长电缆的系统稳定性的判据方法。多级并联逆变器级联长电缆的系统被广泛应用于新能源系统中，如海上风力发电系统。多级并联逆变器具有将分布式能源传输并网的能力，在逆变器独立运行时稳定性易于实现，但保证多级并联逆变器的整体稳定性是一个重要的问题。为了更简便地判断各种不同类型逆变器并联接不同长电缆的稳定性，本发明专利技术提出了稳定性判据的三步法，在所有适用范围下判断逆变器并联系统的稳定性。本发明专利技术提供的判断多级并网逆变器接长电缆的系统稳定性的判据方法，实现在各级逆变器串接不同滤波器和不同类型电缆时对系统稳定性的准确判断。本发明专利技术公开的稳定性判据方法能够实现对并联逆变器的输出电流，母线电压和电网电流的稳定性判断，利于在系统设计时有效提高其稳定性。

A Criterion Method for Judging System Stability of Multi-stage Inverter Parallel Connected Long Cable

The invention discloses a criterion method for judging the stability of a multi-stage inverter parallel connected long cable system. Multi-stage parallel inverters with cascaded long cables are widely used in new energy systems, such as offshore wind power generation systems. Multi-stage parallel inverters have the ability to connect distributed energy transmission to the grid, and the stability of the inverters is easy to achieve when they are running independently, but it is an important issue to ensure the overall stability of the multi-stage parallel inverters. In order to judge the stability of parallel connection of different types of inverters and different long cables more simply, the present invention proposes a three-step method of stability criterion to judge the stability of parallel inverters under all applicable ranges. The method provides a criterion for judging the system stability of long cables connected by multi-stage grid-connected inverters, which realizes the accurate judgment of the system stability when different filters and different types of cables are connected in series by different inverters. The stability criterion method disclosed in the invention can realize the stability judgment of output current, bus voltage and grid current of parallel inverters, and is beneficial to effectively improve the stability of parallel inverters in system design.

【技术实现步骤摘要】
一种用于判断多级逆变器并联接长电缆的系统稳定性的判据方法
本专利技术属于新能源分布式发电、电力电子
，具体涉及一种用于判断多级逆变器并联接长电缆的系统稳定性的判据方法。
技术介绍
分布式发电具有环境污染少、安装地点灵活、能源利用率高、输电线路损耗少等优点，是未来电力系统的重要发展趋势之一。其中，风力发电是各种新能源发电中发展速度最为迅猛的方式之一。海上风电场的由于其较好的经济技术和环境优势，在近几年被各国广泛开发和利用，例如：英国，德国，中国，美国，印度。海上风力发电场有以下几个优势：海上风能资源更为充裕，风速会大于陆上风能的利用：节省了陆地建设面积，减小了风电场对环境的影响，有效的利用了海上的空间资源。为了使海上风力发电系统更高效、有更强的适应性和可维护性，通常在建设中会选择多个小功率并联的逆变器来实现将风力涡轮机的能量通过逆变器输送到电网使用，而不会选择单个大功率逆变器来实现。因此，电力电子装置的级联稳定性直接影响了母线测和电网测的电流电压稳定性及其电能质量。对于海上风力发电系统，多级逆变器并联后接长电缆的结构较为常用。因此，有必要提出一种更为普适的稳定性判据方法，在更少的限制条件下和更多场合下实现对多级逆变器并联接长电缆的系统稳定性的快速判断。目前，已经被提出的多级逆变器并联接长电缆的系统的稳定性判据大多是基于各种假设的前提下实现的。在使用稳定性判据前需要满足假设：所有并联的逆变器结构完全相同，或忽略了电缆的影响。但是在实际应用当中，所有的逆变器额定功率及参数不可能完全相同，电缆的影响也不能忽略。虽然在以前的文章中对于考虑短电缆的稳定性判据已经做了相关分析，但是长电缆对稳定性的影响还尚未被讨论过。在海上风力发电系统中，电缆的长度一般可达到六十千米，因此在类似这种远距离输电的系统中，多级并联的逆变器接长电缆对于电网侧稳定性的判断分析是很有必要的。文献“Impedance-basedstabilitycriterionforgrid-connectedinverters”，IEEETranson.PowerElectronicsLetters,vol.26,no.11,pp.3075-3078,2011。在现有的技术中，对多级逆变器并联接长电缆结构的稳定性判据还没有明确给出，为了克服现有的逆变器稳定性判据的局限性缺点，更好的发挥阻抗稳定性判据的作用，需要寻求一种更佳的针对多级逆变器并联接长电缆的通用稳定性判据。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提出一种多级逆变器并联接长电缆的系统稳定性的判据方法，用逆变器输出阻抗和电网侧输入阻抗来确定并网逆变器系统稳定性，当电网测阻抗与逆变器输出阻抗之比满足奈奎斯特稳定性判据时，并网逆变器将保持稳定，这种新的基于阻抗的稳定判据是对现有电压源系统稳定判据的推广，适用于所有电流源系统，实现对并网逆变器稳定性更简便有效地判断，稳定性判据的三步法提高系统稳定性能分析的简便。为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种用于判断多级逆变器并联接长电缆的系统稳定性的判据方法，具体步骤包括：步骤1：对多级逆变器并联系统中各个部分分别进行建模，推导出逆变器接不同类型滤波器的阻抗模型和长短电缆的阻抗模型；并根据阻抗模型将整个系统分为三个子系统，分别判断三个子系统之间的稳定性；子系统1揭示了并联逆变器和电缆之间的相互作用，子系统2表明了电缆间的影响，子系统3表明了电缆和电网之间的相互影响；步骤2：在判断整个多级并联逆变器稳定性之前，先判断每个逆变器和电缆的稳定性，即判断逆变器等效电流源Iinvi，逆变器等效并联阻抗Zinvi，电缆等效串联阻抗Zii，长电缆受控电压源参数Gvvi，母线电压vpcc在右半平面有无零点；步骤3：根据上述子系统1，判断等效环路增益Tmi(s)是否满足奈奎斯特稳定性判据；步骤4：根据上述子系统2，判断母线电流ipcc(s)，母线电压vpcc(s)和逆变器串联电缆输出电流ii(s)是否满足右半平面有无零点；步骤5：根据上述子系统3，判断电网输入电流ig(s)的稳定性是否满足右半平面有无零点。步骤1中，逆变器的阻抗模型为一个等效电流源Iinv(s)并联一个阻抗Zinv(s)；等效电流源Iinv(s)表达式如下：Zinv(s)的表达式如下：Zinv(s)＝ZoO(s)·[1+Ti(s)]，其中Ti(s)是逆变器的环路增益，ZoO(s)的表达式如下：长电缆的阻抗模型为一个二端口网络，ZP1，ZP2，ZP3为其等效二端口阻抗参数：ZP1＝Zcsinh(γ(s)l)，ZP2＝ZP3＝Zcsinh(γ(s)l)/[cosh(γ(s)l)-1]其一般化模型中各个参数为：Zi(s)＝ZP1·ZP2/(ZP1+ZP2)Gvv(s)＝Gii(s)＝ZP2/(ZP1+ZP2)Zo(s)＝-ZP3·(ZP1+ZP2)/(ZP1+ZP2+ZP3)步骤2中，为每个逆变器和电缆的稳定性，需要判断每个逆变器等效电流源Iinvi，逆变器等效并联阻抗Zinvi，电缆等效串联阻抗Zii，长电缆受控电压源参数Gvvi，母线电压vpcc在右半平面有无零点；若有在右半平面的零点则逆变器或电缆不稳定，若无在右半平面零点则稳定，即进行下一步的稳定性判断。步骤3中，将步骤2中所述的子系统1等效环路增益Tmi(s)表达式为：Tmi(s)＝Zii(s)/Zinvi(s)式中，Zii和Zinvi的表达式已经在上文中给出，ZP1，ZP2，ZP3为长电缆阻抗模型等效阻抗参数；若Tmi(s)满足奈奎斯特稳定性判据则子系统1稳定，若不满足则子系统1不稳定。步骤4中，母线电流ipcc(s)，母线电压vpcc(s)和逆变器串联电缆输出电流ii(s)表达式如下：其中，考虑上述式子分析可知，步骤4的稳定性判断要求即是判断γ(s)的稳定性；若其没有右半平面零点则系统稳定，若其有右半平面零点则系统不稳定。步骤5中，电网输入电流ig(s)的表达式为：ig(s)＝Gigiog-vg/Zog通过判断可知，ig(s)稳定在电缆稳定的前提下是自然成立的，即若已满足步骤1中的稳定性判据，步骤5可省略；因此本稳定性判据方法总结为三步，判断单独逆变器和电缆的稳定性；等效环路增益Tmi(s)；判断γ(s)的稳定性。本专利技术为解决多个逆变器并联接长电缆结构的稳定性问题，提出了一种具有普适性的稳定性判据方法，在没有对并联逆变器和电缆类型进行前提约束和限制条件下，实现这种海上风力发电接长电缆输电系统的稳定性判断；本专利技术为输电系统的逆变器接长电缆结构稳定性提供了一种新的方法；与现有技术相比，该方法优点为：1、实现对海上长电缆输电系统的稳定性分析判断。2、该种稳定性判据适用范围更广，适用于各种逆变器接电缆系统的稳定性判断。3、该种稳定性判据方法更简便易实现。附图说明图1为本专利技术的海上输电系统多级逆变器并联接长电缆系统结构图；图2为本专利技术的实施例中逆变器阻抗模型；图3为本专利技术的实施例中长电缆等效阻抗模型；图4为本专利技术的实施例中系统整体等效阻抗模型；图5为本专利技术的实施例中所给出的三步法稳定性判据流程图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案进行详细说明，但不能用来限制本专利技术的范围。本专利技术为解决多个逆变器并联接长电缆结构的稳定性问题，提出了一种具有普适性本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于判断多级逆变器级并联接长电缆的系统稳定性的判据方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1：对多级逆变器并联系统中各个部分分别进行建模，推导出逆变器联接不同类型滤波器的阻抗模型和长短电缆的阻抗模型，并根据阻抗模型将整个系统分为三个子系统，分别判断三个子系统之间的稳定性；子系统1揭示了并联逆变器和电缆之间的相互作用，子系统2表明了电缆间的影响，子系统3表明了电缆和电网之间的相互影响；步骤2：在判断整个多级并联逆变器稳定性之前，先判断每个逆变器和电缆的稳定性，即判断逆变器等效电流源Iinvi，逆变器等效并联阻抗Zinvi，电缆等效串联阻抗Zii，长电缆受控电压源参数Gvvi，母线电压vpcc在右半平面有无零点；步骤3：根据上述子系统1，判断等效环路增益Tmi(s)是否满足奈奎斯特稳定性判据；步骤4：根据上述子系统2，判断母线电流ipcc(s)，母线电压vpcc(s)和逆变器串联电缆输出电流ii(s)是否满足右半平面有无零点；步骤5：根据上述子系统3，判断电网输入电流ig(s)的稳定性是否满足右半平面有无零点。

【技术特征摘要】
1.一种用于判断多级逆变器级并联接长电缆的系统稳定性的判据方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1：对多级逆变器并联系统中各个部分分别进行建模，推导出逆变器联接不同类型滤波器的阻抗模型和长短电缆的阻抗模型，并根据阻抗模型将整个系统分为三个子系统，分别判断三个子系统之间的稳定性；子系统1揭示了并联逆变器和电缆之间的相互作用，子系统2表明了电缆间的影响，子系统3表明了电缆和电网之间的相互影响；步骤2：在判断整个多级并联逆变器稳定性之前，先判断每个逆变器和电缆的稳定性，即判断逆变器等效电流源Iinvi，逆变器等效并联阻抗Zinvi，电缆等效串联阻抗Zii，长电缆受控电压源参数Gvvi，母线电压vpcc在右半平面有无零点；步骤3：根据上述子系统1，判断等效环路增益Tmi(s)是否满足奈奎斯特稳定性判据；步骤4：根据上述子系统2，判断母线电流ipcc(s)，母线电压vpcc(s)和逆变器串联电缆输出电流ii(s)是否满足右半平面有无零点；步骤5：根据上述子系统3，判断电网输入电流ig(s)的稳定性是否满足右半平面有无零点。2.根据权利要求1所述的一种用于判断多级逆变器并联接长电缆的系统稳定性的判据方法，其特征在于：所述步骤1中，逆变器的阻抗模型为一个等效电流源Iinv(s)并联一个阻抗Zinv(s)，其等效电流源Iinv(s)表达式如下：Zinv(s)的表达式如下：Zinv(s)＝ZoO(s)·[1+Ti(s)]，其中Ti(s)是逆变器的环路增益，ZoO(s)的表达式如下：长电缆的阻抗模型则化为一个传统二端口网络：ZP1＝Zcsinh(γ(s)l)，ZP2＝ZP3＝Zcsinh(γ(s)l)/[cosh(γ(s)l)-1]其一般化模型中各个参数为：Zi(s)＝ZP1·ZP2/(ZP1+ZP2)Gvv(s)＝Gii(s)＝ZP2/(ZP1+ZP2)Zo(s)＝-ZP...

【专利技术属性】
技术研发人员：张欣，
申请(专利权)人：张欣，
类型：发明
国别省市：江苏,32