一种新能源发电装备接入电力系统的谐波分析方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种新能源发电装备接入电力系统的谐波分析方法及装置，包括：分别获取新能源发电装备接入电力系统的接口变流器等效模型的电量参数，包括独立电压源的瞬时电压值、受控电压源的瞬时电压值和阻抗的阻抗值；根据所述电量参数确定新能源发电装备接入电力系统的谐波电流。本发明专利技术提供的技术方案利用新能源发电装备接入电力系统的接口变流器等效模型中获取的电量参数，有效地分析了新能源发电装备输出电流的谐波特性，解决了新能源发电单元并网谐波电流难以评估的实际问题。

A harmonic analysis method and device of new energy power generation equipment connected to power system

【技术实现步骤摘要】
一种新能源发电装备接入电力系统的谐波分析方法及装置
本专利技术涉及新能源发电领域，具体涉及一种新能源发电装备接入电力系统的谐波分析方法及装置。
技术介绍
随着电力电子装备的大量采用，电力系统的谐波问题日益严重，特别是在电力电子装备大量集中应用的新能源发电领域，发电装备的谐波问题愈发严重。因此，如何准确分析双馈发电机定子侧的谐波特性就显得尤为重要。针对新能源发电装备的谐波建模与分析，由于其多采用最大功率追踪控制而只向电力系统输入，最初将其等效为多频理想电流源叠加的形式，即根据外部测量的各次谐波含量在对应频率点处设置相应幅值的理想电流源，多个频率电流源输出相互叠加共同构成新能源发电装备输出电流，从而模拟其谐波电流输出特性。然而，随着电力电子装备应用规模的扩大以及研究的深入，有学者发现电力电子装备由于其闭环控制结构，不再是单纯电流源表现形式，而根据戴维南等效电路或诺顿等效电路，呈现电压源与阻抗串联、电流源与阻抗并联的复合形式。美国弗吉尼亚理工大学在两相同步旋转dq坐标系中提出了基于dq轴阻抗模型的变流器谐波等效模型。然而，在两相同步旋转dq坐标系中，d轴阻抗和q轴阻抗存在耦合，并且这两个变量物理意义模糊，难以与实际物理量相对应。美国伦斯理工学院利用谐波线性化方法，根据对称分量理论，推导了三相并网逆变器在正序、负序下的等效阻抗表达式，并从其时域模型出发，在复频域内得出一个纯等效阻抗模型，并且其中同频正负序的谐波阻抗完全相等，因此得到的二端口网络只含受控源，进一步等效成了更为简单的纯阻抗模型。这些研究成果多应用于新能源发电装备接入的振荡风险分析以及其控制策略的自优化，很少关注新能源发电装备的谐波行为。因此，现有研究成果在刻画新能源发电装备输出电流谐波特性方面存在不足，无法准确描述新能源发电装备接入电力系统的谐波电流。
技术实现思路
为了解决新能源发电装备接入电力系统的谐波特性分析不足的问题，本专利技术提供一种新能源发电装备接入电力系统的谐波分析方法及装置。通过本方法，确定了新能源发电装备接入电力系统的接口变流器等效模型的电量参数，并根据这些电量参数确定了新能源发电装备接入电力系统的谐波电流，本方法有效实现了对新能源发电装备谐波电流的模拟评估，有利于保障新能源发电装备接入电力系统的安全可靠性。本专利技术提供的一种新能源发电装备接入电力系统的谐波分析方法，其改进之处在于，包括：分别获取新能源发电装备接入电力系统的接口变流器等效模型的电量参数；根据所述电量参数确定新能源发电装备接入电力系统的谐波电流。优选的，所述新能源发电装备接入电力系统的接口变流器等效模型为串联的独立电压源、受控电压源和阻抗；所述电量参数包括：独立电压源的瞬时电压值、受控电压源的瞬时电压值和阻抗的阻抗值。进一步的，所述独立电压源的瞬时电压值的确定过程包括：利用独立电压源频率和各次谐波电压幅值uA的对应关系，结合三相正弦波发生原理获取所述独立电压源的瞬时电压值；按下式计算所述独立电压源在频率f∈(0，+∞)范围内的各次谐波电压幅值uA：上式中，s为拉普拉斯算子，j为复数因子，ω0为工频角频率，icref为接口变流器输出电流指令值，ug为电网相电压幅值；其中，kp、ki分别为电流控制闭环参数的比例系数和积分系数，Td＝(0.5～1.5)Ts，为控制系统延迟时间，Ts为控制系统采样时间。进一步的，所述受控电压源的瞬时电压值的确定过程包括：利用受控电压源的频率及其对应的受控电压源电压幅值uB的对应关系以及受控电压源的角频率及其对应的受控电压源电压幅值uC的对应关系，结合三相正弦波发生原理获取所述受控电压源的瞬时电压值；当所述受控电压源的频率为(2k-1)ω0时，按下式计算所述受控电压源的频率对应的电压幅值uB：当所述受控电压源的角频率为kωc±nωr，且k＝6m，n＝2m-1，m为正整数时，按下式计算所述受控电压源电压幅值uC：当所述受控电压源的角频率为kωc±nωr，且k＝6m，n＝2m-1，m为正整数时，按下式计算所述受控电压源电压幅值uC：上式中，k为正整数，ω0为工频频率，Tdt为调制死区时间，fsw为调制开关频率，Udc为直流电压，为输出电流初始相位角，t为时间，ωc为载波角频率，ωr为调制波角频率，Ji为第一类贝塞尔函数，下标i为阶数，m为调制度。进一步的，所述接口变流器模型中阻抗的阻抗值Zg的获取过程包括：于新能源装备与电网连接点的切口处施加的1-1000Hz范围内的频率，测量获得小值电压扰动信号和新能源装备输出的同频率电流反馈；根据所述小值电压扰动信号和新能源装备输出的同频率电流反馈，按照欧姆定理获取所述接口变流器模型中阻抗的阻抗值。优选的，所述根据所述电量参数确定新能源发电装备接入电力系统的谐波电流，包括：按下式计算所述新能源发电装备接入电力系统的谐波电流id：id＝(u-uabc1-uabc2)/Zg上式中，u为电力系统电压，uabc1为独立电压源的瞬时电压值，uabc2为受控电压源的瞬时电压值。一种新能源发电装备接入电力系统的谐波分析装置，其改进之处在于，包括：获取模块，用于分别获取新能源发电装备接入电力系统的接口变流器等效模型的电量参数；确定模块，用于根据所述电量参数确定新能源发电装备接入电力系统的谐波电流。优选的，所述获取模块，包括：等效单元，用于将所述新能源发电装备接入电力系统的接口变流器等效模型为串联的独立电压源、受控电压源和阻抗；第一确定单元，用于利用独立电压源频率和各次谐波电压幅值uA的对应关系，结合三相正弦波发生原理获取所述独立电压源的瞬时电压值；按下式计算所述独立电压源在频率f∈(0，+∞)范围内的各次谐波电压幅值uA：上式中，s为拉普拉斯算子，j为复数因子，ω0为工频角频率，icref为接口变流器输出电流指令值，ug为电网相电压幅值；其中，kp、ki分别为电流控制闭环参数的比例系数和积分系数，Td＝(0.5～1.5)Ts，为控制系统延迟时间，Ts为控制系统采样时间。第二确定单元，用于利用受控电压源的频率及其对应的受控电压源电压幅值uB的对应关系以及受控电压源的角频率及其对应的受控电压源电压幅值uC的对应关系，结合三相正弦波发生原理获取所述受控电压源的瞬时电压值；当所述受控电压源的频率为(2k-1)ω0时，按下式计算所述受控电压源的频率对应的电压幅值uB：当所述受控电压源的角频率为kωc±nωr，且k＝6m，n＝2m-1，m为正整数时，按下式计算所述受控电压源电压幅值uC：当所述受控电压源的角频率为kωc±nωr，且k＝6m，n＝2m-1，m为正整数时，按下式计算所述受控电压源电压幅值uC：上式中，k为正整数，ω0为工频频率，Tdt为调制死区时间，fsw为调制开关频率，Udc为直流电压，为输出电流初始相位本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新能源发电装备接入电力系统的谐波分析方法，其特征在于，所述方法包括：/n分别获取新能源发电装备接入电力系统的接口变流器等效模型的电量参数；/n根据所述电量参数确定新能源发电装备接入电力系统的谐波电流。/n

【技术特征摘要】
1.一种新能源发电装备接入电力系统的谐波分析方法，其特征在于，所述方法包括：
分别获取新能源发电装备接入电力系统的接口变流器等效模型的电量参数；
根据所述电量参数确定新能源发电装备接入电力系统的谐波电流。


2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述新能源发电装备接入电力系统的接口变流器等效模型为串联的独立电压源、受控电压源和阻抗；
所述电量参数包括：独立电压源的瞬时电压值、受控电压源的瞬时电压值和阻抗的阻抗值。


3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述独立电压源的瞬时电压值的确定过程包括：利用独立电压源频率和各次谐波电压幅值uA的对应关系，结合三相正弦波发生原理获取所述独立电压源的瞬时电压值；
按下式计算所述独立电压源在频率f∈(0，+∞)范围内的各次谐波电压幅值uA：



上式中，s为拉普拉斯算子，j为复数因子，ω0为工频角频率，icref为接口变流器输出电流指令值，ug为电网相电压幅值；
其中，kp、ki分别为电流控制闭环参数的比例系数和积分系数，Td＝(0.5～1.5)Ts，为控制系统延迟时间，Ts为控制系统采样时间。


4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述受控电压源的瞬时电压值的确定过程包括：利用受控电压源的频率及其对应的受控电压源电压幅值uB的对应关系以及受控电压源的角频率及其对应的受控电压源电压幅值uC的对应关系，结合三相正弦波发生原理获取所述受控电压源的瞬时电压值；
当所述受控电压源的频率为(2k-1)ω0时，按下式计算所述受控电压源的频率对应的电压幅值uB：



当所述受控电压源的角频率为kωc±nωr，且k＝6m，n＝2m-1，m为正整数时，按下式计算所述受控电压源电压幅值uC：



当所述受控电压源的角频率为kωc±nωr，且k＝6m，n＝2m-1，m为正整数时，按下式计算所述受控电压源电压幅值uC：



上式中，k为正整数，ω0为工频频率，Tdt为调制死区时间，fsw为调制开关频率，Udc为直流电压，为输出电流初始相位角，t为时间，ωc为载波角频率，ωr为调制波角频率，Ji为第一类贝塞尔函数，下标i为阶数，m为调制度。


5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述接口变流器模型中阻抗的阻抗值Zg的获取过程包括：
于新能源装备与电网连接点的切口处施加的1-1000Hz范围内的频率，测量获得小值电压扰动信号和新能源装备输出的同频率电流反馈；
根据所述小值电压扰动信号和新能源装备输出的同频率电流反馈，按照欧姆定理获取所述接口变流器模型中阻抗的阻抗值。


6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述电量参数确定新能源发电装备接入电力系统的谐波电流，包括：
按下式计算所述新能源发电装备接入电力...

【专利技术属性】
技术研发人员：程鹏，李庆，张金平，李建立，贺敬，朱琼锋，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院有限公司，国家电网有限公司，国网山东省电力公司，
类型：发明
国别省市：北京;11