一种基于模态分析的多逆变器系统谐振快速定位方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于模态分析的多逆变器系统谐振快速定位方法，该定位方法包括系统导纳矩阵的建立，以及系统谐振定位的在线快速计算。当多台逆变器并联运行时，借助节点电压法，列写系统的导纳矩阵；当系统的逆变器设备出现投切时，通过对矩阵元素的增删来实现系统的变化；然后通过模态分析程序的变步长快速计算，得出系统的谐振频率，实现系统谐振的在线定位。本发明专利技术在逆变器并联运行过程中，可以对系统逆变器数量变化引发的谐振变化进行快速分析，并且不影响系统的正常运行，解决了大规模新能源系统谐振定位难以在线实施的难题，大大提高了系统的谐振定位能力。大提高了系统的谐振定位能力。大提高了系统的谐振定位能力。

【技术实现步骤摘要】
一种基于模态分析的多逆变器系统谐振快速定位方法


[0001]本专利技术涉及新能源发电领域，尤其涉及多逆变器系统的谐振快速定位方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着新能源发电规模的进一步扩大，越来越多的电力电子装备被安装到新型电力系统。导致系统的感性、容性元件增加，系统谐振的风险大大增加。并网逆变器作为新能源发电系统中发电侧与输电侧的关键接口，其稳定性对系统产生了巨大的影响。
[0003]传统分析方法多通过传递函数的推导对系统谐振进行分析，但是对于系统设备投切的情况，需要进行系统高阶传递函数的重复推导，无法实现快速的分析。对于新能源发电的大规模并网，由于功率波动会导致逆变器设备的投切，所以需要一种可以对系统谐振实现快速定位的方法，且有利于在线实现。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的上述不足，本专利技术的目的在于提供一种基于模态分析的多逆变器系统谐振快速定位方法，解决新能源发电系统谐振无法在线快速定位的难题。
[0005]实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种基于模态分析的多逆变器系统谐振快速定位方法，包括以下步骤：
[0007]S1、根据单台逆变器的控制结构，通过等效变换得到单机系统的等效模型；
[0008]S2、根据步骤S1的等效导纳，建立多逆变器系统的节点导纳矩阵；
[0009]S3、对步骤S2系统节点导纳矩阵进行对角化处理，提取对角矩阵元素；
[0010]S4、根据步骤S3对角矩阵元素绘制随频率变化的曲线，进行变步长调节，曲线所得的极大值点即为谐振峰，谐振峰的频率为系统谐振的发生频率，即确定谐振频率，从而实现谐振的频率定位。
[0011]进一步，所述步骤S1中单台逆变器的控制结构，通过控制框图的等效变换得到单机系统的诺顿等效模型。
[0012]进一步，所述S2中的子多逆变器系统通过线路连接到公共耦合点，子系统之间呈现并联结构并得到系统的等效节点导纳矩阵；其中，对于逆变器数量的增减，通过节点导纳矩阵阶数的变化来实现。
[0013]进一步，所述步骤S3中对角化处理将导纳矩阵分解为左、右特征向量矩阵和对角矩阵，提取对角矩阵元素。
[0014]所述步骤S4中曲线所得的极大值点即为谐振峰，谐振峰的频率为系统谐振的发生频率，即确定谐振频率，从而实现谐振的频率定位。
[0015]其中，所述步骤S4中根据斜率大小，进行变步长的调节；具体包括：
[0016]在斜率的地方选择小步长，即步长选择5Hz；在斜率的地方选择大步长，即步长选择10Hz，从而减少计算次数。
[0017]进一步，所述步骤S2根据多逆变器系统模型和节点电压法，列写系统电压和电流
的关系方程，从而得到多逆变器系统的节点导纳矩阵如以下表达式(1)；再根据系统的电压和电流关系，可以列写系统的节点电压方程，如式(2)，节点电压乘以导纳矩阵得到电流，从而得到系统的节点导纳矩阵Y；
[0018][0019][0020]式中，G
i
表示逆变器i输出电流与逆变器i参考电流之间的传递函数关系；I
i*
表示逆变器i的参考电流；Y
11
表示导纳矩阵中第一行第一列的元素；Y
n(n+1)
表示导纳矩阵中第n行第n+1列的元素；Y
(n+1)1
表示导纳矩阵中第n+1行第1列的元素；Y
(n+1)(n+1)
表示导纳矩阵中第n+1行第n+1列的元素；Y
m
表示并网逆变器m的输出导纳；Y
fm
表示逆变器m输出侧所连接线路的等效导纳；Y
g
表示多逆变器系统所连接电网的等效导纳；Y
mm
表示系统节点导纳矩阵中第m行第m列元素；U
i
表示节点i的电压；U
pcc
表示公共耦合点的电压；G
i
I
i*
表示第i台逆变器所等效的诺顿模型中的等效电流源，G
n
I
n*
表示第n台逆变器所等效的诺顿模型中的等效电流源。
[0021]进一步，所述步骤S3对节点导纳矩阵进行对角化如式子(3)，对角矩阵元素随频率变化的趋势进行绘制；包括结合相邻频率对角矩阵元素之间的斜率，进行变步长的调节；
[0022][0023]式中：L、T是矩阵对角化处理所得的左、右特征向量矩阵，λ为矩阵对角化所得的对角矩阵元素，λ
‑1为矩阵对角化所得的对角矩阵元素的逆；L、T、λ
‑1的下表表示矩阵中该元素所处的位置；U为式(1)的电压矩阵的简写，I为式(1)的电流矩阵的简写；
[0024]根据式(3)相邻两个频率之间对角矩阵元素，得到两个点之间的斜率。
[0025]相比现有技术，本专利技术具有如下有益效果：
[0026]采用本专利技术方法，在逆变器并联运行过程中，可以对系统逆变器数量变化引发的谐振变化进行快速分析，并且不影响系统的正常运行，解决了大规模新能源系统谐振定位难以在线实施的难题，大大提高了系统的谐振定位能力。
附图说明
[0027]图1为本专利技术的谐振快速定位流程图。
[0028]图2为本专利技术实施例1的单台逆变器并网控制结构图。
[0029]图3为本专利技术实施例1的控制框图等效变化图。
[0030]图4为本专利技术实施例1的单台并网逆变器诺顿等效模型。
[0031]图5为本专利技术实施例1的多逆变器并联系统诺顿等效模型。
[0032]图6为本专利技术实施例1的谐振模态分析结果图。
[0033]图7为本专利技术实施例1的仿真系统各电流频谱分析图。
具体实施方式
[0034]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，通过实施例对本专利技术技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅通过实施例对本专利技术作一步的说明。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0035]应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项。因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该专利技术产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于模态分析的多逆变器系统谐振快速定位方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、根据谐波注入法，采集各台并网逆变器的频率响应数据，拟合逆变器的等效导纳；S2、根据步骤S1的等效导纳，建立多逆变器系统的节点导纳矩阵；S3、对步骤S2系统节点导纳矩阵进行对角化处理，提取对角矩阵元素；S4、根据步骤S3对角矩阵元素绘制随频率变化的曲线，进行变步长调节，曲线所得的极大值点即为谐振峰，从而实现谐振的频率定位。2.根据权利要求1所述的基于模态分析的多逆变器系统谐振快速定位方法，其特征在于，所述步骤S1谐波注入法为通过在各子系统的并网点注入谐波电压，观察谐波电流，形成子系统的频率响应数据。3.根据权利要求1所述基于模态分析的多逆变器系统谐振快速定位方法，其特征在于，所述步骤S2的节点导纳矩阵，对于逆变器数量的增减，通过节点导纳矩阵阶数的变化来实现。4.根据权利要求1所述基于模态分析的多逆变器系统谐振快速定位方法，其特征在于，所述步骤S3对角化处理将导纳矩阵分解为左、右特征向量矩阵和对角矩阵，提取对角矩阵元素。5.根据权利要求1所述基于模态分析的多逆变器系统谐振快速定位方法，其特征在于，所述步骤S4中曲线所得的极大值点即为谐振峰，谐振峰的频率为系统谐振的发生频率。6.根据权利要求1所述基于模态分析的多逆变器系统谐振快速定位方法，其特征在于，所述步骤S4根据斜率大小，进行变步长的调节；具体包括：在斜率>的地方选择小步长，即步长选择5Hz；在斜率<)的地方选择大步长，即步长选择10Hz，从而减少计算次数。7.根据权利要求3所述基于模态分析的多逆变器系统谐振快速定位方法，其特征在于，所述步骤S2根据多逆变器系统模型和节点电压法，列写系统电压和电流的关系方程，从而得到多逆变器系统的节点导纳矩阵如以下表达式(1)；再根据系统的电压和电流关系，可以列写系统的节点电压方程，如式(2)，节点电压乘以导纳矩阵得到电流，从而得到系统的节点导纳矩阵Y；点导...

【专利技术属性】
技术研发人员：周生奇，刘宏波，罗鲁东，钟世民，刘祥圣，苗骁健，张滨，孙忠良，王杉，隋昊田，李昊，胡薇，刘嘉超，娄亮，孙鹏菊，李强，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：