基于二阶模态灵敏度的光伏并网环流谐振分析方法和系统技术方案

基于二阶模态灵敏度的光伏并网环流谐振分析方法和系统，所述方法包括：建立光伏并网逆变系统的网络节点导纳矩阵；环流谐振频率检测；确定最佳可观测节点与最佳可激励节点、环流谐振中心点；得到特征值幅值对于网络中并联元件与对于串联元件的环流谐振一阶模态灵敏度并进行标准化处理；根据标准化后的一阶模态灵敏度得到并联元件与串联元件的二阶模态灵敏度并进行标准化处理；通过比较标准化后的一阶模态灵敏度和二阶模态灵敏度进行环流谐振元件参与度评估，并定义元件参数调整百分比临界因子，以根据元件参数调节量选取环流谐振关键元件进行环流谐振抑制。本发明专利技术可细化环流谐振分析的颗粒度、提高环流谐振分析效率，为环流谐振抑制提供依据，指导光伏电站设备选型和拓扑设计。拓扑设计。拓扑设计。

【技术实现步骤摘要】
基于二阶模态灵敏度的光伏并网环流谐振分析方法和系统


[0001]本专利技术属于光伏并网系统谐振分析
，涉及基于二阶模态灵敏度的光伏并网环流谐振分析方法和系统。

技术介绍

[0002]随着我国分布式光伏规模持续增长，分布式光伏并网和局部消纳形势日趋严峻。分布式光伏并网逆变器作为光伏与电网间的重要能量转换单元，常采用多台并联的方式连接到公共连接点，当各逆变器并网参数不完全相同或载波相位不同步时，会出现环流谐振现象，为光伏并网系统安全稳定运行带来挑战。
[0003]在并网逆变器多机并网系统中，由于各逆变器并网参数不同步以及电网阻抗的存在，各台并网逆变器输出电流不完全馈入电网，还会存在一部分在并网逆变器之间的环流分量，可能会引发导致并网系统不稳定的环流谐振。通过识别和追溯引发环流谐振的关键元件，对谐振抑制具有指导作用。
[0004]目前光伏并网系统的谐振分析领域主要有阻抗频率扫描法和模态分析法这两类方法，主要针对的是并网逆变器与电网之间的谐振问题，所提出的解决方案是保证PCC电压和并网电流稳定性的方案，而并网逆变器之间的环流谐振问题往往被忽略。因此，针对多光伏逆变器并网系统，亟需提出一种能够用于获取逆变器环流谐振信息的分析方法，以更好地刻画环流谐振特性，为光伏并网系统电能质量提升、光伏电站拓扑优化提供指导。

技术实现思路

[0005]为解决现有技术中存在的不足，本专利技术提供基于二阶模态灵敏度的光伏并网环流谐振分析方法和系统，能够准确地获取系统环流谐振频率，各节点参与程度、环流谐振最高可激励节点和最佳可观测节点信息、各元件参数对环流谐振的灵敏度、以及如何调节系统元件参数能更好地实现环流谐振抑制。可细化环流谐振分析的颗粒度、提高环流谐振分析效率，为环流谐振抑制提供依据，指导光伏电站设备选型和拓扑设计。
[0006]本专利技术采用如下的技术方案。
[0007]基于二阶模态灵敏度的光伏并网环流谐振分析方法，实现环流谐振频率检测、最佳可观测节点、最佳可激励节点和环流谐振中心确定、环流谐振元件参与度评估以及基于元件参数调整百分比临界因子的环流谐振抑制关键元件确定，所述方法包括以下步骤：
[0008]步骤1、基于光伏并网逆变系统的参数以及各逆变器输出导纳，建立光伏并网逆变系统的网络节点导纳矩阵；
[0009]步骤2、分解网络节点导纳矩阵特征，得到特征值、左、右特征向量，根据特征值寻找预设频率范围内节点导纳矩阵为奇异矩阵时所对应的频率，为环流谐振频率，实现环流谐振频率检测；
[0010]步骤3、根据环流谐振频率下的左、右特征向量确定环流谐振最佳可观测节点与最佳可激励节点，并得到各节点环流谐振参与因子，通过比较各节点环流谐振参与因子确定
环流谐振中心点；
[0011]步骤4、基于环流谐振频率下的左、右特征向量分别得到特征值幅值对于网络中并联元件与对于串联元件的环流谐振一阶模态灵敏度并进行标准化处理；
[0012]步骤5、根据标准化后的一阶模态灵敏度得到并联元件与串联元件的二阶模态灵敏度以反映一阶模态灵敏度随元件参数的变化趋势，并对二阶模态灵敏度进行标准化处理；
[0013]步骤6、通过比较标准化后的一阶模态灵敏度和二阶模态灵敏度进行环流谐振元件参与度评估，并计算元件参数调整百分比临界因子，将其与元件参数调节量对比，以选取环流谐振抑制效果最好的元件作为环流谐振抑制关键元件，进行环流谐振抑制。
[0014]优选地，步骤1中，根据各逆变器输出导纳与系统参数，构建网络节点导纳矩阵Y
n+1
：
[0015][0016]其中，n为并联逆变器个数；
[0017]y
eqn
、Y
g
、y
fi
分别表示第n个并网逆变器的等效输出导纳，电网等效导纳，逆变器i到并网点等效线路导纳。
[0018]优选地，步骤2中，对网络节点导纳矩阵Y
n+1
进行特征值分解：
[0019]Y
n+1
＝LΛT
[0020]其中，Λ＝diag(λ1,λ2,
…
λ
m
，
…
)表示特征值对角矩阵；
[0021]L＝[l1,l2,
…
,l
m
,
…
]与T＝[t1,t2,
…
,t
m
,
…
]T
分别为左、右特征向量矩阵，且满足L＝T
‑1，下标m表示第m个环流谐振模态，最小特征值对应的模态为关键模态；
[0022]λ
m
、l
m
、t
m
分别表示节点导纳矩阵Y
n+1
的第m个特征值，第m个模态的左特征向量，第m个模态的右特征向量；
[0023]定义U＝TV，J＝TI，可得：
[0024][0025]矩阵形式为：
[0026]U＝Λ
‑1J
[0027]式中：U和J分别表示模态电压向量和模态电流向量，Λ
‑1表示模态阻抗；
[0028]由上式可得，当λ
m
值较小时，U中元素容易出现极大值，进而出现环流谐振现象。
[0029]优选地，步骤2中，计算预设频率范围内模态阻抗，选取模态阻抗处于极大值时对应的频率为环流谐振频率。
[0030]优选地，步骤3中，环流谐振频率对应的左特征向量各元素反映各母线对环流谐振的可观测性，右特征向量各元素反映各节点注入电流后对环流谐振的可激励性；
[0031]对于环流谐振模态m而言，其对应的左特征向量元素中最大值对应的节点为最佳可观测节点，其对应的右特征向量元素中最大值对应的节点最佳可激励节点；
[0032]根据左特征向量矩阵与右特征向量矩阵中元素，得到由环流谐振参与因子组成的指标V，通过比较得到具有最大参与因子的节点为环流谐振中心点；
[0033]其中，指标V为：
[0034][0035]指标V矩阵中的对角元素l
nm
t
mn
为节点n的对环流谐振模态m的参与因子；
[0036]l
nm
、t
mn
、I
n
分别表示节点n对于谐振模态m的可观测度，节点n对于谐振模态m的可激励度，节点n注入电流。
[0037]优选地，步骤4具体包括：
[0038]步骤41、基于环流谐振频率对应的左、右特征向量得到特征值λ
m
对导纳矩阵Y
n+1
中元素Y
ij
的灵敏度为：
[0039][0040]其中，t
mi
为右特征向量矩阵第m行第i个元素；
[0041]l
jm
左特征向量矩阵第m列的第j个元素；
[0042]进一步获得特征值λ
m
的灵敏度矩阵S
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于二阶模态灵敏度的光伏并网环流谐振分析方法，实现环流谐振频率检测、最佳可观测节点、最佳可激励节点和环流谐振中心确定、环流谐振元件参与度评估以及基于元件参数调整百分比临界因子的环流谐振抑制关键元件确定，其特征在于：所述方法包括以下步骤：步骤1、基于光伏并网逆变系统的参数以及各逆变器输出导纳，建立光伏并网逆变系统的网络节点导纳矩阵；步骤2、分解网络节点导纳矩阵特征，得到特征值、左、右特征向量，根据特征值寻找预设频率范围内节点导纳矩阵为奇异矩阵时所对应的频率，为环流谐振频率，实现环流谐振频率检测；步骤3、根据环流谐振频率下的左、右特征向量确定环流谐振最佳可观测节点与最佳可激励节点，并得到各节点环流谐振参与因子，通过比较各节点环流谐振参与因子确定环流谐振中心点；步骤4、基于环流谐振频率下的左、右特征向量分别得到特征值幅值对于网络中并联元件与对于串联元件的环流谐振一阶模态灵敏度并进行标准化处理；步骤5、根据标准化后的一阶模态灵敏度得到并联元件与串联元件的二阶模态灵敏度以反映一阶模态灵敏度随元件参数的变化趋势，并对二阶模态灵敏度进行标准化处理；步骤6、通过比较标准化后的一阶模态灵敏度和二阶模态灵敏度进行环流谐振元件参与度评估，并计算元件参数调整百分比临界因子，将其与元件参数调节量对比，以选取环流谐振抑制效果最好的元件作为环流谐振抑制关键元件，进行环流谐振抑制。2.根据权利要求1所述的基于二阶模态灵敏度的光伏并网环流谐振分析方法，其特征在于：步骤1中，根据各逆变器输出导纳与系统参数，构建网络节点导纳矩阵Y
n+1
：其中，n为并联逆变器个数；y
eqn
、Y
g
、y
fi
分别表示第n个并网逆变器的等效输出导纳，电网等效导纳，逆变器i到并网点等效线路导纳。3.根据权利要求1所述的基于二阶模态灵敏度的光伏并网环流谐振分析方法，其特征在于：步骤2中，对网络节点导纳矩阵Y
n+1
进行特征值分解：Y
n+1
＝LΛT其中，Λ＝diag(λ1,λ2,
…
λ
m
，
…
)表示特征值对角矩阵；L＝[l1,l2,
…
,l
m
,
…
]与T＝[t1,t2,
…
,t
m
,
…
]
T
分别为左、右特征向量矩阵，且满足L＝T
‑1，下标m表示第m个环流谐振模态，最小特征值对应的模态为关键模态；λ
m
、l
m
、t
m
分别表示节点导纳矩阵Y
n+1
的第m个特征值，第m个模态的左特征向量，第m个模态的右特征向量；
定义U＝TV，J＝TI，可得：矩阵形式为：U＝Λ
‑1J式中：U和J分别表示模态电压向量和模态电流向量，Λ
‑1表示模态阻抗；由上式可得，当λ
m
值较小时，U中元素容易出现极大值，进而出现环流谐振现象。4.根据权利要求3所述的基于二阶模态灵敏度的光伏并网环流谐振分析方法，其特征在于：步骤2中，计算预设频率范围内模态阻抗，选取模态阻抗处于极大值时对应的频率为环流谐振频率。5.根据权利要求1所述的基于二阶模态灵敏度的光伏并网环流谐振分析方法，其特征在于：步骤3中，环流谐振频率对应的左特征向量各元素反映各母线对环流谐振的可观测性，右特征向量各元素反映各节点注入电流后对环流谐振的可激励性；对于环流谐振模态m而言，其对应的左特征向量元素中最大值对应的节点为最佳可观测节点，其对应的右特征向量元素中最大值对应的节点最佳可激励节点；根据左特征向量矩阵与右特征向量矩阵中元素，得到由环流谐振参与因子组成的指标V，通过比较得到具有最大参与因子的节点为环流谐振中心点；其中，指标V为：指标V矩阵中的对角元素l
nm
t
mn
为节点n的对环流谐振模态m的参与因子；l
nm
、t
mn
、I
n
分别表示节点n对于谐振模态m的可观测度，节点n对于谐振模态m的可激励度，节点n注入电流。6.根据权利要求1所述的基于二阶模态灵敏度的光伏并网环流谐振分析方法，其特征在于：步骤4具体包括：步骤41、基于环流谐振频率对应的左、右特征向量得到特征值λ
m
对导纳矩阵Y
n+1
中元素Y
ij
的灵敏度为：其中，t
mi
为右特征向量矩阵第m行第i个元素；
l
jm
左特征向量矩阵第m列的第j个元素；进一步获得特征值λ
m
的灵敏度矩阵S
m
；步骤42、将灵敏度矩阵S
m
中第b行与第b列元S
m,bb
以及特征值λ
m
的实部虚部进行分解得到：其中，S
r
、S
i
分别表示灵敏度矩阵S
m
中第b行与第b列元S
m,bb
的实部和虚部；λ
r
、λ
i<...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑仙，史明明，费骏韬，谢文强，喻建瑜，缪惠宇，刘建，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：