一种计及变流器频率耦合特性的多频耦合系统谐振分析方法及设备技术方案

本发明专利技术提供一种计及变流器频率耦合特性的多频耦合系统谐振分析方法，包括，基于变流器节点处原生谐波和次生谐波的电压电流之间的耦合关系，建立节点多频率耦合自导纳关系矩阵和互导纳关系矩阵；构建系统的原生谐波电压/电流与耦合次生谐波电流/电压之间的频率耦合导纳矩阵；根据所述频率耦合导纳矩阵，进行模态分析运算；并改变原生谐波谐振频率，计算每种原生谐振频率对应的频率耦合导纳矩阵的特征值；绘制频率耦合谐振曲线；得到原生谐波频率和耦合谐波频率的谐振频率点，并计算谐振频率各母线的耦合谐振参与因子，获取耦合谐振关键母线。本发明专利技术还公开了相应的设备。实施本发明专利技术，具有高效且低成本的特点，可以为多频耦合谐振的防范和治理提供依据。耦合谐振的防范和治理提供依据。耦合谐振的防范和治理提供依据。

【技术实现步骤摘要】
一种计及变流器频率耦合特性的多频耦合系统谐振分析方法及设备


[0001]本专利技术涉及新能源电力系统谐波谐振的分析
，特别是涉及一种计及变流器频率耦合特性的多频耦合系统谐振分析方法及设备。

技术介绍

[0002]随着高比例新能源和含高比例电力电子设备的新型电力系统快速发展，电力系统中的非线性元件数量逐渐增加。这些非线性元件可能与系统中的无功补偿装置共同作用引起电力系统的谐波谐振，并且原生扰动经过非线性元件可能会再次发生次生谐波，多种不同频率的谐波之间可能发生频率耦合现象，从而诱发频率耦合谐波谐振在系统中发生。
[0003]在现有技术中，谐振问题可以通过使用频率扫描法或模态分析法来分析，然而频率扫描法分析获得的谐振信息太有限，因此业界逐渐对基于模态分析法进行系统原次生扰动多频率谐波耦合谐振进行研究，由于电力系统中产生谐波的负载和器件越来越多，如何快速获取电网耦合谐振特性以及有准备实现耦合谐振防治，成为了非常必要且紧急的问题。但在现有技术中尚没有出现具备高效且低成本特点的方案。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题在于，提出一种计及变流器频率耦合特性的多频耦合系统谐振分析方法及设备，具有高效且低成本的特点，可以为多频耦合谐振的防范和治理提供依据。
[0005]本专利技术所采用的技术方案为，提供一种计及变流器频率耦合特性的多频耦合系统谐振分析方法，其至少包括如下步骤：
[0006]步骤S10，基于变流器节点处原生谐波和次生谐波的电压电流之间的耦合关系，建立节点多频率耦合自导纳关系矩阵和节点间多频率耦合互导纳关系矩阵；
[0007]步骤S11，根据所述多频率耦合自导纳关系矩阵、多频率耦合互导纳关系矩阵，以及由系统的原生谐波电压与原生谐波电流形成的导纳矩阵，构建系统的原生谐波电压/电流与耦合次生谐波电流/电压之间的频率耦合导纳矩阵；
[0008]步骤S12，根据所述频率耦合导纳矩阵，进行模态分析运算；并改变原生谐波谐振频率，使其在一定区间内按一定步长进行变化，计算每种原生谐振频率对应的频率耦合导纳矩阵的特征值；
[0009]步骤S13，根据计算获得的频率耦合导纳矩阵的特征值，计算频率耦合模态阻抗，并以原生谐振频率为横坐标，频率耦合模态阻抗为纵坐标，绘制频率耦合谐振曲线；
[0010]步骤S14，根据频率耦合谐振曲线的峰值得到原生谐波频率和耦合谐波频率的谐振频率点，并计算谐振频率各母线的耦合谐振参与因子，获取耦合谐振关键母线。
[0011]优选地，所述步骤S10中进一步包括：根据以下计算公式确定变流器节点处原生谐波和次生谐波电压电流之间的耦合关系：
[0012][0013]其中，f
s
表示原生谐波频率(Hz)；f1,
…
,f
h
表示h种次生谐波频率(Hz)；I
i
表示系统节点i处的原生谐波频率电流和次生谐波电流向量；Y
ii
表示节点i处原次生谐波电压电流耦合自导纳关系矩阵；U
i
表示系统节点i处的原生谐波频率电压和次生谐波电压向量；表示i节点处频率为f
s
的谐波电流；同理，表示i节点处频率为f1的谐波电流；表示i节点处频率为f
s
的谐波电压；同理，表示i节点处频率为f1的谐波电压；表示在节点i处的频率为f
s
的电压与节点i处的频率为f
s
的电流的自导纳关系；同理，表示在节点i处的频率为f1的电压与节点i处的频率为f
s
的电流的耦合自导纳关系，并设置原生谐波为初始频率，即f
s
＝f
min
，同时设置上限频率f
max
。
[0014]优选地，所述步骤S10中进一步包括：
[0015]根据以下计算公式确定系统节点之间原生谐波和次生谐波电压电流之间的耦合关系：
[0016][0017]其中，I
i
表示系统节点i处的原生谐波频率电流和次生谐波电流向量；Y
ij
表示节点i和节点j之间原次生谐波电压电流耦合互导纳关系矩阵；U
j
表示系统节点j处的原生谐波频率电压和次生谐波电压向量；表示在节点j处的频率为f
s
的电压与节点i处的频率为f
s
的电流的互导纳关系；同理，表示在节点j处的频率为f1的电压与节点i处的频率为f
s
的电流的耦合互导纳关系。
[0018]优选地，所述步骤S11中进一步包括：
[0019]根据以下计算公式构建原生谐波电压/电流与耦合次生谐波电流/电压的频率耦合导纳矩阵：
[0020][0021]其中，n表示系统节点数量；表示系统n个节点处频率为f
s
的电流向量；表
示系统n个节点处频率为f1的电压向量；表示f1频率的节点电压与f
s
频率节点处的电流的频率耦合导纳矩阵，矩阵中的元素来自于原次生谐波电压电流耦合自/互导纳关系矩阵Y
ii
/Y
ij
；表示节点1处频率为f
s
的电流值；表示节点1处频率为f1的电流值；表示在节点1处的频率为f1的电压与节点1处的频率为f
s
的电流的耦合自导纳关系；表示在节点2处的频率为f1的电压与节点1处的频率为f
s
的电流的耦合互导纳关系。
[0022]优选地，所述步骤S12中进一步包括：
[0023]根据以下计算公式对谐波电压与谐波电流的频率耦合矩阵进行特征值分解：
[0024][0025]其中，表示频率f1电压和频率f
s
电流频率耦合导纳矩阵的特征值矩阵；表示频率f1电压和频率f
s
电流频率耦合导纳矩阵的特征向量矩阵；电流频率耦合导纳矩阵的特征向量矩阵；表示频率f1电压和频率f
s
电流频率耦合导纳矩阵的特征值矩阵的第1个特征值；同理，表示频率f1电压和频率f
s
电流频率耦合导纳矩阵的特征值矩阵的第n个特征值。
[0026]优选地，所述步骤S12中进一步包括：
[0027]根据以下计算公式确定谐波电压与谐波电流的频率耦合模态阻抗矩阵：
[0028][0029]其中，表示频率f1电压和频率f
s
电流频率耦合模态阻抗矩阵；表示频率f1电压和频率f
s
电流的频率耦合模态阻抗值。
[0030]优选地，在所述步骤S13中，根据以下步骤绘制出耦合谐振曲线：
[0031]记录下此时原生谐波频率f
s
对应的n个频率耦合模态阻抗值；
[0032]设置原生谐波频率f
s
按步长Δf
s
增长，即f
s
＝f
s
+Δf
s
，重复上述过程，直至达到本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种计及变流器频率耦合特性的多频耦合系统谐振分析方法，其特征在于，至少包括如下步骤：步骤S10，基于变流器节点处原生谐波和次生谐波的电压电流之间的耦合关系，建立节点多频率耦合自导纳关系矩阵和节点间多频率耦合互导纳关系矩阵；步骤S11，根据所述多频率耦合自导纳关系矩阵、多频率耦合互导纳关系矩阵，以及由系统的原生谐波电压与原生谐波电流形成的导纳矩阵，构建系统的原生谐波电压/电流与耦合次生谐波电流/电压之间的频率耦合导纳矩阵；步骤S12，根据所述频率耦合导纳矩阵，进行模态分析运算；并改变原生谐波谐振频率，使其在一定区间内按一定步长进行变化，计算每种原生谐振频率对应的频率耦合导纳矩阵的特征值；步骤S13，根据计算获得的频率耦合导纳矩阵的特征值，计算频率耦合模态阻抗，并以原生谐振频率为横坐标，频率耦合模态阻抗为纵坐标，绘制频率耦合谐振曲线；步骤S14，根据频率耦合谐振曲线的峰值得到原生谐波频率和耦合谐波频率的谐振频率点，并计算谐振频率各母线的耦合谐振参与因子，获取耦合谐振关键母线。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S10中进一步包括：根据以下计算公式确定变流器节点处原生谐波和次生谐波电压电流之间的耦合关系：其中，f
s
表示原生谐波频率(Hz)；f1,
…
,f
h
表示h种次生谐波频率(Hz)；I
i
表示系统节点i处的原生谐波频率电流和次生谐波电流向量；Y
ii
表示节点i处原次生谐波电压电流耦合自导纳关系矩阵；U
i
表示系统节点i处的原生谐波频率电压和次生谐波电压向量；表示i节点处频率为f
s
的谐波电流；表示i节点处频率为f1的谐波电流；表示i节点处频率为f
s
的谐波电压；表示i节点处频率为f1的谐波电压；表示在节点i处的频率为f
s
的电压与节点i处的频率为f
s
的电流的自导纳关系；表示在节点i处的频率为f1的电压与节点i处的频率为f
s
的电流的耦合自导纳关系，原生谐波为初始频率，即f
s
＝f
min
，同时设置有一上限频率f
max
。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S10中进一步包括：根据以下计算公式确定系统节点之间原生谐波和次生谐波电压电流之间的耦合关系：其中，I
i
表示系统节点i处的原生谐波频率电流和次生谐波电流向量；Y
ij
表示节点i和
节点j之间原次生谐波电压电流耦合互导纳关系矩阵；U
j
表示系统节点j处的原生谐波频率电压和次生谐波电压向量；表示在节点j处的频率为f
s
的电压与节点i处的频率为f
s
的电流的互导纳关系；表示在节点j处的频率为f1的电压与节点i处的频率为f
s
的电流的耦合互导纳关系。4.如权利要求2或3的方法，其特征在于，所述步骤S11中进一步包括：根据以下计算公式构建原生谐波电压/电流与耦合次生谐波电流/电压的频率耦合导纳矩阵：其中，n表示系统节点数量；表示系统n个节点处频率为f
s
的电流向量；表示系统n个节点处频率为f1的电压向量；表示f1频率的节点电压与f
s
频率节点处的电流的频率耦合导纳矩阵，矩阵中的元素来自于原次生谐波电压电流耦合自/互导纳关系矩阵Y
ii
/Y<...

【专利技术属性】
技术研发人员：李艳，陶顺，汪清，张华赢，周子康，王莹鑫，袁威，徐永海，
申请(专利权)人：深圳供电局有限公司，
类型：发明
国别省市：