CN103701152B - 一种光伏发电站并网的闪变传递系数获取的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光伏发电站并网的闪变传递系数获取的方法及系统，考虑了光伏变流器阻抗的频率特性，类似于同步发电机的次暂态电抗和感应电动机的次暂态电抗，本发明定义了光伏变流器的次暂态电抗，且光伏变流器的次暂态电抗可以利用光伏变流器参数得到，如此可以准确获得光伏发电站组的多端口网络图中任意两个节点之间的闪变传递系数，即光伏发电站并网的闪变传递系数，从而解决了现有技术中的难题。

Description

一种光伏发电站并网的闪变传递系数获取的方法及系统

技术领域

本发明涉及电网的闪变传递系数技术领域，更具体地说，涉及一种光伏发电站并网的闪变传递系数获取的方法及系统。

背景技术

随着环境污染和能源危机的加剧，作为新能源的光伏发电站随之推广和应用，大量的光伏发电站正逐渐接入电网。然而，光伏发电站的输出功率随光照强度的波动变化以及光伏变流器等电力电子器件的投切，都会引起公共接入点（pointofcommoncoupling，PCC）的电压波动即闪变。闪变经电力系统将出现不同程度的衰减，衰减的程度可以由闪变传递系数表征，由于闪变传递系数的计算对于闪变污染的评估，以及在电网规划时设计闪变限制和抑制措施至关重要，因此，在光伏发电站并网后一般都需要获取闪变传递系数。

现有技术中的闪变传递系数的获取方法主要有：实测评估和时域分析。由光伏发电站引起的闪变为从电网中某一点传递到另一点时，实测评估方法是根据两点在同一时间测定的短时闪变值来确定闪变传递系数，而各点的短时闪变值由该点的电压波动与稳态电压值之比来确定。但实测评估主要用于辐射型网络，对于互联型电网以及一个或多个母线尚未建成的情况下，无法用实测法得到闪变传递系数，此时需采用时域分析的方法计及不同母线之间的相互作用来计算闪变传递系数。

但是在时域分析中，光伏电源通常简化为功率波动的电源或功率为负的负荷，无法计及光伏变流器阻抗的频率特性，而光伏变流器阻抗的频率特性将对闪变的传递系数产生影响，忽略光伏变流器阻抗频率特性将可能导致获得的闪变传递系数出现极大的误差。因此，如何准确获取光伏发电站并网的闪变传递系数是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种光伏发电站并网的闪变传递系数获取的方法及系统，以准确获得光伏发电站并网的闪变传递系数。

一种光伏发电站并网的闪变传递系数获取的方法，包括：

建立光伏发电站组并网的等效电路图；

根据诺顿定理将并网的光伏发电站组引起的电压波动等效为波动性电流注入网络，形成所述光伏发电站组的多端口网络图；

根据同步发电机参数得到同步发电机的次暂态电抗，感应电动机参数得到感应电动机的次暂态电抗，光伏变流器参数得到光伏变流器的次暂态电抗，以及静态负荷得到静态负荷等效阻抗；

将所述同步发电机的次暂态电抗、所述感应电动机的次暂态电抗、所述光伏变流器的次暂态电抗以及所述静态负荷等效阻抗作为各自节点的接地阻抗，同时结合所述多端口网络图和线路参数得到多端口网络的节点阻抗矩阵；

根据所述节点阻抗矩阵和所述光伏发电站组的间谐波电流分量，得到所述多端口网络的各节点的间谐波电压分量；

将各所述节点的间谐波电压分量和各所述节点的基波分量叠加，得到各所述节点的波动性电压；

依据各所述节点的波动性电压得到各所述节点在不同间谐波电流频率下的有效值电压波动量；

计算所述多端口网络中任意两个所述节点间的所述有效值电压波动量之比，得到两个所述节点之间的闪变传递系数。

优选的，所述光伏发电站组为单个光伏发电站。

优选的，所述光伏发电站组为多个光伏发电站。

优选的，所述光伏变流器的次暂态电抗的标幺值为所述光伏变流器的启动电流的标幺值的倒数。

优选的，所述波动性电压包括一个基波分量电压和一个间谐波分量电压。

一种光伏发电站并网的闪变传递系数获取的系统，包括：

建立单元，用于建立光伏发电站组并网的等效电路图；

形成单元，用于根据诺顿定理将并网的光伏发电站组引起的电压波动等效为波动性电流注入网络，形成所述光伏发电站组的多端口网络图；

第一获取单元，用于根据同步发电机参数得到同步发电机的次暂态电抗，感应电动机参数得到感应电动机的次暂态电抗，光伏变流器参数得到光伏变流器的次暂态电抗，以及静态负荷得到静态负荷等效阻抗；

第二获取单元，用于将所述同步发电机的次暂态电抗、所述感应电动机的次暂态电抗、所述光伏变流器的次暂态电抗以及所述静态负荷等效阻抗作为各自节点的接地阻抗，同时结合所述多端口网络图和线路参数得到多端口网络的节点阻抗矩阵；

第三获取单元，用于根据所述节点阻抗矩阵和所述光伏发电站组的间谐波电流分量，得到所述多端口网络的各节点的间谐波电压分量；

第四获取单元，用于将各所述节点的间谐波电压分量和各所述节点的基波分量叠加，得到各所述节点的波动性电压；

第五获取单元，用于依据各所述节点的波动性电压得到各所述节点在不同间谐波电流频率下的有效值电压波动量；

第六获取单元，用于计算所述多端口网络中任意两个所述节点间的所述有效值电压波动量之比，得到两个所述节点之间的闪变传递系数。

优选的，所述光伏发电站组为单个光伏发电站。

优选的，所述光伏发电站组为多个光伏发电站。

优选的，所述光伏变流器的次暂态电抗的标幺值为所述光伏变流器的启动电流的标幺值的倒数。

优选的，所述波动性电压包括一个基波分量电压和一个间谐波分量电压。

从上述的技术方案可以看出，本发明提供了一种光伏发电站并网的闪变传递系数获取的方法及系统，考虑了光伏变流器阻抗的频率特性，类似于同步发电机的次暂态电抗和感应电动机的次暂态电抗，本发明定义了光伏变流器的次暂态电抗，且光伏变流器的次暂态电抗可以利用光伏变流器参数得到，如此可以准确获得光伏发电站组的多端口网络图中任意两个节点之间的闪变传递系数，即光伏发电站并网的闪变传递系数，从而解决了现有技术中的难题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例公开的一种光伏发电站并网的闪变传递系数获取的方法的流程图；

图2为本发明实施例公开的一种多个光伏发电站并网的等效电路图；

图3为本发明实施例公开的一种多个光伏发电站的多端口网络示意图；

图4为本发明实施例公开的一种光伏发电站并网的闪变传递系数获取的系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

参见图1，本发明实施例公开了一种光伏发电站并网的闪变传递系数获取的方法的流程图，所述方法包括步骤：

S11、建立光伏发电站组并网的等效电路图；

其中，光伏发电组可以为单个光伏发电站，也可以为多个光伏发电站。

S12、根据诺顿定理将并网的光伏发电站组引起的电压波动等效为波动性电流注入网络，形成所述光伏发电站组的多端口网络图；

其中，诺顿定理(Norton'stheorem)指的是含独立源的线性电阻单口网络N，就端口特性而言，可以等效为一个电流源和电阻的并联。

S13、根据同步发电机参数得到同步发电机的次暂态电抗，感应电动机参数得到感应电动机的次暂态电抗，光伏变流器参数得到光伏变流器的次暂态电抗，以及静态负荷得到静态负荷等效阻抗；

需要说明的一点是，类似于同步发电机的次暂态电抗和感应电动机的次暂态电抗，本发明提出了光伏变流器的次暂态电抗的概念，其中，将光伏变流器的次暂态电抗的标幺值定义为光伏变流器的启动电流的标幺值的倒数。并且，依据光伏变流器阻抗的频率特性可知，光伏变流器的次暂态电抗与电网频率成线性关系。

S14、将所述同步发电机的次暂态电抗、所述感应电动机的次暂态电抗、所述光伏变流器的次暂态电抗以及所述静态负荷等效阻抗作为各自节点的接地阻抗，同时结合所述多端口网络图和线路参数得到多端口网络的节点阻抗矩阵；

S15、根据所述节点阻抗矩阵和所述光伏发电站组的间谐波电流分量，得到所述多端口网络的各节点的间谐波电压分量；

S16、将各所述节点的间谐波电压分量和各所述节点的基波分量叠加，得到各所述节点的波动性电压；

其中，波动性电压包括一个基波分量电压和一个间谐波分量电压。

S17、依据各所述节点的波动性电压得到各所述节点在不同间谐波电流频率下的有效值电压波动量；

当光伏发电组包括多个光伏发电站时，假设单个光伏发电站注入的间谐波电流频率从15Hz～85Hz变化，且各个光伏发电站的间谐波电流频率相同，若不同的间谐波电流频率下有效值电压波动量不同，则最终得到的闪变传递系数也随间谐波电流频率的变化而变化，这就是闪变传递系数的频率特性。

S18、计算所述多端口网络中任意两个所述节点间的所述有效值电压波动量之比，得到两个所述节点之间的闪变传递系数。

需要说明的一点是，不同间谐波电流频率下有效值电压波动量可用来表征该间谐波电流频率下的电压波动程度，即闪变程度。从而，某一点传递至另一点的闪变传递系数近似等于两个节点的有效值电压波动量之比。

综上可以看出，本发明相对于现有技术而言考虑了光伏变流器阻抗的频率特性，类似于同步发电机的次暂态电抗和感应电动机的次暂态电抗，本发明定义了光伏变流器的次暂态电抗，且光伏变流器的次暂态电抗可以利用光伏变流器参数得到，如此可以准确获得光伏发电站组的多端口网络图中任意两个节点之间的闪变传递系数，即光伏发电站并网的闪变传递系数，从而解决了现有技术中的难题。

其次，本发明根据多端口网络的节点阻抗矩阵获得任意两个节点之间的闪变传递系数，该计算方法不受网络复杂程度以及节点位置的限制。

再次，本发明根据诺顿定理将光伏发电站引起的公共节点的电压波动等效为波动性电流，这样当有多个光伏发电站同时接入电网时，可以同时计算多个光伏发电站接入电网时的闪变传递系数，即本发明不受接入电网的光伏发电站数量的限制。

最后，本发明提供的闪变传递系数的获取方法还适用于网络尚未建成时的节点间的闪变传递系数的计算，而这对闪变的限制和抑制措施具有重要的实际意义。

具体的，参见图2，本发明实施例公开了一种多个光伏发电站并网的等效电路图，其中，S个光伏发电站分别通过节点p₁到节点p_S接入电网；节点s₁到节点s_N为传统电源节点，可以假设传统电源均为同步发电机；节点k₁到节点k_M为负荷节点，负荷包括静态负荷和动态负荷，动态负荷由感应电动机等效；节点n为网络的参考节点。

需要说明的一点是，所有光伏电源的等效电路均相同（具体参见图2中的第一光伏电源和第S光伏电源），包括：光伏电源网侧滤波电感L、损耗电阻R、电压源型变流器VSC以及光伏电源网侧对地电容C，光伏电源网侧滤波电感L、损耗电阻R和电压源型变流器VSC串联连接，光伏电源网侧对地电容C的正极板连接光伏电源网侧滤波电感L的一端，负极板连接接地端。

参见图3，本发明实施例公开了一种多个光伏发电站的多端口网络示意图，其中，光伏发电站产生的电压波动根据诺顿定理等效成波动性电流注入网络，由于研究对象为光伏发电站引起的闪变，闪变的最大察觉频率为35Hz，故该波动性电流都为频率为工频f_n=50Hz的基波电流分量叠加一个间谐波电流分量的组合，间谐波的频率f_i从15Hz(f_n-35Hz)到85Hz(f_n+35Hz)变化；为各同步发电机的次暂态电抗（忽略电阻）； 为各负荷相对于参考节点n的阻抗，当负荷为静态负荷时就等效为一个电阻、电感值恒定的阻抗，当为动态负荷时，用感应电动机负荷模拟，其对地阻抗取感应电动机的次暂态电抗（忽略电阻）；类似于同步发电机，同样为电源的光伏发电站变流器也可以提出次暂态阻抗的概念，并定义其标幺值等于光伏变流器的启动电流的标幺值的倒数，图3中即为光伏变流器的次暂态电抗；分别为各节点相对于参考节点n的节点电压；分别为各电源节点注入多端口网络的电流。

为了描述方便，现对所有节点按p₁，p₂，…，p_S，s₁，s₂，…，s_N,，k₁，k₂，…,k_M重新编号为1，2，…，T(T=S+N+M)。光伏发电站接入点注入的间谐波电流分量分别为并假设这些间谐波电流的频率都为f_i，而其他节点无间谐波电流注入，那么由这些间谐波电流产生的网络各节点电压间谐波量分别为网络间谐波电压方程参见公式（1）：

其中Z_xx(x=1,2,…,T)为节点x的自阻抗，Z_xy(y=1,2,…,T,y≠x)为节点x与节点y之间的互阻抗，那么节点x的间谐波电压可由公式（2）求得：

$\mathrm{\Δ}{\stackrel{.}{U}}_x=Z_{x1}\mathrm{\Δ}{I}_1+Z_{x2}\mathrm{\Δ}{\stackrel{.}{I}}_2+...+Z_{\mathrm{xL}}\mathrm{\Δ}{\stackrel{.}{I}}_S---\left(2\right)$

由于各个光伏变流器注入的间谐波电流频率相同，则各节点的电压间谐波也同样为f_i，那么各节点的波动性电压包括一个基波分量和频率为f_i的间谐波分量，假设三相电压对称，则节点x的瞬时单相电压u_x的瞬时表达式参见公式（3）：

$u_x=\sqrt{2}{U}_n\cos \left(2\mathrm{\π}{f}_{n}t\right)+\sqrt{2}{U}_i\cos \left(2\mathrm{\π}{f}_{i}t\right)---\left(3\right)$

其中，U_n为基波电压分量的有效值，U_i为频率为f_i的间谐波分量有效值。

令

$m=\frac{U_i}{U_n}---\left(4\right)$

则

$u_x=\sqrt{2}{U}_n\cos \left(2\mathrm{\π}{f}_{n}t\right)+\sqrt{2}m{U}_n\cos \left(2\mathrm{\π}{f}_{i}t\right)---\left(5\right)$

研究表明，当某点电压为基波分量叠加一个间谐波分量是，有效值电压波动量为，参见公式（6），

$\frac{\mathrm{\Δ}{U}_x}{U_x}{|}_{\mathrm{rms}}\≈m\frac{\sin \mathrm{\α}}{\mathrm{\α}(1+\frac{\mathrm{\α}}{2\mathrm{\π}})}---\left(6\right)$

其中，公式（6）中，角度α的表达式参见公式（7），

$\mathrm{\α}=\mathrm{\π}\frac{|f_n-f_i|}{f_n}---\left(7\right)$

由于各节点的闪变值与有效值电压波动量有关，则从节点x传递到节点y的闪变传递系数参见公式（8），

$T_{x\→y}=\frac{\frac{\mathrm{\Δ}{U}_y}{U_y}{|}_{\mathrm{rms}}}{\frac{\mathrm{\Δ}{U}_x}{U_x}{|}_{\mathrm{rms}}}---\left(8\right)$

当间谐波的频率当f_i从15Hz到85Hz变化时，可以得到任意两点之间闪变传递系数的频率特性。

综上可以看出，本发明相对于现有技术而言考虑了光伏变流器阻抗的频率特性，类似于同步发电机的次暂态电抗和感应电动机的次暂态电抗，本发明定义了光伏变流器的次暂态电抗，且光伏变流器的次暂态电抗可以利用光伏变流器参数得到，如此可以准确获得光伏发电站组的多端口网络图中任意两个节点之间的闪变传递系数，即光伏发电站并网的闪变传递系数，从而解决了现有技术中的难题。

与上述方法实施例相对应，本发明还提供了一种光伏发电站并网的闪变传递系数获取的系统。

参见图4，本发明实施例公开了一种光伏发电站并网的闪变传递系数获取的系统的结构示意图，系统包括：建立单元41、形成单元42、第一获取单元43、第二获取单元44、第三获取单元45、第四获取单元46、第五获取单元47和第六获取单元48；

其中：

建立单元41，用于建立光伏发电站组并网的等效电路图；

其中，光伏发电组可以为单个光伏发电站，也可以为多个光伏发电站。

形成单元42用于根据诺顿定理将并网的光伏发电站组引起的电压波动等效为波动性电流注入网络，形成所述光伏发电站组的多端口网络图；

其中，诺顿定理(Norton'stheorem)指的是含独立源的线性电阻单口网络N，就端口特性而言，可以等效为一个电流源和电阻的并联。

第一获取单元43，用于根据同步发电机参数得到同步发电机的次暂态电抗，感应电动机参数得到感应电动机的次暂态电抗，光伏变流器参数得到光伏变流器的次暂态电抗，以及静态负荷得到静态负荷等效阻抗；

第二获取单元44，用于将所述同步发电机的次暂态电抗、所述感应电动机的次暂态电抗、所述光伏变流器的次暂态电抗以及所述静态负荷等效阻抗作为各自节点的接地阻抗，同时结合所述多端口网络图和线路参数得到多端口网络的节点阻抗矩阵；

第三获取单元45，用于根据所述节点阻抗矩阵和所述光伏发电站组的间谐波电流分量，得到所述多端口网络的各节点的间谐波电压分量；

第四获取单元46，用于将各所述节点的间谐波电压分量和各所述节点的基波分量叠加，得到各所述节点的波动性电压；

其中，波动性电压包括一个基波分量电压和一个间谐波分量电压。

第五获取单元47，用于依据各所述节点的波动性电压得到各所述节点在不同间谐波电流频率下的有效值电压波动量；

当光伏发电组包括多个光伏发电站时，假设单个光伏发电站注入的间谐波电流频率从15Hz～85Hz变化，且各个光伏发电站的间谐波电流频率相同，若不同的间谐波电流频率下有效值电压波动量不同，则最终得到的闪变传递系数也随间谐波电流频率的变化而变化，这就是闪变传递系数的频率特性。

第六获取单元48，用于计算所述多端口网络中任意两个所述节点间的所述有效值电压波动量之比，得到两个所述节点之间的闪变传递系数。

需要说明的一点是，不同间谐波电流频率下有效值电压波动量可用来表征该间谐波电流频率下的电压波动程度，即闪变程度。从而，有某一点传递至另一点的闪变传递系数近似等于两个节点的有效值电压波动量之比。

综上可以看出，本发明相对于现有技术而言考虑了光伏变流器阻抗的频率特性，类似于同步发电机的次暂态电抗和感应电动机的次暂态电抗，本发明定义了光伏变流器的次暂态电抗，且光伏变流器的次暂态电抗可以利用光伏变流器参数得到，如此可以准确获得光伏发电站组的多端口网络图中任意两个节点之间的闪变传递系数，即光伏发电站并网的闪变传递系数，从而解决了现有技术中的难题。

其次，本发明根据多端口网络的节点阻抗矩阵获得任意两个节点之间的闪变传递系数，该计算方法不受网络复杂程度以及节点位置的限制。

再次，本发明根据诺顿定理将光伏发电站引起的公共节点的电压波动等效为波动性电流，这样当有多个光伏发电站同时接入电网时，可以同时计算多个光伏发电站接入电网时的闪变传递系数，即本发明不受接入电网的光伏发电站数量的限制。

最后，本发明提供的闪变传递系数的获取方法还适用于网络尚未建成时的节点间的闪变传递系数的计算，而这对闪变的限制和抑制措施具有重要的实际意义。

需要说明的一点是，系统实施例中各组成部分的工作原理参见方法实施例，此处不再赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种光伏发电站并网的闪变传递系数获取的方法，其特征在于，包括：

建立光伏发电站组并网的等效电路图；

根据诺顿定理将并网的光伏发电站组引起的电压波动等效为波动性电流注入网络，形成所述光伏发电站组的多端口网络图；

根据同步发电机参数得到同步发电机的次暂态电抗，感应电动机参数得到感应电动机的次暂态电抗，光伏变流器参数得到光伏变流器的次暂态电抗，以及静态负荷得到静态负荷等效阻抗；

将所述同步发电机的次暂态电抗、所述感应电动机的次暂态电抗、所述光伏变流器的次暂态电抗以及所述静态负荷等效阻抗作为各自节点的接地阻抗，同时结合所述多端口网络图和线路参数得到多端口网络的节点阻抗矩阵；

根据所述节点阻抗矩阵和所述光伏发电站组的间谐波电流分量，得到所述多端口网络的各节点的间谐波电压分量；

将各所述节点的间谐波电压分量和各所述节点的基波分量叠加，得到各所述节点的波动性电压；

依据各所述节点的波动性电压得到各所述节点在不同间谐波电流频率下的有效值电压波动量；

计算所述多端口网络中任意两个所述节点间的所述有效值电压波动量之比，得到两个所述节点之间的闪变传递系数；

其中，所述光伏变流器的次暂态电抗的标幺值为光伏变流器的启动电流的标幺值的倒数，且所述光伏变流器的次暂态电抗与电网频率成线性关系。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光伏发电站组为单个光伏发电站。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光伏发电站组为多个光伏发电站。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述波动性电压包括一个基波分量电压和一个间谐波分量电压。

5.一种光伏发电站并网的闪变传递系数获取的系统，其特征在于，包括：

建立单元，用于建立光伏发电站组并网的等效电路图；

形成单元，用于根据诺顿定理将并网的光伏发电站组引起的电压波动等效为波动性电流注入网络，形成所述光伏发电站组的多端口网络图；

第一获取单元，用于根据同步发电机参数得到同步发电机的次暂态电抗，感应电动机参数得到感应电动机的次暂态电抗，光伏变流器参数得到光伏变流器的次暂态电抗，以及静态负荷得到静态负荷等效阻抗；

第二获取单元，用于将所述同步发电机的次暂态电抗、所述感应电动机的次暂态电抗、所述光伏变流器的次暂态电抗以及所述静态负荷等效阻抗作为各自节点的接地阻抗，同时结合所述多端口网络图和线路参数得到多端口网络的节点阻抗矩阵；

第三获取单元，用于根据所述节点阻抗矩阵和所述光伏发电站组的间谐波电流分量，得到所述多端口网络的各节点的间谐波电压分量；

第四获取单元，用于将各所述节点的间谐波电压分量和各所述节点的基波分量叠加，得到各所述节点的波动性电压；

第五获取单元，用于依据各所述节点的波动性电压得到各所述节点在不同间谐波电流频率下的有效值电压波动量；

第六获取单元，用于计算所述多端口网络中任意两个所述节点间的所述有效值电压波动量之比，得到两个所述节点之间的闪变传递系数；

其中，所述光伏变流器的次暂态电抗的标幺值为光伏变流器的启动电流的标幺值的倒数，且所述光伏变流器的次暂态电抗与电网频率成线性关系。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述光伏发电站组为单个光伏发电站。

7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述光伏发电站组为多个光伏发电站。

8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述波动性电压包括一个基波分量电压和一个间谐波分量电压。