CN104638678A - 一种多风机并网谐振分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种多风机并网谐振分析方法，从逆变器输出阻抗模型出发，建立风电场并网的等效模型；然后根据谐波状态下电缆分布特性建立电缆等值模型，并根据PCC点消纳功率与风机输出功率的关系，建立风机输出功率在PCC点的等效阻抗，得出分布式风电并网系统的总阻抗。本发明通过建立计入电缆和风机输出功率的分布式风电并网系统模型来计算总阻抗，该系统模型更符合实际情况，对于准确分析系统中存在的谐振问题更加具有应用价值和实际意义。

Description

一种多风机并网谐振分析方法

技术领域

本发明涉及谐振分析技术领域，具体为一种多风机并网谐振分析方法。

背景技术

随着能源危机日益严重，风电、光伏等新能源得到广泛关注和应用，分布式电源在提供清洁高效能源的同时，也给电网的安全稳定和电能质量带来较大影响[1]。风电机组等分布式发电中的电力电子等非线性设备产生较大的谐波电流注入电网，降低电网电能质量。为降低并网电流的谐波畸变率，现有分布式电源(distributed generator，DG)多采用含有LCL滤波器的并网逆变器。LCL为三阶系统，容易产生谐振问题，且各逆变器之间没有变压器隔离，多逆变器间会相互关联和耦合，形成了复杂的高阶网络[3]，极可能导致多逆变器并联系统出现谐振问题。若谐振频率与电网背景谐波频率相近，引起谐振过电流，不仅危害电能质量，还可能烧毁LCL滤波器元件，严重时造成风电机组脱网。因此，研究多逆变器并网谐振问题原理和抑制措施具有重要意义。实际电网中，风电场通过电缆向电网供电，而电缆具有较大的对地电容，其会导致系统出现复杂谐振；不同风速下，风机输出功率不同，其会影响系统阻尼，进而影响谐振点阻抗值。但是现有的分析方法未考虑输电电缆对谐振变化的影响，如参考文献[4]，也没有考虑风机输出功率不同引起的谐振变化，如参考文献[3][4]，及未考虑负荷阻抗与风机功率的关系，如参考文献[6]，从而无法做到准确分析。

参考文献

[1]曾正，赵荣祥，汤胜清，等.可再生能源分散接入用先进并网逆变器研究综述[J].中国电机工程学报，2013，33(24)：1-12。

[2]杨新法，苏剑，吕志鹏，等.微电网技术综述[J].中国电机工程学报，2014，34(1)：57-70。

[3]张兴，余畅舟，刘芳，等.光伏并网多逆变器并联建模及谐振分析[J].中国电机工程学报，2014，34(3)：336-345。

[4]许德志，汪飞，毛华龙，等.多并网逆变器与电网的谐波交互建模与分析[J].中国电机工程学报，2013，33(12)：64-71。

[5]胡伟，孙建军，马谦，等.多逆变器并网系统谐振特性分析[J].电力自动化设备，2014，34(7)：93-98。

[6]曾正，赵荣祥，吕志鹏，等.光伏并网逆变器的阻抗重塑与谐波谐振抑制[J].中国电机工程学报，2014，34(27)：4547-4558。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种计入电缆和风电输出功率的影响，所提供的系统模型更符合实际情况的一种多风机并网谐振分析方法。技术方案如下：

一种多风机并网谐振分析方法，包括

a)建立逆变器输出阻抗模型和风电场并网的等效模型，计算单台逆变器输出阻抗Z_O；

b)根据谐波状态下电缆分布特性，建立输电电缆等值模型，具体为计入电缆电容的π型等值电路单元，计算电缆输入阻抗Z_cab-g：

考虑导体的集肤效应，计算输电电缆单位等效电阻r：

$r=\frac{r_1}{1-{(1-\sqrt{j2\mathrm{\π}{f}_1/s})}^2}$

其中，r₁为工频频率f₁情况下的等效电阻；s为复频率，s＝j2πfh，f为基波频率；h为谐波次数；

线路的传播常数γ为：

$\mathrm{\γ}=\sqrt{(r+\mathrm{sL})(g+\mathrm{sC})}=\sqrt{\mathrm{zy}}$

其中，L为每个π型等值电路单元的等效电感，g为每个π型等值电路单元的等效电导，C为每个π型等值电路单元的等效电容，z和y分别为每个π型等值电路单元的等效阻抗和导纳；

计算线路的波阻抗Z_c：

$Z_C=\sqrt{\frac{r+\mathrm{sL}}{g+\mathrm{sC}}}=\sqrt{\frac{z}{y}}$

则电缆输入阻抗Z_cab-g为：

$Z_{\mathrm{cab}-g}=\frac{V_1}{I_1}=\frac{Z_g+Z_C\tanh \left(\mathrm{\γl}\right)}{1+Z_g\tanh \left(\mathrm{rl}\right)/Z_C}$

其中，V₁为电缆的端电压，I₁为流过电缆的电流，Z_g为电网侧等效阻抗，Z_cab-g为计入Z_g的电缆输入阻抗，当Z_g＝0时，Z_cab-g＝Z_Ctanh(γl)，l为π型等值电路单元的个数；

c)建立风机功率模型，计算PCC点负荷等效阻抗Z_L；

d)建立计入电缆和风机输出功率的多风机并网模型，计算电网侧的输入阻抗Z_in和分布式风电网络的等效输出阻抗Z_Osum：

将风机输出功率在PCC点的负荷等效阻抗Z_L和电网侧等效阻抗Z_g并联后做为本模型的电网侧阻抗Z_g||Z_L，将电缆输入阻抗Z_cab-g中的Z_g由Z_g||Z_L代替，可得到电缆端口处的电网侧的输入阻抗Z_in：

$Z_{\mathrm{in}}=\frac{\left(Z_g\right|\left|Z_L\right)+Z_C\tanh \left(\mathrm{\γl}\right)}{1+\left(Z_g\right|\left|Z_L\right)\tanh \left(\mathrm{rl}\right)/Z_C}$

其中，||为并联符号，

假设每台逆变器输出阻抗均为Z_O，各逆变器间线路阻抗均为Z_b，则第i台逆变器的导纳为：

其中，Y_ii为节点i的自导纳；Y_ij为节点i与节点j的互导纳；m为逆变器数量，即风机台数；

多风机并网模型网络的m×m阶导纳矩阵Y_O为：

由公式(14)可得分布式风电网络的等效输出阻抗Z_Osum为

$Z_{\mathrm{Osum}}=Y_O^{-1}\left(\mathrm{1,1}\right)$

其中，表示矩阵Y_O的逆矩阵；

e)计算该分布式风电并网系统的总阻抗Z_sum：

Z_sum＝Z_in+Z_Osum。

进一步的，所述逆变器输出阻抗模型由VT1-VT6组成的六脉动逆变器连接由L1、L2、C2组成LCL滤波器以及串联电阻R构成；所述单台逆变器输出阻抗Z_O的计算方法包括：

根据所述逆变器输出阻抗模型，由梅森定理可推导得到单台逆变器输出阻抗

$Z_O=\frac{Z_{L1}{Z}_{L2}+Z_{L2}{G}_{\mathrm{iC}}{G}_{\mathrm{inv}}}{Z_{L1}+G_{\mathrm{iC}}{G}_{\mathrm{inv}}+Z_C+Z_R}+\frac{(Z_{L1}+Z_{L2}+G_{\mathrm{ig}}{G}_{\mathrm{iC}}{G}_{\mathrm{inv}})(Z_C+Z_R)}{Z_{L1}+G_{\mathrm{iC}}{G}_{\mathrm{inv}}+Z_C+Z_R}$

其中，逆变器侧电感L₁的阻抗Z_L1＝sL₁；电网侧电感L₂的阻抗Z_L2＝sL₂；滤波器电容C的阻抗Z_C＝1/(sC)；Z_R为串联电阻R的阻抗，考虑电阻的集肤效应，则脉宽调制逆变桥线性增益G_inv＝U_dc/U_cm，U_dc为直流输入电压，U_cm为三角载波幅值；比例积分控制传递函数G_ig＝K_p+KI/s，K_p为PI调节器的比例控制系数，KI为PI调节器的比例积分控制系数；比例控制传递函数G_iC＝K，K为P调节器的比例控制系数。

更进一步的，所述PCC点负荷等效阻抗Z_L的计算方法包括：

当风机输出功率低于PCC点负荷水平，Z_L由负荷吸收的有功功率P_L和感性无功功率Q_L等效计算得到；当风机输出功率高于PCC点负荷水平时，PCC点消纳功率为风场输出的功率，即：

其中，P_pcc为PCC点消纳有功功率；P_L为PCC点处负荷吸收的有功功率；P_out为风场向PCC点输送的功率，即风场输出功率；PCC点消纳的无功功率Q_pcc与负荷吸收的无功功率Q_L相等，由电网提供，即

Q_PCC＝Q_L

用CIGRE模型计算负荷阻抗，对应h次谐波各参数分别为：

$R_h=\frac{U_{\mathrm{PCC}}^2}{P_{\mathrm{PCC}}}$

X_sh＝0.073hR_h

$X_p=\frac{{\mathrm{hR}}_h}{6.7(Q_{\mathrm{PCC}}/P_{\mathrm{PCC}})-0.74}$

PCC点负荷等效阻抗Z_L为：

$Z_L=\frac{(R+X_{\mathrm{sh}})\·X_p}{R+X_{\mathrm{sh}}+X_p}$

其中，U_pcc为pcc点电压；R_h为等效电阻；X_sh为与等效电阻R_h串联的等效感抗；X_p为与R_h和X_sh并联的等效电感。

本发明的有益效果是：本发明通过建立计入电缆和风机输出功率的分布式风电并网系统模型来计算总阻抗，该系统模型更符合实际情况，对于准确分析系统中存在的谐振问题更加具有应用价值和实际意义。

附图说明

图1为三相LCL并网逆变器网络拓扑图。

图2为并网逆变器控制策略图。

图3为输电电缆等值模型图。

图4-1为电缆阻抗幅值频率特性曲线图。

图4-2为电缆阻抗相位频率特性曲线图。

图5为风电并网系统潮流示意图。

图6为计入电缆和风机输出功率的多风机并网系统示意图。

图7为分布式风电并网系统示意图。

图8为3台风机并网时仿真的谐振结果和计算谐振结果对比曲线图。

图9-1为有无电缆时系统谐振情况对比-阻抗幅值频率特性曲线图。

图9-2为有无电缆时系统谐振情况对比-阻抗相位频率特性曲线图。

图10-1为不同电缆长度时系统谐振情况-阻抗幅值频率特性曲线图。

图10-2为不同电缆长度时系统谐振情况-阻抗相位频率特性曲线图。

图11为风机不同输出功率时阻抗波特图。

图12-1为不同风机并网台数时系统阻抗波特图。

图12-2为不同风机并网台数时系统阻抗波特图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明：本发明从逆变器输出阻抗模型出发，建立风电场并网的等效模型；然后根据谐波状态下电缆分布特性建立电缆等值模型，并根据公共连接点(point of common coupling，PCC点)消纳功率与风机输出功率的关系，得出风电场并网系统的阻抗；最后改变电缆和风机输出功率参数分析谐振情况变化，具体过程如下：

1)建立逆变器输出阻抗模型

单台逆变器的详细拓扑图如图1所示，u_dc为直流母线电压；VT₁-VT₆组成了六脉动逆变器；L₁、L₂、C₂组成LCL滤波器；R为串联电阻；Z_g为电网侧等效阻抗，包括升压变压器和输电线路阻抗；U_s为电网电压。

单台LCL逆变器控制策略如图2所示，风机侧等效为受控电流源G_invU_r，U_r为调制信号，G_inv为脉宽调制逆变桥线性增益；i_{g_ref}为逆变器并网电流定值；i_{c_ref}为电容电流定值；G_ig(s)为采用比例积分控制的外环并网电流调节器传递函数；G_iC(s)为采用比例控制的内环滤波器电容支路电流调节器传递函数。

根据梅森定理可推导得到单台逆变器输出阻抗为

$Z_O=\frac{Z_{L1}{Z}_{L2}+Z_{L2}{G}_{\mathrm{iC}}{G}_{\mathrm{inv}}}{Z_{L1}+G_{\mathrm{iC}}{G}_{\mathrm{inv}}+Z_C+Z_R}+\frac{(Z_{L1}+Z_{L2}+G_{\mathrm{ig}}{G}_{\mathrm{iC}}{G}_{\mathrm{inv}})(Z_C+Z_R)}{Z_{L1}+G_{\mathrm{iC}}{G}_{\mathrm{inv}}+Z_C+Z_R}---\left(1\right)$

式中，逆变器侧电感L₁阻抗Z_L1＝sL₁；网侧电感L₂阻抗Z_L2＝sL₂；滤波器电容C阻抗Z_C＝1/(sC)；s为复频率，s＝j2πfh；f为基波频率；h为谐波次数；Z_R为串联电阻R的阻抗，考虑电阻的集肤效应，则脉宽调制逆变桥线性增益G_inv＝U_dc/U_cm，U_dc为直流输入电压，U_cm为三角载波幅值；比例积分控制传递函数G_ig＝K_p+KI/s，K_p为PI调节器的比例控制系数，KI为PI调节器的比例积分控制系数；比例控制传递函数G_iC＝K，K为P调节器的比例控制系数。

2)建立输电电缆等值模型

现有文献中分布式电源并网系统中电网常等效为电压源和电抗串联模型，均没有考虑输电电缆的电容。但电缆作为常用电力元件，其对地电容相比于架空线大很多，易出现谐波谐振和较大的放大倍数。因此，在分布式电源并网系统中考虑电缆电容十分必要。

输电电缆为分布参数电路，基波计算时短距离电缆常以集中参数的π型等值电路等效，长距离电缆则以多个π型等值电路串联等效。而在谐波计算中，线路分布特性较之基波状态更为显著，每个π型等值电路等效的线路长度将会缩短。因此，在谐波状态下，常采用双曲线函数计算等值电路参数。

输电电缆的等值电路如图3所示，图中定义1个π型等值电路单元等效的电缆长度为1，电缆长度为l则表示有l个π型等值电路单元。由于导体流过交流电时，内部电流分布不均，导体表面的电流密度远大于导体内部，即为导体集肤效应。该现象导致导体的电阻增加，损耗功率增加。因此，随谐波频率增加，导体有效截面积变小，等效电阻在电缆阻抗中比例增大，并起到抑制谐振峰值的作用。考虑电阻的集肤效应，单位等效电阻r由式(2)所示。

$r=\frac{r_1}{1-{(1-\sqrt{j2\mathrm{\π}{f}_1/s})}^2}---\left(2\right)$

式中：r₁为工频频率f₁情况下的等效电阻，s为复频率，s＝j2πfh，f为基波频率；h为谐波次数。

$\mathrm{\γ}=\sqrt{(r+\mathrm{sL})(g+\mathrm{sC})}=\sqrt{\mathrm{zy}}---\left(3\right)$

$Z_C=\sqrt{\frac{r+\mathrm{sL}}{g+\mathrm{sC}}}=\sqrt{\frac{z}{y}}---\left(4\right)$

$Z_{\mathrm{cab}-g}=\frac{V_1}{I_1}=\frac{Z_g+Z_C\tanh \left(\mathrm{\γl}\right)}{1+Z_g\tanh \left(\mathrm{rl}\right)/Z_C}---\left(5\right)$

式中：γ为线路的传播常数；z和y分别为每个π型等值电路单元的等效阻抗和导纳；L为每个π型等值电路单元的等效电感，g为每个π型等值电路单元的等效电导，C为每个π型等值电路单元的等效电容，Z_c为线路的波阻抗或特性阻抗，γ和Z_c都只与线路的参数和频率有关而与电压和电流无关的物理量；Z_cab-g为计及电网阻抗Z_g的电缆输入阻抗；当Z_g＝0时，Z_cab-g＝Z_Ctanh(γl)，l为π型等值电路单元的个数。

电缆阻抗特性曲线如图4-1和图4-2所示，由图中可看出电缆阻抗存在多个谐振峰，其对系统稳定性会产生不利影响。

3)建立风机功率模型

评估谐振对系统的危害程度需要从谐振频率和谐振峰值两方面来考虑。谐振频率与系统中电感和电容的比例有关，因此对地电容较高的电缆对系统谐振频率会有较大影响。而谐振峰值与系统阻尼电阻有关，因此风机输出功率在PCC点的等效阻抗不可忽略。

PCC点消纳功率与风机输出功率及PCC点负荷水平有关，根据PCC点处消纳功率水平可得到等效阻抗，该阻抗对谐振会有一定的阻尼作用，因此若要计算谐振峰值，须先分析PCC点负荷等效阻抗Z_L的大小。

PCC点消纳功率如图5所示。当风机输出功率低于PCC点负荷水平，PCC点负荷功率由风电场和电网共同提供，Z_L的大小可由负荷吸收的有功功率P_L和感性无功功率Q_L等效计算得到；当风机输出功率高于PCC点负荷水平时，风场输出的功率除给负荷供电外，多余部分流向电网，PCC点消纳功率为风场输出的功率，Z_L的大小根据风场输出功率修正。

PCC点负荷有功功率为

式中，P_pcc为PCC点消纳有功功率；P_L为PCC点处负荷吸收的有功功率；P_out为风场向PCC点输送的功率，即风场输出功率。

PCC点消纳的无功功率与负荷无功功率相等，由电网提供，即

Q_PCC＝Q_L         (7)

式中：Q_pcc为PCC点消纳无功功率；Q_L为PCC点处负荷吸收的无功功率；

用CIGRE(国际大电网会议)模型计算负荷阻抗，对应h次谐波各参数分别为

$R_h=\frac{U_{\mathrm{PCC}}^2}{P_{\mathrm{PCC}}}---\left(8\right)$

X_sh＝0.073hR_h         (9)

$X_p=\frac{{\mathrm{hR}}_h}{6.7(Q_{\mathrm{PCC}}/P_{\mathrm{PCC}})-0.74}---\left(10\right)$

式中：U_pcc为pcc点电压；R_h为等效电阻；X_sh为与等效电阻R_h串联的等效感抗；X_p为与R_h和X_sh并联的等效电感。

负荷阻抗Z_L为

$Z_L=\frac{(R+X_{\mathrm{sh}})\·X_p}{R+X_{\mathrm{sh}}+X_p}---\left(11\right)$

4)建立计入电缆和风机输出功率的多风机并网模型

由图6所示，分布式发电网络为各风电单元逆变器通过线路相连的链式拓扑结构。假设每台逆变器输出阻抗均为Z_o，各逆变器间线路阻抗均为Z_b，则第i台逆变器的导纳为

式中：Y_ii为节点i的自导纳；Y_ij为节点i与节点j的互导纳；m为逆变器数量，即风机台数。

图6所示网络的m×m阶导纳矩阵Y_O如式(14)所示。

由式(14)可得分布式风电网络的等效输出阻抗Z_Osum为

$Z_{\mathrm{Osum}}=Y_O^{-1}\left(\mathrm{1,1}\right)---\left(15\right)$

式中：表示矩阵Y_O的逆矩阵。

将风机输出功率在PCC点的负荷等效阻抗Z_L和电网侧等效阻抗Z_g并联后做为本模型的电网侧阻抗Z_g||Z_L，将电缆输入阻抗Z_cab-g中[即公式(5)]的Z_g由Z_g||Z_L代替，可得到电缆端口处的电网侧的输入阻抗Z_in：

$Z_{\mathrm{in}}=\frac{\left(Z_g\right|\left|Z_L\right)+Z_C\tanh \left(\mathrm{\γl}\right)}{1+\left(Z_g\right|\left|Z_L\right)\tanh \left(\mathrm{rl}\right)/Z_C}---\left(16\right)$

式中：Z_g表示电网侧等效阻抗；Z_L表示风机输出功率在PCC点处的等效阻抗，||为并联符号， $Z_g\left|\right|Z_L=\frac{Z_g\·Z_L}{Z_g+Z_L}.$

由式(15)(16)可得该分布式风电并网系统的总阻抗Z_sum为

Z_sum＝Z_in+Z_Osum         (17)

为验证本技术方法的正确性，采用分布式风电典型网络进行验证。实际风电场中会有几十台风机并联，每个风机单元通过变压器升压后，经线路与公共连接点相连。PCC点处还接有用电负荷，及内阻为Z_g的配电网。风机并网系统如图7所示。

下面通过仿真分析并与现有方法相比，来说明本发明的特点与优点。

系统参数如表1所示。

表1 分布式风电并网系统参数

Tab.1 Parameters of distributed wind power grid-connected system

设置每台风机输出功率为2MW，风机并网台数为3台，分别采用PSCAD仿真和Matlab编程得到风机并网系统的谐振情况，结果如图8所示。

由图8可看出，计算结果和仿真结果曲线吻合度较高，说明本发明方法的正确性。为定量分析计算和仿真结果，给出各谐振点幅值和频率值如表2所示。

表2 3台风机并网时谐振点幅值和频率

Tab.2 Resonant amplitude and frequency of 3wind turbines connected grid

由表中结果可看出，仿真和计算得到的谐振结果接近。谐振点阻抗误差值最大为5.69％，谐振点谐波次数h误差值最大为1.16％，误差水平低于10％，验证了本文模型的有效性和正确性。

1)参考文献[4]中方法存在未考虑电缆影响的不足。

与该方法相比，本发明提出在分布式发电并网系统中考虑输电线路为电缆，建立电缆的分布式参数模型。在谐波计算中，线路分布特性较之基波状态更为显著，每个π型等值电路等效的线路长度将会缩短。谐波状态，采用双曲线函数计算等值电路参数。

单台风机并网时，本发明和参考文献方法的谐振分析结果如图9-1和图9-2所示。

由图9-1和图9-2中可看出，当风机并网系统中存在电缆时，系统谐振由1个谐振点增加为3个，且在10-20次谐波范围内增加了谐振点。电网中常存在11、13、17、19次特征谐波，谐波含量较大，因此在该谐波范围内存在谐振点，对电网电能质量具有较大的危害。由此可看出，在电网阻抗建模时考虑电缆对于准确分析系统中存在的谐振问题具有重要意义。

下面分析电缆长度与谐振的关系。依次改变电缆的长度为l＝2，4，6，8，即π型等值电路单元的个数为2，4，6，8个，得到风机并网系统的谐振情况，分析电缆长度对谐振的影响。结果如图10-1和图10-2所示。

由图10-1和图10-2可看出，电缆长度从l＝2增加到l＝8，100次谐波以内的谐振点数量从3个增加到9个，呈递增趋势。以第1个谐振点为例，谐振频率从18次谐波降低到10次谐波，谐振点阻抗幅值从17dB增加到25dB。而实际电网中，低次谐波含量较高，因此电缆越长，电网更易发生谐振。

2)参考文献[3][4]中没有考虑风机功率引起的谐振变化，而参考文献[6]中方法虽考虑了负荷阻抗对谐振幅值的影响，但未考虑负荷阻抗与风机功率的关系。本发明将负荷阻抗的变化转变为风机功率的变化，更具实际意义。

本发明在输电线路为电缆，8台风机并网的情况下，分别计算不同风机功率对应的网络阻抗，其波特图如图11所示。

由图11可看出，风机输出功率对谐振点阻抗幅值影响较大，对谐振点频率几乎没有影响。风机输出功率从6.4MW增加到16MW，并联谐振点阻抗幅值降低，串联谐振点阻抗幅值增加，均有利于谐振抑制。风机输出功率越大，PCC点负荷越重，阻抗值越小，对谐振抑制效果越好。本发明从风机输出功率角度来分析谐振点阻抗幅值的变化，符合工程实际。

3)参考文献[4][6]中均分析了谐振随并网风机数量的变化，本发明在加入电缆和风机功率模型后，分析谐振与并网逆变器台数的关系。

设置风机输出功率为2MW，电缆长度为l＝4，改变并网逆变器数量，得到并网系统谐振情况如图12-1和图12-2所示。

由图12-1和图12-2可看出，当并网风机数量从1台增加到6台，并联谐振点阻抗幅值和谐振频率几乎不变；第1个串联谐振点阻抗幅值从22dB降低到10dB，谐振点频率从13次谐波降低到7次谐波；第2个串联谐振点阻抗幅值从4dB降低到1dB，谐振点频率从41次谐波升高到45次谐波。因此，并网逆变器数量越多，谐振频率范围越大，对谐振抑制能力越弱，更易受谐振影响。由于实际电网中低次谐波含量更高，因此研究第1个串联谐振点更有实际意义。

综上所述，相对于现有的各种方法技术，本发明方法通过在分布式风电并网系统中考虑电缆和风电输出功率的影响，使系统模型更符合实际情况，系统谐振分析也更有应用价值。

Claims (3)

1.一种多风机并网谐振分析方法，其特征在于，包括

a)建立逆变器输出阻抗模型和风电场并网的等效模型，计算单台逆变器输出阻抗Z_O；

b)根据谐波状态下电缆分布特性，建立输电电缆等值模型，具体为计入电缆电容的π型等值电路单元，计算电缆输入阻抗Z_cab-g：

考虑导体的集肤效应，计算输电电缆单位等效电阻r：

$r=\frac{r_1}{1-{(1-\sqrt{j2\mathrm{\π}{f}_1/s})}^2}$

其中，r₁为工频频率f₁情况下的等效电阻；s为复频率，s＝j2 π fh，f为基波频率；h为谐波次数；

线路的传播常数γ为：

$\mathrm{\γ}=\sqrt{(r+\mathrm{sL})(g+\mathrm{sS})}=\sqrt{\mathrm{zy}}$

其中，L为每个π型等值电路单元的等效电感，g为每个π型等值电路单元的等效电导，C为每个π型等值电路单元的等效电容，z和y分别为每个π型等值电路单元的等效阻抗和导纳；

计算线路的波阻抗Z_c：

$Z_C=\sqrt{\frac{r+\mathrm{sL}}{g+\mathrm{sC}}}=\sqrt{\frac{z}{y}}$

则电缆输入阻抗Z_cab-g为：

$Z_{\mathrm{cab}-g}=\frac{V_1}{I_1}=\frac{Z_g+Z_C\tanh \left(\mathrm{\γl}\right)}{1+Z_g\tanh \left(\mathrm{rl}\right)/Z_C}$

其中，V₁为电缆的端电压，I₁为流过电缆的电流，Z_g为电网侧等效阻抗，Z_cab-g为计入Z_g的电缆输入阻抗，当Z_g＝0时，Z_cab-g＝Z_Ctanh(γl)，l为π型等值电路单元的个数；

c)建立风机功率模型，计算PCC点负荷等效阻抗Z_L；

d)建立计入电缆和风机输出功率的多风机并网模型，计算电网侧的输入阻抗Z_in和分布式风电网络的等效输出阻抗Z_Osum：

将风机输出功率在PCC点的负荷等效阻抗Z_L和电网侧等效阻抗Z_g并联后做为本模型的电网侧阻抗Z_g||Z_L，将电缆输入阻抗Z_cab-g中的Z_g由Z_g||Z_L代替，可得到电缆端口处的电网侧的输入阻抗Z_in：

$Z_{\mathrm{in}}=\frac{\left(Z_g\right|\left|Z_L\right)+Z_C\tanh \left(\mathrm{\γl}\right)}{1+\left(Z_g\right|\left|Z_L\right)\tanh \left(\mathrm{\γl}\right)/Z_C}$

其中，||为并联符号， $Z_g\left|\right|Z_L=\frac{Z_g\·Z_L}{Z_g+Z_L};$

假设每台逆变器输出阻抗均为Z_O，各逆变器间线路阻抗均为Z_b，则第i台逆变器的导纳为：

其中，Y_ii为节点i的自导纳；Y_ij为节点i与节点j的互导纳；m为逆变器数量，即风机台数；

多风机并网模型网络的m×m阶导纳矩阵Y_O为：

由公式(14)可得分布式风电网络的等效输出阻抗Z_Osum为

$Z_{\mathrm{Osum}}=Y_O^{-1}\left(\mathrm{1,1}\right)$

其中，表示矩阵Y_O的逆矩阵；

e)计算该分布式风电并网系统的总阻抗Z_sum：

Z_sum＝Z_in+Z_Osum。

2.根据权利要求1所述的一种多风机并网谐振分析方法，其特征在于，所述逆变器输出阻抗模型由VT1-VT6组成的六脉动逆变器连接由L1、L2、C2组成LCL滤波器以及串联电阻R构成；所述单台逆变器输出阻抗Z_O的计算方法包括：

根据所述逆变器输出阻抗模型，由梅森定理可推导得到单台逆变器输出阻抗

$Z_O=\frac{Z_{L1}{Z}_{L2}+Z_{L2}{G}_{\mathrm{iC}}{G}_{\mathrm{inv}}}{Z_{L1}+G_{\mathrm{iC}}{G}_{\mathrm{inv}}+Z_C+Z_R}+\frac{(Z_{L1}+Z_{L2}+G_{\mathrm{ig}}{G}_{\mathrm{iC}}{G}_{\mathrm{inv}})(Z_C+Z_R)}{Z_{L1}+G_{\mathrm{iC}}{G}_{\mathrm{inv}}+Z_C+Z_R}$

其中，逆变器侧电感L₁的阻抗Z_L1＝sL₁；电网侧电感L₂的阻抗Z_L2＝sL₂；滤波器电容C的阻抗Z_C＝1/(sC)；Z_R为串联电阻R的阻抗，考虑电阻的集肤效应，则脉宽调制逆变桥线性增益G_inv＝U_dc/U_cm，U_dc为直流输入电压，U_cm为三角载波幅值；比例积分控制传递函数G_ig＝K_p+KI/s，K_p为PI调节器的比例控制系数，KI为PI调节器的比例积分控制系数；比例控制传递函数G_iC＝K，K为P调节器的比例控制系数。

3.根据权利要求1或2所述的一种多风机并网谐振分析方法，其特征在于，所述PCC点负荷等效阻抗Z_L的计算方法包括：

当风机输出功率低于PCC点负荷水平，Z_L由负荷吸收的有功功率P_L和感性无功功率Q_L等效计算得到；当风机输出功率高于PCC点负荷水平时，PCC点消纳功率为风场输出的功率，即：

其中，P_pcc为PCC点消纳有功功率；P_L为PCC点处负荷吸收的有功功率；P_out为风场向PCC点输送的功率，即风场输出功率；PCC点消纳的无功功率Q_pcc与负荷吸收的无功功率Q_L相等，由电网提供，即

Q_PCC＝Q_L

用CIGRE模型计算负荷阻抗，对应h次谐波各参数分别为：

$R_h=\frac{U_{\mathrm{PCC}}^2}{P_{\mathrm{PCC}}}$

X_sh＝0.073hR_h

$X_p=\frac{h{R}_h}{6.7(Q_{\mathrm{PCC}}/P_{\mathrm{PCC}})-0.74}$

PCC点负荷等效阻抗Z_L为：

$Z_L=\frac{(R+X_{\mathrm{sh}})\·X_p}{R+X_{\mathrm{sh}}+X_p}$

其中，U_pcc为pcc点电压；R_h为等效电阻；X_sh为与等效电阻R_h串联的等效感抗；X_p为与R_h和X_sh并联的等效电感。