CN106329563A - 一种逆变器并网稳定性检查的方法及逆变器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及逆变器领域，具体涉及一种逆变器并网稳定性检查方法及逆变器。该方法包括：该逆变器向该电网注入第一序列扰动电流，并在注入该第一序列扰动电流的同时，检测该交流端口的线电压和电流以获得第一组线电压值和第一组电流值；向该电网注入第二序列扰动电流，并在向该电网注入该第二序列扰动电流的同时，检测该交流端口的线电压和电流以获得第二组线电压值和第二组电流值；根据第一组线电压值、第一组电流值、第二组线电压值以及第二组电流值获得该电网的等效阻抗矩阵；该逆变器根据等效导纳矩阵和等效阻抗矩阵判断是否满足该逆变器的稳定性要求。该方法在降低测量成本的情况下能够确定电网对逆变器的影响。

Description

一种逆变器并网稳定性检查的方法及逆变器

技术领域

本发明涉及逆变器领域，具体涉及一种逆变器并网稳定性检查的方法及逆变器。

背景技术

逆变器在现代化的电力系统中较为常见，逆变器的直流端口和外部直流电源相连，逆变器的交流端口和交流电网相连，逆变器的主要功能是将直流电能变换成稳压稳频的交流电能馈送至电网。

逆变器在运行过程中，运行状态会受到实际电网条件的影响。当逆变器通过长距离输电线路与电网相连时，电网等效阻抗不可忽略，这会影响逆变器交流端口电压的稳定程度，进而影响逆变器的运行状态。严重时，会使得逆变器无法稳定运行，典型的不稳定现象为电压或电流震荡、更严重的现象包括触发保护导致逆变器或者供电系统停机。

因此，在逆变器开启功率传输模式之前，需要分析电网对逆变器的影响，其中，功率传输模式是指逆变器将直流电能变换成稳压稳频的交流电能馈送至电网。现有技术中有一种常见的测试方法，该测试方法能够确认电网对逆变器影响。在逆变器进入功率传输模式之前，由测量装置向被测系统注入扰动电流，计算被测模块的端口电压和电流的比值来获得所需的电网等效阻抗矩阵Z。在获得电网等效阻抗矩阵Z和逆变器端口等效导纳矩阵Y数据后，可以计算Z和Y的乘积。根据广义Nyquist稳定性判据，当且仅当Z和Y的乘积的特征值轨迹在复平面逆时针绕过(-1,0)点的次数等于Z和Y的乘积的右半平面极点数时，电网对逆变器影响较小，逆变器能够稳定运行。

但是，在实际测量过程中，测量装置的功率等级需与被测模块的功率等级相匹配，这样会增加整个系统的硬件成本。其中，常见的测量装置分别有开关电容电阻网络、逆变器、同步电机、线性功率放大电路和网络分析仪等。当逆变器与电网连接点较偏远时，测量装置的使用会大幅增加运输和保管成本。当逆变器与电网的连接点多变时，测量装置也需要随之改变位置，这样会产生额外的运输费用，并且测量装置的运输、安装和运行均会耗费一定时间，影响整个电网的运行效率。

从上可知，在逆变器进行功率传输之前，分析电网对逆变器的影响是十分必要的，但是如何在降低测量成本的情况下能够确定电网对逆变器稳定性的影响目前尚未有确切的方法。

发明内容

本发明实施例提供了一种逆变器并网稳定性检查的方法及逆变器，能够在不使用额外测量装置和计算装置的情况下，确定电网对逆变器稳定性的影响。

本发明的第一方面公开了一种逆变器并网稳定性检查的方法，所述逆变器的直流端口和外部直流电源相连，所述逆变器的交流端口和电网相连，所述方法包括：

所述逆变器通过所述逆变器交流端口向所述电网注入第一序列扰动电流，并在向所述电网注入所述第一序列扰动电流的同时，检测所述交流端口的线电压和电流以获得第一组线电压值和第一组电流值

所述逆变器通过所述逆变器交流端口向所述电网注入第二序列扰动电流，并在向所述电网注入所述第二序列扰动电流的同时，检测所述交流端口的线电压和电流以获得第二组线电压值和第二组电流值 其中所述第一序列扰动电流与所述第二序列扰动电流不一样；

所述逆变器根据所述第一组线电压值、所述第一组电流值、所述第二组线电压值以及所述第二组电流值获得所述电网的等效阻抗矩阵；

所述逆变器根据所述逆变器的等效导纳矩阵和所述电网的等效阻抗矩阵判断是否满足所述逆变器的稳定性要求。

根据本发明的第一方面，在本发明的第一方面的第一种可能的实现方式中，所述逆变器通过所述逆变器交流端口向所述电网注入第一序列扰动电流之前，所述方法还包括：

所述逆变器检测所述逆变器交流端口的线电压，以获取第三组线电压值；

当所述第三组线电压值中任意一值幅值小于第一阈值或所述第三组线电压值中任意两幅值之差小于第一阈值时，所述逆变器通过所述逆变器交流端口向所述电网开始注入第一序列扰动电流。

根据本发明的第一方面的第一种可能的实现方式，在本发明的第一方面的第二种可能的实现方式中，所述逆变器通过所述逆变器交流端口向所述电网开始注入第一序列扰动电流之后，所述方法还包括：

所述逆变器检测所述逆变器交流端口的电流，以获取第三组电流值；

当所述第三组电流值任意一值的幅值大于第二阈值时，所述逆变器停止向所述电网注入所述第一序列扰动电流。

根据本发明的第一方面或第一方面的第一种可能的实现方式或第一方面的第二种可能的实现方式，在本发明第一方面的第三种可能的实现方式中，所述逆变器通过所述逆变器交流端口向所述电网注入第二序列扰动电流之前，所述方法还包括：

所述逆变器检测所述逆变器交流端口的线电压，以获取第四组线电压值；

当所述第四组线电压值中任意一值幅值小于第三阈值或第四组线电压值中任意两幅值之差小于第三阈值时，所述逆变器通过所述逆变器交流端口向所述电网开始注入第二序列扰动电流。

根据本发明第一方面的第三种可能的实现方式，在本发明第一方面的第四种可能的实现方式中，所述逆变器通过所述逆变器交流端口向所述电网开始注入第二序列扰动电流之后，所述方法还包括：

所述逆变器检测所述逆变器交流端口的电流，以获取第四组电流值；

当所述第四组电流值任意一值的幅值大于第四阈值时，所述逆变器停止向所述电网注入所述第二序列扰动电流。

根据本发明第一方面或第一方面的第一种可能的实现方式或第一方面的第二种可能的实现方式或第一方面的第三种可能的实现方式或第一方面的第四种可能的实现方式，在本发明第一方面的第五种可能的实现方式中，

所述逆变器根据所述第一组线电压值、所述第一组电流值、所述第二组线电压值以及所述第二组电流值获得所述电网的等效阻抗矩阵，具体包括：

对所述第一组线电压值进行坐标变换和离散傅里叶变换，得到同步旋转坐标系中电压的第一组频域分量

对所述第一组电流值进行坐标变换和离散傅里叶变换，得到同步旋转坐标系中电流的第一组频域分量

对所述第二组线电压值进行坐标变换和离散傅里叶变换，得到同步旋转坐标系中电压的第二组频域分量

对所述第二组电流值进行坐标变换和离散傅里叶变换，得到同步旋转坐标系中电流的第二组频域分量

根据所述电压的第一组频域分量、电流的第一组频域分量、电压的第二频域分量、电流的第二组频域分量以及以下公式计算同步旋转坐标系下的电网等效阻抗矩阵Z_dq(jω)：

$Z_{dq}\left(j\mathrm{\ω}\right)=\left|\begin{array}{cc}{v}_d^1\left(j\mathrm{\ω}\right)& v_d^2\left(j\mathrm{\ω}\right)\\ v_q^1\left(j\mathrm{\ω}\right)& v_q^2\left(j\mathrm{\ω}\right)\end{array}\right|\·{\left|\begin{array}{cc}{i}_d^1\left(j\mathrm{\ω}\right)& i_d^2\left(j\mathrm{\ω}\right)\\ i_q^1\left(j\mathrm{\ω}\right)& i_q^2\left(j\mathrm{\ω}\right)\end{array}\right|}^{-1};$

所述逆变器根据所述逆变器的等效导纳矩阵和所述电网的等效阻抗值判断是否满足所述逆变器的稳定性要求，具体包括：

将Z_dq(jω)的矩阵范数与所述逆变器的等效导纳矩阵Y_dq(jω)的矩阵范数相乘，以获得乘积，其中所述Y_dq(jω)为预先存储在所述逆变器中的参数；

判断所述乘积与预设值的关系；

当所述乘积小于所述预设值时，确定所述逆变器能够稳定并网运行；

当所述乘积不小于所述预设值时，确定所述逆变器不能够稳定并网运行。

根据本发明第一方面或第一方面的第一种可能的实现方式或第一方面的第二种可能的实现方式或第一方面的第三种可能的实现方式或第一方面的第四种可能的实现方式或本发明第一方面的第五种可能的实现方式，在本发明第一方面的第六种可能的实现方式中，所述方法还包括：

当确定所述逆变器不能够稳定并网运行时，所述逆变器关机并向监控系统发送告警提示。

根据本发明第一方面或第一方面的第一种可能的实现方式或第一方面的第二种可能的实现方式或第一方面的第三种可能的实现方式或第一方面的第四种可能的实现方式或本发明第一方面的第五种可能的实现方式或本发明第一方面的第六种可能的实现方式，在本发明第一方面的第七种可能的实现方式中，所述方法还包括：

当确定所述逆变器能够稳定并网运行时，所述逆变器结束自检过程，并进入功率传输工作模式。

本发明的第二方面公开了一种逆变器，所述逆变器的直流端口和外部直流电源相连，所述逆变器的交流端口和电网相连，其特征在于，所述逆变器包括主电路、检测电路以及控制电路；

所述主电路，用于通过所述逆变器交流端口向所述电网注入第一序列扰动电流；

所述检测电路，用于在所述主电路向所述电网注入所述第一序列扰动电流的同时，检测所述交流端口的线电压和电流以获得第一组线电压值 和第一组电流值

所述主电路，还用于通过所述逆变器交流端口向所述电网注入第二序列扰动电流；

所述检测电路，还用于在所述主电路向所述电网注入所述第二序列扰动电流的同时，检测所述交流端口的线电压和电流以获得第二组线电压值 和第二组电流值其中所述第一序列扰动电流与所述第二序列扰动电流不一样；

所述控制电路，用于根据所述第一组线电压值、所述第一组电流值、所述第二组线电压值以及所述第二组电流值获得所述电网的等效阻抗矩阵；

所述控制电路，还用于根据所述逆变器的等效导纳矩阵和所述电网的等效阻抗矩阵判断是否满足所述逆变器的稳定性要求。

根据本发明的第二方面，在本发明的第二方面的第一种可能的实现方式中，

所述检测电路，还用于检测所述逆变器交流端口的线电压和电流，以获取第三组线电压值；

所述控制电路，具体用于当所述第三组线电压值中任意一值幅值小于第一阈值或所述第三组线电压值中任意两幅值之差小于第一阈值时，控制所述主电路通过所述逆变器交流端口向所述电网开始注入第一序列扰动电流。

根据本发明第二方面的第一种可能的实现方式，在本发明的第二方面的第二种可能的实现方式中，

所述检测电路，还用于检测所述逆变器交流端口的电流，以获取第三组电流值；

所述控制电路，还用于当所述第三组电流值任意一值的幅值大于第二阈值时，控制所述主电路停止向所述电网注入所述第一序列扰动电流。

根据本发明的第二方面或第二方面的第一种可能的实现方式或第二方面的第二种可能的实现方式，在本发明的第二方面的第三种可能的实现方式中，

所述检测电路，还用于检测所述逆变器交流端口的线电压，以获取第四组线电压值；

所述控制电路，还用于当所述第四组线电压值中任意一值幅值小于第三阈值或第四组线电压值中任意两幅值之差小于第三阈值时，控制所述主电路通过所述逆变器交流端口向所述电网开始注入第二序列扰动电流。

根据本发明的第二方面的第三种可能的实现方式，在本发明的第二方面的第四种可能的实现方式中，

所述检测电路，还用于检测所述逆变器交流端口的电流，以获取第四组电流值；

所述控制电路，还用于当所述第四组电流值任意一值的幅值大于第四阈值时，控制所述主电路停止向所述电网注入所述第二序列扰动电流。

根据本发明第二方面或第二方面的第一种可能的实现方式或第二方面的第二种可能的实现方式或第二方面的第三种可能的实现方式或第二方面的第四种可能的实现方式，在本发明第二方面的第五种可能的实现方式中，

所述控制电路，具体用于对所述第一组线电压值进行坐标变换和离散傅里叶变换，得到同步旋转坐标系中电压的第一组频域分量

所述控制电路，具体用于对所述第一组电流值进行坐标变换和离散傅里叶变换，得到同步旋转坐标系中电流的第一组频域分量

所述控制电路，具体用于对所述第二组线电压值进行坐标变换和离散傅里叶变换，得到同步旋转坐标系中电压的第二组频域分量

所述控制电路，具体用于对所述第二组电流值进行坐标变换和离散傅里叶变换，得到同步旋转坐标系中电流的第二组频域分量

所述控制电路，具体用于根据所述电压的第一组频域分量、电流的第一组频域分量、电压的第二频域分量、电流的第二组频域分量以及以下公式计算同步旋转坐标系下的电网等效阻抗矩阵Z_dq(jω)：

$Z_{dq}\left(j\mathrm{\ω}\right)=\left|\begin{array}{cc}{v}_d^1\left(j\mathrm{\ω}\right)& v_d^2\left(j\mathrm{\ω}\right)\\ v_q^1\left(j\mathrm{\ω}\right)& v_q^2\left(j\mathrm{\ω}\right)\end{array}\right|\·{\left|\begin{array}{cc}{i}_d^1\left(j\mathrm{\ω}\right)& i_d^2\left(j\mathrm{\ω}\right)\\ i_q^1\left(j\mathrm{\ω}\right)& i_q^2\left(j\mathrm{\ω}\right)\end{array}\right|}^{-1};$

所述控制电路，具体用于将Z_dq(jω)的矩阵范数与所述逆变器的等效导纳矩阵Y_dq(jω)的矩阵范数相乘，以获得乘积，其中所述Y_dq(jω)为预先存储在所述逆变器中的参数；

所述控制电路，具体用于判断所述乘积与预设值的关系；

所述控制电路，具体用于当所述乘积小于所述预设值时，确定所述逆变器能够稳定并网运行；

所述控制电路，具体用于当所述乘积不小于所述预设值时，确定所述逆变器不能够稳定并网运行。

根据本发明第二方面或第二方面的第一种可能的实现方式或第二方面的第二种可能的实现方式或第二方面的第三种可能的实现方式或第二方面的第四种可能的实现方式或的第二方面的第五种可能的实现方式，在第二方面的第六种可能的实现方式中，

所述控制电路，还用于当确定所述逆变器不能够稳定并网运行时，控制所述逆变器关机并向监控系统发送告警提示。

根据本发明第二方面或第二方面的第一种可能的实现方式或第二方面的第二种可能的实现方式或第二方面的第三种可能的实现方式或第二方面的第四种可能的实现方式或的第二方面的第五种可能的实现方式或第二方面的第六种可能的实现方式，在第二方面的第七种可能的实现方式中，

所述控制电路，还用于在确定所述逆变器能够稳定并网运行时，结束自检过程，并控制逆变器进入功率传输工作模式。

从上可知，使用本发明提供的逆变器并网稳定性检测的方法，能够在不使用额外检测装置和计算装置的情况下，利用该逆变器进行并网稳定性检测以确定电网对该逆变器的影响，从而降低逆变器并网检测的的成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例提供的采用端口模型的电网和逆变器示意图；

图2为本发明另一实施例提供的逆变器并网稳定性检查的方法流程图；

图3为本发明另一实施例提供的逆变器的结构；

图4为本发明另一实施例提供的逆变器放电模式示意图；

图5为本发明另一实施例提供的逆变器续流模式示意图；

图6为本发明另一实施例提供的逆变器非受控充电模式示意图；

图7为本发明另一实施例提供的第一序列扰动电流；

图8为本发明另一实施例提供的第二序列扰动电流；

图9为本发明另一实施例提供的逆变器结构图。

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。

逆变器是将直流电能转换为交流电能的装置，普遍应用于现代化的电力系统中。逆变器的直流端口和外部直流电源或负载相连，该逆变器的交流端口和交流电网相连。

逆变器的稳定运行状态是指在逆变器能够和电网(或微型电网)进行指定额度的有功或无功功率传输。逆变器在运行过程中，运行状态会受到电网的实际条件影响。当逆变器通过长距离输电线路和主干网络相连或者是直接与微型电网相连时，电网等效阻抗不可忽略，这会影响逆变器交流端口电压的稳定程度，进而影响逆变器的运行状态。严重时会使得逆变器无法稳定运行，例如会造成电流或电压震荡，甚至会触发保护导致逆变器或者供电系统停机。因此，在逆变器进行并网功率传输之前，分析电网的实际情况对逆变器运行的影响是十分必要的。

在分析电网对逆变器的影响时，通常采用端口网络模型来表示电网和逆变器的交流端口特性，如图1所示。图1中，Vs是主干网络电压，Z是电网等效阻抗值，Y是逆变器的等效导纳，i_inv是逆变器的输出电流，v是逆变器交流端口电压。根据图1可获得如下公式：

V＝(V_S+i_inv*Z)/(1+Z*Y)

上述公式为逆变器交流端口电压表达式，从上述公式可以看出，分母中包含电网等效阻抗值Z和逆变器的等效导纳Y的乘积，根据经典自动控制理论可知，Z和Y的乘积是电网对逆变器影响的主导因素。

综上可知，在逆变器开启功率传输模式之前，需要通过对电网等效阻抗值Z和逆变器的等效导纳值Y的乘积进行分析，根据分析的结果可以预测实际电网对逆变器运行的影响，避免由于盲目开机运行而造成电流或电压震荡。其中，功率传输模式是指逆变器将直流电能变换成稳压稳频的交流电能馈送至电网。

本发明实施例提出一种逆变器并网稳定性检查的方法，该如图2所示，该图2为本发明一实施例的具体步骤。其中，逆变器的直流端口和外部直流电源相连，该逆变器的交流端口和电网相连。

101、该逆变器通过该逆变器交流端口向该电网注入第一序列扰动电流，并在向该电网注入该第一序列扰动电流的同时，检测该交流端口的线电压和电流以获得第一组线电压值和第一组电流值

其中，第一序列扰动电流包含多种形式的电流，每种形式电流的幅值不同。比如第一序列扰动电流包括两种形式的电流，该两种形式的电流包括幅值为a的电流和幅值为b的电流。

102、该逆变器通过该逆变器交流端口向该电网注入第二序列扰动电流，并在向该电网注入该第二序列扰动电流的同时，检测该交流端口的线电压和电流以获得第二组线电压值和第二组电流值其中，该第一序列扰动电流与该第二序列扰动电流不一样；

其中，第二序列扰动电流包含多种形式的电流，每种形式电流的幅值不同。

其中，第一序列扰动电流与第二序列扰动电流非线性相关。

103、该逆变器根据该第一组线电压值、该第一组电流值、该第二组线电压值以及该第二组电流值获得该电网的等效阻抗矩阵；

104、该逆变器根据该逆变器的等效导纳矩阵和该电网的等效阻抗矩阵判断是否满足该逆变器的稳定性要求。

从上可知，根据本发明实施例提供的逆变器并网稳定性检测方法，能够在不需要使用额外的测量装置和计算装置的情况下，利用该逆变器进行并网稳定性检测以确定电网对该逆变器的影响，从而降低逆变器并网检测的的成本。

基于上述实施例，在本发明的另一实施例中，可选的，该逆变器通过该逆变器交流端口向该电网注入第一序列扰动电流之前，该方法还包括：

该逆变器检测该逆变器交流端口的线电压，以获取第三组线电压值；其中，该第三组线电压值中包含三个电压值；

当该第三组线电压值中任意一值幅值小于第一阈值或该第三组线电压值中任意两幅值之差小于第一阈值时，该逆变器通过该逆变器交流端口向该电网开始注入第一序列扰动电流。

其中，第一阈值的典型值为标准线电压幅值的1％。

基于上述实施例，在本发明的另一实施例中，可选的，该逆变器通过该逆变器交流端口向该电网开始注入第一序列扰动电流之后，该方法还包括：

该逆变器检测该逆变器交流端口的电流，以获取第三组电流值；其中，该第三组电流值包含三个电流值。

当该第三组电流值任意一值的幅值大于第二阈值时，该逆变器停止向该电网注入该第一序列扰动电流。

基于上述实施例，在本发明的另一实施例中，可选的，该逆变器通过该逆变器交流端口向该电网注入第二序列扰动电流之前，该方法还包括：

该逆变器检测该逆变器交流端口的线电压，以获取第四组线电压值；其中，该第四组线电压值中包含三个电压值；

当该第四组线电压值中任意一值幅值小于第三阈值或该第四组线电压值中任意两幅值之差小于第三阈值时，该逆变器通过该逆变器交流端口向该电网开始注入第二序列扰动电流。

基于上述实施例，在本发明的另一实施例中，可选的，该逆变器通过该逆变器交流端口向该电网开始注入第二序列扰动电流之后，该方法还包括：

该逆变器检测该逆变器交流端口的电流，以获取第四组电流值；其中，该第三组电流值中包含三个电流值；

当该第四组电流值任意一值的幅值大于第四阈值时，该逆变器停止向该电网注入该第二序列扰动电流。

基于上述实施例，在本发明的另一实施例中，可选的，该逆变器根据该第一组线电压值、该第一组电流值、该第二组线电压值以及该第二组电流值获得该电网的等效阻抗矩阵，具体包括：

对该第一组线电压值进行坐标变换和离散傅里叶变换，得到同步旋转坐标系中电压的第一组频域分量

对该第一组电流值进行坐标变换和离散傅里叶变换，得到同步旋转坐标系中电流的第一组频域分量

对该第二组线电压值进行坐标变换和离散傅里叶变换，得到同步旋转坐标系中电压的第二组频域分量

对该第二组电流值进行坐标变换和离散傅里叶变换，得到同步旋转坐标系中电流的第二组频域分量

根据该电压的第一组频域分量、电流的第一组频域分量、电压的第二频域分量、电流的第二组频域分量以及以下公式计算同步旋转坐标系下的电网等效阻抗矩阵Z_dq(jω)：

$Z_{dq}\left(j\mathrm{\ω}\right)=\left|\begin{array}{cc}{v}_d^1\left(j\mathrm{\ω}\right)& v_d^2\left(j\mathrm{\ω}\right)\\ v_q^1\left(j\mathrm{\ω}\right)& v_q^2\left(j\mathrm{\ω}\right)\end{array}\right|\·{\left|\begin{array}{cc}{i}_d^1\left(j\mathrm{\ω}\right)& i_d^2\left(j\mathrm{\ω}\right)\\ i_q^1\left(j\mathrm{\ω}\right)& i_q^2\left(j\mathrm{\ω}\right)\end{array}\right|}^{-1};$

该逆变器根据该逆变器的等效导纳矩阵和该电网的等效阻抗值判断是否满足该逆变器的稳定性要求，具体包括：

将Z_dq(jω)的矩阵范数与该逆变器的等效导纳矩阵Y_dq(jω)的矩阵范数相乘，以获得乘积，其中该Y_dq(jω)为预先存储在该逆变器中的参数；

判断该乘积与预设值的关系；其中，该预设值可以为常数1；

当该乘积小于该预设值时，确定该逆变器能够稳定并网运行；

当该乘积不小于该预设值时，确定该逆变器不能够稳定并网运行。

基于上述实施例，在本发明的另一实施例中，可选的，该方法还包括：

当确定该逆变器不能够稳定并网运行时，该逆变器关机并向监控系统发送告警提示。

基于上述实施例，在本发明的另一实施例中，可选的，该方法还包括：

当确定该逆变器能够稳定并网运行时，该逆变器结束自检过程，并进入功率传输工作模式。

在本发明的另一实施例中，本发明提供了一种逆变器并网稳定性的判断方法。根据公式V＝(V_S+i_inv*Z)/(1+Z_*Y)可知，电网对逆变器的影响可以通过电网等效阻抗Z和逆变器等效导纳参数Y的乘积来分析。

定义同步旋转坐标系下电网等效阻抗矩阵Zdq(jω)和逆变器等效导纳矩阵Ydq(jω)的乘积为系统回比矩阵Ldq(jω)。由于在并网运行之前，电网和逆变器均能独立稳定运行，因此Zdq(jω)和Ydq(jω)中均不含有右半平面极点，根据广义Nyquist稳定性判据，当且仅当Ldq(jω)的特征值轨迹在复平面不顺时针绕过(-1,0)点时，逆变器能够稳定并网运行。

由于矩阵Ldq(jω)的特征值计算过程繁琐，根据充分条件对以矩阵Ldq(jω)特征值为基础的稳定性判据进行简化，可用简化后得到的公式进行稳定性分析判断。该简化公式如下。

||Z_dq(jω)||_max·||Y_dq(jω)||_sum＜1

其中，||Z_dq(jω)||_max表示电网等效阻抗矩阵Zdq(jω)中各元素模值的最大值，亦称为矩阵Zdq(jω)的极大范数，||Y_dq(jω)||_sum表示逆变器等效导纳矩阵Ydq(jω)中各元素模值之和，亦称为电网等效阻抗矩阵Ydq(jω)的和范数。

根据数学推导可以得知，简化公式||Z_dq(jω)||_max·||Y_dq(jω)||_sum＜1为Ldq(jω)特征值轨迹在复平面不顺时针绕过(-1,0)点的充分条件，因此在满足该简化公式的系统中，电网均不会对逆变器造成严重负面影响导致其无法稳定运行，而不满足简化公式的系统均被认定是不稳定系统。

从上可知，本发明实施例对广义Nyquist稳定性判据进行了简化，利用其充分条件减少稳定性分析过程的计算量，使改进后的稳定性判据能够匹配逆变器处理器的计算能力，使本发明实施例提供的逆变器具有稳定性分析功能。

如图3所示，该图3为本发明逆变器的结构。该实施例中的逆变器包括主电路、检测电路、控制电路等部分。各部分的功能具体如下。

主电路，用于实现直流侧和交流侧之间的能量传输，在本发明中用于向电网注入扰动电流；其中，主电路包括直流母线电容、电力电子开关器件、交流侧滤波器(如L型滤波器或LCL滤波器)，继电器等。

检测电路，用于检测逆变器的电压、电流等信号，还用于对检测到的信号进行处理，还用于将处理后的检测信号送至控制电路；其中，检测电路包括传感器、采样电路和调理电路。

控制电路，用于将来自检测电路的检测信号代入控制算法进行计算，根据计算结果产生驱动信号；还用于发送驱动信号至主电路中的电力电子开关器件；还用于记录检测信号数据和计算电网等效阻抗；还用于分析逆变器并网运行时的稳定性状态；还用于将稳定性分析结果输出至外部的监控系统。其中，控制电路包括驱动电路、数字信号处理器等，常见的数字信号处理器包括DSP(Digital Signal Processor，数字信号处理器)、FPGA(FieldProgrammable Gate Array，现场可编程门阵列)。

在本发明的另一实施例中，要对逆变器并网稳定性进行分析就需要获取电网阻抗和逆变器导纳参数，逆变器导纳参数与该逆变器自身有关，直接获取该逆变器的导纳参数即可，而电网的阻抗需要进行测量。

本发明实施例采用一种离散扰动电流注入的方法，避免连续注入扰动电流引起电网产生不稳定现象。

一次完整的扰动电流注入过程中，逆变器先后经历三种工作模式：

如图4所示，该图4为放电模式。检测电路检测逆变器交流端口线电压，当任意两线电压之差小于设定阈值ε(典型值为标准线电压幅值的1％)时或任一线电压幅值小于设定阈值ε时，由控制电路向主电路中的电力电子开关器件发送开通驱动信号，以使得逆变器向电网释放能量并且逆变器交流端口电流不断增大。

如图5所示，该图5为续流模式。检测电路检测逆变器交流端口电流，当电流幅值达到设定电流保护值i_limit时，由控制电路向主电路中的电力电子开关器件发送的关断驱动信号。此时，主电路滤波器中的剩余能量通过主电路二极管续流，直至续流电流降至零。

如图6所示，该图6为非受控充电模式。当交流侧线电压高于直流母线电容电压，并且控制电路没有向主电路中的电力电子开关器件发送开通驱动信号且主电路滤波器电流为零时，主电路中二极管自然导通，电网向逆变器直流母线电容充电，直至充电电流降至零。

如图4至图6所示，在本发明的另一个实施例中，定义逆变器交流端口与直流母线电容正极之间的所有开关器件为上桥臂开关，交流端口与直流母线电容负极之间的所有开关器件为下桥臂开关。例如，在两电平逆变器中，当(v_AB-v_BC)<ε时，由控制电路向A相上桥臂开关和C相下桥臂开关发送开通驱动信号，主电路通过A相和C相工作于放电模式；当电流幅值上升达到设定电流保护值i_limit时，主电路通过A相和C相工作于续流模式；当线电压v_BC高于直流母线电容电压时，主电路通过B相和C相工作于非受控充电模式。

在本发明的另一个实施例中，通过对逆变器交流端口的电流保护值i_limit进行周期性调整，产生两种线性无关的扰动电流序列，先后注入电网，每种序列均包含多次扰动电流注入过程。

例如，分别设置两个不同的交流端口电流保护值i_limit1和i_limit2，其中i_limit1大于i_limit2。在第一序列扰动电流中，以三次扰动注入为一个周期，其中第一次和第二次注入电流的限幅值为i_limit1，第三次注入电流的限幅值为i_limit2。在第二序列扰动电流中，以两次扰动注入为一个周期，其中第一次注入电流的限幅值为i_limit1，第二次注入电流的限幅值为i_limit2。两种线性无关的扰动电流序列示意图如图7和图8所示。

如图9所示，本发明实施例提供了一种逆变器，该逆变器的直流端口和外部直流电源相连，该逆变器的交流端口和电网相连，该逆变器包括主电路901、检测电路902以及控制电路903；

主电路901，用于通过该逆变器交流端口向该电网注入第一序列扰动电流；

检测电路902，用于在主电路901向该电网注入该第一序列扰动电流的同时，检测该交流端口的线电压和电流以获得第一组线电压值和第一组电流值

主电路903，还用于通过该逆变器交流端口向该电网注入第二序列扰动电流；

其中，主电路包括直流母线电容、电力电子开关器件、交流侧滤波器(如L型滤波器或LCL滤波器)，继电器等。

检测电路902，还用于在主电路901向该电网注入该第二序列扰动电流的同时，检测该交流端口的线电压和电流以获得第二组线电压值和第二组电流值其中，该第一序列扰动电流与该第二序列扰动电流不一样；其中，检测电路包括传感器、采样电路和调理电路。

控制电路903，用于根据该第一组线电压值、该第一组电流值、该第二组线电压值以及该第二组电流值获得该电网的等效阻抗矩阵；

控制电路903，还用于根据该逆变器的等效导纳矩阵和该电网的等效阻抗矩阵判断是否满足该逆变器的稳定性要求。

其中，控制电路包括驱动电路、数字信号处理器等，常见的数字信号处理器包括DSP、FPGA等。

从上可知，通过使用本发明实施例提供的逆变器，能够在不需要使用额外的测量装置和计算装置的情况下，利用该逆变器进行并网稳定性检测以确定电网对该逆变器的影响，从而降低逆变器并网检测的的成本。

可选的，基于上述逆变器，在本发明的另一个实施例中，

检测电路902，还用于检测该逆变器交流端口的线电压，以获取第三组线电压值；

控制电路903，具体用于当该第三组线电压值中任意一值幅值小于第一阈值或该第三组线电压值中任意两幅值之差小于第一阈值时，控制主电路901通过该逆变器交流端口向该电网开始注入第一序列扰动电流。

其中，控制电路903向主电路901的电力电子开关器件发送开通信号，以使得该电力电子开关器件处于开通状态，第一序列扰动电流就可以通过该电力电子开关器件进入电网。

可选的，基于上述逆变器，在本发明的另一个实施例中，

检测电路902，还用于检测该逆变器交流端口的电流，以获取第三组电流值；

控制电路903，还用于当该第三组电流值任意一值的幅值大于第二阈值时，控制主电路901停止向该电网注入该第一序列扰动电流。

其中，该控制电路903向主电路901的电力电子开关器件发送关闭信号，以使得该电力电子开关器件处于断开状态，第一序列扰动电流就停止注入电网。

可选的，基于上述逆变器，在本发明的另一个实施例中，

检测电路902，还用于检测该逆变器交流端口的线电压，以获取第四组线电压值；

控制电路903，还用于当该第四组线电压值中任意一值幅值小于第三阈值或第四组线电压值中任意两幅值之差小于第三阈值时，控制主电路901通过该逆变器交流端口向该电网开始注入第二序列扰动电流。

其中，该控制电路903向主电路901的电力电子开关器件发送开通信号，以使得该电力电子开关器件处于开通状态，第二序列扰动电流就可以通过该电力电子开关器件进入电网。

可选的，基于上述逆变器，在本发明的另一个实施例中，

检测电路902，还用于检测该逆变器交流端口的电流，以获取第四组电流值；

控制电路903，还用于当该第四组电流值任意一值的幅值大于第四阈值时，控制主电路903停止向该电网注入该第二序列扰动电流。

其中，该控制电路903向主电路901的电力电子开关器件发送关闭信号，以使得该电力电子开关器件处于断开状态，第二序列扰动电流就停止注入电网。

可选的，基于上述逆变器，在本发明的另一个实施例中，

控制电路903，具体用于对该第一组线电压值进行坐标变换和离散傅里叶变换，得到同步旋转坐标系中电压的第一组频域分量

控制电路903，具体用于对该第一组电流值进行坐标变换和离散傅里叶变换，得到同步旋转坐标系中电流的第一组频域分量

控制电路903，具体用于对该第二组线电压值进行坐标变换和离散傅里叶变换，得到同步旋转坐标系中电压的第二组频域分量

控制电路903，具体用于对该第二组电流值进行坐标变换和离散傅里叶变换，得到同步旋转坐标系中电流的第二组频域分量

控制电路903，具体用于根据该电压的第一组频域分量、电流的第一组频域分量、电压的第二频域分量、电流的第二组频域分量以及以下公式计算同步旋转坐标系下的电网等效阻抗矩阵Z_dq(jω)：

$Z_{dq}\left(j\mathrm{\&omega;}\right)=\left|\begin{array}{cc}{v}_d^1\left(j\mathrm{\&omega;}\right)& v_d^2\left(j\mathrm{\&omega;}\right)\\ v_q^1\left(j\mathrm{\&omega;}\right)& v_q^2\left(j\mathrm{\&omega;}\right)\end{array}\right|\&CenterDot;{\left|\begin{array}{cc}{i}_d^1\left(j\mathrm{\&omega;}\right)& i_d^2\left(j\mathrm{\&omega;}\right)\\ i_q^1\left(j\mathrm{\&omega;}\right)& i_q^2\left(j\mathrm{\&omega;}\right)\end{array}\right|}^{-1};$

控制电路903，具体用于将Z_dq(jω)的矩阵范数与该逆变器的等效导纳矩阵Y_dq(jω)的矩阵范数相乘，以获得乘积，其中该Y_dq(jω)为预先存储在该逆变器中的参数；

控制电路903，具体用于判断该乘积与预设值的关系；其中，该预设值可以为1。

控制电路903，具体用于当该乘积小于该预设值时，确定该逆变器能够稳定并网运行；

控制电路903，具体用于当该乘积不小于该预设值时，确定该逆变器不能够稳定并网运行。

可选的，基于上述逆变器，在本发明的另一个实施例中，

该控制电路903，还用于当确定该逆变器不能够稳定并网运行时，控制该逆变器关机并向监控系统发送告警提示。

可选的，基于上述逆变器，在本发明的另一个实施例中，

该控制电路903，还用于在确定该逆变器能够稳定并网运行时，结束自检过程，并控制该逆变器进入功率传输工作模式。

对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。

上述装置和系统内的各模块之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本发明方法实施例基于同一构思，具体内容可参见本发明方法实施例中的叙述，此处不再赘述。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上该，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (16)

1.一种逆变器并网稳定性分析的方法，所述逆变器的直流端口和外部直流电源相连，所述逆变器的交流端口和电网相连，其特征在于，所述方法包括：

所述逆变器通过所述逆变器交流端口向所述电网注入第一序列扰动电流，并在向所述电网注入所述第一序列扰动电流的同时，检测所述交流端口的线电压和电流以获得第一组线电压值和第一组电流值

所述逆变器通过所述逆变器交流端口向所述电网注入第二序列扰动电流，并在向所述电网注入所述第二序列扰动电流的同时，检测所述交流端口的线电压和电流以获得第二组线电压值和第二组电流值 其中所述第一序列扰动电流与所述第二序列扰动电流不一样；

所述逆变器根据所述第一组线电压值、所述第一组电流值、所述第二组线电压值以及所述第二组电流值获得所述电网的等效阻抗矩阵；

所述逆变器根据所述逆变器的等效导纳矩阵和所述电网的等效阻抗矩阵判断是否满足所述逆变器的稳定性要求。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述逆变器通过所述逆变器交流端口向所述电网注入第一序列扰动电流之前，所述方法还包括：

所述逆变器检测所述逆变器交流端口的线电压，以获取第三组线电压值；

当所述第三组线电压值中任意一值幅值小于第一阈值或所述第三组线电压值中任意两幅值之差小于第一阈值时，所述逆变器通过所述逆变器交流端口向所述电网开始注入第一序列扰动电流。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述逆变器通过所述逆变器交流端口向所述电网开始注入第一序列扰动电流之后，所述方法还包括：

所述逆变器检测所述逆变器交流端口的电流，以获取第三组电流值；

当所述第三组电流值任意一值的幅值大于第二阈值时，所述逆变器停止向所述电网注入所述第一序列扰动电流。

4.如权利要求1至3任一所述的方法，其特征在于，所述逆变器通过所述逆变器交流端口向所述电网注入第二序列扰动电流之前，所述方法还包括：

所述逆变器检测所述逆变器交流端口的线电压，以获取第四组线电压值；

当所述第四组线电压值中任意一值幅值小于第三阈值或所述第四组线电压值中任意两幅值之差小于第三阈值时，所述逆变器通过所述逆变器交流端口向所述电网开始注入第二序列扰动电流。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述逆变器通过所述逆变器交流端口向所述电网开始注入第二序列扰动电流之后，所述方法还包括：

所述逆变器检测所述逆变器交流端口的电流，以获取第四组电流值；

当所述第四组电流值任意一值的幅值大于第四阈值时，所述逆变器停止向所述电网注入所述第二序列扰动电流。

6.如权利要求1至5任一所述的方法，其特征在于，所述逆变器根据所述第一组线电压值、所述第一组电流值、所述第二组线电压值以及所述第二组电流值获得所述电网的等效阻抗矩阵，具体包括：

对所述第一组线电压值进行坐标变换和离散傅里叶变换，得到同步旋转坐标系中电压的第一组频域分量

对所述第一组电流值进行坐标变换和离散傅里叶变换，得到同步旋转坐标系中电流的第一组频域分量

对所述第二组线电压值进行坐标变换和离散傅里叶变换，得到同步旋转坐标系中电压的第二组频域分量

对所述第二组电流值进行坐标变换和离散傅里叶变换，得到同步旋转坐标系中电流的第二组频域分量

根据所述电压的第一组频域分量、电流的第一组频域分量、电压的第二频域分量、电流的第二组频域分量以及以下公式计算同步旋转坐标系下的电网等效阻抗矩阵Z_dq(jω)：

$Z_{dq}\left(j\mathrm{\&omega;}\right)=\left|\begin{array}{cc}{v}_d^1\left(j\mathrm{\&omega;}\right)& v_d^2\left(j\mathrm{\&omega;}\right)\\ v_q^1\left(j\mathrm{\&omega;}\right)& v_q^2\left(j\mathrm{\&omega;}\right)\end{array}\right|\&CenterDot;{\left|\begin{array}{cc}{i}_d^1\left(j\mathrm{\&omega;}\right)& i_d^2\left(j\mathrm{\&omega;}\right)\\ i_q^1\left(j\mathrm{\&omega;}\right)& i_q^2\left(j\mathrm{\&omega;}\right)\end{array}\right|}^{-1};$

所述逆变器根据所述逆变器的等效导纳矩阵和所述电网的等效阻抗值判断是否满足所述逆变器的稳定性要求，具体包括：

将Z_dq(jω)的矩阵范数与所述逆变器的等效导纳矩阵Y_dq(jω)的矩阵范数相乘，以获得乘积，其中所述Y_dq(jω)为预先存储在所述逆变器中的参数；

判断所述乘积与预设值的关系；

当所述乘积小于所述预设值时，确定所述逆变器能够稳定并网运行；

当所述乘积不小于所述预设值时，确定所述逆变器不能够稳定并网运行。

7.如权利要求1至6任一所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

当确定所述逆变器不能够稳定并网运行时，所述逆变器关机并向监控系统发送告警提示。

8.如权利要求1至7任一所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

当确定所述逆变器能够稳定并网运行时，所述逆变器结束自检过程，并进入功率传输工作模式。

9.一种逆变器，所述逆变器的直流端口和外部直流电源相连，所述逆变器的交流端口和电网相连，其特征在于，所述逆变器包括主电路、检测电路以及控制电路；

所述主电路，用于通过所述逆变器交流端口向所述电网注入第一序列扰动电流；

所述检测电路，用于在所述主电路向所述电网注入所述第一序列扰动电流的同时，检测所述交流端口的线电压和电流以获得第一组线电压值 和第一组电流值

所述主电路，还用于通过所述逆变器交流端口向所述电网注入第二序列扰动电流；

所述检测电路，还用于在所述主电路向所述电网注入所述第二序列扰动电流的同时，检测所述交流端口的线电压和电流以获得第二组线电压值 和第二组电流值其中所述第一序列扰动电流与所述第二序列扰动电流不一样；

所述控制电路，用于根据所述第一组线电压值、所述第一组电流值、所述第二组线电压值以及所述第二组电流值获得所述电网的等效阻抗矩阵；

所述控制电路，还用于根据所述逆变器的等效导纳矩阵和所述电网的等效阻抗矩阵判断是否满足所述逆变器的稳定性要求。

10.如权利要求9所述的逆变器，其特征在于，

所述检测电路，还用于检测所述逆变器交流端口的线电压，以获取第三组线电压值；

所述控制电路，具体用于当所述第三组线电压值中任意一值幅值小于第一阈值或所述第三组线电压值中任意两幅值之差小于第一阈值时，控制所述主电路通过所述逆变器交流端口向所述电网开始注入第一序列扰动电流。

11.如权利要求10所述的逆变器，其特征在于，

所述检测电路，还用于检测所述逆变器交流端口的电流，以获取第三组电流值；

所述控制电路，还用于当所述第三组电流值任意一值的幅值大于第二阈值时，控制所述主电路停止向所述电网注入所述第一序列扰动电流。

12.如权利要求9至11任一所述的逆变器，其特征在于，

所述检测电路，还用于检测所述逆变器交流端口的线电压，以获取第四组线电压值；

所述控制电路，还用于当所述第四组线电压值中任意一值幅值小于第三阈值或第四组线电压值中任意两幅值之差小于第三阈值时，控制所述主电路通过所述逆变器交流端口向所述电网开始注入第二序列扰动电流。

13.如权利要求12所述的逆变器，其特征在于，所述检测电路，还用于检测所述逆变器交流端口的电流，以获取第四组电流值；

所述控制电路，还用于当所述第四组电流值任意一值的幅值大于第四阈值时，控制所述主电路停止向所述电网注入所述第二序列扰动电流。

14.如权利要求9至13任一所述的逆变器，其特征在于，

所述控制电路，具体用于对所述第一组线电压值进行坐标变换和离散傅里叶变换，得到同步旋转坐标系中电压的第一组频域分量 $\left(v_d^1\right(j\mathrm{\&omega;}),v_q^1(j\mathrm{\&omega;}\left)\right);$

所述控制电路，具体用于对所述第一组电流值进行坐标变换和离散傅里叶变换，得到同步旋转坐标系中电流的第一组频域分量 $\left(i_d^1\right(j\mathrm{\&omega;}),i_q^1(j\mathrm{\&omega;}\left)\right);$

所述控制电路，具体用于对所述第二组线电压值进行坐标变换和离散傅里叶变换，得到同步旋转坐标系中电压的第二组频域分量 $\left(v_d^2\right(j\mathrm{\&omega;}),v_q^2(j\mathrm{\&omega;}\left)\right);$

所述控制电路，具体用于对所述第二组电流值进行坐标变换和离散傅里叶变换，得到同步旋转坐标系中电流的第二组频域分量 $\left(i_d^2\right(j\mathrm{\&omega;}),i_q^2(j\mathrm{\&omega;}\left)\right);$

所述控制电路，具体用于根据所述电压的第一组频域分量、电流的第一组频域分量、电压的第二频域分量、电流的第二组频域分量以及以下公式计算同步旋转坐标系下的电网等效阻抗矩阵Z_dq(jω)：

$Z_{dq}\left(j\mathrm{\&omega;}\right)=\left|\begin{array}{cc}{v}_d^1\left(j\mathrm{\&omega;}\right)& v_d^2\left(j\mathrm{\&omega;}\right)\\ v_q^1\left(j\mathrm{\&omega;}\right)& v_q^2\left(j\mathrm{\&omega;}\right)\end{array}\right|\&CenterDot;{\left|\begin{array}{cc}{i}_d^1\left(j\mathrm{\&omega;}\right)& i_d^2\left(j\mathrm{\&omega;}\right)\\ i_q^1\left(j\mathrm{\&omega;}\right)& i_q^2\left(j\mathrm{\&omega;}\right)\end{array}\right|}^{-1};$

所述控制电路，具体用于将Z_dq(jω)的矩阵范数与所述逆变器的等效导纳矩阵Y_dq(jω)的矩阵范数相乘，以获得乘积，其中所述Y_dq(jω)为预先存储在所述逆变器中的参数；

所述控制电路，具体用于判断所述乘积与预设值的关系；

所述控制电路，具体用于当所述乘积小于所述预设值时，确定所述逆变器能够稳定并网运行；

所述控制电路，具体用于当所述乘积不小于所述预设值时，确定所述逆变器不能够稳定并网运行。

15.如权利要求9至14任一所述的逆变器，其特征在于，

所述控制电路，还用于当确定所述逆变器不能够稳定并网运行时，控制所述逆变器关机并向监控系统发送告警提示。

16.如权利要求9至15任一所述的逆变器，其特征在于，

所述控制电路，还用于在确定所述逆变器能够稳定并网运行时，结束自检过程，并控制逆变器进入功率传输工作模式。