CN110350533A - 一种计及新能源发电控制策略的改进仿射谐波潮流方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种计及新能源发电控制策略的改进仿射谐波潮流方法，将功率描述为仿射变量，考虑控制策略的影响，即计及控制策略的影响，建立分布式新能源发电(Renewable Energy based Distributed Generation,REDG)仿射谐波发射特性模型。随后改进牛顿—拉夫逊仿射谐波潮流算法，根据仿射修正方程组等式两端对应系数相等的方法，对仿射雅各比矩阵的求逆运算进行近似处理，简化求解仿射谐波潮流。本发明在考虑出力不确定的基础上，计及控制策略对REDG谐波发射特性的影响，准确描述由自然因素影响导致的REDG谐波发射特性的不确定性，改进仿射谐波潮流算法，更为简易地获得电网不确定谐波潮流分布，更具工程适用性与推广应用价值，为REDG接入电网下的谐波治理提供依据。
Description
技术领域
本发明涉及电网谐波治理领域，特别是一种计及新能源发电控制策略的改进仿射谐波潮流方法。
背景技术
分布式新能源发电(Renewable Energy based Distributed Generation,REDG)接入电网产生谐波污染问题，危害电力系统的安全运行，REDG运行状态的随机性与波动性将使电网的谐波污染问题呈现不确定性。针对电网不确定谐波污染问题，以仿射算术描述不确定，采用仿射谐波潮流算法进行分析。仿射谐波发射特性建模是仿射谐波潮流计算的基础，REDG的谐波发射特性受REDG的出力与控制策略的影响。因此，分析REDG接入电网的谐波污染问题需要在考虑出力不确定与控制策略的基础上进行仿射谐波潮流计算分析。
目前关于仿射谐波发射特性建模及仿射谐波潮流问题存在以下技术缺陷：
1、已有方法将REDG视为不确定功率源，根据REDG接入点的不确定谐波电流监测数据，拟合输出功率与并网谐波电流的函数关系来近似描述REDG的仿射谐波发射特性，由于未考虑控制策略对REDG谐波发射特性的影响，拟合结果适应性差。
2、当前采用牛顿—拉夫逊方法求解仿射谐波潮流时，无法对仿射雅各比矩阵直接求逆，采用近似算法，计算结果保守性较大。
因此，在实际工程上，需要一种能够计及控制策略的REDG仿射谐波潮流分析手段。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提出一种计及新能源发电控制策略的改进仿射谐波潮流方法，能够准确描述由自然因素影响导致的REDG谐波发射特性的不确定性，简易地获得电网不确定谐波潮流分布，为REDG接入电网下的谐波治理提供依据。
本发明采用以下方案实现：一种计及新能源发电控制策略的改进仿射谐波潮流方法，提供一分布式新能源发电并网电路，所述电路包括发电机组、逆变器、滤波器和控制器；所述发电机组与所述逆变器电性相连；所述发电机组还与所述控制器通信相连；所述逆变器与所述滤波器电性相连；所述逆变器还与所述控制器通信相连；所述滤波器和所述控制器均与所述外部交流电网连接；
按照如下步骤实现：
步骤S1：建立改进的分布式新能源发电即改进的REDG谐波发射特性仿射模型；
步骤S2：基于牛顿—拉夫逊算法建立改进的仿射谐波潮流计算模型；并将建立的模型与步骤S1建立的模型结合，计算各节点谐波电压仿射值。
进一步地，所述步骤S1具体包括以下内容：
所述逆变器采用三相半桥电压型逆变器；所述滤波器为LC滤波器；所述控制器采用双极性正弦脉冲宽度调制算法生成驱动信号，用以控制所述逆变器；所述逆变器的输出电压与所述控制器的调制信号满足式(1)的关系式；逆变器输出电压的谐波分量如式(2)所示；其中，Jn为第一类贝塞尔函数；u0表示逆变器输出电压；uoh表示逆变器输出电压的谐波分量；ur表示控制器的调制信号；Udc表示逆变器直流侧电压的幅值；Urm、ωr、θr分别表示调制信号的幅值、角速度、初相角；ωc、θc分别表示载波信号的角速度与初相角；m表示载波谐波分量索引；n表示边带谐波分量索引；
dq0坐标系中，REDG的输出功率如式(3)、(4)所示，LC滤波器的状态方程如式(5)、(6)所示；式中ud、uq分别表示电网电压的d轴分量与q轴分量，id、iq分别表示电网电流的d轴分量与q轴分量；Pref、Qref分别表示REDG的有功与无功功率参考值；uLd、uLq分别表示逆变器输出电压的d轴分量与q轴分量；ω表示工频角速度；
Pref＝udid (3)
Qref＝-udiq (4)
uLd＝ud-ωLiq (5)
uLq＝uq+ωLid (6)
联立式(1)、(3)、(4)、(5)、(6)，得调制信号的d轴分量与q轴分量如式(7)、(8)所示，随后根据式(9)求取调制信号；
联立式(2)、(7)、(8)、(9)，得计及控制策略的REDG谐波电压输出值Uoh如式(10)所示；
REDG向电网注入的谐波电流如式(11)所示；其中，Uoh表示REDG输出的谐波电压，Ih表示REDG注入电网中的谐波电流；XLh、XCh分别表示LC滤波器中电感与电容的谐波等值电抗，XLsh表示电网的谐波等值电抗，h表示谐波次数；
联立式(10)、(11)，得计及控制策略的REDG谐波发射特性如式(12)所示；
以仿射算术描述REDG出力的不确定性，计及控制策略的影响，建立REDG谐波发射特性仿射模型如式(13)所示；
进一步地，所述步骤S2具体包括以下内容：
建立基于牛顿—拉夫逊的仿射潮流修正方程组如式(14)所示；
式中，表示仿射雅各比矩阵；如式(15)所示，表示基波电压不平衡量仿射矩阵；如式(16)所示，表示功率与电压不平衡量仿射矩阵，如式(17)所示；
式中，分别为i节点注入有功、无功功率与电压平方的不平衡量仿射值；分别为i节点基波电压实部与虚部的不平衡量仿射值；分别表示i节点注入有功功率对j节点的电压虚部与实部的偏导；分别表示i节点注入无功功率对j节点的电压虚部与实部的偏导；分别表示i节点电压平方对j节点电压虚部与实部的偏导；
功率与电压的不平衡量仿射值根据式(18)至(20)式求解，其中，和分别为i节点注入总有功和无功功率的仿射值；分别表示由功率方程计算所得的i节点k次谐波有功和无功功率的仿射值，如式(21)、(22)所示；表示给定的节点基波电压仿射值； 分别表示计算所得的i节点k次谐波电压实部与虚部的仿射值； 分别表示i节点对于j节点k次谐波互导纳的实部与虚部；
将式(14)展开，得式(23)；
对比等式(23)两端，得基波电压不平衡量仿射矩阵的中心值矩阵与噪声元系数矩阵分别如式(24)、(25)所示，以此更新节点基波电压仿射值；式中，p指仿射值中的第p个噪声元；
X0＝(J0)-1W0 (24)
Xp＝(J0)-1×(Wp-X0Jp) (25)
根据式(13)求取REDG注入电网的谐波电流，结合式(26)的仿射节点谐波电压方程组，获得节点谐波电压的仿射值；式中，k为谐波次数；为节点注入的k次谐波电流仿射矩阵；为节点k次谐波电压仿射矩阵；Yk为节点k次谐波导纳矩阵；
以基波功率与谐波功率的交互影响表征基波潮流与谐波潮流的耦合关系，如式(18)、(19)所示。
与现有技术相比，本发明有以下有益效果：
本发明能够考虑新能源发电控制策略对其谐波发射特性的影响，准确描述由自然因素影响导致的REDG谐波发射特性的不确定性。此外，本发明能够更为简易地获得电网不确定谐波潮流分布，更具工程适用性与推广应用价值，为REDG接入电网下的谐波治理提供依据。
附图说明
图1为本发明实施例的流程图。
图2为本发明实施例的分布式新能源发电并网电路图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
如图1所示，本实施例提供了一种计及新能源发电控制策略的改进仿射谐波潮流方法，提供一分布式新能源发电并网电路，所述电路包括发电机组、逆变器、滤波器和控制器；所述发电机组与所述逆变器电性相连；所述发电机组还与所述控制器通信相连；所述逆变器与所述滤波器电性相连；所述逆变器还与所述控制器通信相连；所述滤波器和所述控制器均与所述外部交流电网连接；发电机组输出直流电能，由逆变器变换为交流电能，经滤波器滤除部分谐波分量后与外部交流电网连接，其中，控制器采集发电机组与交流电网的电信号，经控制器中的外环控制器与内环控制器处理获得调制信号的幅值信息，将调制信号的幅值信息输入至控制器中的门极控制器，改变调制信号的幅值，在门极控制器中结合调制信号与载波信号获得驱动信号，控制逆变器输出所需的交流电能。
按照如下步骤实现：
步骤S1：建立改进的分布式新能源发电即改进的REDG谐波发射特性仿射模型；
步骤S2：基于牛顿—拉夫逊算法建立改进的仿射谐波潮流计算模型；并将建立的模型与步骤S1建立的模型结合，计算各节点谐波电压仿射值。
在本实施例中，所述步骤S1具体包括以下内容：
分布式新能源发电并网电路图如图2所示，所述逆变器采用三相半桥电压型逆变器，所述控制器采用双极性正弦脉冲宽度调制算法生成驱动信号，用以控制所述逆变器；所述滤波器为LC滤波器；所述逆变器的输出电压与所述控制器的调制信号满足式(1)的关系式；逆变器输出电压的谐波分量如式(2)所示，其中，Jn为第一类贝塞尔函数；u0表示逆变器输出电压；uoh表示逆变器输出电压的谐波分量；ur表示控制器的调制信号；Udc表示逆变器直流侧电压的幅值；Urm、ωr、θr分别表示调制信号的幅值、角速度、初相角；ωc、θc分别表示载波信号的角速度与初相角；m表示载波谐波分量索引；n表示边带谐波分量索引；
dq0坐标系中，REDG的输出功率如式(3)、(4)所示，LC滤波器的状态方程如式(5)、(6)所示；式中ud、uq分别表示电网电压的d轴分量与q轴分量，id、iq分别表示电网电流的d轴分量与q轴分量；Pref、Qref分别表示REDG的有功与无功功率参考值；uLd、uLq分别表示逆变器输出电压的d轴分量与q轴分量；ω表示工频角速度；
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uLd＝ud-ωLiq (5)
uLq＝uq+ωLid (6)
联立式(1)、(3)、(4)、(5)、(6)，得调制信号的d轴分量与q轴分量如式(7)、(8)所示，随后根据式(9)求取调制信号；
联立式(2)、(7)、(8)、(9)，得计及控制策略的REDG谐波电压输出值Uoh如式(10)所示；
REDG向电网注入的谐波电流如式(11)所示；其中，Uoh表示REDG输出的谐波电压，Ih表示REDG注入电网中的谐波电流；XLh、XCh分别表示LC滤波器中电感与电容的谐波等值电抗，XLsh表示电网的谐波等值电抗，h表示谐波次数；
联立式(10)、(11)，得计及控制策略的REDG谐波发射特性如式(12)所示；
以仿射算术描述REDG出力的不确定性，计及控制策略的影响，建立REDG谐波发射特性仿射模型如式(13)所示；
在本实施例中，所述步骤S2具体包括以下内容：
建立基于牛顿—拉夫逊的仿射潮流修正方程组如式(14)所示；
式中，表示仿射雅各比矩阵；如式(15)所示，表示基波电压不平衡量仿射矩阵；如式(16)所示，表示功率与电压不平衡量仿射矩阵，如式(17)所示；
式中，分别为i节点注入有功、无功功率与电压平方的不平衡量仿射值；分别为i节点基波电压实部与虚部的不平衡量仿射值；分别表示i节点注入有功功率对j节点的电压虚部与实部的偏导；分别表示i节点注入无功功率对j节点的电压虚部与实部的偏导；分别表示i节点电压平方对j节点电压虚部与实部的偏导；
功率与电压的不平衡量仿射值根据式(18)至(20)式求解，其中，和分别为i节点注入总有功和无功功率的仿射值；分别表示由功率方程计算所得的i节点k次谐波(k取1表示基波)有功和无功功率的仿射值，如式(21)、(22)所示；表示给定的节点基波电压仿射值；分别表示计算所得的i节点k次谐波(k取1表示基波)电压实部与虚部的仿射值；分别表示i节点对于j节点k次谐波(k取1表示基波)互导纳(i＝j时表示自导纳)的实部与虚部；
将式(14)展开，得式(23)；
对比等式(23)两端，得基波电压不平衡量仿射矩阵的中心值矩阵与噪声元系数矩阵分别如式(24)、(25)所示，以此更新节点基波电压仿射值；式中，p指仿射值中的第p个噪声元；
X0＝(J0)-1W0 (24)
Xp＝(J0)-1×(Wp-X0Jp) (25)
根据式(13)求取REDG注入电网的谐波电流，结合式(26)的仿射节点谐波电压方程组，获得节点谐波电压的仿射值；式中，k为谐波次数；为节点注入的k次谐波电流仿射矩阵；为节点k次谐波电压仿射矩阵；Yk为节点k次谐波导纳矩阵；
以基波功率与谐波功率的交互影响表征基波潮流与谐波潮流的耦合关系，如式(18)、(19)所示。
较佳的，本实施例计及新能源发电的控制策略，建立新能源发电的谐波发射特性仿射模型；改进基于牛顿—拉夫逊的仿射谐波潮流算法，依据仿射修正方程组等式两端对应系数相等的原则，求解仿射雅各比矩阵的逆矩阵。
其中，控制器采用双极性正弦脉冲宽度调制算法生成驱动信号，控制逆变器正常工作，如图2所示。
调制信号的来源：调制信号是控制器中人为设置好的一种电信号，控制器中的内环控制器输出调制信号的幅值信息，用以改变控制器中已有调制信号的幅值。如图2所示。
同时，将功率描述为仿射变量，计及控制策略的影响，建立REDG仿射谐波发射特性模型。随后改进牛顿—拉夫逊仿射谐波潮流算法，根据仿射修正方程组等式两端对应系数相等的方法，对仿射雅各比矩阵的求逆运算进行近似处理，简化求解仿射谐波潮流。该方法在考虑出力不确定的基础上，计及控制策略对REDG谐波发射特性的影响，准确描述由自然因素影响导致的REDG谐波发射特性的不确定性，改进仿射谐波潮流算法，更为简易地获得电网不确定谐波潮流分布，更具工程适用性与推广应用价值，为REDG接入电网下的谐波治理提供依据。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (3)
1.一种计及新能源发电控制策略的改进仿射谐波潮流方法，其特征在于：
提供一分布式新能源发电并网电路，所述电路包括发电机组、逆变器、滤波器和控制器；所述发电机组与所述逆变器电性相连；所述发电机组还与所述控制器通信相连；所述逆变器与所述滤波器电性相连；所述逆变器还与所述控制器通信相连；所述滤波器和所述控制器均与所述外部交流电网连接；
按照如下步骤实现：
步骤S1：建立改进的分布式新能源发电即改进的REDG谐波发射特性仿射模型；
步骤S2：基于牛顿—拉夫逊算法建立改进的仿射谐波潮流计算模型；并将建立的模型与步骤S1建立的模型结合，计算各节点谐波电压仿射值。
2.根据权利要求1所述的一种计及新能源发电控制策略的改进仿射谐波潮流方法，其特征在于：所述步骤S1具体包括以下内容：
所述逆变器采用三相半桥电压型逆变器；所述滤波器采用LC滤波器；所述控制器采用双极性正弦脉冲宽度调制算法生成驱动信号，用以控制所述逆变器；所述逆变器的输出电压与所述控制器的调制信号满足式(1)的关系式；所述逆变器输出电压的谐波分量如式(2)所示；其中，Jn为第一类贝塞尔函数；u0表示逆变器输出电压；uoh表示逆变器输出电压的谐波分量；ur表示控制器的调制信号；Udc表示逆变器直流侧电压的幅值；Urm、ωr、θr分别表示调制信号的幅值、角速度、初相角；ωc、θc分别表示载波信号的角速度与初相角；m表示载波谐波分量索引；n表示边带谐波分量索引；
dq0坐标系中，REDG的输出功率如式(3)、(4)所示，LC滤波器的状态方程如式(5)、(6)所示；式中ud、uq分别表示电网电压的d轴分量与q轴分量，id、iq分别表示电网电流的d轴分量与q轴分量；Pref、Qref分别表示REDG的有功与无功功率参考值；uLd、uLq分别表示逆变器输出电压的d轴分量与q轴分量；ω表示工频角速度；
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uLd＝ud-ωLiq (5)
uLq＝uq+ωLid (6)
联立式(1)、(3)、(4)、(5)、(6)，得调制信号的d轴分量与q轴分量如式(7)、(8)所示，随后根据式(9)求取调制信号；
联立式(2)、(7)、(8)、(9)，得计及控制策略的REDG谐波电压输出值Uoh如式(10)所示；
REDG向电网注入的谐波电流如式(11)所示；其中，Uoh表示REDG输出的谐波电压，Ih表示REDG注入电网中的谐波电流；XLh、XCh分别表示LC滤波器中电感与电容的谐波等值电抗，XLsh表示电网的谐波等值电抗，h表示谐波次数；
联立式(10)、(11)，得计及控制策略的REDG谐波发射特性如式(12)所示；
以仿射算术描述REDG出力的不确定性，计及控制策略的影响，建立REDG谐波发射特性仿射模型如式(13)所示；
3.根据权利要求1所述的一种计及新能源发电控制策略的改进仿射谐波潮流方法，其特征在于：所述步骤S2具体包括以下内容：
建立基于牛顿—拉夫逊的仿射潮流修正方程组如式(14)所示；
式中，表示仿射雅各比矩阵；如式(15)所示，表示基波电压不平衡量仿射矩阵；如式(16)所示，表示功率与电压不平衡量仿射矩阵，如式(17)所示；
式中，分别为i节点注入有功、无功功率与电压平方的不平衡量仿射值；分别为i节点基波电压实部与虚部的不平衡量仿射值；分别表示i节点注入有功功率对j节点的电压虚部与实部的偏导；分别表示i节点注入无功功率对j节点的电压虚部与实部的偏导；分别表示i节点电压平方对j节点电压虚部与实部的偏导；
功率与电压的不平衡量仿射值根据式(18)至(20)式求解，其中，和分别为i节点注入总有功和无功功率的仿射值；分别表示由功率方程计算所得的i节点k次谐波有功和无功功率的仿射值，如式(21)、(22)所示；表示给定的节点基波电压仿射值； 分别表示计算所得的i节点k次谐波电压实部与虚部的仿射值； 分别表示i节点对于j节点k次谐波互导纳(的实部与虚部；
将式(14)展开，得式(23)；
对比等式(23)两端，得基波电压不平衡量仿射矩阵的中心值矩阵与噪声元系数矩阵分别如式(24)、(25)所示，以此更新节点基波电压仿射值；式中，p指仿射值中的第p个噪声元；
X0＝(J0)-1W0 (24)
Xp＝(J0)-1×(Wp-X0Jp) (25)
根据式(13)求取REDG注入电网的谐波电流，结合式(26)的仿射节点谐波电压方程组，获得节点谐波电压的仿射值；式中，k为谐波次数；为节点注入的k次谐波电流仿射矩阵；为节点k次谐波电压仿射矩阵；Yk为节点k次谐波导纳矩阵；
以基波功率与谐波功率的交互影响表征基波潮流与谐波潮流的耦合关系，如式(18)、(19)所示。
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| CN110350533B CN110350533B (zh) | 2020-11-27 |
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|---|---|---|---|
| CN201910633222.XA Active CN110350533B (zh) | 2019-07-12 | 2019-07-12 | 计及新能源发电控制策略的改进仿射谐波潮流计算方法 |
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| CN (1) | CN110350533B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111274701A (zh) * | 2020-01-20 | 2020-06-12 | 福州大学 | 一种采用区间监测数据降维回归的谐波源仿射建模方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107147142A (zh) * | 2017-05-12 | 2017-09-08 | 天津大学 | 一种计及不确定性的分布式电源作为谐波源的建模方法 |
-
2019
- 2019-07-12 CN CN201910633222.XA patent/CN110350533B/zh active Active
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107147142A (zh) * | 2017-05-12 | 2017-09-08 | 天津大学 | 一种计及不确定性的分布式电源作为谐波源的建模方法 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| SHOKRZADFH S: "Wind turbine power curve modeling using advanced parametric and non-parametric methods", 《IEEE TRANSACTIONS ON SUSTAINABLE ENERGY》 * |
| 张颖: "含DG配电网的不确定性谐波潮流计算", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库（电子期刊）工程科技Ⅱ辑》 * |
| 胡健等: "基于仿射算术优化的不确定系统区间潮流快速分解法", 《电工技术学报》 * |
| 邵振国等: "基于实测数据的风电场风速功率特性仿射建模方法", 《电力自动化设备》 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111274701A (zh) * | 2020-01-20 | 2020-06-12 | 福州大学 | 一种采用区间监测数据降维回归的谐波源仿射建模方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110350533B (zh) | 2020-11-27 |
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