CN113013926B - 一种分布式并网发电系统序阻抗聚合方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种分布式并网发电系统序阻抗聚合方法及系统，包括：对单逆变器，计算所处发电系统公共连接点的正负序电压和输出的正负序电流，基于计算结果得到单逆变器阻抗模型；基于单逆变器阻抗模型进行分解，得到固定阻抗项与变化阻抗项；针对分布式并网发电系统构建等效电路；基于该等效电路及单逆变器阻抗模型对应的固定阻抗项与变化阻抗项，将多个并联逆变器进行阻抗聚合，得到聚合阻抗与聚合阻抗的固定阻抗项与变化阻抗项。利用该模型可以研究并联变流器与薄弱电网之间的相互作用。

Description

一种分布式并网发电系统序阻抗聚合方法及系统

技术领域

本发明属于电力系统运行控制技术领域，尤其涉及一种分布式并网发电系统序阻抗聚合方法及系统。

背景技术

随着近年综合能源的开发利用，分布式发电技术在电力系统中的应用越来越广泛，使得分布式发电机组并网技术越来越受到关注。分布式发电机组的接口逆变器通常采用并联方式，以提高功率容量、灵活性和系统冗余度。由于快速的动态响应和机械惯量的损失，特别是连接到薄弱的电网时，系统可能会有严重的稳定性和谐振问题。为了进行稳定性分析，建立准确的模型是的必要条件。然而，由于各闭环控制变换器的高阶性和并联逆变器之间的强耦合性，这并不容易实现。

基于阻抗的分析方法聚焦于逆变器的外部行为，具有可测量、直观、适用性强等特点而得到了广泛的应用。阻抗模型一般分为dq阻抗模型与序列阻抗模型。序列阻抗模型由正序阻抗和负序阻抗组成。当不考虑频率耦合特性的影响时，这两项相互解耦，更便于多逆变系统的阻抗聚合建模和稳定性分析。

现有技术中仅在每个逆变器的的阻抗模型完全相同的条件下讨论了并联变流器系统的谐振特性，没有考虑锁相环(PLL)和功率操作所带来的影响，并不具有普遍意义。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种分布式并网发电系统序阻抗聚合方法及系统，对于多逆变器系统而言，能够实现建立精确的聚合序阻抗模型，从而为多逆变器并联下的分布式并网发电系统的稳定性分析提供了有效的支持，有助于提高电力系统运行的稳定性。

为实现上述目的，本发明的一个或多个实施例提供了如下技术方案：

第一方面，公开了一种分布式并网发电系统序阻抗聚合方法，包括：

对单逆变器，计算所处发电系统公共连接点的正负序电压和输出的正负序电流，基于计算结果得到单逆变器阻抗模型；

基于单逆变器阻抗模型进行分解，得到固定阻抗项与变化阻抗项；

针对分布式并网发电系统构建等效电路；

基于该等效电路及单逆变器阻抗模型对应的固定阻抗项与变化阻抗项，将多个并联逆变器进行阻抗聚合，得到聚合阻抗与聚合阻抗的固定阻抗项与变化阻抗项。

进一步的技术方案，所述固定阻抗项由系统电路和控制参数决定，所述变化阻抗项根据系统输出功率情况决定。

进一步的技术方案，基于得到聚合阻抗与聚合阻抗的固定阻抗项与变化阻抗项，进行分布式并网发电系统的稳定性分析。

进一步的技术方案，所述单逆变器阻抗模型包括逆变器的正序阻抗和负序阻抗。

进一步的技术方案，所述计算所处发电系统公共连接点的正负序电压和输出的正负序电流时，使用PLL对并网同步时PCC电压进行测量，输出电流被感知，并在旋转参考系中采用比例积分控制器进行电流跟踪。

进一步的技术方案，所述使用PLL对并网同步时PCC电压进行测量时，还包括PCC电压前馈回路，在该回路中，包括三种类型，在I型中，不考虑电压前馈控制，在II型中，PCC电压通过截止频率下的低通滤波器施加，在III型中，PCC电压直接加到参考电压上进行调制。

进一步的技术方案，所述计算结果得到单逆变器阻抗模型时，采用谐波线性化推导出单逆变器阻抗模型。

第二方面，公开了一种分布式并网发电系统序阻抗聚合系统，包括：

单逆变器阻抗模型建立模块，被配置为：对单逆变器，计算所处发电系统公共连接点的正负序电压和输出的正负序电流，基于计算结果得到单逆变器阻抗模型；

基于单逆变器阻抗模型进行分解，得到固定阻抗项与变化阻抗项；

阻抗聚合模块，被配置为：针对分布式并网发电系统构建等效电路；

基于该等效电路及单逆变器阻抗模型对应的固定阻抗项与变化阻抗项，将多个并联逆变器进行阻抗聚合，得到聚合阻抗与聚合阻抗的固定阻抗项与变化阻抗项。

以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

本发明提供的一种分布式并网发电系统序阻抗聚合控制方案能够精确地建立多并联逆变器系统的等效序阻抗模型。该方法将单个逆变器的等效阻抗模型分为正序阻抗与负序阻抗，将单独的序阻抗模型分为固定序阻抗项和变化序阻抗项，再通过等效电路进行阻抗的聚合。该方法能够将聚合阻抗的等效模型准确建立，并且通过模型可以得知影响阻抗大小的具体因素，有利于进行分布式并网发电系统的稳定性分析，具有广阔的工程应用前景。

本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明分布式并网发电系统结构示意图；

图2是聚合阻抗等效电路示意图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明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发明的示例性实施方式。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。

在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例一

本实施例公开了一种分布式并网发电系统序阻抗聚合方法，包括如下步骤：

首先得到PCC处的正负序电压和输出的正负序电流，计算出单个逆变器的正序和负序阻抗；将正序和负序阻抗进行分解，得到固定阻抗项与变化阻抗项；通过等效电路，将多个并联逆变器进行阻抗聚合，建立聚合序阻抗模型，得到聚合阻抗与聚合阻抗的固定阻抗项与变化阻抗项，在实际分析中电网存在小信号扰动时，将逆变器等效为聚合阻抗的并联，主要考虑变化项中变化因素的影响。

本公开实施例子将单个逆变器的序阻抗分为固定阻抗项和变化阻抗项，用于分析变流器功率工作点、电路和控制参数对变阻抗项的影响。

建立了具有相同并联变流器的网络聚合阻抗模型，聚合序阻抗模型主要由系统电路和控制参数决定的固定序阻抗项和一个根据系统输出功率情况变化的序阻抗项组成。结果表明，并联变流器之间的内部功率分配不影响聚合阻抗模型的特性，据此，利用该模型可以研究并联变流器与薄弱电网之间的相互作用。

本公开实施例子中电流电压的计算涉及到PLL传递函数，最后得到的聚合阻抗中含有有功和无功的功率组成，表明了不同逆变器功率分配比例不会影响聚合阻抗的数值大小。

具体的实施例子中，在PCC处包含N个逆变器组合的分布式并网发电系统结构如附图1所示，每个逆变器具有相同的控制参数和电路参数，但在不同的功率条件下工作。逆变器通过串联电感连接到电网的公共连接点(PCC)。逆变器的滤波电感L_f、寄生电阻R_f，PCC点的并联电容用于功率因数矫正，同时吸收储能变流器的开关脉动。

以1号逆变器为例进行描述单逆变器阻抗模型，详细的控制方案如图1底部所示，图中使用PLL对并网同步时PCC电压V_pcc进行了测量；输出电流I_1,abc被感知，并在旋转参考系中采用简单的比例积分(PI)控制器进行电流跟踪为

G_i(s)＝k_{p_i}+k_{i_i}/s

其中，k_{p_i}和k_{i_i}分别为输出电流PI控制器的比例系数和积分系数。再次参见图1可知I_1,abc在经dq变换后分解为两个直流分量，通过PI控制器可以改善电流的稳态性能，消除误差，提高精度。

锁相环对小信号阻抗模型有重要的影响。同步参考系锁相环(SRF-PLL)的传递函数为

其中，k_{p_pll}和k_{i_pll}分别为PI控制器在锁相环中的比例系数和积分系数。三相同步锁相环的作用为锁定PCC处电压的相位从而便于控制输出电流与PCC处的电压。

为了提高系统的动态性能和抵御电网干扰的影响，PCC电压前馈回路通常采用为

其中，f_cut是低通滤波器(LPF)的截止频率。在I型中，不考虑电压前馈控制。在II型中，PCC电压通过截止频率f_cut下的LPF施加。在III型中，PCC电压直接加到参考电压上进行调制。

对于上述变换器系统，采用谐波线性化方法推导出序阻抗模型。首先，当PCC处电压和输出电流有小信号扰动时，表示为

其中，E_pcc为在频率f₀下基波电压的幅值，E_p和为频率f_p下正序电压扰动的幅值和相位，E_n和/>为频率f_n下负序电压扰动的幅值和相位，I_1,m和/>为在频率f₀下基波电流的幅值和相位，I_p和/>为频率f_p下正序电流扰动的幅值和相位，I_n和/>为频率f_n下负序电压扰动的幅值和相位。在频域中，可以用相应的相量改写为

其中，V₁＝E_pcc/2，

由于PLL的介入，dq变换后的电流反馈包括与电压扰动成比例的频率分量。I_1,d和I_1,q的频域表达式为

dq域调制信号和/>可以表示为

考虑采样和脉宽调制(PWM)延迟的影响，正序阻抗和负序阻抗/>可由下式得到：

序阻抗具体的表达式为

其中，K_pwm为调制器增益，ω₀为基波角频率，为数字控制系统的近似时延，T_s为转换器采样周期。

通过以上式子可知，倒数由两部分组成

其中Z_{p_fix}(s)表示固定阻抗，仅由电路和控制参数决定，与输出电流、PCC电压等状态变量无关。因此，无论运行条件如何，这部分都是固定的。表示阻抗的变化，其随操作状态(/>和E_pcc)的变化而变化。/>可重新表示为

其中P₁和Q₁为有功与无功功率，1号逆变器的负序阻抗/>的计算方法同正序阻抗。

得到单个变换器的阻抗模型后，可以得到整个系统的聚合正序阻抗如图2所示。首先，并联逆变器系统的等效电路如图2(a)所示，将每个逆变器视为一个阻抗模型在图2(b)中，每个阻抗模型/>分为两部分，分别是变化部分/>和固定部分Z_{p_fix}(s)。在图2(c)中，将所有变化阻抗模型/>到/>聚合成等效阻抗同样，所有固定阻抗模型Z_{p_fix}(s)被聚合成等效阻抗/>最后，在图2(d)中，将/>和/>聚合成等效阻抗/>过程如下所示：

由此可得

其中，

可以得出，聚合的正序阻抗随着总输出功率的变化而变化，且不受并联逆变器内部功率比例的影响。负序聚合阻抗/>计算方法与正序类似。

综上所述，并联变流器系统的聚合序列阻抗与系统总输出功率有关，而并联变流器内部功率共享率对序列阻抗响应无影响。

本发明能够实现考虑PLL与功率操作下的多逆变器并联系统的阻抗聚合方法，适用于稳定性的分析，具有广阔的工程应用前景。

通过计算可以得到并联变流器之间的内部功率分配不影响聚合阻抗模型的特性，从而更清晰的了解聚合阻抗模型。

本公开技术方案能够精确地建立多并联逆变器系统的等效序阻抗模型。相比于传统的聚合阻抗模型，本发明考虑了PLL与功率操作对系统产生的影响；将单个逆变器的等效阻抗模型分为正序阻抗与负序阻抗，简化了模型的计算。将单独的序阻抗模型分为固定序阻抗项和变化序阻抗项，分析了逆变器功率工作点、电路和控制参数对变阻抗项的影响。该方法能够将聚合阻抗的等效模型准确建立，并且通过模型可以得知影响阻抗大小的具体因素，有利于进行分布式并网发电系统的稳定性分析，具有广阔的工程应用前景。

实施例二

本实施例的目的是提供一种计算装置,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述方法的步骤。

实施例三

本实施例的目的是提供一种计算机可读存储介质。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时执行上述方法的步骤。

实施例四

本实施例的目的是提供了一种分布式并网发电系统序阻抗聚合系统，包括：

单逆变器阻抗模型建立模块，被配置为：对单逆变器，计算所处发电系统公共连接点的正负序电压和输出的正负序电流，基于计算结果得到单逆变器阻抗模型；

基于单逆变器阻抗模型进行分解，得到固定阻抗项与变化阻抗项；

阻抗聚合模块，被配置为：针对分布式并网发电系统构建等效电路；

基于该等效电路及单逆变器阻抗模型对应的固定阻抗项与变化阻抗项，将多个并联逆变器进行阻抗聚合，得到聚合阻抗与聚合阻抗的固定阻抗项与变化阻抗项。

以上实施例二、三和四的装置中涉及的各步骤与方法实施例一相对应，具体实施方式可参见实施例一的相关说明部分。术语“计算机可读存储介质”应该理解为包括一个或多个指令集的单个介质或多个介质；还应当被理解为包括任何介质，所述任何介质能够存储、编码或承载用于由处理器执行的指令集并使处理器执行本发明中的任一方法。

本领域技术人员应该明白，上述本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算机装置来实现，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。本发明不限制于任何特定的硬件和软件的结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (9)

1.一种分布式并网发电系统序阻抗聚合方法，其特征是，包括：

对单逆变器，计算所处发电系统公共连接点的正负序电压和输出的正负序电流，基于计算结果得到单逆变器阻抗模型；

基于单逆变器阻抗模型进行分解，得到固定阻抗项与变化阻抗项，具体为：

由正序阻抗倒数由两部分组成得出：

所述固定阻抗项由系统电路和控制参数决定，所述变化阻抗项根据系统输出功率情况决定；

其中Z_p-fix(s)表示固定阻抗，仅由电路和控制参数决定，与输出电流、PCC电压等状态变量无关，是固定的；表示阻抗的变化，其随操作状态/>和E_pcc的变化而变化；E_pcc为在频率f₀下基波电压的幅值，K_pwm为调制器增益，ω₀为基波角频率，/>为数字控制系统的近似时延，L_f为逆变器的滤波电感，R_f为寄生电阻，I_1,m和/>为在频率f₀下基波电流的幅值和相位；

针对分布式并网发电系统构建等效电路；

基于该等效电路及单逆变器阻抗模型对应的固定阻抗项与变化阻抗项，将多个并联逆变器进行阻抗聚合，得到聚合阻抗与聚合阻抗的固定阻抗项与变化阻抗项。

2.如权利要求1所述的一种分布式并网发电系统序阻抗聚合方法，其特征是，基于得到聚合阻抗与聚合阻抗的固定阻抗项与变化阻抗项，进行分布式并网发电系统的稳定性分析。

3.如权利要求1所述的一种分布式并网发电系统序阻抗聚合方法，其特征是，所述单逆变器阻抗模型包括逆变器的正序阻抗和负序阻抗。

4.如权利要求1所述的一种分布式并网发电系统序阻抗聚合方法，其特征是，所述计算所处发电系统公共连接点的正负序电压和输出的正负序电流时，使用PLL对并网同步时PCC电压进行测量，输出电流被感知，并在旋转参考系中采用比例积分控制器进行电流跟踪。

5.如权利要求4所述的一种分布式并网发电系统序阻抗聚合方法，其特征是，所述使用PLL对并网同步时PCC电压进行测量时，还包括PCC电压前馈回路，在该回路中，包括三种类型，在I型中，不考虑电压前馈控制，在II型中，PCC电压通过截止频率下的低通滤波器施加，在III型中，PCC电压直接加到参考电压上进行调制。

6.如权利要求1所述的一种分布式并网发电系统序阻抗聚合方法，其特征是，所述计算结果得到单逆变器阻抗模型时，采用谐波线性化推导出单逆变器阻抗模型。

7.一种分布式并网发电系统序阻抗聚合系统，其特征是，包括：

单逆变器阻抗模型建立模块，被配置为：对单逆变器，计算所处发电系统公共连接点的正负序电压和输出的正负序电流，基于计算结果得到单逆变器阻抗模型；

基于单逆变器阻抗模型进行分解，得到固定阻抗项与变化阻抗项，具体为：

由正序阻抗Z¹ _p(s)倒数由两部分组成得出：

所述固定阻抗项由系统电路和控制参数决定，所述变化阻抗项根据系统输出功率情况决定；

其中Z_p-fix(s)表示固定阻抗，仅由电路和控制参数决定，与输出电流、PCC电压等状态变量无关，是固定的；表示阻抗的变化，其随操作状态/>和E_pcc的变化而变化；E_pcc为在频率f₀下基波电压的幅值，K_pwm为调制器增益，ω₀为基波角频率，/>为数字控制系统的近似时延，L_f为逆变器的滤波电感，R_f为寄生电阻，I_1,m和/>为在频率f₀下基波电流的幅值和相位；

阻抗聚合模块，被配置为：针对分布式并网发电系统构建等效电路；

基于该等效电路及单逆变器阻抗模型对应的固定阻抗项与变化阻抗项，将多个并联逆变器进行阻抗聚合，得到聚合阻抗与聚合阻抗的固定阻抗项与变化阻抗项。

8.一种计算装置,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征是，所述处理器执行所述程序时实现上述权利要求1-6任一所述的方法的步骤。

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征是，该程序被处理器执行时执行上述权利要求1-6任一所述的方法的步骤。