[發明專利]并網發電系統的弱電網網源荷阻抗模型分析方法

有效

• 申請號: 201510459002.1
• 申請日: 2015-07-30
• 公開（公告）號: CN105006839B
• 公開（公告）日: 2017-05-03
• 發明（設計）人: 趙晉斌;李浩然;王亞楠;王軍成
• 申請（專利權）人: 上海電力學院
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;G06Q50/06
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司31001
• 代理人: 吳寶根

技術領域

本發明涉電網及技術，特別是涉及一種并網發電系統的弱電網網源荷阻抗模型分析方法的技術。

背景技術

隨著新能源的逐漸普及，并網逆變器在太陽能并網發電系統或風能并網發電系統中的應用越來越廣泛。當電網掛接的變壓器較多，漏感及線路阻抗較大時，電網越來越呈現弱電網特性，此時并網逆變器與電網交互影響的研究，則顯得尤為重要。

當前對于弱電網的研究重點在于利用傳統的阻抗分析法來分析此時系統的交互影響。在三相電網電壓及負載均對稱時，一相情況下并網逆變器的電路拓撲結構如圖1所示，圖1中的L₁、L₂、C分別為并網發電系統中的LCL濾波器的逆變器側電感、網側電感、濾波電容，u_pcc為并網發電系統的并網逆變器公共耦合點電壓，Z_grid為并網發電系統的交流電網線路阻抗，Z_load為并網發電系統的交流電網負載阻抗，U_dc為直流電網的電壓，U_s為并網發電系統的交流電網等效電壓，將電源子系統表示為諾頓等效電路后的電路如圖4所示，并網逆變器可看作電流源I_s并聯輸出阻抗Z_inv，交流電網可看作理想電壓源U_g串聯交流電網線路阻抗Z_grid，可得到并網電流表達式為：

假設沒有并網逆變器時，電網電壓穩定；當電網阻抗為零時，逆變器輸出穩定，此時輸出電流的穩定性取決去H(s)，H(s)類似于一個擁有負反饋控制的系統閉環傳遞函數，其中正向增益是1，反饋增益是Z_grid(s)/Z_inv(s)，如果電網阻抗和逆變器出書阻抗比值滿足奈奎斯特穩定判據，則并網逆變器在該電網條件下能夠穩定運行，并網系統的穩定裕度也可由Z_grid(s)/Z_inv(s)的奈奎斯特曲線進行表征。

利用傳統的阻抗分析法，能夠得到H(s)的特征方程，由此特征方程能夠計算出使并網發電系統穩定的PI控制器Kp參數范圍，該范圍內的所有參數能夠保證系統的穩定，但是并非所有參數都能使系統具有良好的控制效果。傳統的阻抗分析法給出的并網逆變器并網工作穩定性判據為：電網阻抗與逆變器阻抗之間的比值需滿足奈奎斯特判據。此方法的優點在于并不需要并網逆變器的精確參數，便可利用特定方法(特定諧波注入法)獲得并網逆變器的輸出阻抗，進而對系統展開研究。但是此方法的缺點在于：1)阻抗分析法中利用電網阻抗和逆變器輸出阻抗的比值所得到的相位裕度，并非是系統真正的相位裕度，而是一種表征；由于相位裕度直接反映了系統的阻尼大小，此時系統的阻尼程度無法準確界定；2)阻抗分析法中并不涉及到幅值裕度，而幅值裕度對于評估系統的優良程度也是非常重要的，從而造成阻抗分析法的片面性；3)阻抗分析法中無法體現系統的截止頻率；雖然電網阻抗和逆變器等效輸出阻抗的幅頻特性交點定義為交接頻率，但其物理意義并不明朗；4)利用阻抗分析法可以對并網系統進行改造，從而使系統滿足一定的穩定條件；但是對于系統本身的一些物理量，由阻抗分析法并不能很好的進行研究，因此需要對整個并網系統有更細化的數學模型來對系統進行處理。

鑒于以上原因，在弱電網條件下，利用傳統的阻抗分析法并不能對并網發電系統進行全面細致的分析，因此在并網發電系統中的物理量發生變化時，無法準確的對其造成的影響進行評估。

發明內容

針對上述現有技術中存在的缺陷，本發明所要解決的技術問題是提供一種能對弱電網下的并網發電系統進行全面細致的分析的并網發電系統的弱電網網源荷阻抗模型分析方法。

為了解決上述技術問題，本發明所提供的一種并網發電系統的弱電網網源荷阻抗模型分析方法，其特征在于，具體步驟如下：

1)為并網發電系統定義一個網源荷阻抗模型，具體模型公式為：

其中，u_pcc為并網發電系統的并網逆變器公共耦合點電壓，Z_grid為并網發電系統的交流電網線路阻抗，Z_load為并網發電系統的交流電網負載阻抗，U_s為并網發電系統的交流電網等效電壓，I_s(s)為并網發電系統的交流電網等效電流源，I_g(s)為并網發電系統的交流電網入網電流；