一種應(yīng)用于含并網(wǎng)逆變器并聯(lián)諧振現(xiàn)象的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣特征值分析法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及含有逆變器并網(wǎng)的諧振分析與檢測(cè)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 多逆變器并網(wǎng)的諧振分析與檢測(cè)是微電網(wǎng)和主動(dòng)配電網(wǎng)中重要問(wèn)題之一，在一定 程度上決定了微電網(wǎng)和主動(dòng)配電網(wǎng)的穩(wěn)定性能?；陬l譜分析理論的諧振分析方法已經(jīng)十 分成熟，廣泛應(yīng)用于電路、傳統(tǒng)配電網(wǎng)等的諧振分析中，該方法在實(shí)際應(yīng)用中卻存在無(wú)法給 出諧振發(fā)生的位置及激勵(lì)因素等深層次原因問(wèn)題;然而，節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣分析法可以通過(guò)對(duì) 系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)模型的導(dǎo)納矩陣進(jìn)行分析，得到這些信息，因而采用矩陣特征值分析方法對(duì)于 抑制諧振的產(chǎn)生效果更好。
[0003] 矩陣特征值分析法是對(duì)含多逆變器并網(wǎng)的系統(tǒng)，對(duì)等效拓?fù)溥M(jìn)行節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣分 析，通過(guò)對(duì)導(dǎo)納矩陣進(jìn)行特征值分解得到特征值及左右特征向量，進(jìn)而定義模態(tài)電壓、電流 向量，求取模態(tài)導(dǎo)納對(duì)于頻率的比例關(guān)系，得到模態(tài)諧振，后通過(guò)分析左特征向量矩陣與模 態(tài)電壓、節(jié)點(diǎn)電壓的關(guān)系得到最佳觀測(cè)位置，右特征向量矩陣與模態(tài)電流、節(jié)點(diǎn)電流的關(guān)系 得到最佳激勵(lì)位置。
[0004] 實(shí)際中分析含并網(wǎng)逆變器系的系統(tǒng)諧振應(yīng)采用節(jié)點(diǎn)矩陣分析法，原因如下：（1)在 分布式發(fā)電快速發(fā)展的今天，逆變器作為一種重要的部分參與到其中，由于逆變器的大量 參與使得諧波的成分更加復(fù)雜，諧振現(xiàn)象也隨著逆變器作為構(gòu)成系統(tǒng)的元素而更加復(fù)雜和 易發(fā)生，如何更好地進(jìn)行諧振抑制，對(duì)于微電網(wǎng)的發(fā)展有著很重要的作用，這就要求獲取更 多的諧振信息；（2)分析傳統(tǒng)電力系統(tǒng)時(shí)多采用頻譜法進(jìn)行，而頻譜法只能獲得諧振發(fā)生與 否以及諧振發(fā)生的頻率，并不能得到諧振發(fā)生的位置回路以及激勵(lì)諧振發(fā)生的因素等更多 信息，節(jié)點(diǎn)矩陣法通過(guò)多導(dǎo)納矩陣進(jìn)行特征值分解以及特征向量分析可以得到諧振易發(fā)生 位置和觀測(cè)和激勵(lì)位置等信息；（3)通過(guò)得到的諧振頻率，發(fā)生位置，易激勵(lì)位置和觀測(cè)位 置進(jìn)而促使更加有下的諧振抑制策略的產(chǎn)生，使得含逆變器的配電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性更 尚。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有諧振檢測(cè)方法在對(duì)諧波進(jìn)行分析時(shí)，只能得到諧振是否發(fā) 生以及諧振發(fā)生的頻率，無(wú)法確定諧振發(fā)生的最佳觀測(cè)位置及最佳激勵(lì)位置的問(wèn)題，本發(fā) 明提供了一種應(yīng)用于含并網(wǎng)逆變器并聯(lián)諧振現(xiàn)象的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣特征值分析法。
[0006] -種應(yīng)用于含并網(wǎng)逆變器并聯(lián)諧振現(xiàn)象的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣特征值分析法，它包括如 下步驟：
[0007] 步驟一、確定含并網(wǎng)逆變器的配電系統(tǒng)中所有元件和設(shè)備的諧波特性，判斷含并 網(wǎng)逆變器的配電系統(tǒng)中是否含有變壓器，判斷結(jié)果為是，則將阻抗參數(shù)進(jìn)行標(biāo)么化，以標(biāo)幺 值的形式與電網(wǎng)電壓、電網(wǎng)阻抗、阻性、容性及感性負(fù)載元件一起采用節(jié)點(diǎn)法建立三母線網(wǎng) 絡(luò)模型，判斷結(jié)果為否，采用節(jié)點(diǎn)法建立三母線網(wǎng)絡(luò)模型；
[0008] 步驟二、根據(jù)節(jié)點(diǎn)法，在三母線網(wǎng)絡(luò)模型中，建立在頻率π下的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣 Yh的參數(shù)方程，對(duì)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣Yh進(jìn)行特征值求解，得到特征值A(chǔ)k,η，求取特征值倒數(shù) 1/λ Μ1的絕對(duì)值或模值，即|?/λΜ1|，且|?/λΜ1|表示模態(tài)k的模態(tài)阻抗，k=l，2,3;
[0009] 步驟三、設(shè)定頻率Π 的頻率區(qū)間為5Hz至2000Hz，重復(fù)步驟二，使頻率Π 以5Hz為起 始，且以頻率間隔為5Hz，在頻率Π 的頻率區(qū)間內(nèi)遞增選取，直到布滿區(qū)間，得到模態(tài)k在頻 率Π 下對(duì)應(yīng)的11/Ak,fl |值，其中，模態(tài)k表示節(jié)點(diǎn)k在某次諧波頻率激勵(lì)下的一種諧波放大 的狀態(tài)，k=l，2,3;
[0010] 步驟四、根據(jù)11/λΜ11的大小，判斷三母線網(wǎng)絡(luò)模型的諧振狀態(tài)；當(dāng)11/λΜ11在模 態(tài)k取極大值時(shí)，頻率為f s,k，即在頻率，含并網(wǎng)逆變器的配電系統(tǒng)在節(jié)點(diǎn)k發(fā)生并聯(lián)諧 振，此時(shí)11/Ak, fl |在模態(tài)k取的極大值對(duì)應(yīng)的頻率fs,k，即為并聯(lián)諧振的諧振頻率；
[0011]步驟五、在并聯(lián)諧振的諧振頻率，根據(jù)節(jié)點(diǎn)法，求出此時(shí)含并網(wǎng)逆變器的配 電網(wǎng)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣1^，對(duì)并聯(lián)諧振的諧振頻率fs,k下的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣^^進(jìn) 行特征值分解，獲得的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣匕 k的左、右特征向量矩陣分別為左關(guān)鍵特征向量 矩陣1/4和右關(guān)鍵特征向量矩陣廠：
[0012] 左關(guān)鍵特征向量矩陣用于表示模態(tài)k諧振的可觀測(cè)性，左關(guān)鍵特征向量矩陣 中元素最大的節(jié)點(diǎn)為最易觀測(cè)到相應(yīng)模態(tài)k諧振的位置；
[0013] 右關(guān)鍵特征向量矩陣?^用于表示模態(tài)k諧振的可激勵(lì)性，右關(guān)鍵特征向量矩陣 中元素最大的節(jié)點(diǎn)為最易受激勵(lì)產(chǎn)生相應(yīng)模態(tài)k諧振的位置，完成并網(wǎng)逆變器并聯(lián)諧振現(xiàn) 象的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣特征值的分析。
[0014] 步驟二中，根據(jù)節(jié)點(diǎn)法，在三母線網(wǎng)絡(luò)模型中，建立在頻率Π 下的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩 陣Yh的參數(shù)方程為：
[0015]
[0016] 其中，Gn為節(jié)點(diǎn)1的自導(dǎo)納，G12為節(jié)點(diǎn)1對(duì)節(jié)點(diǎn)2的互導(dǎo)納，G13為節(jié)點(diǎn)1對(duì)節(jié)點(diǎn)3的互 導(dǎo)納，G 21為節(jié)點(diǎn)2對(duì)節(jié)點(diǎn)1的互導(dǎo)納，G22為節(jié)點(diǎn)2的自導(dǎo)納，G23節(jié)點(diǎn)2對(duì)節(jié)點(diǎn)3的互導(dǎo)納，G 31節(jié) 點(diǎn)3對(duì)節(jié)點(diǎn)1的互導(dǎo)納，G32節(jié)點(diǎn)3對(duì)節(jié)點(diǎn)2的互導(dǎo)納，G33為節(jié)點(diǎn)3的自導(dǎo)納。
[0017] 步驟二中，根據(jù)節(jié)點(diǎn)法，在三母線網(wǎng)絡(luò)模型中，建立在頻率fl下的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩 陣Υη的參數(shù)方程，對(duì)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣Υη進(jìn)行特征值求解，得到特征值A(chǔ) k,fl的具體過(guò)程為：
[0018] 在頻率fl下，通過(guò)公式(Yfi_Ak,fl · Ε)=0,求取網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣Yfi的特征值，可 求得特征值A(chǔ)k, f 1;
[0019] 其中，E表示三階單位矩陣。
[0020] 步驟五中，在并聯(lián)諧振的諧振頻率fs,k下，根據(jù)節(jié)點(diǎn)法，求出此時(shí)含并網(wǎng)逆變器的 配電網(wǎng)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣，對(duì)并聯(lián)諧振的諧振頻率f s,k下的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣 進(jìn)行特征值分解，獲得：
[0021] K, =/.., -AT,,
[0022] 其中，Λ表示網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣F/sk的特征值矩陣。
[0023] 本發(fā)明帶來(lái)的有益效果是，本發(fā)明所提出的一種應(yīng)用于含并網(wǎng)逆變器并聯(lián)諧振現(xiàn) 象的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣特征值分析法能夠在含有并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)中分析并聯(lián)諧振現(xiàn)象，通過(guò)對(duì) 系統(tǒng)進(jìn)行等效，將分析傳統(tǒng)電力系統(tǒng)諧振現(xiàn)象的三母線系統(tǒng)下的支路換成逆變器進(jìn)而進(jìn)行 分析，可以得到系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣，求取矩陣特征值和左右特征向量;通過(guò)對(duì)特征值在各 次頻率下進(jìn)行分析，可得出在某次頻率下的特征值出現(xiàn)極大值，這時(shí)說(shuō)明在該頻率下諧振 發(fā)生，再通過(guò)分析左、右特征矩陣可以得到最佳激勵(lì)位置和最佳觀測(cè)位置，得到有關(guān)諧振的 更多信息。
【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1為一種逆變器參與的三母線配電系統(tǒng)圖；其中，CdPC2均表示電容，X1、X2和X3 均表示三母線配電系統(tǒng)的線路阻抗，
[0025]圖2為圖1所示的一種逆變器參與的三母線配電系統(tǒng)模態(tài)1的阻抗圖，即一種逆變 器參與的三母線配電系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)1的阻抗圖；其中表示節(jié)點(diǎn)1導(dǎo)納矩陣特征值；
[0026]圖3為圖1所示的一種逆變器參與的三母線配電系統(tǒng)模態(tài)2的阻抗圖，即一種逆變 器參與的三母線配電系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)2的阻抗圖；其中七1表示節(jié)點(diǎn)1導(dǎo)納矩陣特征值；
[0027]圖4為圖1所示的一種逆變器參與的三母線配電系統(tǒng)模態(tài)3的阻抗圖，即一種逆變 器參與的三母線配電系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)3的阻抗圖；其中表示節(jié)點(diǎn)1導(dǎo)納矩陣特征值；
[0028]圖5為圖1的系統(tǒng)仿真模型圖；
[0029]圖6為圖1中的節(jié)點(diǎn)1注入諧波時(shí)節(jié)點(diǎn)1的電壓波形圖；
[0030]圖7為圖1中的節(jié)點(diǎn)1注入諧波時(shí)節(jié)點(diǎn)2的電壓波形圖；
[0031]圖8為圖1中的節(jié)點(diǎn)1注入諧波時(shí)節(jié)點(diǎn)3的電壓波形圖；
[0032]圖9為圖1中的節(jié)點(diǎn)2注入諧波時(shí)節(jié)點(diǎn)1的電壓波形圖；
[0033]圖10為圖1中的節(jié)點(diǎn)2注入諧波時(shí)節(jié)點(diǎn)2的電壓波形圖；
[0034]圖11為圖1中的節(jié)點(diǎn)2注入諧波時(shí)節(jié)點(diǎn)3的電壓波形圖；
[0035]圖12為圖1中的節(jié)點(diǎn)3注入諧波時(shí)節(jié)點(diǎn)1的電壓波形圖；
[0036]圖13為圖1中的節(jié)點(diǎn)3注入諧波時(shí)節(jié)點(diǎn)2的電壓波形圖；
[0037] 圖14為圖1中的節(jié)點(diǎn)3注入諧波時(shí)節(jié)點(diǎn)3的電壓波形圖。
【具體實(shí)施方式】
【具體實(shí)施方式】 [0038] 一:本實(shí)施方式所述的一種應(yīng)用于含并網(wǎng)逆變器并聯(lián)諧振現(xiàn)象的節(jié) 點(diǎn)導(dǎo)納矩陣特征值分析法，它包括如下步驟：
[0039] 步驟一、確定含并網(wǎng)逆變器的配電系統(tǒng)中所有元件和設(shè)備的諧波特性，判斷含并 網(wǎng)逆變器的配電系統(tǒng)中是否含有變壓器，判斷結(jié)果為是，則將阻抗參數(shù)進(jìn)行標(biāo)么化，以標(biāo)幺 值的形式與電網(wǎng)電壓、電網(wǎng)阻抗、阻性、容性及感性負(fù)載元件一起采用節(jié)點(diǎn)法建立三母線網(wǎng) 絡(luò)模型，判斷結(jié)果為否，采用節(jié)點(diǎn)法建立三母線網(wǎng)絡(luò)模型；
[0040] 步驟二、根據(jù)節(jié)點(diǎn)法，在三母線網(wǎng)絡(luò)模型中，建立在頻率Π 下的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣 Yh的參數(shù)方程，對(duì)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣Yh進(jìn)行特征值求解，得到特征值A(chǔ)k,fl，求取特征值倒數(shù) 1/λΜ1的絕對(duì)值或模值，即|?/λΜ1|，且|?/λΜ1|表示模態(tài)k的模態(tài)阻抗，k=l，2,3;
[0041 ] 步驟三、設(shè)定頻率Π 的頻率區(qū)間為5Hz至2000Hz，重復(fù)步驟二，使頻率Π 以5Hz為起 始，且以頻率間隔為5Hz，在頻率Π 的頻率區(qū)間內(nèi)遞增選取，直到布滿區(qū)間，得到模態(tài)k在頻 率Π 下對(duì)應(yīng)的11/Ak,fl |值，其中，模態(tài)k表示節(jié)點(diǎn)k在某次諧波頻率激勵(lì)下的一種諧波放大 的狀態(tài)，k=l，2,3;
[0042] 步驟四、根據(jù)I 1/λΜ11的大小，判斷三母線網(wǎng)絡(luò)模型的諧振狀態(tài)；當(dāng)I 1/λΜ11在模 態(tài)k取極大值時(shí)，頻率為fs,k，即在頻率，含并網(wǎng)逆變器的配電系統(tǒng)在節(jié)點(diǎn)k發(fā)生并聯(lián)諧 振，此時(shí)I 1/Ak,Η I在模態(tài)k取的極大值對(duì)應(yīng)的頻率fs,k，即為并聯(lián)諧振的諧振頻率；
[0043] 步驟五、在并聯(lián)諧振的諧振頻率fs,k下，根據(jù)節(jié)點(diǎn)法，求出此時(shí)含并網(wǎng)逆變器的配 電網(wǎng)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣Y fs,k，對(duì)并聯(lián)諧振的諧振頻率fs,k下的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣5^ 進(jìn)行特征值分解，獲得的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣的左、右特征向量矩陣分別為左關(guān)鍵特征向 量矩陣 1^和右關(guān)鍵特征向量矩陣％,;
[0044] 左關(guān)鍵特征向量矩陣用于表示模態(tài)k諧振的可觀測(cè)性，左關(guān)鍵特征向量矩陣 中元素最大的節(jié)點(diǎn)為最易觀測(cè)到相應(yīng)模態(tài)k諧振的位置；
[0045] 右關(guān)鍵特征向量矩陣用于表示模態(tài)k諧振的可激勵(lì)性，右關(guān)鍵特征向量矩陣&:k 中元素最大的節(jié)點(diǎn)為最易受激勵(lì)產(chǎn)生相應(yīng)模態(tài)k諧振的位置，完成并網(wǎng)逆變器并聯(lián)諧振現(xiàn) 象的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣特征值的分析。
[0046]本實(shí)施方式，為了驗(yàn)證本發(fā)明指