一種基于全局導(dǎo)納分析的apf并機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定性判定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)領(lǐng)域，特別涉及一種基于全局導(dǎo)納分析的APF并機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定 性判定方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著各行各業(yè)投入的電力設(shè)備逐漸增多，電網(wǎng)中的諧波含量逐漸增加，如化工燒 堿行業(yè)電解用低壓大容量整流裝置，這些大容量諧波電流對(duì)電網(wǎng)、其他用電設(shè)備、特別是用 電可靠性都會(huì)帶來嚴(yán)重影響，因此對(duì)大容量、高精度和高可靠性的模塊化多機(jī)并聯(lián)有源濾 波需求日益增加，并且逐漸成為研究熱點(diǎn)。模塊化多機(jī)并聯(lián)系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析是本領(lǐng)域的 研究重點(diǎn)，關(guān)系到整機(jī)系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行，需要對(duì)并機(jī)系統(tǒng)建立數(shù)學(xué)模型，再從本質(zhì)上分 析和研究各電氣量之間的耦合或制約關(guān)系，進(jìn)一步得到失穩(wěn)抑制的方法。目前已有的穩(wěn)定 性分析方法主要分為兩種：
[0003] (1)基于阻抗比，針對(duì)并機(jī)系統(tǒng)總輸出電流進(jìn)行穩(wěn)定性分析。該方法的局限性在 于:直接視并機(jī)單元總輸出電流穩(wěn)定性決定整個(gè)并機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性(即電網(wǎng)PCC處電壓和所 有部分輸出電流的穩(wěn)定性），但未能體現(xiàn)出決定并機(jī)系統(tǒng)各部分穩(wěn)定性的本質(zhì)原因；阻抗比 是兩個(gè)傳遞函數(shù)的比值，并機(jī)單元等效總阻抗由多個(gè)并機(jī)單元阻抗并聯(lián)后得到，當(dāng)并機(jī)單 元阻抗傳遞函數(shù)復(fù)雜或是并機(jī)數(shù)量很多且阻抗不對(duì)稱時(shí)，其頻域特性很不容易得到，因此 很難定性分析出耦合環(huán)的穩(wěn)定性。
[0004] (2)基于導(dǎo)納比，針對(duì)并機(jī)系統(tǒng)單元輸出電流進(jìn)行穩(wěn)定性分析。該方法局限性在 于:耦合增益為兩組傳遞函數(shù)比值(導(dǎo)納比），其形式在多機(jī)并聯(lián)系統(tǒng)時(shí)往往很復(fù)雜，很難分 析出其頻域特性以得到穩(wěn)定性判斷。另外也是直接分析并機(jī)單元輸出電流穩(wěn)定性作為整個(gè) 并機(jī)系統(tǒng)響應(yīng)穩(wěn)定性，未能給出決定整個(gè)并機(jī)系統(tǒng)響應(yīng)穩(wěn)定性的本質(zhì)原因。
[0005] 綜上所述，現(xiàn)有的并機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析方法存在諸多不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種能夠準(zhǔn)確、全面的進(jìn)行 APF并機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定性判定的基于全局導(dǎo)納分析的APF并機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定性判定方法。
[0007] 技術(shù)方案:本發(fā)明提供了一種基于全局導(dǎo)納分析的APF并機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定性判定方法， 包括以下步驟：
[0008] 步驟1:載入電網(wǎng)參數(shù)、主電路參數(shù)以及控制器參數(shù)，所述電網(wǎng)參數(shù)包括電網(wǎng)導(dǎo)納、 并網(wǎng)端無源器件等效導(dǎo)納、諧波負(fù)載等效無源導(dǎo)納、電網(wǎng)頻率，所述主電路參數(shù)包括并網(wǎng)接 口，所述控制器參數(shù)包括電流環(huán)擾動(dòng)增益、電流環(huán)開環(huán)支路增益；
[0009] 步驟2:根據(jù)所述電網(wǎng)參數(shù)、主電路參數(shù)以及控制器參數(shù)建立電流環(huán)導(dǎo)納模型、諧 波控制環(huán)導(dǎo)納模型；
[0010] 步驟3:根據(jù)所述電流環(huán)導(dǎo)納模型以及諧波控制環(huán)導(dǎo)納模型，得到并機(jī)系統(tǒng)全導(dǎo)納 形式等效電路，包括待機(jī)運(yùn)行模式和補(bǔ)償運(yùn)行模式；
[0011] 步驟4:根據(jù)所述全導(dǎo)納形式等效電路得到兩種運(yùn)行模式下電網(wǎng)PCC處電壓的表達(dá) 式，其中Ytotel為并網(wǎng)系統(tǒng)全局導(dǎo)納：
[0012]
[0013] 式中，E為電網(wǎng)電壓，E'為電網(wǎng)PCC處電壓，Yg為電網(wǎng)導(dǎo)納，Yt^并網(wǎng)端無源器件等效 導(dǎo)納，1為電流環(huán)導(dǎo)納，Yh 1為諧波控制環(huán)導(dǎo)納，Yl為諧波負(fù)載等效無源導(dǎo)納，V i為待機(jī)運(yùn)行 時(shí)APF模塊等效電流源（i = 1，2，... η)，n為并網(wǎng)系統(tǒng)APF模塊數(shù)量，f hi為諧波補(bǔ)償運(yùn)行時(shí) APF模塊等效電流源，ILh為諧波電流源；
[0014] 步驟5:根據(jù)步驟4得到的并網(wǎng)系統(tǒng)全局導(dǎo)納判斷并機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性;所述并機(jī)系 統(tǒng)的穩(wěn)定性為并機(jī)系統(tǒng)在當(dāng)前穩(wěn)定激勵(lì)下的所有響應(yīng)穩(wěn)定，所述激勵(lì)包括電網(wǎng)電壓、并機(jī) 單元輸出電流源和負(fù)載諧波電流源，所述響應(yīng)包括電網(wǎng)PCC處電壓、并機(jī)單元輸出電流和并 聯(lián)無源器件電流。
[0015] 進(jìn)一步，所述步驟5中根據(jù)步驟4得到的并網(wǎng)系統(tǒng)全局導(dǎo)納判斷并機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性 的方法為:根據(jù)步驟4得到的并網(wǎng)系統(tǒng)全局導(dǎo)納Y total繪制Nyquist曲線，得到s平面負(fù)實(shí)軸的 正、負(fù)穿越次數(shù);若全局導(dǎo)納Ytotai對(duì)應(yīng)的Nyquist曲線在s平面負(fù)實(shí)軸的正、負(fù)穿越次數(shù)相 等，則該并機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定;反之，并機(jī)系統(tǒng)失穩(wěn)。
[0016] 進(jìn)一步，所述步驟5中根據(jù)步驟4得到的并網(wǎng)系統(tǒng)全局導(dǎo)納判斷并機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性 的方法為:根據(jù)并網(wǎng)系統(tǒng)全局導(dǎo)納頻域增益為零時(shí)，確定并網(wǎng)系統(tǒng)諧振點(diǎn)，若諧振點(diǎn)對(duì)應(yīng)的 增益實(shí)部Rd全部大于零，則該并機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定;反之，并機(jī)系統(tǒng)失穩(wěn)。
[0017] 有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的基于全局導(dǎo)納分析的APF并機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定 性判定方法，具有如下優(yōu)勢(shì)：（1)全導(dǎo)納形式的并機(jī)系統(tǒng)等效電路可以通過基本電路原理有 效地分析出存在復(fù)雜耦合情況的有源濾波并機(jī)系統(tǒng)中各部分輸出響應(yīng)表達(dá)式，進(jìn)一步得出 影響并機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定性的本質(zhì)因素；（2)并機(jī)系統(tǒng)全局導(dǎo)納表達(dá)式易于得到，頻域特性易于分 析，通過分析其頻域所有諧振點(diǎn)的阻尼特性可以有效地得出并機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性情況。同時(shí) 本發(fā)明判斷的結(jié)果更加的準(zhǔn)確，全面;可用于分析復(fù)雜耦合情況下的APF并機(jī)系統(tǒng)，得出影 響并機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定性的本質(zhì)因素，具有很好的可行性和實(shí)用價(jià)值。
【附圖說明】
[0018] 圖1為本發(fā)明的穩(wěn)定性判定方法流程圖；
[0019] 圖2為電流環(huán)模型示意圖：（a)方框圖形式(b)導(dǎo)納形式
[0020] 圖3為諧波控制環(huán)模型示意圖：（a)方框圖形式(b)電路形式(c)導(dǎo)納形式 [0021 ]圖4為有源濾波并機(jī)系統(tǒng)電路示意圖；
[0022] 圖5為并機(jī)系統(tǒng)待機(jī)運(yùn)行等效電路；
[0023] 圖6為并機(jī)系統(tǒng)諧波補(bǔ)償運(yùn)行等效電路；
[0024]圖7為某并機(jī)系統(tǒng)全局導(dǎo)納頻域特性分析圖；
[0025]圖8為實(shí)際工況1的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖9為實(shí)際工況2的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖10為實(shí)際工況3的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖11為實(shí)際工況4的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做更進(jìn)一步的解釋。
[0030] 如圖1所示，本發(fā)明提供的基于全局導(dǎo)納分析的APF并機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定性判定方法，具 體包括如下步驟：
[0031] 步驟1:載入電網(wǎng)參數(shù)、主電路參數(shù)以及控制器參數(shù)，所述電網(wǎng)參數(shù)包括電網(wǎng)導(dǎo)納、 并網(wǎng)端無源器件等效導(dǎo)納、諧波負(fù)載等效無源導(dǎo)納、電網(wǎng)頻率，所述主電路參數(shù)包括并網(wǎng)接 口，所述控制器參數(shù)包括電流環(huán)擾動(dòng)增益、電流環(huán)開環(huán)支路增益；
[0032] 步驟2:根據(jù)所述電網(wǎng)參數(shù)、主電路參數(shù)以及控制器參數(shù)建立電流環(huán)導(dǎo)納模型、諧 波控制環(huán)導(dǎo)納模型；
[0033] $園濟(jì)尿，府常用電流可錯(cuò)構(gòu)^遺圖，其中圖2(a)為餅》試，圖2〇3)為鎮(zhèn)哳試。APm出電流表 達(dá)式〉
為電流環(huán)導(dǎo)納傳遞函數(shù)的一般形式，可看出其包括三部分:F(S)、P(s)和G(s)P(s)，分別為 電流環(huán)擾動(dòng)增益、電流環(huán)被控對(duì)象和電流環(huán)開環(huán)支路。從電路端口等效的角度，可視其為并 接在電網(wǎng)PCC處的可控電流源Γ和導(dǎo)納Y構(gòu)成的諾頓等效電路，如圖2(b)所示，將此等效電 路稱為電流環(huán)導(dǎo)納模型，其中的電流環(huán)閉環(huán)傳遞函數(shù)L(S)稱為可控電流源增益，Y(S)稱為 電流環(huán)導(dǎo)納，其中，Y (s)為電流環(huán)導(dǎo)納復(fù)頻域表示方法，與Y表示的變量相同，本專利中其他 類似變量表述與此相同。
[0034] 如圖3所示，諧波控制環(huán)導(dǎo)納模型;其中，圖3(a)所示為框圖形式，圖3(b溈電路形式，圖3(c)為 導(dǎo)納形式。如圖3(a)所示，諧波控制環(huán)導(dǎo)納模型包括兩個(gè)模塊:諧波檢測(cè)和電流環(huán)，其傳遞函數(shù)分別為 H(S)和L(S)。通過負(fù)載電流諧波檢測(cè)得到的補(bǔ)償指令電流Ic*為電流環(huán)輸入指令電流，電流環(huán)輸出電 流I。為實(shí)際的補(bǔ)償電流。圖3(b)是利用電流環(huán)導(dǎo)納模型得到的諧波控制環(huán)的電路形式，其中的 諧波負(fù)載為電流型非線性負(fù)載等效電路的一般形式，由諧波電流源和并聯(lián)的無源阻抗負(fù)載 構(gòu)成。APF輸出電流表達(dá)式為
'可 以看出