光伏发电系统的稳定性分析方法、装置及实现装置与流程

本发明涉及电力系统安全技术领域，尤其是涉及一种光伏发电系统的稳定性分析方法、装置及实现装置。

背景技术：

分布式光伏发电能够充分利用清洁和可再生能源，是实现节能减排目标的重要举措，也是集中式发电的有效补充。然而随着分布式光伏电源大量的接入低压配电网，光伏渗透率大幅度提高，各种扰动随之引入配电网，从而对系统的电能质量产生严重影响，主要会造成供电电压不稳定、谐波污染、三相电压不平衡以及无功功率不平衡等方面的问题，影响光伏发电系统的稳定性。然而现有的光伏发电系统的稳定性分析方式准确性较差，并且较为复杂，效率较低。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种光伏发电系统的稳定性分析方法、装置及实现装置，以提高光伏发电系统的稳定性分析方式的准确性及效率。

第一方面，本发明实施例提供了一种光伏发电系统的稳定性分析方法，包括：获取光伏发电系统的系统参数；系统参数包括光伏发电系统的等效电流源及等效阻抗；根据所述系统参数，建立逆变器组与光伏发电系统连接的电学模型；该电学模型中，逆变器组包括多个子逆变器，多个子逆变器以并联的方式接入光伏发电系统；根据电学模型及预设的子逆变器的基本参数，建立电学模型的数学模型；将预设的等效电流源的扰动输入至数学模型中，得到在扰动下电学模型中电流变化曲线；根据电流变化曲线的极值与预设的变化阈值，得到光伏发电系统的稳定性分析结果。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，当子逆变器为基于lcl滤波器的有源阻尼时，基本参数包括第一电感阻抗，第二电感阻抗及电容阻抗及电压源。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，多个子逆变器的基本参数相同，上述根据电学模型及预设的子逆变器的基本参数，建立电学模型的数学模型的步骤，包括：根据预设的子逆变器的基本参数，对电学模型进行简化；建立简化后的电学模型的数学模型。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，上述根据电流变化曲线的极值与预设的变化阈值，得到光伏发电系统的稳定性分析结果的步骤，包括：确定电流变化曲线中的最大值及最小值；计算最大值与所述最小值之差，得到电流变化值；将电流变化值与预设的变化阈值比较；当电流变化值大于预设的变化阈值，则确定光伏发电系统的稳定性分析结果为异常；当电流变化值小于预设的变化阈值，则确定光伏发电系统的稳定性分析结果为正常。

第二方面，本发明实施例还提供一种光伏发电系统的稳定性分析装置，包括：系统参数获取装置，用于获取光伏发电系统的系统参数；系统参数包括光伏发电系统的等效电流源及等效阻抗；电学模型建立模块，用于根据系统参数，建立逆变器组与光伏发电系统连接的电学模型；该电学模型中，逆变器组包括多个子逆变器，多个子逆变器以并联的方式接入光伏发电系统；数学模型建立模块，用于根据电学模型及预设的子逆变器的基本参数，建立电学模型的数学模型；扰动输入模块，用于将预设的等效电流源的扰动输入至数学模型中，得到在扰动下电学模型中电流变化曲线；稳定性分析模块，用于根据电流变化曲线的极值与预设的变化阈值，得到光伏发电系统的稳定性分析结果。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，当子逆变器为基于lcl滤波器的有源阻尼时，基本参数包括第一电感阻抗，第二电感阻抗及电容阻抗及电压源。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，多个子逆变器的基本参数相同，上述数学模型建立模块还用于：根据预设的子逆变器的基本参数，对电学模型进行简化；建立简化后的电学模型的数学模型。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第三种可能的实施方式，其中，上述稳定性分析模块还用于：确定电流变化曲线中的最大值及最小值；计算最大值与最小值之差，得到电流变化值；将电流变化值与预设的变化阈值比较；当电流变化值大于预设的变化阈值，则确定光伏发电系统的稳定性分析结果为异常；当电流变化值小于预设的变化阈值，则确定光伏发电系统的稳定性分析结果为正常。

第三方面，本发明实施例还提供一种光伏发电系统的稳定性分析实现装置，包括存储器和处理器，其中，上述存储器用于存储一条或多条计算机指令，一条或多条计算机指令被处理器执行，以实现上述光伏发电系统的稳定性分析方法。

第四方面，本发明实施例还提供一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，该程序代码使处理器执行上述光伏发电系统的稳定性分析方法。

本发明实施例带来了以下有益效果：

本发明实施例提供了一种光伏发电系统的稳定性分析方法、装置及实现装置；获取光伏发电系统的系统参数后，根据该系统参数，建立逆变器组与光伏发电系统连接的电学模型；根据电学模型及预设的子逆变器的基本参数，建立电学模型的数学模型，进而将预设的等效电流源的扰动输入至数学模型中，以得到在扰动下电学模型中电流变化曲线；根据电流变化曲线的极值与预设的变化阈值，得到光伏发电系统的稳定性分析结果。该方式提高了光伏发电系统的稳定性分析方式的准确性，并提高了分析效率。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本发明的上述技术即可得知。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施方式，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种光伏发电系统的稳定性分析方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的n台并联逆变器的电流控制电路图；

图3为本发明实施例提供的一种等效逆变器的电路图；

图4为本发明实施例提供的一种光伏发电系统的稳定性分析装置的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种光伏发电系统的稳定性分析实现装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

目前，光伏发电系统的稳定性分析方式的准确性较低，并且分析方法较为复杂，基于此，本发明实施例提供了一种光伏发电系统的稳定性分析方法、装置及实现装置，可以应用于光伏发电系统的性能分析。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种光伏发电系统的稳定性分析方法进行详细介绍。

参见图1所示的一种光伏发电系统的稳定性分析方法的流程示意图，该方法包括：

步骤s100，获取光伏发电系统的系统参数；系统参数包括光伏发电系统的等效电流源及等效阻抗。

上述光伏发电系统包括多个光伏电源及配电网模块；光伏电源可以为电压控制型光伏电源和\或电流控制型光伏电源；上述系统参数可以为实验测得的，也可以为通过理论计算得到的光伏发电系统的等效电源流和等效电阻。

步骤s102，根据所述系统参数，建立逆变器组与光伏发电系统连接的电学模型；该电学模型中，逆变器组包括多个子逆变器，多个子逆变器以并联的方式接入光伏发电系统。

具体地，当子逆变器为基于lcl滤波器的有源阻尼时，基本参数包括第一电感阻抗，第二电感阻抗及电容阻抗及电压源；n台并联逆变器的电流控制电路图(相当于上述电学模型)如图2所示，其中z1i(i＝1...n)是逆变器侧感抗，z2i逆变器网侧感抗，z3i是逆变器容抗；zg是电网阻抗。此外，i1i是逆变器侧电流，i2i是网侧电流，i3i是电容器电流，ig是电网注入的电流；vz3i是电容电压；v0i是转换器电压；vg是pcc电压。在数学表达式和电路中，使用n代替n，两者都指并联逆变器的数量；采用有源阻尼策略时，控制逆变器侧电流i1i并测量电容器电压vz3i，控制变量是转换器电压v0i，电压源eg代表电网和干扰。

步骤s104，根据电学模型及预设的子逆变器的基本参数，建立电学模型的数学模型；

具体地，采用多变量控制理论建立数学模型，以描述n台并联并网逆变器的动态，数学模型如公式所示：

其中，iin是包含受控变量iii的输出向量；von是表示控制变量voi的输入向量；g(s)是传递矩阵，即与输入矢量von的乘积产生输出矢量iin的矩阵。

当多个子逆变器的基本参数相同，上述步骤s104具体通过以下方式实现：

(1)根据预设的子逆变器的基本参数，对电学模型进行简化.

(2)建立简化后的电学模型的数学模型。

具体地，在大多数光伏电站中，所有安装的逆变器都是由同一家公司制造的，并且属于同一类型。严格的工业标准也要求误差更小。因此，假设光伏电站中的逆变器是相同的，每个逆变器的lcl滤波器的阻抗相同，并由z1，z2和z3表示。

z11＝z12＝…＝z1n＝z1

z31＝z32＝…＝z32＝z3

如果逆变器都一样，则系统有对称特性：因为每个转换器电压v0i以相同的方式影响其自身的电流i1i，所以传递矩阵g(s)的所有对角元素将是相同的。因此，g(s)的所有对角元素都可以被g11代替。同样，传输矩阵g(s)的所有非对角元素是相同的，因为每个转换器电压v0i以相同的方式影响另一个转换器电流i1j(i＝j)。因此，g(s)的所有非对角元素都可以被g12代替。

元素g11和g12用叠加原理和戴维宁等效电路计算。对角线元素g11可以被视为逆变器侧电流i11与其自身的转换器电压v01之间的传递函数。相应的如果除了v01之外所有转换器电压v0i都应该为零，则可以计算g11。对角元素g11为i11和v0i之间的传递函数，直接获得如下：

非对角线元素g12可以被解释为逆变器侧电流i11和并联逆变器v02的转换器电压之间的传递函数。因此，如果除了v02之外所有转换器电压v0i都应该为零，则可以计算g12。在终端ef上计算戴维宁等效电路。戴维宁等效阻抗为zthef。因此，非对角元素g12，例如可能是i11和v02之间的传递函数，直接得到

g11和g12的扩展表达式相当复杂，在附录中显示。g11和g12分母重合，但分子不重合，这是因为多变量系统的极点是期望的，但零点不是；无论输入如何都必须相同。

继续假设所有已安装的逆变器不仅它们的阻抗是相等的，还有它们的硬件，软件和光伏发电机都相同；可以合理地假设逆变器将以同样的方式做出反应。在这种情况下，可以认为所有逆变器的转换器电压相等，即v0i＝v0。替换(12)得到

将g(s)行乘以向量v0n，推导出简化y1eq

i1＝(g11+(n-1)·g12)·v0＝y1eq·v0

如果将y1eq的表达式与g11和g12的扩展版本进行比较，则观察到y1eq更简单。传递函数y1ea可以用单个逆变器(6)的传递函数来识别。表达式y1和y1eq之间的唯一区别在于，在y1eq中，电网阻抗乘以n。实际上，如果所有转换器电压相等即v0i＝v0，等效的单个逆变器电网阻抗是n倍，代表n个逆变器。换句话说，光伏电站中的逆变器阻抗是电网阻抗的n倍。这种简化称为等效逆变器，其相应的电路图如图3所示。

步骤s106，将预设的等效电流源的扰动输入至数学模型中，得到在扰动下电学模型中电流变化曲线。

具体地，上述等效电流源的扰动可以为光伏电源产生电能输入配电网是产生的谐波信号，会使整个系统产生响应，影响系统的稳定性；但由于逆变器为有源阻尼，在得到系统的稳定性后，可以通过控制逆变器的参数，如等效电源及等效阻抗，改善系统的稳定性。当在数学模型中输入预先测量或理论计算得到的等效电流源的扰动时，该数学模型中的电流变量将对扰动进行相应，然后逐渐趋于稳定；将扰动发生至电流稳定过程中的电流变化情况作为电流变化曲线，该曲线可以为产生震荡电流，或者在扰动时产生电流尖峰。

步骤s108，根据电流变化曲线的极值与预设的变化阈值，得到光伏发电系统的稳定性分析结果。

具体地，针对系统的稳定性的衡量标准，可以为电流的变化值；当电流的变化值在系统能够承受的范围内，则认为系统为稳定的；否则，系统为不稳定的。具体地，上述步骤s108具体通过以下方式实现：

(1)确定电流变化曲线中的最大值及最小值；

(2)计算最大值与所述最小值之差，得到电流变化值；

(3)将电流变化值与预设的变化阈值比较；

(4)当电流变化值大于预设的变化阈值，则确定光伏发电系统的稳定性分析结果为异常；当电流变化值小于预设的变化阈值，则确定光伏发电系统的稳定性分析结果为正常。

本发明实施例提供了一种光伏发电系统的稳定性分析方法；获取光伏发电系统的系统参数后，根据该系统参数，建立逆变器组与光伏发电系统连接的电学模型；根据电学模型及预设的子逆变器的基本参数，建立电学模型的数学模型，进而将预设的等效电流源的扰动输入至数学模型中，以得到在扰动下电学模型中电流变化曲线；根据电流变化曲线的极值与预设的变化阈值，得到光伏发电系统的稳定性分析结果。该方法提高了光伏发电系统的稳定性分析方式的准确性，并提高了分析效率。

本发明实施例还提供一种光伏发电系统的稳定性分析装置，其结构示意图如图4所示，该系统包括：系统参数获取装置400，用于获取光伏发电系统的系统参数；系统参数包括光伏发电系统的等效电流源及等效阻抗；电学模型建立模块402，用于根据系统参数，建立逆变器组与光伏发电系统连接的电学模型；该电学模型中，逆变器组包括多个子逆变器，多个子逆变器以并联的方式接入光伏发电系统；数学模型建立模块404，用于根据电学模型及预设的子逆变器的基本参数，建立电学模型的数学模型；扰动输入模块406，用于将预设的等效电流源的扰动输入至数学模型中，得到在扰动下电学模型中电流变化曲线；稳定性分析模块408，用于根据电流变化曲线的极值与预设的变化阈值，得到光伏发电系统的稳定性分析结果。

在一些具体实施例中，当子逆变器为基于lcl滤波器的有源阻尼时，基本参数包括第一电感阻抗，第二电感阻抗及电容阻抗及电压源。

当采用相同的子逆变器时，可以认为多个子逆变器的基本参数相同；此时，上述数学模型建立模块还用于：根据预设的子逆变器的基本参数，对电学模型进行简化；建立简化后的电学模型的数学模型。

具体地，上述稳定性分析模块还用于：确定电流变化曲线中的最大值及最小值；计算最大值与最小值之差，得到电流变化值；将电流变化值与预设的变化阈值比较；当电流变化值大于预设的变化阈值，则确定光伏发电系统的稳定性分析结果为异常；当电流变化值小于预设的变化阈值，则确定光伏发电系统的稳定性分析结果为正常。

本发明实施例提供的光伏发电系统的稳定性分析装置，与上述实施例提供的光伏发电系统的稳定性分析方法具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

本实施方式提供了一种与上述方法实施方式相对应的光伏发电系统的稳定性分析实现装置。图5为该实现装置的结构示意图，如图5所示，该设备包括处理器1201和存储器1202；其中，存储器1202用于存储一条或多条计算机指令，一条或多条计算机指令被处理器执行，以实现上述光伏发电系统的稳定性分析方法。

图5所示的实现装置还包括总线1203和转发芯片1204，处理器1201、转发芯片1204和存储器1202通过总线1203连接。该报文传输的实现装置可以是网络边缘设备。

其中，存储器1202可能包含高速随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)，也可能还包括非不稳定的存储器(non-volatilememory)，例如至少一个磁盘存储器。总线1203可以是isa总线、pci总线或eisa总线等。所述总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图5中仅用一个双向箭头表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

转发芯片1204用于通过网络接口与至少一个用户终端及其它网络单元连接，将封装好的ipv4报文或ipv6报文通过网络接口发送至用户终端。

处理器1201可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器1201中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器1201可以是通用处理器，包括中央处理器(centralprocessingunit，简称cpu)、网络处理器(networkprocessor，简称np)等；还可以是数字信号处理器(digitalsignalprocessing，简称dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，简称asic)、现成可编程门阵列(field-programmablegatearray，简称fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施方式中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明实施方式所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器1202，处理器1201读取存储器1202中的信息，结合其硬件完成前述实施方式的方法的步骤。

本发明实施方式还提供了一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质存储有机器可执行指令，该机器可执行指令在被处理器调用和执行时，机器可执行指令促使处理器实现上述光伏发电系统的稳定性分析方法，具体实现可参见方法实施方式，在此不再赘述。

本发明实施方式所提供的光伏发电系统的稳定性分析装置及实现装置，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施方式相同，为简要描述，装置实施方式部分未提及之处，可参考前述方法实施方式中相应内容。

在本申请所提供的几个实施方式中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施方式仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施方式的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本发明各个实施方式中的各功能模块或单元可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本公开的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本公开各个实施方式所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上所述实施方式，仅为本公开的具体实施方式，用以说明本公开的技术方案，而非对其限制，本公开的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施方式对本公开进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施方式所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本公开实施方式技术方案的精神和范围，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。