一种逆变器的振荡风险分析方法及装置与流程

本发明涉及新能源发电，具体涉及一种逆变器的振荡风险分析方法及装置。

背景技术：

1、目前，风电和光伏为代表的新能源迎来快速发展机遇。大量新能源电站通过3-4级变压器升压的方式接入大电网，变压器和线路阻抗增大了新能源电站和大电网之间的电气距离，降低了与大电网之间的电气联系。在新能源逆变器端，并网点电网强度弱，缺少电压支撑。由于弱电网下宽频振荡、过电压等各种稳定问题频发，引起了研究人员的广泛关注。

2、逆变器属于电力电子设备，依靠脉宽调制技术，能够将直流电能逆变为交流电能，在逆变过程中会产生大量的高频谐波。逆变器标准通常要求逆变器输出电流的总谐波畸变率(total harmonic distortion，thd)小于5％。为此，通过设定较高的开关频率和配置滤波器，在强电网中通常能够将逆变器的谐波含量控制在较小的范围内。但是，随着电网强度的变弱，逆变器的稳定裕度下降，容易产生谐波，对外表现为振荡。已经发生多起宽频振荡事故，振荡和谐波频率范围从数hz到上千hz。谐波可能引发过电压过电流故障，导致逆变器无法稳定运行，给电网的安全稳定运行带来了风险。因此，为了提高新能源接入弱电网后的稳定性，非常有必要研究弱电网下逆变器的谐波特性。

3、在中国发明专利(申请号202211080560.3)中，根据电网阻抗与逆变器阻抗的奈奎斯特曲线是否进入谐波放大区域，来判断输出电流是否会放大，但是这种方法只能用于比较弱电网的电流谐波是放大还是缩小，而未给出谐波电流和电压的具体计算方法和表达式。

技术实现思路

1、为了克服上述缺陷，本发明提出了一种逆变器的振荡风险分析方法及装置。

2、第一方面，提供一种逆变器的振荡风险分析方法，所述逆变器的振荡风险分析方法包括：

3、在逆变器端口侧注入谐波电压，并计算逆变器的导纳矩阵；

4、基于所述逆变器的导纳矩阵确定电网中的谐波电压到机端电压谐波和电流谐波的传递函数；

5、基于所述电网中的谐波电压到机端电压谐波和电流谐波的传递函数对应的波特图对逆变器进行振荡风险分析。

6、优选的，所述在逆变器端口侧注入谐波电压，并计算逆变器的导纳矩阵，包括：

7、在逆变器端口侧注入正序谐波电压，并按下式计算逆变器的导纳矩阵的正序导纳y11和正负序耦合导纳y21：

8、

9、在逆变器端口侧注入负序谐波电压，并按下式计算逆变器的负序导纳y22和负正序耦合导纳y12：

10、

11、上式中，ip为正序谐波电流，up为正序谐波电压，in为负序谐波电流，un为负序谐波电压。

12、进一步的，所述逆变器端口侧注入的正序谐波电压的频率fp与逆变器端口侧注入的负序谐波电压的频率fn满足：fn＝fp-2f1，其中，f1为电网的额定频率。

13、进一步的，所述基于所述逆变器的导纳矩阵确定电网中的谐波电压到机端电压谐波和电流谐波的传递函数，包括：

14、按下式确定电网中的正序谐波电压到机端电压谐波的传递函数：

15、

16、上式中，为电网中的正序谐波电压到机端正序谐波电压的传递函数，为电网中的正序谐波电压到机端负序谐波电压的传递函数，ls为电网电感，s为复变量，ω1为电网的额定角频率，j为虚数单位。

17、进一步的，所述电网的额定角频率如下：

18、ω1＝2πf1

19、上式中，f1为电网的额定频率。

20、进一步的，所述基于所述逆变器的导纳矩阵确定电网中的谐波电压到机端电压谐波和电流谐波的传递函数，包括：

21、按下式确定电网中的正序谐波电压到机端电流谐波的传递函数：

22、

23、上式中，为电网中的正序谐波电压到机端正序谐波电流的传递函数，为电网中的正序谐波电压到机端负序谐波电流的传递函数。

24、进一步的，所述基于所述逆变器的导纳矩阵确定电网中的谐波电压到机端电压谐波和电流谐波的传递函数，包括：

25、按下式确定电网中的负序谐波电压到机端电压谐波的传递函数：

26、

27、上式中，为电网中的负序谐波电压到机端正序谐波电压的传递函数，为电网中的负序谐波电压到机端负序谐波电压的传递函数。

28、进一步的，所述基于所述逆变器的导纳矩阵确定电网中的谐波电压到机端电压谐波和电流谐波的传递函数，包括：

29、按下式确定电网中的负序谐波电压到机端电流谐波的传递函数：

30、

31、上式中，为电网中的负序谐波电压到机端负序谐波电流的传递函数，为电网中的负序谐波电压到机端正序谐波电流的传递函数。

32、进一步的，所述基于所述电网中的谐波电压到机端电压谐波和电流谐波的传递函数对应的波特图对逆变器进行振荡风险分析，包括：

33、当电网中的正序谐波电压到机端正序谐波电压的传递函数、电网中的正序谐波电压到机端负序谐波电压的传递函数、电网中的正序谐波电压到机端正序谐波电流的传递函数、电网中的正序谐波电压到机端负序谐波电流的传递函数、电网中的负序谐波电压到机端正序谐波电压的传递函数、电网中的负序谐波电压到机端负序谐波电压的传递函数、电网中的负序谐波电压到机端正序谐波电流的传递函数或电网中的负序谐波电压到机端负序谐波电流的传递函数对应的波特图存在尖峰时，将该尖峰对应的频段作为存在振荡风险的频段。

34、第二方面，提供一种逆变器的振荡风险分析装置，所述逆变器的振荡风险分析装置包括：

35、计算模块，用于在逆变器端口侧注入谐波电压，并计算逆变器的导纳矩阵；

36、确定模块，用于基于所述逆变器的导纳矩阵确定电网中的谐波电压到机端电压谐波和电流谐波的传递函数；

37、分析模块，用于基于所述电网中的谐波电压到机端电压谐波和电流谐波的传递函数对应的波特图对逆变器进行振荡风险分析。

38、优选的，所述计算模块具体用于：

39、在逆变器端口侧注入正序谐波电压，并按下式计算逆变器的导纳矩阵的正序导纳y11和正负序耦合导纳y21：

40、

41、在逆变器端口侧注入负序谐波电压，并按下式计算逆变器的负序导纳y22和负正序耦合导纳y12：

42、

43、上式中，ip为正序谐波电流，up为正序谐波电压，in为负序谐波电流，un为负序谐波电压。

44、进一步的，所述逆变器端口侧注入的正序谐波电压的频率fp与逆变器端口侧注入的负序谐波电压的频率fn满足：fn＝fp-2f1，其中，f1为电网的额定频率。

45、进一步的，所述确定模块具体用于：

46、按下式确定电网中的正序谐波电压到机端电压谐波的传递函数：

47、

48、上式中，为电网中的正序谐波电压到机端正序谐波电压的传递函数，为电网中的正序谐波电压到机端负序谐波电压的传递函数，ls为电网电感，s为复变量，ω1为电网的额定角频率，j为虚数单位。

49、进一步的，所述电网的额定角频率如下：

50、ω1＝2πf1

51、上式中，f1为电网的额定频率。

52、进一步的，所述确定模块具体用于：

53、按下式确定电网中的正序谐波电压到机端电流谐波的传递函数：

54、

55、上式中，为电网中的正序谐波电压到机端正序谐波电流的传递函数，为电网中的正序谐波电压到机端负序谐波电流的传递函数。

56、进一步的，所述确定模块具体用于：

57、按下式确定电网中的负序谐波电压到机端电压谐波的传递函数：

58、

59、上式中，为电网中的负序谐波电压到机端正序谐波电压的传递函数，为电网中的负序谐波电压到机端负序谐波电压的传递函数。

60、进一步的，所述确定模块具体用于：

61、按下式确定电网中的负序谐波电压到机端电流谐波的传递函数：

62、

63、上式中，为电网中的负序谐波电压到机端负序谐波电流的传递函数，为电网中的负序谐波电压到机端正序谐波电流的传递函数。

64、进一步的，所述分析模块具体用于：

65、当电网中的正序谐波电压到机端正序谐波电压的传递函数、电网中的正序谐波电压到机端负序谐波电压的传递函数、电网中的正序谐波电压到机端正序谐波电流的传递函数、电网中的正序谐波电压到机端负序谐波电流的传递函数、电网中的负序谐波电压到机端正序谐波电压的传递函数、电网中的负序谐波电压到机端负序谐波电压的传递函数、电网中的负序谐波电压到机端正序谐波电流的传递函数或电网中的负序谐波电压到机端负序谐波电流的传递函数对应的波特图存在尖峰时，将该尖峰对应的频段作为存在振荡风险的频段。

66、第三方面，提供一种计算机设备，包括：一个或多个处理器；

67、所述处理器，用于执行一个或多个程序；

68、当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，实现所述的逆变器的振荡风险分析方法。

69、第四方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存有计算机程序，所述计算机程序被执行时，实现所述的逆变器的振荡风险分析方法。

70、本发明上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种有益效果：

71、本发明提供了一种逆变器的振荡风险分析方法及装置，包括：在逆变器端口侧注入谐波电压，并计算逆变器的导纳矩阵；基于所述逆变器的导纳矩阵确定电网中的谐波电压到机端电压谐波和电流谐波的传递函数；基于所述电网中的谐波电压到机端电压谐波和电流谐波的传递函数对应的波特图对逆变器进行振荡风险分析。本发明提供的技术方案，能够分析不同频率的谐波特性，准确的判断电压和电流发生振荡风险的频段。