一種基于全局導納分析的apf并機系統穩定性判定方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于電力系統領域，特別涉及一種基于全局導納分析的APF并機系統穩定 性判定方法。
【背景技術】
[0002] 隨著各行各業投入的電力設備逐漸增多，電網中的諧波含量逐漸增加，如化工燒 堿行業電解用低壓大容量整流裝置，這些大容量諧波電流對電網、其他用電設備、特別是用 電可靠性都會帶來嚴重影響，因此對大容量、高精度和高可靠性的模塊化多機并聯有源濾 波需求日益增加，并且逐漸成為研究熱點。模塊化多機并聯系統的穩定性分析是本領域的 研究重點，關系到整機系統的安全可靠運行，需要對并機系統建立數學模型，再從本質上分 析和研究各電氣量之間的耦合或制約關系，進一步得到失穩抑制的方法。目前已有的穩定 性分析方法主要分為兩種：
[0003] (1)基于阻抗比，針對并機系統總輸出電流進行穩定性分析。該方法的局限性在 于:直接視并機單元總輸出電流穩定性決定整個并機系統的穩定性(即電網PCC處電壓和所 有部分輸出電流的穩定性），但未能體現出決定并機系統各部分穩定性的本質原因；阻抗比 是兩個傳遞函數的比值，并機單元等效總阻抗由多個并機單元阻抗并聯后得到，當并機單 元阻抗傳遞函數復雜或是并機數量很多且阻抗不對稱時，其頻域特性很不容易得到，因此 很難定性分析出耦合環的穩定性。
[0004] (2)基于導納比，針對并機系統單元輸出電流進行穩定性分析。該方法局限性在 于:耦合增益為兩組傳遞函數比值(導納比），其形式在多機并聯系統時往往很復雜，很難分 析出其頻域特性以得到穩定性判斷。另外也是直接分析并機單元輸出電流穩定性作為整個 并機系統響應穩定性，未能給出決定整個并機系統響應穩定性的本質原因。
[0005] 綜上所述，現有的并機系統穩定性分析方法存在諸多不足。
【發明內容】
[0006] 發明目的：為了克服現有技術的不足，本發明提供了一種能夠準確、全面的進行 APF并機系統穩定性判定的基于全局導納分析的APF并機系統穩定性判定方法。
[0007] 技術方案:本發明提供了一種基于全局導納分析的APF并機系統穩定性判定方法， 包括以下步驟：
[0008] 步驟1:載入電網參數、主電路參數以及控制器參數，所述電網參數包括電網導納、 并網端無源器件等效導納、諧波負載等效無源導納、電網頻率，所述主電路參數包括并網接 口，所述控制器參數包括電流環擾動增益、電流環開環支路增益；
[0009] 步驟2:根據所述電網參數、主電路參數以及控制器參數建立電流環導納模型、諧 波控制環導納模型；
[0010] 步驟3:根據所述電流環導納模型以及諧波控制環導納模型，得到并機系統全導納 形式等效電路，包括待機運行模式和補償運行模式；
[0011] 步驟4:根據所述全導納形式等效電路得到兩種運行模式下電網PCC處電壓的表達 式，其中Ytotel為并網系統全局導納：
[0012]
[0013] 式中，E為電網電壓，E'為電網PCC處電壓，Yg為電網導納，Yt^并網端無源器件等效 導納，1為電流環導納，Yh 1為諧波控制環導納，Yl為諧波負載等效無源導納，V i為待機運行 時APF模塊等效電流源（i = 1，2，... η)，n為并網系統APF模塊數量，f hi為諧波補償運行時 APF模塊等效電流源，ILh為諧波電流源；
[0014] 步驟5:根據步驟4得到的并網系統全局導納判斷并機系統的穩定性;所述并機系 統的穩定性為并機系統在當前穩定激勵下的所有響應穩定，所述激勵包括電網電壓、并機 單元輸出電流源和負載諧波電流源，所述響應包括電網PCC處電壓、并機單元輸出電流和并 聯無源器件電流。
[0015] 進一步，所述步驟5中根據步驟4得到的并網系統全局導納判斷并機系統的穩定性 的方法為:根據步驟4得到的并網系統全局導納Y total繪制Nyquist曲線，得到s平面負實軸的 正、負穿越次數;若全局導納Ytotai對應的Nyquist曲線在s平面負實軸的正、負穿越次數相 等，則該并機系統穩定;反之，并機系統失穩。
[0016] 進一步，所述步驟5中根據步驟4得到的并網系統全局導納判斷并機系統的穩定性 的方法為:根據并網系統全局導納頻域增益為零時，確定并網系統諧振點，若諧振點對應的 增益實部Rd全部大于零，則該并機系統穩定;反之，并機系統失穩。
[0017] 有益效果:與現有技術相比，本發明提供的基于全局導納分析的APF并機系統穩定 性判定方法，具有如下優勢：（1)全導納形式的并機系統等效電路可以通過基本電路原理有 效地分析出存在復雜耦合情況的有源濾波并機系統中各部分輸出響應表達式，進一步得出 影響并機系統穩定性的本質因素；（2)并機系統全局導納表達式易于得到，頻域特性易于分 析，通過分析其頻域所有諧振點的阻尼特性可以有效地得出并機系統的穩定性情況。同時 本發明判斷的結果更加的準確，全面;可用于分析復雜耦合情況下的APF并機系統，得出影 響并機系統穩定性的本質因素，具有很好的可行性和實用價值。
【附圖說明】
[0018] 圖1為本發明的穩定性判定方法流程圖；
[0019] 圖2為電流環模型示意圖：（a)方框圖形式(b)導納形式
[0020] 圖3為諧波控制環模型示意圖：（a)方框圖形式(b)電路形式(c)導納形式 [0021 ]圖4為有源濾波并機系統電路示意圖；
[0022] 圖5為并機系統待機運行等效電路；
[0023] 圖6為并機系統諧波補償運行等效電路；
[0024]圖7為某并機系統全局導納頻域特性分析圖；
[0025]圖8為實際工況1的結構示意圖；
[0026]圖9為實際工況2的結構示意圖；
[0027]圖10為實際工況3的結構示意圖；
[0028]圖11為實際工況4的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0029] 下面結合附圖對本發明做更進一步的解釋。
[0030] 如圖1所示，本發明提供的基于全局導納分析的APF并機系統穩定性判定方法，具 體包括如下步驟：
[0031] 步驟1:載入電網參數、主電路參數以及控制器參數，所述電網參數包括電網導納、 并網端無源器件等效導納、諧波負載等效無源導納、電網頻率，所述主電路參數包括并網接 口，所述控制器參數包括電流環擾動增益、電流環開環支路增益；
[0032] 步驟2:根據所述電網參數、主電路參數以及控制器參數建立電流環導納模型、諧 波控制環導納模型；
[0033] $園濟尿，府常用電流可錯構^遺圖，其中圖2(a)為餅》試，圖2〇3)為鎮哳試。APm出電流表 達式〉
為電流環導納傳遞函數的一般形式，可看出其包括三部分:F(S)、P(s)和G(s)P(s)，分別為 電流環擾動增益、電流環被控對象和電流環開環支路。從電路端口等效的角度，可視其為并 接在電網PCC處的可控電流源Γ和導納Y構成的諾頓等效電路，如圖2(b)所示，將此等效電 路稱為電流環導納模型，其中的電流環閉環傳遞函數L(S)稱為可控電流源增益，Y(S)稱為 電流環導納，其中，Y (s)為電流環導納復頻域表示方法，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，諧波控制環導納模型;其中，圖3(a)所示為框圖形式，圖3(b溈電路形式，圖3(c)為 導納形式。如圖3(a)所示，諧波控制環導納模型包括兩個模塊:諧波檢測和電流環，其傳遞函數分別為 H(S)和L(S)。通過負載電流諧波檢測得到的補償指令電流Ic*為電流環輸入指令電流，電流環輸出電 流I。為實際的補償電流。圖3(b)是利用電流環導納模型得到的諧波控制環的電路形式，其中的 諧波負載為電流型非線性負載等效電路的一般形式，由諧波電流源和并聯的無源阻抗負載 構成。APF輸出電流表達式為
'可 以看出