一种多逆变器并网控制通道间交互影响的分析方法技术

本发明专利技术公开一种多逆变器并网控制通道间交互影响的分析方法，通过建立多逆变器并网结构模型，计算输入量与输出量件的相对增益值，进而得到相对增益矩阵，再通过对相对增益值来分析不同控制通道间是否存在交互影响，并引入NI指数，来衡量交互影响程度，并根据其符号正负来判断系统的稳定性和完整性。本发明专利技术采用基于频率的相对增益矩阵RGA可定量地分析多逆变器并网时控制通道交互作用的大小，低频段交互影响会随着并网台数、控制参数和电网等值阻抗的改变呈现强烈的负交互影响，而高频段交互影响多为正交互影响，一般有助于抑制相应频次谐波，NI指数的引入可在分析交互影响的同时对并网系统的稳定性进行判断，准确性高，实用性强。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及弱电网接入下多逆变器并网影响分析
，具体为一种多逆变器并网控制通道间交互影响的分析方法。
技术介绍
近年来，由于土地、光照等资源的约束，大规模的新能源站多建在我国西部偏远地区或沙漠/半沙漠地带，长距离的输电线路使得多逆变器并网时电网阻抗不可忽略。而在逆变器设计和分析时，PCC(PointofCommonCoupling公共连接点)电压通常被认为是恒定的，不考虑电网阻抗的耦合作用，逆变器的运行不受其他并联逆变器输出波动的影响。实际上，弱电网接入下，由于电网等值阻抗的存在，多逆变器并网时会通过PCC点耦合从而引起逆变器控制通道间的交互作用，进而影响逆变器并网电流中各频次谐波含量，使得多逆变器实际并网运行特性并不理想。目前，国内外对多LCL型逆变器并网交互影响的研究主要集中在:一、逆变器LCL滤波器的设计与控制；二、多逆变器并网谐波交互与建模。相对增益矩阵(relativegainarray，RGA)原理最早由Bristol在1966年提出，是一种分析多变量控制系统交互影响和耦合程度的有效方法。目前，RGA已成功应用在FACTS、HVDC等领域，通过定量的分析装置间的交互影响从而对输入、输出变量进行匹配，选择合适的控制方案。2009年，WuhuaHu，WenjianCai等人提出了多输入、多输出系统基于频率的RGA的计算方法。RGA的最大优势在于计算简便，但由于RGA忽略了过程的动态信息，只能分析各变量间的静态耦合作用，不能分析控制通道交互作用的大小，以及对并网系统稳定性进行判断。
技术实现思路
针对上述问题本专利技术的目的在于提供一种可定量地分析多逆变器并网时控制通道交互作用的大小，并可对并网系统的稳定性进行判断的多逆变器并网控制通道间交互影响的分析方法，技术方案如下：一种多逆变器并网控制通道间交互影响的分析方法，包括：步骤1：建立多逆变器并网结构模型，以逆变器输出侧电压Un为输入量，逆变器并网电流ign为输出量，两者的关系矩阵可表示为：ig1ig2...ign=G11G12...G1nG21G22...G2n.........Gn1Gn2...GnnU1U2...Un---(1)]]>其中，系统传递函数矩阵G(s)对角线元素Gii表示只考虑逆变器自身作用时，逆变器输出电压与并网电流之间的传递函数；非对角元素Gij(i≠j)为考虑逆变器j作用时，其输出电压与逆变器i并网电流间的耦合传递函数；步骤2：若同批安装的多个LCL型逆变器的参数均相同，则该并网系统具有对称性，上式系统传递函数矩阵G(s)中各对角线元素相等，以G11表示；非对角线元素也全部相等，以G12表示；则弱电网下G11和G12分别为：G11=ig1U1|Ui=0,i≠1=n-1n1s3LinvLgCf+sLg+sLinv+1n·1s3LinvLgCf+s(Lg+Linv)+nZg(s2LinvCf+1)=n-1nGLCL+1nGgrid---(2)]]>G12=ig1U2|Ui=0,i≠2=-1n1s3LinvLgCf+sLg+sLinv+1n·1s3LinvLgCf+s(Lg+Linv)+nZg(s2LinvCf+1)=-1nGLCL+1nGgrid---(3)]]>其中，Linv、Lg和Cf分别为LCL滤波器逆变器侧电感、电网侧电感和滤波电容，n为逆变器台数；Zg为电网阻抗，s为频域表达式算子；步骤3：多逆变器并网时的控制系统中，PI内环电流控制系统采用逆变器并网电流反馈单环控制，PWM装置采用数字控制时，需要一段时间进行A/D转换和计算，由此造成的采样时刻和占空比更新时间的延迟，用一阶惯性环节kpwm/(1+1.5sTs)表示；PI(s)为并网电流内环调节器的传递函数，采用比例积分控制，其表达式为PI(s)＝kp+ki/s；PI(s)和PWM(s)皆为对角矩阵，表示如下PI(s)=diag(kp+ki/s)PWM(s)=diag(kpwm/(1+1.5sTs))---(4)]]>其中，Ts为采样周期，kpwm为逆变器增益系数，且有kpwm＝Udc/Um，其中Um为PWM调制波峰值，kp、ki为控制参数，Udc为逆变器直流侧电压；步骤4：弱电网接入下，设多逆变器并网时的控制系统传递函数矩阵为H(s)，有Ig(s)＝H(s)Iref(s)；令s＝jω＝j2πf，计算任意系统频率下H(s)的相对增益矩阵HRGA；H(s)和HRGA分别表示为：{H(s)=PI(s)PWM(s)G(s)1+PI(s)PWM(s)G(s)HRGA=H‾(jω)⊗(H‾(jω)-1)T---(5)]]>步骤5，基于频率的动态相对增益矩阵：对于所确定的多输入-多输出系统，输入量uj与输出量yi间的相对增益值λij定义为λij=∂yi∂uj|Δuk=0,k≠j∂yi∂uj|Δyk=0,k≠i---(6)]]>其中，分子增益表示在控制通道均开环的情况下，除uj至yi控制通道，其它控制通道全部断开时所得到的通道增益；分母增益则表示当其他输出量均不变时，uj至yi的控制通道增益；所有的相对增益值λij构成RGA矩阵，该矩阵描述了不同控制通道间的交互影响大小，计算方法如下：RGA(s)=[λij]=G(s)⊗(G(s)-1)T---(7)]]>步骤6：对于相对增益矩阵RGA，有则：若λij＝0，uj将无法控制yi；若λij＝1，则uj至yi控制通道与其它控制通道的交互影响为零，即彼此间不存在耦合作用；若λij≤0，则控制系统的不同控制通道间的交互影响很大，该系统将失去稳定；若0.8≤λij≤1.2，则交互影响较小，且λij越接近于1，交互影响越小；若0.3≤λij≤0.7或λij≥1.5，则表示控制系统交互影响较大，控制通道受耦合作用影响最严重。进一步的，上述步骤之后还包括：A)引入NI指数，NI指数可定义如下NI=det[G(s)]det[G‾(s)]=det[G(s)]Πi=1ngii---(8)]]>其中，分子为G(s)的行列式，分母为G(s)主对角线上各对应元素的乘积，gii表示为矩阵G(s)的元素；B)依据NI指数的以下特性判断并网系统稳定性：若匹配后的RGA元素大于0，并接近于1，则系统稳定；若NI>0，则系统稳定；NI指数越接近于1，表示交互影响越小，且仅当NI<0时，系统不稳定本专利技术的有益效果是：1)本专利技术方法以弱电网接入为研究背景，采用基于频率的RGA与NI指数结合的方法分析多逆变器并网时控制通道间的交互影响，建立多逆变器并网控制系统模型并对其弱电网下运行特性给予分析，研究了并网台数、控制参数和电网等效阻抗改变时控制通道交互影响的变化规律；2)本专利技术采用基于频率的相对增益矩阵RGA可定量地分析多逆变器并网时控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多逆变器并网控制通道间交互影响的分析方法，其特征在于，包括：步骤1：建立多逆变器并网结构模型，以逆变器输出侧电压Un为输入量，逆变器并网电流ign为输出量，两者的关系矩阵可表示为：ig1ig2...ign=G11G12...G1nG21G22...G2n.........Gn1Gn2...GnnU1U2...Un---(1)]]>其中，系统传递函数矩阵G(s)对角线元素Gii表示只考虑逆变器自身作用时，逆变器输出电压与并网电流之间的传递函数；非对角元素Gij(i≠j)为考虑逆变器j作用时，其输出电压与逆变器i并网电流间的耦合传递函数；步骤2：若同批安装的多个LCL型逆变器的参数均相同，则该并网系统具有对称性，上式系统传递函数矩阵G(s)中各对角线元素相等，以G11表示；非对角线元素也全部相等，以G12表示；则弱电网下G11和G12分别为：G11=ig1U1|Ui=0,i≠1=n-1n1s3LinvLgCf+sLg+sLinv+1n·1s3LinvLgCf+s(Lg+Linv)+nZg(s2LinvCf+1)=n-1nGLCL+1nGgrid---(2)]]>G12=ig1U2|Ui=0,i≠2=-1n1s3LinvLgCf+sLg+sLinv+1n·1s3LinvLgCf+s(Lg+Linv)+nZg(s2LinvCf+1)=-1nGLCL+1nGgrid---(3)]]>其中，Linv、Lg和Cf分别为LCL滤波器逆变器侧电感、电网侧电感和滤波电容，n为逆变器台数；Zg为电网阻抗，s为频域表达式算子；步骤3：多逆变器并网时的控制系统中，PI内环电流控制系统采用逆变器并网电流反馈单环控制，PWM装置采用数字控制时，需要一段时间进行A/D转换和计算，由此造成的采样时刻和占空比更新时间的延迟，用一阶惯性环节kpwm/(1+1.5sTs)表示；PI(s)为并网电流内环调节器的传递函数，采用比例积分控制，其表达式为PI(s)＝kp+ki/s；PI(s)和PWM(s)皆为对角矩阵，表示如下PI(s)=diag(kp+ki/s)PWM(s)=diag(kpwm/(1+1.5sTs))---(4)]]>其中，Ts为采样周期，kpwm为逆变器增益系数，且有kpwm＝Udc/Um，其中Um为PWM调制波峰值，kp、ki为控制参数，Udc为逆变器直流侧电压；步骤4：弱电网接入下，设多逆变器并网时的控制系统传递函数矩阵为H(s)，有Ig(s)＝H(s)Iref(s)；令s＝jω＝j2πf，计算任意系统频率下H(s)的相对增益矩阵HRGA；H(s)和HRGA分别表示为：H(s)=PI(s)PWM(s)G(s)1+PI(s)PWM(s)G(s)HRGA=H‾(jω)⊗(H‾(jω)-1)T---(5)]]>步骤5，基于频率的动态相对增益矩阵：对于所确定的多输入‑多输出系统，输入量uj与输出量yi间的相对增益值λij定义为λij=∂yi∂uj|Δuk=0,k≠j∂yi∂uj|Δyk=0,k≠i---(6)]]>其中，分子增益表示在控制通道均开环的情况下，除uj至yi控制通道，其它控制通道全部断开时所得到的通道增益；分母增益则表示当其他输出量均不变时，uj至yi的控制通道增益；所有的相对增益值λij构成RGA矩阵，该矩阵描述了不同控制通道间的交互影响大小，计算方法如下：RGA(s)=[λij]=G(s)⊗(G(s)-1)T---(7)]]>步骤6：对于相对增益矩阵RGA，有则：若λij＝0，uj将无法控制yi；若λij＝1，则uj至yi控制通道与其它控制通道的交互影响为零，即彼此间不存在耦合作用；若λij≤0，则控制系统的不同控制通道间的交互影响很大，该系统将失去稳定；若0.8≤λij≤1.2，则交互影响较小，且λij越接近于1，交互影响越小；若0.3≤λij≤0.7或λij≥1.5，则表示控制系统交互影响较大，控制通道受耦合作用影响最严重。...

【技术特征摘要】
1.一种多逆变器并网控制通道间交互影响的分析方法，其特征在于，包括：步骤1：建立多逆变器并网结构模型，以逆变器输出侧电压Un为输入量，逆变器并网电流ign为输出量，两者的关系矩阵可表示为：ig1ig2...ign=G11G12...G1nG21G22...G2n.........Gn1Gn2...GnnU1U2...Un---(1)]]>其中，系统传递函数矩阵G(s)对角线元素Gii表示只考虑逆变器自身作用时，逆变器输出电压与并网电流之间的传递函数；非对角元素Gij(i≠j)为考虑逆变器j作用时，其输出电压与逆变器i并网电流间的耦合传递函数；步骤2：若同批安装的多个LCL型逆变器的参数均相同，则该并网系统具有对称性，上式系统传递函数矩阵G(s)中各对角线元素相等，以G11表示；非对角线元素也全部相等，以G12表示；则弱电网下G11和G12分别为：G11=ig1U1|Ui=0,i≠1=n-1n1s3LinvLgCf+sLg+sLinv+1n·1s3LinvLgCf+s(Lg+Linv)+nZg(s2LinvCf+1)=n-1nGLCL+1nGgrid---(2)]]>G12=ig1U2|Ui=0,i≠2=-1n1s3LinvLgCf+sLg+sLinv+1n·1s3LinvLgCf+s(Lg+Linv)+nZg(s2LinvCf+1)=-1nGLCL+1nGgrid---(3)]]>其中，Linv、Lg和Cf分别为LCL滤波器逆变器侧电感、电网侧电感和滤波电容，n为逆变器台数；Zg为电网阻抗，s为频域表达式算子；步骤3：多逆变器并网时的控制系统中，PI内环电流控制系统采用逆变器并网电流反馈单环控制，PWM装置采用数字控制时，需要一段时间进行A/D转换和计算，由此造成的采样时刻和占空比更新时间的延迟，用一阶惯性环节kpwm/(1+1.5sTs)表示；PI(s)为并网电流内环调节器的传递函数，采用比例积分控制，其表达式为PI(s)＝kp+ki/s；PI(s)和PWM(s)皆为对角矩阵，表示如下PI(s)=diag(kp+ki/s)PWM(s)=diag(kpwm/(1+1.5sTs))---(4)]]>其中，Ts为采样周期，kpwm为逆变器增益系数，且有kpwm＝Udc/Um，其中Um为PWM调制波峰值，kp、ki为控制参数，Udc为逆变器直流侧电压；步骤4：弱电网接入下，设多逆变器并网时的控制系统传递...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵俊屹，杨超颖，薛志伟，
申请(专利权)人：国网山西省电力公司，
类型：发明
国别省市：山西;14