[发明专利]一种非线性负荷作用下分布式电源运行状态分析方法

说明书

本发明公开了一种非线性负荷作用下分布式电源运行状态分析方法，该方法首先基于双重傅里叶变换给出分布式电源的逆变器模型，接着基于调制理论给出非线性负荷的分析模型，然后基于上述所建非线性负荷、分布式电源模型，给出非线性负载下求解逆变器输出特性的迭代格式，分别就并、离网两种工况构造等式方程，产生牛顿迭代格式，最后利用预处理阻尼JFNK方法对所构建的迭代格式进行求解，即可获得分布式电源与非线性负荷谐波交互特性的量化分析结构。本发明方法在时域内获取非线性负荷的开关函数，避免了对复杂超越方程的求解，降低内存占用率，缩短计算时长，且在求解过程中增添阻尼环节，提高算法的收敛性，因此具有良好的工程应用前景。

技术领域

本发明涉及一种非线性负荷作用下分布式电源运行状态分析方法，属于电能质量管理技术领域。

背景技术

近年，随着利用电力电子装置的非线性负荷和分布式发电系统大量接入机场配电网，使得机场电网电流的谐波含量骤增，上述谐波污染使机场配电网系统在负载侧和电源侧均面临严峻的电能质量问题。较大的谐波电流将直接威胁到配网的运行安全。研究非线性负荷条件下分布式电源(Distributed Generator,DG)的输出特性，不仅能指导DG逆变器的优化设计，还能对电力系统的运行状态进行量化分析，指导配网运行状态评价工作。因此研究DG与非线性负荷的谐波交互特性对于解决电力系统运行状态分析与评估具有积极促进意义。

为分析DG与非线性负荷交互特性，首先需要对DG与非线性负荷进行建模，就此，有学者提出使用小信号理论对模型进行线性化处理，使其满足叠加原理。有学者建立电力电子装置的谐波耦合导纳矩阵，在频域内线性化描述电力电子装置交流电压与电流的耦合关系。有学者假设交流侧扰动电压成分与基波频率成分的幅度相比较小，并在基本工作点作线性化处理，利用线性叠加原理来分析畸变电压对电力电子设备造成的影响。可见已有文献在建模过程中大都采用了近似简化处理，在频域内将非线性问题转换为线性问题，但上述方法影响了模型准确性和普适性。

现有涉及DG与非线性负荷相互作用的方法有时域法和频域法两类，时域仿真法准确度较高，可完成多种类型的非线性系统谐波潮流计算，但时域仿真法需较长的计算时间，无法清晰标定各次谐波的形成和传播机理。在使用频域法分析时，需要求解复杂的非线性方程组，此直接限制了该类方法的使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种非线性负荷作用下分布式电源运行状态分析方法，利用双重傅里叶变换建立DG并网逆变器的数学模型，利用基于调制理论的时-频域混合建模方案建立非线性负载的数学模型，并使用预处理阻尼JFNK(Jacobian-free Newton-Krylov)算法对所建立的源-荷模型进行联立求解，可在频域内获知非线性负载条件下，DG的输出特性，得出线路参数对谐波分布的影响，实现对DG与非线性负荷谐波交互影响进行定量分析的目的。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种非线性负荷作用下分布式电源运行状态分析方法，包括以下步骤：

(1)对分布式电源采用三相三线制逆变器模型表示，包括信号检测环节、控制算法环节、调制算法环节和输出驱动环节；所述信号检测环节用于获取逆变器输出端的电量信号，并计算得到电量跟踪误差信号；所述控制算法环节用于令逆变器输出电量跟踪参考值；所述调制算法环节用于基于脉宽调制对电量跟踪参考值进行调制产生驱动脉冲；所述输出驱动环节用于对开关管进行控制，输出所需电压或电流值；

(2)对三相不控整流型非线性负载进行建模，将三相不控整流型非线性负载的导通过程使用开关函数表示，当不考虑换相过程时，在时域内通过比较三相电压波形的相对大小来获得开关函数，进而获得交流侧电流的频域形式；

(3)构造并网和离网两种模式下，非线性负载下求解逆变器输出特性的辅助方程，并采用预处理阻尼JFNK对所形成的辅助方程进行求解，从而获取DG与非线性负荷谐波交互特性的量化分析结果，进而得到非线性负荷作用下分布式电源运行状态。