[发明专利]一种交直流混合配电网电能质量分析方法

说明书

本发明公开了一种交直流混合配电网电能质量分析方法，包括如下步骤：首先，建立交直流互联变流器的拓扑结构以及控制器的状态方程，整合得到交直流系统的状态方程，利用控制理论的输入输出关系得到互联变流器的等效二端口网络矩阵；其次，按照基尔霍夫电压和电流定律联系起母线电压和电流，并分别形成直流子网和交流子网系统的节点导纳矩阵；然后，结合直流子网和交流子网系统的节点导纳矩阵形成交直流混合配电网的统一节点导纳矩阵；最后，结合奇异值分解法对形成的交直流配电网进行谐波分析。本发明在节点导纳层次上统一了交直流异构网络，能够有效解决交直流互联网络的电能质量分析问题并识别出谐波在交直流混合配电网中的具体传递路径。

技术领域

本发明属于电力工程技术领域，具体涉及可再生新能源领域的电能质量分析技术。

背景技术

配电网分为直流配电网与交流配电网，目前主要发电仍来自于发电厂产生的交流电，大多数负荷也是交流负荷，与此同时，随着电力电子设备的不断引入，直流负荷也与日俱增，同时直流输电相对于交流输电的能源损耗较少，也不会出现交流输电的稳定性问题，因此交直流处于同步发展共同存在的状态，交直流混合配电网的研究也具有重大的现实意义。

另一方面，新能源不稳定的自然特性产生的谐波极易使分布式电源中的IGBT等功率开关管受到谐波影响无法正常工作。谐波谐振还会引起电容器发生过电压，同时，交流母线中存在的谐波会使直流母线产生相应的谐波电压，使得谐波从交流测传递至直流侧，影响直流配电网的安全稳定运行。所以，研究在交直流混合微电网背景下的谐波问题对于现代电力生产以及电力技术的发展具有重要的理论研究价值。

现有的谐波问题提出在纯交流和纯直流配电网络建立节点导纳矩阵，利用模态分析法基于特征值分解进一步分析，通过计算谐振模态的各节点参与银子从而定量分析它们对于谐振的贡献作用。但是交直流混合配电网由于存在交流、直流的异构网络，原有的节点导纳建模方法仅适用于纯直流或纯交流电力网络，无法直接建立交直流混合电网的统一节点导纳矩阵，因此构建兼容的交直流子网统一节点导纳矩阵对于将电能质量分析拓宽到应用于交直流混合配电网非常关键。

发明内容

针对传统谐波分析中的仅存在纯交流或纯直流节点导纳矩阵建立方法而不能打破交直流混合配电网的局限问题，本发明提供一种基于统一节点导纳矩阵的交直流混合配电网电能质量分析方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种交直流混合配电网电能质量分析方法，包括如下步骤：

首先，建立交直流互联变流器的拓扑结构以及控制器的状态方程，整合得到交直流系统的状态方程，利用控制理论的输入输出关系得到互联变流器的等效二端口网络矩阵：

其中，△i_ac,BPC表示交流侧电流小信号，△i_dc,BPC表示直流侧电流小信号，△v_ac,BPC表示交流侧电压小信号，△v_dc,BPC表示直流侧电压小信号，y表示互联变流器广义二端口模型中对应的等效导纳；

其次，按照基尔霍夫电压和电流定律联系起母线电压和电流，并分别形成直流子网和交流子网系统的节点导纳矩阵；

然后，结合直流子网和交流子网系统的节点导纳矩阵形成交直流混合配电网的统一节点导纳矩阵：

其中，Y_ac表示交流子网的节点导纳矩阵，Y_dc表示直流子网的节点导纳矩阵；

最后，结合奇异值分解法对形成的交直流配电网进行谐波分析。

优选的，对交直流互联变流器的网络拓扑结构以及控制器进行状态方程建模，通过Clark变换将三相静止坐标系转换到α,β两相静止坐标系下，进行PR控制，对应形成常量矩阵的计算，进行Clark变换到两相静止坐标系下并进行小信号分析整合如下：