本發明涉及一種集中式新能源并網系統的諧振抑制方法，屬于新能源發電及電網。

背景技術：

1、隨著新能源發電系統并網滲透率日益增加，電網向著以高比例新能源和高度電力電子化為特征的新型電力系統發展。然而，新能源發電系統大多數位于地理位置偏遠的末端電網地區，多級變壓器環節以及長距離輸電線路導致系統呈現“低短路比”、高阻抗的弱電網特性。并網變流器作為新能源發電裝置與電網的主要接口，在新能源并網應用方面發揮著重要作用，光伏、風電等新能源主要以電流控制型變流器的形式接入電網，不同于傳統的工頻發電設備，并網變流器在不同頻段表現的輸出阻抗差異較大，由于大規模新能源發電系統主要采用集中式并網，且弱電網下電網阻抗不可忽略，在該并網條件下，多臺并網變流器輸出阻抗與電網阻抗之間的耦合交互作用極易引發寬頻域諧振問題，嚴重影響新能源并網系統的安全穩定運行。

2、為抑制電網阻抗與并網變流器輸出阻抗耦合引發的諧振現象，提升新型電力系統穩定性，現有研究大多通過并網變流器進行虛擬阻抗補償，實現阻抗重塑以削弱系統阻抗耦合作用。此類方法是一種通過改變并網變流器注入電網的電流，在無需外加實際阻抗的條件下便可改變并網變流器輸出阻抗頻率特性的先進控制方法，現有的虛擬阻抗補償方法主要分為定阻抗補償與自適應阻抗補償兩類。新型電力系統穩定運行能力往往受到系統阻抗耦合作用的影響，在集中式新能源并網條件下，新能源出力波動性與大量電力電子變換裝置的存在導致了系統阻抗的實時變化，因此，如何在線實時獲取系統阻抗信息，綜合考慮系統阻抗耦合作用對系統穩定性的影響，實現自適應阻抗重塑，是當前新能源發電并網應用領域的關鍵問題之一。

技術實現思路

1、針對集中式新能源并網系統諧振失穩的問題，本發明提供一種集中式新能源并網系統的諧振抑制方法。

2、本發明的一種集中式新能源并網系統的諧振抑制方法，集中式新能源并網系統包括n臺新能源并網變流器，n為正整數，方法包括：

3、s1、在線辨識新能源并網變流器輸出總阻抗zo(s)和電網阻抗zg(s)；

4、s2、計算所需補償的虛擬阻抗zv(s)，包括：

5、s21、根據新能源并網變流器輸出總阻抗zo(s)和電網阻抗zg(s)，提取系統諧振頻率ωz；

6、s22、利用虛擬阻抗相角規劃模型，獲取虛擬阻抗相角的合理取值范圍[θvmin,θvmax]；

7、s23、在合理取值范圍[θvmin,θvmax]的基礎上，根據系統諧振頻率ωz所處頻段，確定最佳虛擬阻抗相角θv；

8、s24、利用虛擬阻抗幅值規劃模型，獲取虛擬阻抗幅值的合理取值范圍[zvmin,zvmax]；

9、s25、在合理取值范圍[zvmin,zvmax]的基礎上，根據當前并網點電壓諧振分量對諧振抑制速度的需求，確定最佳虛擬阻抗幅值zv；

10、s26、根據最佳虛擬阻抗相角θv與最佳虛擬阻抗幅值zv，確定所需補償的虛擬阻抗s為拉普拉斯算子；

11、s3、將所需補償的虛擬阻抗zv(s)送入新能源并網變流器的控制環路中，對新能源并網變流器進行控制。

12、作為優選，虛擬阻抗相角規劃模型為：

13、θvmin＝min∠zv(s)，θvmax＝max∠zv(s)

14、

15、zv(s)為所需補償的虛擬阻抗，∠zv(s)表示zv(s)的阻抗相角，z'o(sc)為表示阻抗重塑后新能源并網變流器在ωc處的輸出總阻抗，中間變量sc＝jωc，ωc為zg(s)/z'o(s)的剪切頻率，pm為zg(s)/z'o(s)的相角裕度，rg為虛擬電阻，lg為虛擬電感，θlim為n臺新能源并網變流器所能補償的最小虛擬阻抗相角，zlim為n臺新能源并網變流器所能補償的最小虛擬阻抗幅值；∠zg(sc)為zg(sc)的阻抗相角，∠z'o(sc)為z'o(sc)的阻抗相角。

16、作為優選，最佳虛擬阻抗相角θv為：

17、

18、其中，ω1為中低頻諧振分界角頻率，ω2為中高頻諧振分界角頻率。

19、作為優選，虛擬阻抗幅值規劃模型為：

20、zvmin＝min|zv(s)|，zvmax＝max|zv(s)|

21、

22、其中，zv(s)為所需補償的虛擬阻抗，∠zv(s)表示zv(s)的阻抗相角，z'o(sc)為表示阻抗重塑后新能源并網變流器在ωc處的輸出總阻抗，中間變量sc＝jωc，ωc為zg(s)/z'o(s)的剪切頻率，pm為zg(s)/z'o(s)的相角裕度，rg為虛擬電阻，lg為虛擬電感，θlim為n臺新能源并網變流器所能補償的最小虛擬阻抗相角，zlim為n臺新能源并網變流器所能補償的最小虛擬阻抗幅值；∠zg(sc)為zg(sc)的阻抗相角，∠z'o(sc)為z'o(sc)的阻抗相角。

23、作為優選，最佳虛擬阻抗幅值zv為：

24、

25、upcc為并網點電壓有效值，upcch為并網點電壓諧振分量有效值。

26、作為優選，根據新能源并網變流器輸出總阻抗zo(s)和電網阻抗zg(s)，利用諧振頻率提取模型，提取系統諧振頻率ωz：諧振頻率提取模型為：

27、ωz＝minω

28、

29、其中，s＝jω，ω表示角頻率，pm1為zg(s)/zo(s)的相角裕度；

30、對諧振頻率提取模型進行求解得到系統諧振頻率ωz。

31、作為優選，在線辨識新能源并網變流器輸出總阻抗zo(s)和電網阻抗zg(s)的方法，包括：

32、令單臺新能源并網變流器工作于并網模式，通過脈沖響應分析在線辨識當前電網正序導納ggp(s)和負序導納ggn(s)；

33、當n臺并網變流器同時正常并網運行時，令n臺并網變流器依次通過脈沖響應分析在線辨識當前并網點處的正序導納和負序導納：

34、

35、其中，gpi(s)和gni(s)分別為第i臺并網變流器的并網點處正序導納和負序導納在線辨識結果，gopk(s)和gonk(s)分別為第k臺并網變流器的正序輸出導納和負序輸出導納；

36、對n臺并網變流器的gpi(s)和gni(s)進行運算，獲得新能源并網變流器正序輸出總導納gop(s)和負序輸出總導納gon(s)：

37、

38、對電網正序導納ggp(s)和新能源并網變流器正序輸出總導納gop(s)進行運算，獲得電網阻抗zg(s)與新能源并網變流器輸出總阻抗zo(s)：

39、

40、作為優選，將所需補償的虛擬阻抗zv(s)送入并網變流器的控制環路中，對并網變流器進行控制的方法包括：

41、根據系統諧振頻率ωz調整比例-諧振控制器的諧振頻率ωn和帶通濾波器的中心頻率ωr；

42、利用帶通濾波器對并網點電壓信號upcc進行濾波，得到并網點電壓的諧振分量upcch；

43、根據并網點電壓的諧振分量upcch和所需補償的虛擬阻抗zv(s)得到并網變流器虛擬阻抗補償電流環給定值

44、將并網變流器虛擬阻抗補償電流環給定值ihref的α、β軸分量ihαref、ihβref分別與其實際值作差，得到的兩個差值各自送入比例-諧振控制器進行運算得到α、β軸調制信號，將α、β軸調制信號進行clark反變換得到虛擬阻抗補償調制信號vh，將虛擬阻抗補償調制信號vh與功率調制信號vb疊加進行pwm調制后得到并網變流器的開關控制信號，根據開關控制信號對并網變流器進行控制。

45、作為優選，根據并網變流器網側濾波電感電流和變流器側濾波電感電流的給定值和實際值，通過dq坐標系下的電流雙閉環全解耦控制方法獲得功率調制信號vb，包括：

46、電流控制外環將并網變流器網側濾波電感電流給定值il2derf、il2qerf分別與其實際值il2d、il2q作差，得到的兩個差值各自送入比例-積分控制器進行運算，得到變流器側濾波電感電流給定值il1derf、il1qerf；

47、電流控制內環將變流器側濾波電感電流給定值il1derf、il1qerf分別與其實際值il1d、il1q作差，得到的兩個差值各自送入比例-積分控制器進行運算，運算結果分別疊加d、q軸解耦前饋分量得到d、q軸調制信號，將d、q軸調制信號除以并網變流器直流側電壓vdc進行標幺化處理，標幺化處理后的結果經park反變換后得到功率調制信號vb。

48、本發明還提供一種基于上述集中式新能源并網系統的諧振抑制方法的控制系統，包括：

49、系統阻抗在線辨識單元，在線辨識新能源并網變流器輸出總阻抗zo(s)和電網阻抗zg(s)；

50、自適應虛擬阻抗計算單元，計算所需補償的虛擬阻抗zv(s)；

51、虛擬阻抗補償單元，將所需補償的虛擬阻抗zv(s)送入并網變流器的控制環路中，對并網變流器進行控制。

52、本發明的有益效果，本發明提供一種系統阻抗在線辨識方法，適用于含多臺并網裝置的集中式新能源并網系統，可在線獲取實時電網阻抗與新能源并網裝置輸出總阻抗，為系統穩定性分析與提升提供精準的阻抗信息模型，以實現對系統穩定運行能力的精確監測與有效管理。

53、本發明通過基于虛擬阻抗補償的諧振抑制方法，實現對系統諧振分量的直接控制與消除，在保證新能源并網裝置正常進行功率輸出的同時，充分利用裝置空余容量與控制資源，重塑諧振頻段處的新能源并網裝置輸出阻抗，以解決新能源并網存在的諧振問題，提升電力系統穩定運行能力。

54、本發明通過自適應虛擬阻抗算法，充分考慮系統阻抗、諧振頻率以及諧振分量等因素，動態調整所需補償的虛擬阻抗，在保證系統穩定的前提下，最小化虛擬阻抗補償對新能源并網裝置功率輸出控制的影響，同時提高系統諧振平抑速度，減小功率損耗，以提升系統運行的效率、安全性以及經濟效益。