购买
下载掌阅APP,畅读海量书库
立即打开
畅读海量书库
扫码下载掌阅APP

1.3.5 阻抗分析法

阻抗分析法最早由Middlebrook提出,应用于级联系统的稳定性分析中。其原理是将系统的设备和网络分别看成两个子系统,通过其阻抗比判据判断系统的稳定性。应用于新能源并网系统稳定性分析时,该方法将新能源设备视为“源”系统,将电网视为“网”系统。分别在两个子系统动态稳定工作点附近建立小信号模型,即建立两者的端口动态方程。而端口动态方程的传递函数即为其阻抗或导纳,通过阻抗或导纳比判断系统的稳定性 [7] 。由于“源”系统和“网”系统通过公共连接点相互连接,因此新能源并网系统可以进一步形成如图1-9所示的“源-网”等效电路模型。

根据等效电路,可得并网点处的电流为

式中,1+ Z s s )/ Z g s )为系统的闭环传递函数,可用于判定系统的稳定性。由于设备的阻抗矩阵可以基于端口测量获取,适合具有“黑箱”特性的新能源设备,因此阻抗分析法在新能源并网系统的稳定性分析中被广泛采用。

图1-9 新能源并网系统及其等效电路模型

现有的阻抗分析法主要分为两类:基于正负序坐标系的正负序阻抗分析法和基于直角坐标系的 dq 阻抗分析法等。正负序坐标系是静止坐标系,而直角坐标系是旋转坐标系。

1.正负序阻抗分析法

传统的正负序阻抗分析法基于谐波线性化理论,利用奈奎斯特判据分析系统的稳定性。该方法的优势在于将系统解耦为正序和负序两个阻抗模型,正序阻抗和负序阻抗可独立分析。由于新能源设备锁相环和直流电压环等环节的非对称性,系统动态在正负序坐标系下并非完全解耦,得到的序阻抗矩阵是一个二维矩阵。因此传统的不考虑耦合正负序阻抗判据在中低频段存在较大的误差,甚至存在“误判”的可能 [8] 。考虑耦合特性的序阻抗分析法针对上述问题,将阻抗矩阵中的耦合项精确建模,并通过矩阵的舒尔补变换将特征方程中的负序阻抗或正序阻抗折算到正序回路或负序回路,形成考虑耦合项的正序阻抗和负序阻抗判据 [9]

2. dq 阻抗分析法

对于三相交流系统,可以将静止坐标系下的交流周期性信号转换为旋转坐标系下的直流分量,从而以旋转坐标系下的直流分量为稳态工作点进行线性化。通过这种线性化方法得到的阻抗模型即为 dq 阻抗模型。然而需要指出的是,通过变换至 dq 旋转坐标系以获得直流稳态工作点的方式仅对三相对称系统适用。当三相系统接入不平衡电网,或者三相系统的稳态工作轨迹中含有不平衡的谐波分量时, dq 阻抗建模方法具有一定的局限性。同时, dq 坐标系下的阻抗模型以本地并网点为参考点,每个新能源发电单元的阻抗模型都建立在各自的坐标参考系下,在对多发电单元新能源场站进行阻抗建模时需要将各个新能源发电单元的阻抗模型旋转至统一参考系,因此 dq 阻抗建模方法在大规模新能源场站并网稳定问题的研究上也具有一定的局限性。

针对新能源并网的振荡问题,考虑耦合的阻抗矩阵是二维的,呈现多输入多输出(Multiple-Input-Multiple-Output, MIMO)系统特性。稳定性分析可采用广义奈奎斯特判据或者零极点分析法。另一思路是借助数学手段形成一个便于刻画稳定性的单输入单输出(Single-Input-Single-Output, SISO)判据。通过保留决定稳定性的关键变量或回路,忽略或消去剩余的变量或回路,期望获得一个与原MIMO系统稳定性等价的SISO系统,并采用针对该等效SISO系统的稳定判据。

基于上述思路,针对同一个设备可导出的稳定性分析方法有很多。由于不同的导出方法都来源于同一个模型和系统,因此只要数学上推导是严谨的,那么它们对系统是否稳定的判断结果均保持一致。以多种阻抗分析法为例,研究表明多种坐标系下的阻抗判据可以通过相似变换相互转化,在不做近似的情况下不同判据的判稳结果是相同的。

需要强调的是,不同稳定判据聚焦的动态环节和关键变量不同,反映的物理意义也不同。例如多种阻抗分析法中,广义阻抗判据聚焦端口电压/电流的相位动态,反映了设备与电网的同步特性;正负序阻抗判据则提取了端口电压/电流的序分量,反映了设备与电网正序或负序回路的电路谐振特性。此外,不同的稳定判据对系统稳定程度的表征能力也存在差异,即采用不同的稳定判据得到的系统稳定裕度不同。基于不同的阻抗模型进行控制设计时,控制的鲁棒性存在差异。因此,不同的稳定性分析方法和判据在物理和数学上并非完全等价,不同稳定判据的适用范围也各不相同。 tLoekmUUoNyJsxiht7BluIwIQkSmHbQNp0WhfEdn2VDjbtyjrTDOb2Bpdx1Ut6DH

点击中间区域
呼出菜单
上一章
目录
下一章
×