李瑜 王德志

包頭職業(yè)技術(shù)學(xué)院 內(nèi)蒙古包頭 014030

本課題開展的基于松散式多源輸電穩(wěn)定并網(wǎng)的研究，主要是實現(xiàn)對松散式多輸入源并網(wǎng)接入過程中，輸入源監(jiān)測與干擾定向進行研究，實現(xiàn)了一套可以實時動態(tài)監(jiān)測松散式多源輸電穩(wěn)定性系統(tǒng)，并基于MATLAB完成了對多源輸電穩(wěn)定并網(wǎng)的實驗分析。

1 負荷非線性程度與干擾源定位方法

1.1 已有的多源輸入并網(wǎng)中的干擾源定位的方法

目前在大部分文獻中研究輸入為多源的并網(wǎng)系統(tǒng)的干擾源頭集中在諧波源定位上，最讓人熟知的研究方法是諧波功率流向法，但該研究方法還是有一定的缺陷。因此在松散式多電源并網(wǎng)系統(tǒng)的研究中，我們把輸入信號當(dāng)作電網(wǎng)的負載，通過對電力系統(tǒng)的負載進行研究和理論分析來對多輸入信號進行研究和分析。

負載曲線和負載特性是電力系統(tǒng)負載運行當(dāng)中兩個重要指標，負載曲線和負載特性的定義指的是，負載功率隨著時間的增加或減少變化的規(guī)律，負載特性根據(jù)電力系統(tǒng)運行狀態(tài)分類可以分為靜態(tài)特性和動態(tài)特性，根據(jù)負載功率類別的不同又分為有功功率特性和無功功率特性。下面我們來具體解釋，首先我們先負載特性指的是負載功率隨著頻率和電壓的遞增或遞減發(fā)生變化的曲線規(guī)律，在這里我們要知道負載特性是由兩方面組成的，就是上面我們提到的負載功率隨電壓的變化和頻率的變化的規(guī)律。負載的電壓特性以及負載的頻率特性又是由動態(tài)和靜態(tài)特性構(gòu)成的。所謂“靜態(tài)”指的是當(dāng)電力系統(tǒng)中電壓或者頻率信號達到穩(wěn)定時，這時候負載和電壓、頻率信號的關(guān)系稱為靜態(tài)特性，“動態(tài)”顧名思義就是當(dāng)電壓或者是頻率信號沒有進入穩(wěn)定狀態(tài)前，還在發(fā)生變化式的狀態(tài)，這時負載功率隨著電壓、頻率這兩個輸入信號的關(guān)系稱之為動態(tài)特性，根據(jù)負載特性以上幾個分類，我們要總結(jié)分析以上特性，才可以更準確、更好地分析該系統(tǒng)中負載的特性。

當(dāng)我們分析處在穩(wěn)定狀態(tài)的電力系統(tǒng)時，負載的數(shù)學(xué)模型可以用無功功率和有功功率來表示，一般來說負載的靜態(tài)特性計算精度比較高，所以在精度要求比較高的場合采用的是負載靜態(tài)特性。

本文在研究中主要是研究松散式多源輸電穩(wěn)定性的問題，當(dāng)該系統(tǒng)存在多源輸入，在該系統(tǒng)并網(wǎng)的過程中，需要對該系統(tǒng)多源輸入的負載進行精準的分析和定位。因此，在研究中我們將選用負荷模型及相關(guān)理論來對多源輸入系統(tǒng)在并網(wǎng)過程中的穩(wěn)定性及干擾源進行分析，已達到快速地分析多源輸電并網(wǎng)過程中的擾動，并對其進行定位的目的。

1.2 多輸入源并網(wǎng)過程中非線性程度分析與多源輸入過程中的干擾源定位

當(dāng)電壓波形和電流波形發(fā)生畸變時，我們不能僅僅通過這兩個信號的波形的畸變程度去判斷某個輸入源就是影響電能質(zhì)量的根源，比如對于研究背景諧波作用于線性負載多輸入源時，如果該系統(tǒng)并網(wǎng)時電壓和電流的波形發(fā)生了畸變，我們不能認為是多輸入源造成的，因為多輸入源在并網(wǎng)中如果都是線性的，電壓和電流信號是不會發(fā)生畸變的，這時候電壓和電流波形發(fā)生畸變的主要原因是非線性負載造成的，不是多輸入源造成的。

這里我們要看到(r、1)是負載的阻抗參數(shù)，本文通過監(jiān)測負載阻抗參數(shù)的變化去計算出負載非線性的程度，然后通過檢測多輸入源系統(tǒng)在并網(wǎng)過程中系統(tǒng)波形發(fā)生的畸變程度，可以判斷出在負載阻抗參數(shù)變化比較大的多輸入源系統(tǒng)具有很強的非線性，對電網(wǎng)波形畸變會產(chǎn)生更大的影響。我們假設(shè)負荷靜態(tài)電感、負荷靜態(tài)電阻、負荷電流、負荷電壓分別用l(t)、r(t)、i(t)、u(t)來表示的微分方程如下所示：

(1)

假設(shè)輸入源系統(tǒng)的負載參數(shù)是不變的，電壓和電流的關(guān)系如式(2)所示：

(2)

電壓和電流的關(guān)系還可以用相量的形式來表示如式(3)所示：

(3)

微分方程式(2)是描述當(dāng)系統(tǒng)處在穩(wěn)定狀態(tài)是負載靜態(tài)阻抗、負載靜態(tài)電感發(fā)與負載電壓和電流的關(guān)系，這里大家要注意負載電流中的諧波頻率也許和電壓當(dāng)中不同，而式(3)前提條件是電壓和電流的諧波的頻率是相同的，其中的h表示諧波的次數(shù)，負載自身是不會產(chǎn)生其他頻率的諧波分量的，如果負載電流中其他頻率的諧波分量必然是由負載電壓造成的。下面舉例說明，假設(shè)電流表達式為i(t)=1.414×sin(100t)，也就是說靜態(tài)電阻用r(t)=1+0.05cos(500t)、靜態(tài)電感用1(t)=0.001+0.00005×sin(300t)表達式表示，其具體波形如圖1和圖2，我們能從電壓波形中得出其中有2、4、6次諧波頻率成分。

圖1 靜態(tài)阻抗變化曲線

圖2 負荷電壓頻譜分析

通過第一種定義的方法我們用來衡量當(dāng)多輸入源系統(tǒng)中某個負載參數(shù)發(fā)生變化的程度，其非線性程度，當(dāng)我們監(jiān)測的時間取值較長的時候，根據(jù)第一種定義的方法可以將分段恒定的多輸入源頭中的某個負載誤認為是非線性輸入源，為了改善這個誤判斷我們進行了優(yōu)化，具體如式(2)和式(3)所示。

(4)

(5)

1.3 多輸入源中某個輸入負荷污染的度量

前面我們通過從多輸入源中對某個輸入負載參數(shù)的變化去衡量它的非線性程度，該方法不能直接確定當(dāng)非線性多輸入系統(tǒng)中的負載接入到公共點之后，此時對電能質(zhì)量影響程度，我們需要能直接衡量其對電能質(zhì)量的影響程度。在實際應(yīng)用中，我們通過公共連接點電壓UPCC的指標變化來衡量多輸入信號和非線性負載之間的相互影響，所以我們可以通過比較多輸入源中接入某個負載接入公共連接點電壓的前后變化可以直接衡量電能指標的變化，也可以衡量其對電能質(zhì)量的影響程度。具體如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)中某個負荷接入圖

如果us、rs、ls關(guān)系已知，非線性多輸入源中某個負荷的參數(shù)rnl、lnl的關(guān)系有以下微分方程，則可計算出電流I和電壓UPCC。如式(6)所示。

(6)

設(shè)Fs是采樣頻率，將上式離散化可以得到式(7)。

us(k)=[rs+rnl(k)]·i(k)+[ls+lnl(k)]·[i(k+1)-i(k)]·Fs

upcc(k)=us(k)-rs·i(k)-ls·[i(k+1)-i(k)]·Fs

(7)

這時我們可以求解出零狀態(tài)輸出u0pcc(t)，如果我們用較長的時間來計算輸出，則過渡過程項不用計算，然后得到該系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出upcc(t)。得到穩(wěn)態(tài)輸出和零狀態(tài)輸出值就可以計算公共連接點電壓的總諧波畸變率了。

THD-upcc來表示，而NLFH=THD_upcc是用來表示非線性多輸入源中某個負荷對電力系統(tǒng)的波形發(fā)生畸變程度性能指標。Pst upcc來表示公共連接點電壓的短時間內(nèi)的閃變值，NLFP=Pst_upcc用來表示本文研究系統(tǒng)中某個負載對電力系統(tǒng)電能波動影響性能指標。如果系統(tǒng)有諧波干擾信號，我們就下輸入電壓中隨機加載感染信號進行模擬系統(tǒng)的真實的干擾信號，upcc這個指標來衡量系統(tǒng)接入某個負載的前后變化，再來定義可定義NLFH=THD upcc,NLFP=Pst upcc。我們也可以用另外一種方法來測評該系統(tǒng)的某個負載的非線性程度，我們比較某個負載電壓NLFH和NLFP即可。

1.4 舉例驗證

比如10kHz為系統(tǒng)采樣信號的頻率，通過人為設(shè)置參數(shù)去模擬系統(tǒng)總負載性能指標，這樣再計算，這樣做的原因是為了更準確地去貼近實際中真實的系統(tǒng)。下面我們來對NLFH進行計算，如果該系統(tǒng)中某個負載是純電阻，則該電阻的標幺值會在1附近呈矩形振蕩，其振蕩頻率為150Hz，該標幺值的振幅dr從0.1遞增到1.5時，純電阻的變化圖形如圖4所示，隨著電阻振幅逐漸增加，其對應(yīng)的NLFH變化規(guī)律如圖5所示。其中是該系統(tǒng)某個負載電阻變化振幅遞增時，它的變化和該系統(tǒng)的某個負載特性變化是相同的。

圖4 頻率150Hz振幅1.5的電阻變化

圖5 NLFH對應(yīng)電阻振幅增加的變化

計算完NLFH后我們在對NLFP進行分析計算，我們依然假設(shè)該系統(tǒng)的某個負載是純電阻特性，電阻的標幺值還是在1附近呈現(xiàn)矩形振蕩，其頻率是8.8Hz，其振幅的變化是從10-4遞增到1.5×10-4，可以得出當(dāng)該系統(tǒng)某個負載變化幅度增加是NLFP也逐步遞增，和上面的變化是相同的。

通過以上分析我們可以得出，構(gòu)建的松散式多源輸電光伏并網(wǎng)發(fā)輸入穩(wěn)定性監(jiān)測系統(tǒng)，對已有的光伏發(fā)輸入電網(wǎng)并網(wǎng)的穩(wěn)定性進行了算法仿真分析，驗證了為本文設(shè)計的正確性，通過本文構(gòu)建的系統(tǒng)可以有效監(jiān)控松散多源輸電并網(wǎng)的穩(wěn)定性，提高多源輸電光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析及干擾源定位分析效率。