一种电压不平衡时同步逆变器并网运行态势利导方法
专利汇可以提供一种电压不平衡时同步逆变器并网运行态势利导方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种 电压 不平衡 时同步逆变器并网运行态势利导方法。首次将态势预测与利导方法相结合运用于并网同步逆变器，保证分布式电源在网侧电压不平衡条件下能持续稳定并网运行。包括 电网 电压不平衡时同步逆变器并网运行建模；基于负序 电流 的超实时态势预测；电网电压不平衡时并网同步逆变器态势利导方法三个部分。采用模拟同步发 电机 工作原理的同步逆变器，当网侧电压发生不平衡时，信息采集单元先提取不平衡分量，再进行 数据处理 及态势评估，对逆变器输出电流态势进行超前预测，然后在态势预测的 基础 上进行负序 控制器 的主动决策来实现态势利导功能，可有效抑制负序电流，降低电流不平衡度，使系统在电网电压不平衡时能继续稳定运行。，下面是一种电压不平衡时同步逆变器并网运行态势利导方法专利的具体信息内容。
1.一种电压不平衡时同步逆变器并网运行态势利导方法，其特征在于：包括同步逆变器并网运行控制系统：同步逆变器控制模块、逆变器输出端正负序电流/电压分解单元，电网侧电源端正负序电压分解单元；电压不平衡时系统参量的态势预测方法：逆变器输出端电流采集模块、电流态势识别与评估方法，电流态势预测模型；电压不平衡时系统态势利导执行方法：电流不平衡度态势呈现单元、态势利导判断条件的设定、条件阈值控制负序控制器主动决策的方法。
2.一种如要求1所述的电压不平衡时同步逆变器并网运行态势利导方法，包括以下步骤：
1）当电网侧发生电压不平衡时，同步逆变器输出电压与电网侧电压未同步，则逆变器向电网输入电流，利用对称分量法将电网侧电压和逆变器输出电压、电流分解为正序和负序分量，测量得到正、负序分量的幅值和相位信息；模拟同步发电机原理建立正序同步控制系统和负序同步控制系统，其中正序同步控制系统实现功率的传送，负序同步控制系统在电压不平衡时进行电压的调节；
2）在电压不平衡时同步逆变器并网运行过程中，首先通过电流采集模块对逆变器输出电流进行当前态势提取作为T时刻的状态信息，其次对提取的T时刻数据进行态势识别与评估，即判断该组数据是否出现不平衡趋势（与T时刻之前收集到的电流数据进行比较分析）并对数据进行预处理，判断数据特性，最后根据态势评估结果确定预测模型，再进行T+1时刻的态势预测；
3）将预测得到的T T+1时段的电流态势值作为逆变器输出的实际值，进行坐标变换和~
对称分量的提取，并计算电流不平衡度的值，即电流不平衡度的态势呈现；
4）通过电流不平衡度的态势呈现，对不平衡度进行阈值设定，当T T+1时段内某一时刻~
Tk的不平衡度超过这个阈值时，负序控制系统的条件开关动作进行主动决策，负序控制器开始作用，使同步逆变器的负序电压与电网负序电压恢复同步，从而抑制同步逆变器输出的负序电流，降低了电流不平衡度，保证整个系统继续稳定运行。
3.根据要求2所述的电压不平衡时同步逆变器并网运行态势利导方法，其特征在于：所述步骤1）中，同步逆变器根据同步发电机工作原理，设置了虚拟转动惯量，使其动态响应速度减缓，来维持电网的惯性从而维持电网的稳定运行，继而实现逆变器侧与电网侧电压与频率的同步运行，其中同步逆变器输出端电压方程表达式为： （式
中：φ为旋转磁场轴线与A相的轴线夹角，Mf为励磁互感，ɷ为转子角速度，if为励磁电流），逆变器的定子终端相电压为： （式中：Rl和Ll为定子绕组线圈电阻和电感，i为三相定子电流）；整个系统开始时在平衡条件下运行，当电网电压发生不平衡时，同步逆变器向电网输入电流i，即 （式中：Rg和Lg为电网侧线路电阻和电感，vg为电网电压，ɷ0为电网角频率），电网电压和逆变器输出电压、电流可分解为正序、负序分量（因同步逆变器没有中性线可不考虑零序分量），则电压不平衡度为： ，电流
不平衡度为： ；模拟同步发电机原理建立了正序同步控制系统和负
序同步控制系统，其中正序同步控制系统通过对正序控制器输出的电压和频率进行调节来跟踪电网电压和频率，从而实现有功功率和无功功率的传递，负序同步控制系统运行过程中没有功率的传递，仅保持逆变器输出负序电压与电网负序电压同步，由公式可知，当u-=vg-时，有i-=0，此过程没有影响到正序同步控制系统的运行，各自独立运行，因此同步逆变器在电网电压不平衡时对负序电流进行抑制，使其在安全运行范围内即可实现电网电压不平衡时同步逆变器的并网运行。
4.根据要求2所述的电压不平衡时同步逆变器并网运行态势利导方法，其特征在于：所述步骤2）中，通过电流采集模块对逆变器输出电流进行当前态势提取作为T时刻的状态信息，记{i1,i2,...,in}为T时刻的电流时间序列，由于电网侧电压不平衡有三种情况，即电压幅值不平衡，相位不平衡，幅值和相位都不平衡，因此逆变器输出电流的不平衡情况也有三种，为了使预测效果较好，预测模型根据三种不平衡情况分别使用混沌时间序列法、BP神经网络预测法和小波神经网络预测法进行态势预测；由上可知，在进行预测前需要对提取的电流时间序列{i1,i2,...,in}进行态势识别与评估，即判定电流时间序列的不平衡因子（各预测模型的特征量），确定预测模型后再进行预测。
5.根据要求2所述的电压不平衡时同步逆变器并网运行态势利导方法，其特征在于：所述步骤3）中，将预测得到的T T+1时段的电流态势值{i’(t)，t=1,2,...,n}即未来态的电流~
作为逆变器输出电流实际值，并进行对称分量的提取，计算得到相应的电流不平衡度，通过电流不平衡度的态势呈现来确定其发展趋势即态势的导向。
6.根据要求2所述的电压不平衡时同步逆变器并网运行态势利导方法，其特征在于：所述步骤4）中，由 可知，电网侧电压的不平衡度直接影响到逆变器输出电流的不平衡度，由国际电工委员会明确规定的系统公共连接点（PCC）正常电压不平衡度允许值为
2%，短时不能超过4%，因此对电流不平衡度进行阈值设定时，可根据电网侧电压的不平衡度进行初步确定，即IUF=k1*VUF（式中k1为比例系数且 ）；设预测模型的时间为ty，由于同步逆变器设置了虚拟转动惯量，使其动态响应速度减缓，所以存在一个惯性反应时间τv≈K0/(ω*Dq)（式中Dq=-ΔQ/ΔV为电压下垂系数，ω为电网角频率，K0为时间比例系数），因此当T~T+1时段内某一时刻Tk的不平衡度超过阈值，负序控制器进行主动决策时，其实际动作时间应为该时刻减去模型的预测时间和惯性反应时间，即决策动作时间为T0=Tk-ty-τv，这样才能保证负序控制器有效地作用，来实现有效的态势利导，保证整个系统继续稳定运行。
一种电压不平衡时同步逆变器并网运行态势利导方法
技术领域
背景技术
发明内容
2）在电压不平衡时同步逆变器并网运行过程中，首先通过电流采集模块对逆变器输出电流进行当前态势提取作为T时刻的状态信息，其次对提取的T时刻数据进行态势识别与评估，即判断该组数据是否出现不平衡趋势（与T时刻之前收集到的电流数据进行比较分析）并对数据进行预处理，判断数据特性，最后根据态势评估结果确定预测模型，再进行T+1时刻的态势预测；
3）将预测得到的T T+1时段的电流态势值作为逆变器输出的实际值，进行坐标变换和~
对称分量的提取，并计算电流不平衡度的值，即电流不平衡度的态势呈现；
4）通过电流不平衡度的态势呈现，对不平衡度进行阈值设定，当T T+1时段内某一时刻~
Tk的不平衡度超过这个阈值时，负序控制系统的条件开关动作进行主动决策，负序控制器开始作用，使同步逆变器的负序电压与电网负序电压恢复同步，从而抑制同步逆变器输出的负序电流，降低了电流不平衡度，保证整个系统继续稳定运行。
φ为旋转磁场轴线与A相的轴线夹角，Mf为励磁互感，ɷ为转子角速度，if为励磁电流），逆变器的定子终端相电压为： （式中：Rl和Ll为定子绕组线圈电阻和电感，i为三相定子电流）；整个系统开始时在平衡条件下运行，当电网电压发生不平衡时，同步逆变器向电网输入电流i，即 （式中：Rg和Lg为电网侧线路电阻和电感，vg为电网电压，ɷ 0为电网角频率），电网电压和逆变器输出电压、电流可分解为正序、负序分量（因同步逆变器没有中性线可不考虑零序分量），则电压不平衡度为： ，电流不平衡
度为： ；模拟同步发电机原理建立了正序同步控制系统和负序同
步控制系统，其中正序同步控制系统通过对正序控制器输出的电压和频率进行调节来跟踪电网电压和频率，从而实现有功功率和无功功率的传递，负序同步控制系统运行过程中没有功率的传递，仅保持逆变器输出负序电压与电网负序电压同步，由公式 可知，当u-=vg-时，有i-=0，此过程没有影响到正序同步控制系统的运行，各自独立运行，因此同步逆变器在电网电压不平衡时对负序电流进行抑制，使其在安全运行范围内即可实现电网电压不平衡时同步逆变器的并网运行。
变器输出电流实际值，并进行对称分量的提取，计算得到相应的电流不平衡度，通过电流不平衡度的态势呈现来确定其发展趋势即态势的导向。
附图说明
具体实施方式
2）态势理解（判断数据特性）：将所得历史数据作为时间序列{i1,i2,...,in}进行相空间重构计算相关参数和特征量（Lyapunov指数）来判断该时间序列是否具有混沌特性，判断混沌特性的方法有直观分析法和定量分析法两种：
①直观分析法：判断是否存在奇异吸引子；首先将所得历史数据作为时间序列{i1,i2,...,in}进行归一化处理，归一化公式为： ；然后对归一化后的数据进行相空间重构，即从时间序列中按间隔τ取数作为矢量的分量，重新构造出一批新的矢量（式中：m为嵌入维数；i为重构后的相空间中的矢量,τ为延
迟时间；N为重构后相空间矢量的个数，N=n-(m-1)τ；n为原时间序列的点数）；最后通过MATLAB软件画出重构后的相空间平面图，如图3和4所示，根据图形中是否存在吸引子可直观判断电流时间序列的混沌特性，
②定量分析法：计算Lyapunov指数λ的值；由于提取的电流时间序列每一相均为一维系统，则定义单相电流一位系统为：in+1=F(i)，则其Lyapunov指数的计算公式为：
（式中λ为最大Lyapunov指数的值），若λ>0，则该时间序列具有混沌特
性，即可采用混沌时间序列预测模型进行态势预测；
3）态势预测：建立基于改进的最大Lyapunov指数的多步预测模型，此模型在原有的算法基础上进行了改进，可实现多步超前预测，预测误差在10%以内，{i1,i2,...,in}的相空间表示如下：
式中，m为嵌入维数，τ为时间延迟，设YM为预报中心点，YK为YM的最近的邻点，则λ1为最大Lyapunov指数，其中YM+1只有最后一个分量in+1未知，故in+1可预报，再将预测得到的in+1带入原来数据中作为历史数据输入到预测模型即可预报in+2，这样反复迭代即可实现多步预测；但按照混沌动力学理论，最大Lyapunov指数λ1的倒数Tm=1/λ1表示混沌系统确定性预测的时间界限，即最长预报时间，因此多步预测在一定精度情况下步长范围有限，其中Tm即为T T+1的时间间隔。
~
n}即未来态的电流作为逆变器输出电流实际值，对逆变器输出电流未来态势值进行正负序分解之后，通过计算公式 得到电流不平衡度的值并通过示波器
来直观反映电流不平衡度的变化趋势，方便实时监测当前变化态势；
2）态势利导判断条件的设定：通过电流不平衡度的态势呈现，当监测到电流不平衡度超过事先设定的阈值时，达到预警条件，开始采取措施进行控制；对于阈值的设定，可以采用阈值分析法（threshold approach）；参照临床决策分析中的治疗阈值分析法，其基本思想是当一个疑似病人患某病的概率P小于治疗阈值（therapeutic threshold）时，则不给予病人实施治疗方案而实施随诊观察；相反当P大于治疗阈值时，则应该做出给予病人治疗的决定；同理，当同步逆变器输出电流的电流不平衡度小于阈值时，电网侧电压控制在安全运行范围内，整个系统运行状态还未受到威胁，即不给予治疗而是继续监测观察；当同步逆变器输出电流的电流不平衡度超过阈值时，电网侧电压不平衡度超过相关标准规定值，电流不平衡度也达到预警条件，为削弱负序电流则需借助负序控制系统对其进行控制，即给予治疗的决定；
3）负序控制器主动决策：当电流不平衡度达到预设阈值时，条件判断开关切换到负序控制器，使负序控制器开始作用，抑制了负序电流，降低了电流不平衡度；考虑到由于同步逆变器设计了虚拟转动惯量，使系统存在一个惯性时间，此惯性时间为电压下垂环的时间常数τv≈K0/(ω*Dq)，因此预测值需要提前τv时刻导入系统，才不会出现延迟反映的情况；
除此之外，对逆变器输出电流进行态势预测时，需要考虑预测模型的时间，设该时间值为ty,则当T~T+1时段内某一时刻Tk的不平衡度超过阈值进行负序控制器的投切时，其实际投切时间应为该时刻减去模型的预测时间和惯性反应时间，即投切时间T0=Tk-ty-τv，这样才能保证负序控制器有效地作用，来实现有效的态势利导，保证整个系统能持续稳定运行。
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