本发明涉及电力电子谐波分析，尤其是涉及一种考虑变流器互联系统的谐波交互建模方法。
背景技术：
1、随着新能源技术的发展，出现了越来越多高效、轻量化的电力电子设备，但由于电力电子设备的非线性，必然会对与其互联的系统注入大量谐波，产生谐波交互现象。这可能会导致系统出现谐振、电磁干扰以及稳定性，进一步造成电网出现过电压、过电流以及设备烧毁等安全性事故。此外随着电力电子设备数量的进一步提升，对系统进行准确的谐波交互分析有助于系统后续进行谐波抑制与电能质量评估，对于提高系统安全性具有重要作用。研究电力电子变换器谐波交互问题理论是是对电力电子器件的建模，现有的电力电子建模方法可以分为不考虑谐波的建模方法和考虑谐波的建模方法两大类，不考虑谐波建模方法主要包括状态空间平均法、时间平均法、dq建模法、二端口法等；考虑谐波的建模方法包括描述函数法、多谐波法以及谐波状态空间法。但是目前的谐波状态空间建模方法仅仅集中在mmc、vsg、buck等单个变换器的谐波特性，并没有一种方法可以针对两个以及两个以上互联的变换器系统进行谐波特性分析。
2、虽然现有的谐波状态空间方法可以得到变流器内部变量与外部变量之间的谐波耦合关系，但是现有的方法并不能分析两个及两个以上变流器互联在一起时的谐波交互问题。这里同样以boost变换器为例进行说明。图12-13展示了boost变换器的电感电流以及电容电压分别在simulink仿真中得到波形图以及通过谐波状态空间得到的波形图。从图中可以看出两种模型的重合度比较高，精度基本在99％以上，从侧面反映出该模型能精准的反应boost电路内部变量与外部变量的谐波耦合关系。
3、但是当两个boost电路级联到一起的时候会出现误差增大的情况，这种情况如图14-15所示。从图中可以发现通过谐波状态空间计算出来的电感电流和电容电压和simulink仿真得到的波形图差距较大，误差达到了50％以上。因此，若继续通过该方法对系统内部与外部变量间的谐波耦合特性进行分析，得到的结果必然存在较大误差。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种考虑变流器互联系统的谐波交互建模方法，分析两个及两个以上的变流器互联系统的谐波耦合特性，可用于后续谐波抑制以、电能质量改善、提高安全性。
2、为实现上述目的，本发明提供了一种考虑变流器互联系统的谐波交互建模方法，包括以下步骤：
3、s1、两个或多个变流器互联基频计算，建立谐波状态空间模型，从状态空间方程角度对以n个boost变流器与四象限变流器互联系统中新的基频产生进行机理分析；
4、s2、谐波耦合关系计算，根据步骤s1中得到的状态空间方程的基波频率，结合ltp理论列写谐波状态空间方程；
5、s3、谐波传递函数计算，在步骤s2中，得到了(n+1)个变流器互联下的谐波状态空间方程，利用步骤s1中的状态空间方程的基波频率推导谐波传递函数，描述外部变量与内部变量之间的频率耦合关系；
6、s4、分析验证，对四象限变流器和boost变换器进行分析，根据步骤s3中得到的数据进行比对，验证模型的准确性。
7、优选的，在步骤s1中，四象限变流器和n个boost变流器的状态空间方程，具体如下所示：
8、
9、式中，udc四象限电容电压，s1s1'四象限开关函数，udc-boostk第k个boost电容电压，il-boostk第k哥boost电路电感电流，sk(k＝2,3,4....n)boost电路开关函数；其中l1、l2…ln为各个boost变换器的电感，c1、c2…cn为各个boost变换器的电容，r1、r2…rn为各个boost变换器的负载电阻。
10、电流谐波注入下的频率耦合，公式如下：
11、
12、式中，fboost1 fboost2 fboost3...fboostn频率耦合前boost电路的基频；
13、电容电压的基频fnew和原本boost的电路基频fboost1 fboost2 fboost3...fboostn分别进行耦合，公式如下：
14、
15、式中，fnew1 fnew3 fnew3...fnewk频率耦合后的boost电路基频。
16、优选的，根据根据积化和差原理结合式(1)中的基频计算公式如下所示：
17、
18、其中，fs为开关频率的基频。
19、优选的，在步骤s2中，根据ltp理论列写谐波状态空间方程具体如下所示：
20、
21、式中，t[il]t[udc]t[il-boostk]t[udc-boostk]分别为四象限电感电流、四象限电容电压、boost电感电流、boost电容电压的列向量；定义τ(s1)τ(s1')分别为四象限变流器的开关函数频率耦合矩阵；定义τ(s2)τ(s3)....τ(sn+1)为boost电路的开关函数频率耦合矩阵；
22、四象限电感电流和四象限电容电压的列向量，具体如下所示：
23、
24、boost电感电流和boost电容电压的列向量，具体如下所示：
25、
26、四象限变流器的开关函数频率耦合矩阵，具体如下所示：
27、
28、boost电路的开关函数频率耦合矩阵，具体如下所示：
29、
30、由于开关函数的基频是不会随着变流器互联产生的谐波注入现象而改变，根据开关函数的基频以及其倍数决定。
31、优选的，在步骤s3中，利用步骤s1中的式(1)写成状态空间方程的形式，具体如下所示：
32、
33、其中，i为单位矩阵；z为零矩阵；n为状态变量求导得到的矩阵；将式(11)进行简化，得到谐波传递函数，具体如下所示：h＝(n-a)-1b(12)。
34、优选的，式(11)中的矩阵a、矩阵b以及矩阵n的具体形式如下所示：
35、
36、
37、式(15)中，每一个对角元素都是由nk小对角矩阵构成；nk的表达式如
38、下所示：
39、
40、因此，本发明采用上述结构的一种考虑变流器互联系统的谐波交互建模方法，具备以下有益效果：
41、本发明可以分析两个及两个以上的变流器互联系统的谐波耦合特性，可用于后续谐波抑制以、电能质量改善、提高安全性等工作。
42、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
1.一种考虑变流器互联系统的谐波交互建模方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种考虑变流器互联系统的谐波交互建模方法，其特征在于：在步骤s1中，四象限变流器和n个boost变流器的状态空间方程，具体如下所示：
3.根据权利要求2所述的一种考虑变流器互联系统的谐波交互建模方法，其特征在于：根据根据积化和差原理结合式(1)中的基频计算公式如下所示：
4.根据权利要求1所述的一种考虑变流器互联系统的谐波交互建模方法，其特征在于：在步骤s2中，根据ltp理论列写谐波状态空间方程具体如下所示：
5.根据权利要求4所述的一种考虑变流器互联系统的谐波交互建模方法，其特征在于：在步骤s3中，利用步骤s1中的式(1)写成状态空间方程的形式，具体如下所示：
6.根据权利要求5所述的一种考虑变流器互联系统的谐波交互建模方法，其特征在于：式(11)中的矩阵a、矩阵b以及矩阵n的具体形式如下所示：
