CN104698396A - 一种并网逆变型分布式电源故障特性分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种并网逆变型分布式电源故障特性分析方法，包括：检测逆变型分布式电源输出功率；根据逆变型分布式电源输出功率及所采用的控制策略，列出正序电流和负序电流的方程；将正负序电流在任意取定的初值处进行一阶泰勒展开；将正序电压和负序电压相关项分别进行合并，得到新的压控电流源方程，建立逆变型分布式电源的等效电流源模型；列写回路电压方程，解得第一次迭代的电压；第六步：经过迭代计算得到精确的正负序电压和电流。本发明可适应各类并网控制策略下的逆变型分布式电源故障特性分析；避免瞬时功率波动对故障分析造成的影响。

Description

一种并网逆变型分布式电源故障特性分析方法

所属技术领域

本发明涉及电力系统微电网保护与控制领域，涉及并网逆变型分布式电源故障特性分析方法。

背景技术

逆变型分布式电源大量接入电网，一方面增加了电力系统的灵活性和环保性，同时也给系统的电压调节、保护协调等带来了新问题。逆变型分布式电源受其本身的运行特点和控制方法的影响，故障特性具有与传统电源完全不同的特征。现有的并网型分布式电源控制方法如表1，其中P_ref为有功功率参考值，i_pref为有功电流参考矢量，i_pref ⁺、i_pref ^-分别为正负序电流参考矢量，i_pref＝i_pref ⁺+i_pref ^-。

表1并网逆变型分布式电源控制策略

根据表1所示的控制策略，可以分析得出逆变型分布式电源在发生故障时具有两个显著特点：

1.不对称故障发生时，由于存在负序分量，逆变型分布式电源输出的瞬时有功功率和无功功率将产生波动。

2.不对称故障发生时，逆变型分布式电源具有非线性特性，正负序电流之间存在耦合关系。

现有的两种进行逆变型分布式电源故障分析的方法，一种方法是将逆变型分布式电源等效为恒功率源，认为故障发生前后逆变型分布式电源输出的功率不变，显然这一假设在发生不对称故障时将不再满足；另外一种方法是将逆变型分布式电源等效为正序压控电流源，即在表1的控制策略4下进行逆变型分布式电源的故障分析，但是这种方法并不适用于其他几种控制方法控制下的逆变型分布式电源故障分析。

发明内容

本发明的目的在于克服现有逆变型分布式电源故障分析方法不足，提供一种有效的逆变性分布式电源故障分析通用方法，获取逆变型分布式电源的故障特性以作为保护整定的依据。本发明可适应各类并网控制策略下的逆变型分布式电源故障特性分析；可避免瞬时功率波动对故障分析造成的影响；能解决由逆变型分布式电源的非线性特性导致的对称分量法的不适用问题。本发明的技术方案如下：

一种并网逆变型分布式电源故障特性分析方法，该方法在检测到通过电压跌落检测，检测到外部发生故障之后，采用下列的分析步骤：

第一步：检测逆变型分布式电源输出功率。

第二步：根据逆变型分布式电源输出功率及所采用的控制策略，列出正序电流和负序电流的方程，正序电流和负序电流为关于电压v⁺、v^-、的函数，v⁺、v^-为逆变型分布式电源出口处正负序电压， 为其共轭；

第三步：将正负序电流在任意取定的初值处进行一阶泰勒展开；

第四步：将正序电压和负序电压相关项分别进行合并，得到新的压控电流源方程，按照该方程建立逆变型分布式电源的等效电流源模型；

第五步：利用新建立的压控电流源模型建立系统的正负序复合序网模型，列写回路电压方程，解得第一次迭代的电压(v⁺,v^-)；

第六步：利用第一次迭代得到的电压(v⁺,v^-)作为第二次迭代的初值，代入第五步建立的回路电压方程中继续进行迭代，得到新的迭代值，如此反复迭代直到满足两次迭代值之差的模值小于一给定极小正实数的收敛条件，结束迭代，得到精确的正负序电压和电流；

第七步：将正负序电压和电流进行正负序反变换得到三相电压电流，输出到保护装置进行保护整定。

本发明提出了一种基于线性化模型的并网逆变型分布式电源故障分析方法。与现有技术相比该方法能产生的积极效果是：首先，本发明适用于各类控制策略控制下的逆变型分布式电源故障分析，故障分析方法不受故障类型限制；其次本发明克服了现有的逆变型分布式电源恒功率源模型受不对称故障发生时逆变型分布式电源输出功率波动的影响；本发明建立的线性化模型使得对称分量法在逆变型分布式电源故障特性分析中的使用有了可靠的理论保障。综上，本发明可作为分析并网逆变型分布式电源故障特性的有效方法，为含逆变型分布式电源系统的保护整定提供可靠的基础。

附图说明

图1为简单并网逆变型分布式电源系统拓扑图；图2为并网逆变型分布式电源等效电流源示意图；图3a为相间短路故障时的正序网络示意图；图3b为相间短路故障时的负序网络示意图；图4为相间短路故障时的复合序网图，图5为并网逆变型分布式电源故障分析的流程说明图。

具体实施方式

以表1控制策略1控制下的相间短路故障为例对本发明的技术方案进行详细说明。典型的并网逆变型分布式电源拓扑图如图1所示。当检测到外部发生相间短路故障时，可通过功率测量环节得到逆变型分布式电源输出的功率(由最大功率输出及功率因数控制决定)，按照控制策略1逆变型分布式电源输出的正负序电流方程为：

$\left\{\begin{array}{c}{i}_P^{+}=\frac{v^{+}{P}_{\mathrm{ref}}}{(v^{+}+v^{-})({\stackrel{\‾}{v}}^{+}+{\stackrel{\‾}{v}}^{-})}\\ i_P^{-}=\frac{v^{-}{P}_{\mathrm{ref}}}{(v^{+}+v^{-})({\stackrel{\‾}{v}}^{+}+{\stackrel{\‾}{v}}^{-})}\end{array}\right.---\left(7\right)$

其中P_ref为有功功率参考值，i_pref为有功电流参考矢量，i_pref ⁺、i_pref ^-分别为正负序电流参考矢量,v⁺、v^-为逆变型分布式电源出口处正负序电压，为其共轭.在任意取定的非零初值处对i_p ⁺、i_p ^-进行一阶泰勒展开可得：

$\left\{\begin{array}{c}{i}_P^{+}=\frac{P_{\mathrm{ref}}{v}_1^{+}}{(v_1^{+}+v_1^{-})({\stackrel{\‾}{v}}_1^{+}+{\stackrel{\‾}{v}}_1^{-})}+\\ \frac{P_{\mathrm{ref}}(v_1^{+}+v_1^{-})-P_{\mathrm{ref}}{v}_1^{+}}{{(v_1^{+}+v_1^{-})}^2({\stackrel{\‾}{v}}_1^{+}+{\stackrel{\‾}{v}}_1^{-})}(v^{+}-v_1^{+})+\\ \frac{-P_{\mathrm{ref}}{v}_1^{+}}{(v_1^{+}+v_1^{-}){({\stackrel{\‾}{v}}_1^{+}+{\stackrel{\‾}{v}}_1^{-})}^2}({\stackrel{\‾}{v}}^{+}-{\stackrel{\‾}{v}}_1^{+})+\\ \frac{-P_{\mathrm{ref}}{v}_1^{+}}{{(v_1^{+}+v_1^{-})}^2({\stackrel{\‾}{v}}_1^{+}+{\stackrel{\‾}{v}}_1^{-})}(v^{-}-v_1^{-})+\\ \frac{-P_{\mathrm{ref}}{v}_1^{+}}{(v_1^{+}+v_1^{-}){({\stackrel{\‾}{v}}_1^{+}+{\stackrel{\‾}{v}}_1^{-})}^2}({\stackrel{\‾}{v}}^{-}-{\stackrel{\‾}{v}}_1^{-})\\ i_P^{-}=\frac{P_{\mathrm{ref}}{v}_1^{-}}{(v_1^{+}+v_1^{-})({\stackrel{\‾}{v}}_1^{+}+{\stackrel{\‾}{v}}_1^{-})}+\\ \frac{-P_{\mathrm{ref}}{v}_1^{-}}{{(v_1^{+}+v_1^{-})}^2({\stackrel{\‾}{v}}_1^{+}+{\stackrel{\‾}{v}}_1^{-})}(v^{+}-v_1^{+})+\\ \frac{-P_{\mathrm{ref}}{v}_1^{-}}{(v_1^{+}+v_1^{-}){({\stackrel{\‾}{v}}_1^{+}+{\stackrel{\‾}{v}}_1^{-})}^2}({\stackrel{\‾}{v}}^{+}-{\stackrel{\‾}{v}}_1^{+})+\\ \frac{P_{\mathrm{ref}}(v_1^{+}+v_1^{-})-P_{\mathrm{ref}}{v}_1^{-}}{{(v_1^{+}+v_1^{-})}^2({\stackrel{\‾}{v}}_1^{+}+{\stackrel{\‾}{v}}_1^{-})}(v^{-}-v_1^{-})+\\ \frac{-P_{\mathrm{ref}}{v}_1^{-}}{(v_1^{+}+v_1^{-}){({\stackrel{\‾}{v}}_1^{+}+{\stackrel{\‾}{v}}_1^{-})}^2}({\stackrel{\‾}{v}}^{-}-{\stackrel{\‾}{v}}_1^{-})\end{array}\right.---\left(8\right)$

将v⁺、v^-、的相关项合并，整理得：

$\left\{\begin{array}{c}{i}_P^1=\frac{P_{\mathrm{ref}}{v}_1^{+}}{(v_1^{+}+v_1^{-})({\stackrel{\‾}{v}}_1^{+}+{\stackrel{\‾}{v}}_1^{-})}-\frac{P_{\mathrm{ref}}}{{({\stackrel{\‾}{v}}_1^{+}+{\stackrel{\‾}{v}}_1^{-})}^2}({\stackrel{\‾}{v}}^{+}-{\stackrel{\‾}{v}}_{\text{1}}^{\text{+}})\\ i_P^2=\frac{P_{\mathrm{ref}}{v}_1^{-}}{(v_1^{+}+v_1^{-})({\stackrel{\‾}{v}}_1^{+}+{\stackrel{\‾}{v}}_1^{-})}-\frac{P_{\mathrm{ref}}}{{({\stackrel{\‾}{v}}_1^{+}+{\stackrel{\‾}{v}}_1^{-})}^2}({\stackrel{\‾}{v}}^{-}-{\stackrel{\‾}{v}}_1^{-})\end{array}\right.---\left(9\right)$

根据式(9)，可将逆变型分布式电源等效为两个线性电流源，分别于正序电压和负序电压相关，如图2所示。参考图1所示系统，得到系统的正序和负序网络图分别如图3(a)、(b)。发生相间短路时的复合序网图如图4。其中，i_p ¹、i_p ²为逆变器输出的等效电流，Z_line为逆变器出口到故障发生处的等效阻抗(包含变压器阻抗)，Z_g为故障发生处到系统的等效阻抗，Z_f为单相短路阻抗，u_s为系统电压矢量。

根据图4列写回路电压方程

$\left\{\begin{array}{c}v+-i_P^1{Z}_{\mathrm{line}}=u_s+(i_P^1-i_{\mathrm{fa}}^{+})Z_s\\ v--i_P^2{Z}_{\mathrm{line}}=(i_P^2+i_{\mathrm{fa}}^{+})Z_s\\ u_s+(i_P^1-i_{\mathrm{fa}}^{+})Z_s=2i_{\mathrm{fa}}^{+}{Z}_f+(i_P^2+i_{\mathrm{fa}}^{+})Z_s\end{array}\right.---\left(10\right)$

与式(9)联立，得到第一次迭代的正负序电压v⁺、v^-，取n＝2代入迭代方程(11)

$\left\{\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{Pn}}^1=\frac{P_{\mathrm{ref}}{v}_n^{+}}{(v_n^{+}+v_n^{-})({\stackrel{\‾}{v}}_n^{+}+{\stackrel{\‾}{v}}_n^{-})}-\frac{P_{\mathrm{ref}}}{{({\stackrel{\‾}{v}}_n^{+}+{\stackrel{\‾}{v}}_n^{-})}^2}({\stackrel{\‾}{v}}^{+}-{\stackrel{\‾}{v}}_n^{+})\\ i_{\mathrm{Pn}}^2=\frac{P_{\mathrm{ref}}{v}_1^{-}}{(v_n^{+}+v_n^{-})({\stackrel{\‾}{v}}_n^{+}+{\stackrel{\‾}{v}}_n^{-})}-\frac{P_{\mathrm{ref}}}{{({\stackrel{\‾}{v}}_n^{+}+{\stackrel{\‾}{v}}_n^{-})}^2}({\stackrel{\‾}{v}}^{-}-{\stackrel{\‾}{v}}_n^{-})\end{array}\right.---\left(11\right)$

其中n＝2，3，4……，i_pn ¹、i_pn ²为第n-1次迭代得到的电流，是第n-1次迭代得到的电压， 为其共轭。再次与回路电压方程联立，解出新的电压。如此反复迭代，直到满足收敛条件：

$\left\{\begin{array}{c}|v^{+}-v_n^{+}|<\mathrm{\&epsiv;}\\ |v^{-}-v_n^{-}|<\mathrm{\&epsiv;}\end{array}\right.$ (ε为极小正实数)       (12)

停止迭代，得到精确的正负序电压(v⁺,v^-)，代入(7)得到正负序电流i_p ⁺、i_p ^-。

具体流程图如图5所示。

Claims (1)

1.一种并网逆变型分布式电源故障特性分析方法，该方法在检测到通过电压跌落检测，检测到外部发生故障之后，采用下列的分析步骤：

第一步：检测逆变型分布式电源输出功率。

第二步：根据逆变型分布式电源输出功率及所采用的控制策略，列出正序电流和负序电流的方程，正序电流和负序电流为关于电压v⁺、v^-、的函数，v⁺、v^-为逆变型分布式电源出口处正负序电压， 为其共轭；

第三步：将正负序电流在任意取定的初值处进行一阶泰勒展开；

第四步：将正序电压和负序电压相关项分别进行合并，得到新的压控电流源方程，按照该方程建立逆变型分布式电源的等效电流源模型；

第五步：利用新建立的压控电流源模型建立系统的正负序复合序网模型，列写回路电压方程，解得第一次迭代的电压(v⁺,v^-)；

第六步：利用第一次迭代得到的电压(v⁺,v^-)作为第二次迭代的初值，代入第五步建立的回路电压方程中继续进行迭代，得到新的迭代值，如此反复迭代直到满足两次迭代值之差的模值小于一给定极小正实数的收敛条件，结束迭代，得到精确的正负序电压和电流；

第七步：将正负序电压和电流进行正负序反变换得到三相电压电流，输出到保护装置进行保护整定。