CN105429169A - 一种分布式电源接入控制系统及故障分析方法 - Google Patents

一种分布式电源接入控制系统及故障分析方法 Download PDF

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龚长英
刘振邦
曹永芳
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Abstract

本发明公开了一种分布式电源接入控制系统及故障分析方法，包括硬件设备、操作系统、后台层和实用层，在实用层上设有数据采集装置；故障分析方法主要包括：(1)利用采集装置对分布式电源接入配电网的数据进行采集；(2)对分布式电源进行故障分析；(3)确定实用层的配电网馈线各节点的电压和电流；(4)判断是否满足限定值，若满足限定值，结束故障分析流程；否则，取迭代值为计算值和限定值的均值并返回步骤(3)；本发明与现有技术相比能够方便快速实现分布式电源的接入控制，实现分布式电源配电信息一体化；同时，提高了故障分析的准确性，为分布式电源接入配电网保护整定等方面提供了科学的依据，在工程实践中具有很强的实用性。

Description

一种分布式电源接入控制系统及故障分析方法
技术领域
本发明涉及电力技术设备领域，具体是一种分布式电源接入控制系统及故障分析方法。
背景技术
我国电力体制的改革，政府职能与企业职能的分离，发电与输配电网彻底分离，发电侧竞争市场机制的建立，为分布式能源系统的发展奠定了坚实的基础。目前，我国已经并网运行的光伏电站总体装机规模较小，因此尚未对电网安全稳定造成严重的负面影响，也未发生与光伏发电相关的电网事故。但在部分地区，也出现了一些谐波等电能质量问题。但如果大量分布式电源发电接入现有电网，则可能带来多方面的影响和冲击。目前我国光伏发电主要包括“大规模集中开发，远距离输送”和“分布式开发，就地消纳”两种形式，随着分布式电源在电力供应中比重的不断增长，其自身不同于常规电源的发电特点，使得分布式电源接入控制系统的研究更为迫切。
传统的配电网电源单一、结构简单，现有的对称故障分析方法是采用电压源模型或者电流源模型将系统电源进行等值后求解网络中的节点电压与支路电流，随着各类分布式电源大量接入配电网，配电网结构发生很大的改变；同时由于逆变型分布式电源的暂态输出特性与传统的旋转电机型电源完全不同，受控制策略影响很大。而逆变型分布式电源的控制策略主要配合配电网系统的要求。因此，需结合配网侧系统要求与逆变器的输出容量限制才能得到较为准确的逆变器型分布式电源的故障特性。而传统故障分析主要关心故障发生后I段保护动作性能，而对于配电网来说，对于旋转电机型分布式电源采用传统的电压源等值模型计算较长时间的暂态过程已经不适用。因此，现有的故障分析方法必然会产生较大的误差。为实现分布式电源接入配电网的精确故障分析，必须从分布式电源的等值模型和配电网故障分析模型上予以改进。
发明内容
本发明的目的在于提供一种分布式电源接入控制系统及故障分析方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种分布式电源接入控制系统及故障分析方法，包括硬件设备、操作系统、后台层和实用层，在实用层上设有数据采集装置，所述硬件设备用于分布式电源接入进行控制的设备，硬件设备主要包括服务器和PC机；所述操作系统，用于支持分布式电源接入控制系统的操作系统；所述后台层，用于处理各个集成、数据和公共服务的服务器；所述实用层包括EMS系统、DMS系统和营销系统，用于集成EMS系统的实时系统，还用于集成DMS系统的实时系统；故障分析方法主要包括：
(1)利用采集装置对分布式电源接入配电网的数据进行采集；
(2)对分布式电源进行故障分析；
(3)确定实用层的配电网馈线各节点的电压和电流；
(4)判断是否满足限定值，若满足限定值，结束故障分析流程；否则，取迭代值为计算值和限定值的均值并返回步骤(3)。
作为本发明进一步的方案：所述操作系统包括UNIX、LINUX和WINDOWS操作系统。
作为本发明进一步的方案：所述硬件设备还包括交换机、防火墙和正反向隔离装置。
作为本发明进一步的方案：所述步骤(1)中，采集的数据包括：配电网电源电压和电流参数、线路阻抗参数、线路电流参数和分布式电源参数。
作为本发明进一步的方案：所述步骤(2)中，在实用层的配电网故障发生后，对分布式电源进行故障分析包括：根据故障时间对应的三段式电流保护整定动作时间，取相应的电抗值进行故障电流计算。
作为本发明进一步的方案：所述步骤(2)中，在配电网故障发生后，分布式电源进行故障分析包括：故障后分布式电源的最大输出电流小于等于1.5倍额定电流，最大输出功率小于额定功率，即同时受最大功率和最大输出电流限制，用下述表达式表示：
20 %U N ≤ U ≤ 85 %U N I I I D G ≤ 1.5 I I I D G - N P I I D G - O U T ≤ P I I D G - N ;
并同时满足分布式电源接入电源条件，分布式电源接入电源条件包括逆变器出口端发生金属性故障时，逆变器的出口电压小于系统电压20％，逆变器半个周波内将自动闭锁，不提供故障电流和电压支撑，用下述表达式表示：
U < 20 %U N I I I D G = 0 ;
其中：UN为分布式电源的额定电压；U为分布式电源的最大输出电压；IIIDG为分布式电源的最大输出电流；IIIDG-N为分布式电源的额定电流；PIIDG-OUT为分布式电源的最大输出功率；PIIDG-N为分布式电源的额定功率。
作为本发明进一步的方案：所述步骤(3)中，结合电网结构参数、故障后系统电源状态参数、分布式电源故障输出特性，采用迭代的方法，确定各个典型时间段内配电网线路流过电流和各节点电压。
与现有技术相比，本发明与现有技术相比能够方便快速实现分布式电源的接入控制，实现分布式电源配电信息一体化，消除信息孤岛，达成分布式电源应用智能化的集成与共享；另外，本发明通过负荷模型、分布式电源的电磁暂态特性、分布式电源的控制策略和接入配电网要求，建立新的分布式电源接入配电网的暂态等值模型，考虑了配电网系统要求与逆变器的控制策略，能更加真实地反映分布式电源接入后的配电网线路故障电流和电压特性；在此基础上建立新的阶段式配电网故障分析模型，此分析模型体现了电力系统的故障发展特性，符合阶段式电流保护整定要求，提高了故障分析的准确性，为分布式电源接入配电网保护整定等方面提供了科学的依据，在工程实践中具有很强的实用性。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
一种分布式电源接入控制系统及故障分析方法，包括硬件设备、操作系统、后台层和实用层，在实用层上设有数据采集装置，所述硬件设备用于分布式电源接入进行控制的设备，硬件设备主要包括服务器和PC机，还包括交换机、防火墙和正反向隔离装置；所述操作系统，用于支持分布式电源接入控制系统的操作系统，操作系统包括UNIX、LINUX和WINDOWS操作系统；所述后台层，用于处理各个集成、数据和公共服务的服务器；所述实用层包括EMS系统、DMS系统和营销系统，用于集成EMS系统的实时系统，还用于集成DMS系统的实时系统；故障分析方法主要包括：
(1)利用采集装置对分布式电源接入配电网的数据进行采集；
(2)对分布式电源进行故障分析；
(3)确定实用层的配电网馈线各节点的电压和电流；
(4)判断是否满足限定值，若满足限定值，结束故障分析流程；否则，取迭代值为计算值和限定值的均值并返回步骤(3)。
步骤(1)中，采集的数据包括：配电网电源电压和电流参数、线路阻抗参数、线路电流参数和分布式电源参数。
步骤(2)中，在实用层的配电网故障发生后，对分布式电源进行故障分析包括：根据故障时间对应的三段式电流保护整定动作时间，取相应的电抗值进行故障电流计算。
步骤(2)中，在配电网故障发生后，分布式电源进行故障分析包括：故障后分布式电源的最大输出电流小于等于1.5倍额定电流，最大输出功率小于额定功率，即同时受最大功率和最大输出电流限制，用下述表达式表示：
20 %U N &le; U &le; 85 %U N I I I D G &le; 1.5 I I I D G - N P I I D G - O U T &le; P I I D G - N ;
并同时满足分布式电源接入电源条件，分布式电源接入电源条件包括逆变器出口端发生金属性故障时，逆变器的出口电压小于系统电压20％，逆变器半个周波内将自动闭锁，不提供故障电流和电压支撑，用下述表达式表示：
U < 20 %U N I I I D G = 0 ;
其中：UN为分布式电源的额定电压；U为分布式电源的最大输出电压；IIIDG为分布
源的最大输出电流；IIIDG-N为分布式电源的额定电流；PIIDG-OUT为分布式电源的最大输出功率；PIIDG-N为分布式电源的额定功率。
步骤(3)中，结合电网结构参数、故障后系统电源状态参数、分布式电源故障输出特性，采用迭代的方法，确定各个典型时间段内配电网线路流过电流和各节点电压。
本发明与现有技术相比能够方便快速实现分布式电源的接入控制，实现分布式电源配电信息一体化，消除信息孤岛，达成分布式电源应用智能化的集成与共享；另外，本发明通过负荷模型、分布式电源的电磁暂态特性、分布式电源的控制策略和接入配电网要求，建立新的分布式电源接入配电网的暂态等值模型，考虑了配电网系统要求与逆变器的控制策略，能更加真实地反映分布式电源接入后的配电网线路故障电流和电压特性；在此基础上建立新的阶段式配电网故障分析模型，此分析模型体现了电力系统的故障发展特性，符合阶段式电流保护整定要求，提高了故障分析的准确性，为分布式电源接入配电网保护整定等方面提供了科学的依据，在工程实践中具有很强的实用性。
上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (7)

1.一种分布式电源接入控制系统及故障分析方法，其特征在于，包括硬件设备、操作系统、后台层和实用层，在实用层上设有数据采集装置，所述硬件设备用于分布式电源接入进行控制的设备，硬件设备主要包括服务器和PC机；所述操作系统，用于支持分布式电源接入控制系统的操作系统；所述后台层，用于处理各个集成、数据和公共服务的服务器；所述实用层包括EMS系统、DMS系统和营销系统，用于集成EMS系统的实时系统，还用于集成DMS系统的实时系统；故障分析方法主要包括：
(1)利用采集装置对分布式电源接入配电网的数据进行采集；
(2)对分布式电源进行故障分析；
(3)确定实用层的配电网馈线各节点的电压和电流；
(4)判断是否满足限定值，若满足限定值，结束故障分析流程；否则，取迭代值为计算值和限定值的均值并返回步骤(3)。
2.根据权利要求1所述的分布式电源接入控制系统及故障分析方法，其特征在于，所述操作系统包括UNIX、LINUX和WINDOWS操作系统。
3.根据权利要求1所述的分布式电源接入控制系统及故障分析方法，其特征在于，所述硬件设备还包括交换机、防火墙和正反向隔离装置。
4.根据权利要求1所述的分布式电源接入控制系统及故障分析方法，其特征在于，所述步骤(1)中，采集的数据包括：配电网电源电压和电流参数、线路阻抗参数、线路电流参数和分布式电源参数。
5.根据权利要求1所述的分布式电源接入控制系统及故障分析方法，其特征在于，所述步骤(2)中，在实用层的配电网故障发生后，对分布式电源进行故障分析包括：根据故障时间对应的三段式电流保护整定动作时间，取相应的电抗值进行故障电流计算。
6.根据权利要求1所述的分布式电源接入控制系统及故障分析方法，其特征在于，所述步骤(2)中，在配电网故障发生后，分布式电源进行故障分析包括：故障后分布式电源的最大输出电流小于等于1.5倍额定电流，最大输出功率小于额定功率，即同时受最大功率和最大输出电流限制，用下述表达式表示：
{ 20 %U N &le; U &le; 85 %U N I H D G &le; 1.5 I H D G - N P H D G - O U T &le; P H D G - N ;
并同时满足分布式电源接入电源条件，分布式电源接入电源条件包括逆变器出口端发生金属性故障时，逆变器的出口电压小于系统电压20％，逆变器半个周波内将自动闭锁，不提供故障电流和电压支撑，用下述表达式表示：
U < 20 % U N I H D G = 0 ;
其中：UN为分布式电源的额定电压；U为分布式电源的最大输出电压；IIIDG为分布式电源的最大输出电流；IIIDG-N为分布式电源的额定电流；PIIDG-OUT为分布式电源的最大输出功率；PIIDG-N为分布式电源的额定功率。
7.根据权利要求1所述的分布式电源接入控制系统及故障分析方法，其特征在于，所述步骤(3)中，结合电网结构参数、故障后系统电源状态参数、分布式电源故障输出特性，采用迭代的方法，确定各个典型时间段内配电网线路流过电流和各节点电压。
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