CN106291255B - 一种含逆变型分布式电源的配电网故障计算通用方法 - Google Patents
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Abstract
一种含逆变型分布式电源的配电网故障计算通用方法，它首先针对逆变型分布式电源的短路电流特性进行建立次暂态及稳态的短路等效模型，然后进行故障计算：步骤1，输入系统参数，形成系统导纳矩阵；步骤2:将滤波电抗并入分布式电源导纳矩阵；步骤3:形成次暂态电流的三相分量迭代格式；步骤4:计算稳态模型的内电势正序分量；步骤5:形成稳态电流的三相分量迭代格式；步骤6:统一求解方程得到次暂态故障电压三相分量和稳态故障电压三相分量；步骤7:判断方程是否收敛，如果收敛则迭代结束，否则返回步骤3继续迭代。本发明提出了一种相序混合通用计算方法，可适用于含逆变型分布式电源的配电网故障计算。
Description
技术领域
本发明涉及一种含逆变型分布式电源的配电网故障计算通用方法，属于电力系统故障分析技术领域。
背景技术
分布式电源、分布式储能及电动汽车负荷的快速发展和大量接入，促使电力系统尤其是中低压配电系统发生着重大改变，未来将有更多的新能源和可再生能源通过电力电子设备高密度地接入配电网，同时随着新理论、新技术、新材料的快速发展，具有与电网双向互动能力的电动汽车、储能等带有“源荷”双重特征的柔性负荷在电力负荷中的比重呈不断上升趋势，配电网将面临越来越多的挑战。
逆变型分布式电源与柔性负荷的大规模接入，使得配电网的潮流与故障电流特征出现了本质上的变化，而配电网故障的规律与特征，是研究配电网继电保护与配电网自动化故障处理技术的基础，不仅可以为故障诊断、快速定位和继电保护等技术的发展提供理论基础，也可以为智能配电网的规划设计提供依据。
目前，对于逆变型分布式电源一般基于正序分量控制策略将逆变型分布式电源等效为正序电流源，采用对称分量法建立不同故障下的序网模型计算。但是，采用对称分量法时，需建立不同序网下的等值模型，不同类型的故障模拟较为复杂。此外，对称分量法是基于线性叠加原理推导而来，而逆变型分布式电源具有典型的非线性特征，因此对称分量法无法适用于含逆变型分布式电源的非线性网络。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出了一种含逆变型分布式电源的配电网故障计算通用方法，其针对逆变型分布式电源的短路电流特性提出一种相序混合通用计算方法，可适用于含逆变型分布式电源的配电网故障计算。
本发明解决其技术问题采取的技术方案是：一种含逆变型分布式电源的配电网故障计算通用方法，其特征是，包括以下过程：
一、对逆变型分布式电源进行统一化建模
(1)建立短路电流的次暂态模型
定义逆变器的虚拟内电势E，因此短路电流次暂态值的模型用公式(1)描述：
式中，表示短路前的逆变器内电势正序分量，为逆变器并网短路正序电压，R表示逆变器出口电阻，X为逆变器滤波电抗，j为虚数单位；
(2)建立短路电流的稳态模型
逆变型分布式电源采用恒功率控制，按照给定的功率指令输出，在有低电压穿越控制要求时，逆变器按照并网技术要求输出设定的无功功率，在逆变器并网电压小于90％时，低电压穿越控制下的无功功率指令为：
Qref1＝K(Uf-U0)Uf(K≥2) (2)
式中，U0为故障前逆变器并网正序电压，Uf为并网短路电压正序分量，K为无功支撑的比例系数；
该阶段分布式电源的短路计算模型采用恒功率模型表示为：
式中，P表示逆变器输出有功功率，Q表示逆变器输出无功功率，Pref为有功功率参考值，Qref与Qref1为不同电压情况下的无功功率参考值；
短路电流稳态值的模型用公式(4)描述：
式中，表示短路后的内电势，δ为的相角，R表示逆变器出口电阻，X为逆变器滤波电抗；
二、故障计算过程
步骤1，输入系统参数，形成系统导纳矩阵YSys；
步骤2:将滤波电抗并入分布式电源导纳矩阵：
其中R与X分别为逆变器出口电阻和电抗；
步骤3:形成次暂态电流的三相分量迭代格式：
其中，表示第k+1次迭代的次暂态故障电压三相分量，表示内电势的三相分量；
步骤4:计算稳态模型的内电势正序分量：
其中表示第k+1次迭代时的稳态内电势正序分量，为第k次迭代时的稳态故障电压正序分量，Q与Pref由式(4)计算，R与X分别为逆变器出口电阻和电抗；
步骤5:形成稳态电流的三相分量迭代格式：
其中，表示第k+1次迭代时的稳态内电势三相分量，表示第k+1次迭代的稳态故障电压三相分量；
步骤6:统一求解方程：
得到次暂态故障电压三相分量和稳态故障电压三相分量；
步骤7:判断方程是否成立，即判断方程是否收敛，如果成立则迭代结束，否则返回步骤3继续迭代，其中ε为给定的迭代计算误差，i表示各节点编号，n表示总节点数。
优选地，所述逆变型分布式电源的逆变器采用正序分量建模，配电网络基于相分量端口补偿法进行建模，通过修改故障节点导纳矩阵即可实现各种故障的模拟；并网接口通过对称分量法将逆变型分布式电源序分量转换为相分量实现并网。
进一步地，由于逆变器故障电流的暂态过程在一个周波内衰减达到稳态，而配电网电流速断保护动作时间在20～30毫秒之间，因而通过短路稳态值对继电保护进行整定，对于继电保护整定由短路电流稳态值的模型进行计算。
优选地，所述故障计算过程包括短路电流次暂态值的计算过程和短路电流稳态值的计算过程。
本发明的有益效果如下：
本发明针对逆变型分布式电源的短路电流特性，建立次暂态及稳态的短路等效模型，提出了一种相序混合通用计算方法，可适用于含逆变型分布式电源的配电网故障计算；次暂态等效模型用于短路电流初始值的计算，该值可用于断路器等一次设备耐受电流的校验，为一次设备规划提供理论依据；稳态等效模型用于短路电流稳态值的计算，该值可用于继电保护装置、配电自动化装置等二次设备的整定值计算，为继电保护、配电自动化提供理论基础。
本发明通过建立次暂态模型与稳态模型，次暂态模型可用于校验设备的故障耐受能力，为规划设计提供基础，稳态模型可为继电保护整定、配电自动化等提供依据；采用相序混合计算方法，既考虑了逆变型分布式电源正序分量控制建模，又考虑了配电网络的三相不对称建模；建立了次暂态与稳态故障电流的统一迭代格式，可用于计算短路电流的次暂态值与稳态值。
附图说明
图1为本发明的方法流程图；
图2为本发明的结构示意图。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。
如图1和图2所示，本发明的一种含逆变型分布式电源的配电网故障计算通用方法，它包括以下过程：
一、对逆变型分布式电源进行统一化建模
本发明提出一种基于节点电压方程的相序混合迭代计算方法，如图2所示，逆变型分布式电源的逆变器采用正序分量建模，配电网络基于相分量端口补偿法进行建模，通过修改故障节点导纳矩阵即可实现各种故障的模拟；并网接口通过对称分量法将逆变型分布式电源序分量转换为相分量实现并网，相分量下网络节点电压方程迭代格式为：其中I1，V1表示逆变器的正序电流与正序电压，Iabc，Vabc表示逆变器的相分量电流与相分量电压。
(1)建立短路电流的次暂态模型
定义逆变器的虚拟内电势E，因此短路电流次暂态值的模型用公式(1)描述：
式中，表示短路前的逆变器内电势正序分量，为逆变器并网短路正序电压，R表示逆变器出口电阻，X为逆变器滤波电抗，j为虚数单位。
(2)建立短路电流的稳态模型
逆变型分布式电源采用恒功率控制，按照给定的功率指令输出，在有低电压穿越控制要求时，逆变器按照并网技术要求输出设定的无功功率，在逆变器并网电压小于90％时，低电压穿越控制下的无功功率指令为：
Qref1＝K(Uf-U0)Uf (K≥2) (2)
式中，U0为故障前逆变器并网正序电压，Uf为并网短路电压正序分量，K为无功支撑的比例系数；
该阶段分布式电源的短路计算模型采用恒功率模型表示为：
式中，P表示逆变器输出有功功率，Q表示逆变器输出无功功率，Pref为有功功率参考值，Qref与Qref1为不同电压情况下的无功功率参考值；
短路电流稳态值的模型用公式(4)描述：
式中，表示短路后的内电势，δ为的相角，R表示逆变器出口电阻，X为逆变器滤波电抗。
二、故障计算过程，如图1所示
步骤1，输入系统参数，形成系统导纳矩阵YSys；
步骤2:将滤波电抗并入分布式电源导纳矩阵：
其中R与X分别为逆变器出口电阻和电抗；
步骤3:形成次暂态电流的三相分量迭代格式：
其中，表示第k+1次迭代的次暂态故障电压三相分量，表示内电势的三相分量；
步骤4:计算稳态模型的内电势正序分量：
其中表示第k+1次迭代时的稳态内电势正序分量，为第k次迭代时的稳态故障电压正序分量，Q与Pref由式(4)计算，R与X分别为逆变器出口电阻和电抗；
步骤5:形成稳态电流的三相分量迭代格式：
其中，表示第k+1次迭代时的稳态内电势三相分量，表示第k+1次迭代的稳态故障电压三相分量；
步骤6:统一求解方程：
得到次暂态故障电压三相分量和稳态故障电压三相分量；
步骤7:判断方程是否成立，即判断方程是否收敛，如果成立则迭代结束，否则返回步骤3继续迭代，其中ε为给定的迭代计算误差，i表示各节点编号，n表示总节点数。
由于逆变器故障电流的暂态过程在一个周波内衰减达到稳态，而配电网电流速断保护动作时间在20～30毫秒之间，因而通过短路稳态值对继电保护进行整定，对于继电保护整定由短路电流稳态值的模型进行计算。
本发明所述的故障计算过程可以对短路电流次暂态值和短路电流稳态值的进行计算。
本发明针对分布式电源的短路电流特性及计算方法展开研究，首先通过逆变器实际的短路电流波形探讨了短路电流的特性，进而分析控制策略对短路电流的影响，将短路电流分为次暂态、暂态及稳态三个阶段，并对各阶段短路电流的特性进行了分析，建立了次暂态及稳态的短路等效模型；其次提出一种基于节点电压方程的相序混合计算方法，可适用于次暂态及稳态短路电流求解。
本发明定义逆变器的虚拟内电势E，利用E在故障瞬间不突变的特性，通过故障前的潮流值计算内电势E；逆变型分布式电源采用序分量建模，配电网络采用相分量建模，在并网接口处采用相序变换，形成相分量下的迭代计算格式；将滤波电抗并入逆变型分布式电源导纳矩阵，形成次暂态模型与暂态模型形成统一的迭代格式可用于计算短路电流的次暂态值与稳态值。
以上所述只是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也被视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种含逆变型分布式电源的配电网故障计算通用方法，其特征是，包括以下过程：
一、对逆变型分布式电源进行统一化建模
(1)建立短路电流的次暂态模型
定义逆变器的虚拟内电势E，因此短路电流次暂态值的模型用公式(1)描述：
式中，表示短路前的逆变器内电势正序分量，为逆变器并网短路正序电压，R表示逆变器出口电阻，X为逆变器滤波电抗，j为虚数单位；
(2)建立短路电流的稳态模型
逆变型分布式电源采用恒功率控制，按照给定的功率指令输出，在有低电压穿越控制要求时，逆变器按照并网技术要求输出设定的无功功率，在逆变器并网电压小于90％时，低电压穿越控制下的无功功率指令为：
Qref1＝K(Uf-U0)Uf (K≥2) (2)
式中，U0为故障前逆变器并网正序电压，Uf为并网短路电压正序分量，K为无功支撑的比例系数；
该阶段分布式电源的短路计算模型采用恒功率模型表示为：
式中，P表示逆变器输出有功功率，Q表示逆变器输出无功功率，Pref为有功功率参考值，Qref与Qref1为不同电压情况下的无功功率参考值；
短路电流稳态值的模型用公式(4)描述：
式中，表示短路后的内电势，δ为的相角，R表示逆变器出口电阻，X为逆变器滤波电抗；
二、故障计算过程
步骤1，输入系统参数，形成系统导纳矩阵YSys；
步骤2:将滤波电抗并入分布式电源导纳矩阵：
其中R与X分别为逆变器出口电阻和电抗；
步骤3:形成次暂态电流的三相分量迭代格式：
其中，表示第k+1次迭代的次暂态故障电压三相分量，表示内电势的三相分量；
步骤4:计算稳态模型的内电势正序分量：
其中表示第k+1次迭代时的稳态内电势正序分量，为第k次迭代时的稳态故障电压正序分量，Q与Pref由式(4)计算，R与X分别为逆变器出口电阻和电抗；
步骤5:形成稳态电流的三相分量迭代格式：
其中，表示第k+1次迭代时的稳态内电势三相分量，表示第k+1次迭代的稳态故障电压三相分量；
步骤6:统一求解方程：
得到次暂态故障电压三相分量和稳态故障电压三相分量；
步骤7:判断方程是否成立，即判断方程是否收敛，如果成立则迭代结束，否则返回步骤3继续迭代，其中，1≤i≤n，ε为给定的迭代计算误差，i表示各节点编号，n表示总节点数。
2.如权利要求1所述的一种含逆变型分布式电源的配电网故障计算通用方法，其特征是，所述逆变型分布式电源的逆变器采用正序分量建模，配电网络基于相分量端口补偿法进行建模，通过修改故障节点导纳矩阵即可实现各种故障的模拟；并网接口通过对称分量法将逆变型分布式电源序分量转换为相分量实现并网。
3.如权利要求1所述的一种含逆变型分布式电源的配电网故障计算通用方法，其特征是，由于逆变器故障电流的暂态过程在一个周波内衰减达到稳态，而配电网电流速断保护动作时间在20～30毫秒之间，因而通过短路稳态值对继电保护进行整定，对于继电保护整定由短路电流稳态值的模型进行计算。
4.如权利要求1至3任意一项所述的一种含逆变型分布式电源的配电网故障计算通用方法，其特征是，所述故障计算过程包括短路电流次暂态值的计算过程和短路电流稳态值的计算过程。
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|---|---|
| CN106291255A (zh) | 2017-01-04 |
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