CN106841850A - 一种含逆变型分布式电源的配电网故障分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种含逆变型分布式电源的配电网故障分析方法，通过构建逆变型分布式电源的等效数学模型，将逆变型分布式电源等效为恒定正序电流源，在此基础上提出适用于IIDG接入的电网故障分析方法，解决了传统的以交流同步发电机供电电源为基础的电网故障分析方法不在适用于分析含IIDG接入的电网故障的问题，为进一步开展适合于IIDG接入的配电网继电保护研究提供可行方法，具有科学合理，真实有效，实用价值高等优点。

Description

一种含逆变型分布式电源的配电网故障分析方法

技术领域

本发明是一种含逆变型分布式电源的配电网故障分析方法，应用于含逆变型分布式电源的配电网故障分析。

背景技术

近年来，为了能够有效的提高电网抵抗重大自然灾害的能力，同时减少大面积停电给社会带来的灾难性损失，分布式电源(DG)得到了广泛的应用和发展。其中，大多数的分布式电源是通过逆变器接入中压或低压配电网，这类分布式电源可简称为逆变型分布式电源(IIDG)。随着IIDG并网容量的不断增加，IIDG的接入对电网安全稳定运行造成了很大的影响。IIDG的接入使得传统配电网由单电源辐射型网络转变为双端或多端有源复杂网络，其在配电网故障情况下，提供的故障电流与传统同步发电机相比存在较大不同，导致不带方向的三段式电流保护的性能严重劣化，甚至无法正常工作。因此，为了保证配电网的安全稳定运行，有必要研究适应于IIDG接入的电网故障分析方法，进而分析含IIDG的电网故障特征，为开展适合于IIDG接入的配电网继电保护研究提供可行方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种科学合理，真实有效，实用价值高的含逆变型分布式电源的配电网故障分析方法。

实现本发明目的采用的技术方案是：一种含逆变型分布式电源的配电网故障分析方法，其特征是，它包括以下内容：

1)建立逆变型分布式电源(IIDG)等效数学模型

对于含IIDG接入的配电网，在电网故障情况下，将IIDG等效为恒定正序电流源，IIDG等效正序电流源与IIDG机端正序电压之间的函数关系为其中，I_DG(1)为等效正序电流源的幅值，为等效正序电流源的相角，α为IIDG机端正序电压的幅值，为IIDG机端正序电压的相角；

IIDG等效数学模型表示为：

(1)当α>0.9时，则

(2)当0.4≤α≤0.9，且时

(3)当0.4≤α≤0.9，且时

(4)当a<0.4，则

其中，为等效正序电流源与IIDG机端正序电压的相位差，为故障前IIDG逆变器电流内环的有功电流指令；

2)含IIDG接入的配电网故障分析

利用含IIDG的配电网模型研究适应于含IIDG的配电网故障分析方法，假设配电网在故障点f发生BC两相短路，配电网的正序网络方程为式(5)，

式中：为配电系统的等效电源，Z_A是系统电源的等效阻抗，Z_T是IIDG升压变压器阻抗与L₁的线路阻抗之和，Z₂是L₂的线路阻抗，Z₃为负荷等效阻抗与L₃的线路阻抗之和，Z_A(1)为Z_A的正序分量，Z_T(1)为Z_T的正序分量，Z₂₍₁₎为Z₂的正序分量，Z₃₍₁₎为Z₃的正序分量，为配电系统等效电源提供电流的正序分量，为故障点电压正序分量，为故障点电流正序分量，

配电网的负序网络方程为式(6)：

式中，Z_A(2)为Z_A的负序分量，Z₂₍₂₎为Z₂的负序分量，Z₃₍₂₎为Z₃的负序分量，为故障点电压负序分量，为故障点电流负序分量，

BC两相短路的边界条件：

联立式(5)～式(7)及即求得BC两相短路发生后配电网各节点电压及支路电流。

本发明是一种含逆变型分布式电源的配电网故障分析方法，通过构建逆变型分布式电源的等效数学模型，将逆变型分布式电源等效为恒定正序电流源，在此基础上提出适用于IIDG接入的电网故障分析方法，解决了传统的以交流同步发电机供电电源为基础的电网故障分析方法不在适用于分析含IIDG接入的电网故障的问题，为进一步开展适合于IIDG接入的配电网继电保护研究提供可行方法，具有科学合理，真实有效，实用价值高等优点。

附图说明

图1是含IIDG的配电网模型示意图；

图2是配电网的正序网络示意图；

图3是配电网的负序网络示意图。

具体实施方式

下面利用附图和实施例对本发明的一种含逆变型分布式电源的配电网故障分析方法作进一步说明。

本发明的一种含逆变型分布式电源的配电网故障分析方法，包括以下内容：

1)建立逆变型分布式电源(IIDG)等效数学模型

对于含IIDG接入的配电网，在电网故障情况下，将IIDG等效为恒定正序电流源，IIDG等效正序电流源与IIDG机端正序电压之间的函数关系

其中，I_DG(1)为等效正序电流源的幅值，为等效正序电流源的相角，α为IIDG机端正序电压的幅值，为IIDG机端正序电压的相角；

IIDG等效数学模型表示为：

(1)当α>0.9时，则

(2)当0.4≤α≤0.9，且时

(3)当0.4≤α≤0.9，且时

(4)当a<0.4，则

其中，为等效正序电流源与IIDG机端正序电压的相位差，为故障前IIDG逆变器电流内环的有功电流指令。

2含IIDG接入的配电网故障分析方法

传统的电网故障分析理论中，认为正序电流能够流通的元件与负序电流是相等的。但是，对于含IIDG的配电网不再成立。在任何故障情况下IIDG均只输出正序电流，负序网络中不存在IIDG支路。由此，不能利用传统的以交流同步发电机供电电源为基础的电网故障分析方法来分析含IIDG接入的电网故障，有必要建立适应于IIDG接入的电网故障分析方法。

含IIDG的配电网模型，如图1所示。利用图1所示的配电网模型研究适应于含IIDG的配电网故障分析方法。假设f点发生BC两相短路，配电网的正、负等效网络如图2、图3所示。

其中，为配电系统的等效电源，Z_A是系统电源的等效阻抗，Z_T是IIDG升压变压器阻抗与L₁的线路阻抗之和，Z₂是L₂的线路阻抗，Z₃为负荷等效阻抗与L₃的线路阻抗之和。

由图2可得：

式中：Z_A(1)为Z_A的正序分量，Z_T(1)为Z_T的正序分量，Z₂₍₁₎为Z₂的正序分量，Z₃₍₁₎为Z₃的正序分量，为配电系统等效电源提供电流的正序分量。为故障点电压正序分量，为故障点电流正序分量。

由图3可得：

式中，Z_A(2)为Z_A的负序分量，Z₂₍₂₎为Z₂的负序分量，Z₃₍₂₎为Z₃的负序分量，为故障点电压负序分量，为故障点电流负序分量。

BC两相短路的边界条件：

联立式(5)～(7)及即可求得BC两相短路发生后配电网各节点电压及支路电流。

具体实施例：

构建如图1所示的配电网模型，在PSCAD/EMTDC仿真平台仿真验证含IIDG的配电网故障分析方法的正确性。配电网模型参数包括：IIDG的额定容量为12.0MVA，额定电压为10.5kV，滤波电感为8.5μH，滤波电感等效电阻为0.8mΩ，Z_A＝j1.2Ω，Z_T＝0.80+j2.40Ω，Z₂＝0.85+j1.97Ω，Z₃＝9.5+j9.64Ω。

表1，表2给出的是故障前IIDG满载、f点发生BC两相短路时各支路电流正、负序分量的理论与仿真计算值。表3，表4给出的是故障前IIDG空载、f点发生BC两相短路时各支路电流正、负序分量的理论与仿真计算值。

表1故障前IIDG满载、f点发生BC两相短路时各支路电流(正序分量)

表2故障前IIDG满载、f点发生BC两相短路时各支路电流(负序分量)

表3故障前IIDG空载、f点发生BC两相短路时各支路电流(正序分量)

表4故障前IIDG空载、f点发生BC两相短路时各支路电流(负序分量)

由表1～4可知，配电网发生两相短路故障时，理论计算与仿真结果基本一致。数字仿真结果验证了理论分析的正确性，这说明在配电网发生故障时可将IIDG等效为恒定正序电流源，并以此为基础提出的含IIDG接入的配电网故障分析方法是正确的。

本发明的一种含逆变型分布式电源的配电网故障分析方法，经过实际应用的结果表明，实现了本发明目的和达到了所述的效果。

Claims (1)

1.一种含逆变型分布式电源的配电网故障分析方法，其特征是，它包括以下内容：

1)建立逆变型分布式电源(IIDG)等效数学模型

对于含IIDG接入的配电网，在电网故障情况下，将IIDG等效为恒定正序电流源，IIDG等效正序电流源与IIDG机端正序电压之间的函数关系为其中，I_DG(1)为等效正序电流源的幅值，为等效正序电流源的相角，α为IIDG机端正序电压的幅值，为IIDG机端正序电压的相角；

IIDG等效数学模型表示为：

(1)当α>0.9时，则

(2)当0.4≤α≤0.9，且时

(3)当0.4≤α≤0.9，且时

(4)当a<0.4，则

其中，为等效正序电流源与IIDG机端正序电压的相位差，为故障前IIDG逆变器电流内环的有功电流指令；

2)含IIDG接入的配电网故障分析

利用含IIDG的配电网模型研究适应于含IIDG的配电网故障分析方法，假设配电网在故障点f发生BC两相短路，配电网的正序网络方程为式(5)，

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_A-{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{A\left(1\right)}{Z}_{A\left(1\right)}={\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_{G\left(1\right)}-{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{DG\left(1\right)}{Z}_{T\left(1\right)}\\ {\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_{G\left(1\right)}-{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{DG\left(1\right)}{Z}_{T\left(1\right)}=({\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{A\left(1\right)}+{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{DG\left(1\right)})Z_{2\left(1\right)}+{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_{f\left(1\right)}\\ {\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_{f\left(1\right)}=({\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{f\left(1\right)}+{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{A\left(1\right)}+{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{DG\left(1\right)})Z_{3\left(1\right)}\end{array}\right.---\left(5\right)$

式中：为配电系统的等效电源，Z_A是系统电源的等效阻抗，Z_T是IIDG升压变压器阻抗与L₁的线路阻抗之和，Z₂是L₂的线路阻抗，Z₃为负荷等效阻抗与L₃的线路阻抗之和，Z_A(1)为Z_A的正序分量，Z_T(1)为Z_T的正序分量，Z₂₍₁₎为Z₂的正序分量，Z₃₍₁₎为Z₃的正序分量，为配电系统等效电源提供电流的正序分量，为故障点电压正序分量，为故障点电流正序分量，

配电网的负序网络方程为式(6)：

${\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_{f\left(2\right)}=\frac{(Z_{A\left(2\right)}+Z_{2\left(2\right)})Z_{3\left(2\right)}}{Z_{A\left(2\right)}+Z_{2\left(2\right)}+Z_{3\left(2\right)}}{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{f\left(2\right)}---\left(6\right)$

式中，Z_A(2)为Z_A的负序分量，Z₂₍₂₎为Z₂的负序分量，Z₃₍₂₎为Z₃的负序分量，为故障点电压负序分量，为故障点电流负序分量，

BC两相短路的边界条件：

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{f\left(1\right)}+{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{f\left(2\right)}=0\\ {\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_{f\left(1\right)}={\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_{f\left(2\right)}\end{array}\right.---\left(7\right)$

联立式(5)～式(7)及即求得BC两相短路发生后配电网各节点电压及支路电流。