CN107968437B - 一种高渗透光伏接入防主变中性点过压的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高渗透光伏接入防主变中性点过压的方法，基于传统光伏并网解耦双闭环控制方法，并可分为如下3个状态：状态1，主变中性点过压但在允许范围内，采用传统并网控制方法；状态2，主变中性点电压上升至相电压并未达到击穿条件，采集并网点电压、电流，主变中性点电压，调整光伏并网相角将主变中性点电压限制于安全范围，同时，保证了光伏并网的有功输出；状态3，主变中性点电压发生击穿，光伏电源离网运行，主变中性点电压大幅降低，光伏通过直流变换器连接储能装置。该发明通过改变光伏并网控制策略和加入配套储能装置，可以解决高渗透光伏接入电网故障运行时主变中性点电压过高引起变压器的损坏问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种高渗透光伏接入防主变中性点过压的方法，属于电网控制技术。
背景技术
近年来，太阳能作为一种可再生清洁能源备受关注，被广泛应用并接入电网。同时，随着光伏大规模接入，光伏相对电网的渗透率不断升高，给电网的稳定运行带来了很多问题，如馈线电压的升高，继电保护整定配置的影响。对于中性点不接地的变压器来说，当电网发生单相接地故障时，中性点电压会上升至相电压。当电网不含光伏等分布式电源时，不接地系统发生单相接地故障时，电网仍可以持续运行1-2个小时。但电网中包含大量的光伏电源时，变电站中不接地运行的变压器中性点电压上升将大于相电压。中性点过电压保护在整个电网运行中是不可忽略的重要组成部分，如果重视不够，可能给整个电网带来严重事故。
发明内容
发明目的：针对高渗透光伏电源接入电网现状，为减少其对电网中区域变压器产生影响，本发明提出一种防主变中性点过压甚至击穿的控制方法，该方法既能有效地保证主变安全运行，又能减少成本和能源浪费。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种高渗透光伏接入防主变中性点过压的方法，包括如下步骤：
(1)光伏电源在接入点接入电网，获取电网的主变压器的运行方式、出厂参数和传输线路的阻抗参数，计算各序阻抗值；当电网发生不对称故障时，并网点电压传感器检测出三相并网电压UPCC，变压器中性点电压传感器检测出主变压器中性点电压同时通过锁相环锁定并网点相角θ，记录三相电压测量值U和三相电流测量值I；
(2)判断是否成立：若成立，则说明电网未发生故障且主变压器中性点电压未发生击穿，计算电网正常运行时光伏电源的给定输出电流，进入步骤(6)；否则，进入步骤(3)；
(3)判断是否成立：若成立，则进入步骤(4)；否则，进入步骤(5)；
(4)光伏发电系统离网运行，光伏电源为蓄电池组充电；
(5)将限定为取值为0.577pu，根据电流方程计算此时光伏电源的给定输出电流和并网点修正相角Δθ的可选值，将并网点修正相角Δθ限定为可选值中绝对值最小的值Δθ'，进入步骤(6)；
(6)并网逆变器控制采用电压外环、电流内环双环控制，将控制得到的电压期望值经载波比较，形成并网逆变器的触发信号。
优选的，所述步骤(5)中，根据限定后的网点修正相角Δθ进行功率因数择优选择，具体为：将电压相角|θ+Δθ'|与arccos(0.9)作差：
①若差值小于0，则将并网点相角θ修正为|θ+Δθ'|，进入步骤(6)；
②若差值大于0，则先将arccos(0.9)假定为并网点相角，根据电压方程计算取ES∠arccos(0.9)：若则将并网点相角θ修正为arccos(0.9)，重新根据电流方程计算光伏电源的给定输出电流，进入步骤(6)；若则进入步骤(4)。
记：时，光伏发电系统运行于状态1；时，光伏发电系统运行于状态2；时，光伏发电系统运行于状态3；将并网逆变器的控制过程记为状态0；所述状态0、状态1、状态2和状态3的运行过程分别为：
状态1：若则保持并网点相角θ不变，认为并网点修正角Δθ为零，并根据正常运行状态下光伏电源的输出额定功率计算光伏电源的给定输出电流IPCC∠(θ+Δθ)，转入状态0；
状态2：若则：
(21)将限定为取值为0.577pu的线电压；
(22)根据电流方程计算其中取取ES∠θ，为主变压器正序阻抗，为线路正序阻抗，即为光伏电源的给定输出电流IPCC∠(θ+Δθ)，据此得到并网点修正相角Δθ的可选值；
(23)将并网点修正相角Δθ限定为Δθ'，Δθ'取值为|Δθ|较小的Δθ，据此确定电压相角为|θ+Δθ'|；
(24)功率因数择优环节，将电压相角|θ+Δθ'|与arccos(0.9)作差：
①若差值小于0，则将并网点相角θ修正为|θ+Δθ'|，转入状态0；
②若差值大于0，则先将arccos(0.9)假定为并网点相角，根据电压方程计算取ES∠arccos(0.9)：若则将并网点相角θ修正为arccos(0.9)，重新计算转入状态0；若则转入状态3；
状态3：若说明电网中接入的光伏电源渗透率过高，以致主变压器中性点电压达到击穿电压，此时断开光伏电源与电网的连接，同时启动光伏电源与蓄电池组的连接，通过光伏电源对蓄电池组充电；
状态0：三相电压测量值U和三相电流测量值I经abc/αβ和αβ/dq变换后得到Ud、Uq、Id和Iq，给定输出电流IPCC∠(θ+Δθ)经abc/αβ和αβ/dq变换后得到和集合解耦控制方程得到并网逆变器所需的dq轴电压期望值和和作为SVPWM环节的输入信号，产生各功率器件的开关信号，实现并网逆变器的逆变功能；其中，Kp和Ki分别为比例系数和积分系数，ω为电网同步角速度，L为并网逆变器输出的滤波电感。
有益效果：本发明提供的高渗透光伏接入防主变中性点过压的方法，与现有技术相比，具有以下技术效果：1、控制方法简单，方便投入实际应用；2、能够有效解决主变中性点过压问题，同时不影响电网正常、故障运行，不需要增加额外电力保护设备，有极大的社会经济效益；3、可以有效的减小大量光伏接入电网对变压器的影响，为高渗透分布式电源接入电网提供一种控制方案。
附图说明
图1为本发明的实施电路示意图；
图2为状态0的信号示意图；
图3为状态1的信号示意图；
图4为状态2的信号示意图；
图5为状态3的信号示意图；
图6为本发明的实施流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
一种高渗透光伏接入防主变中性点过压的方法，基于传统光伏并网解耦双闭环控制方法，并可分为如下3个状态：状态1，主变中性点过压但在允许范围内，采用传统并网控制方法；状态2，主变中性点电压上升至相电压并未达到击穿条件，采集并网点电压、电流，主变中性点电压，调整光伏并网相角将主变中性点电压限制于安全范围，同时，保证了光伏并网的有功输出；状态3，主变中性点电压发生击穿，光伏电源离网运行，主变中性点电压大幅降低，光伏通过直流变换器连接储能装置。该发明通过改变光伏并网控制策略和加入配套储能装置，不仅可以解决高渗透光伏接入电网故障运行时主变中性点电压过高引起变压器的损坏，且主变中性点击穿保护无需重新整定，方法简单。另外，加入配套储能装置，大幅减少光伏输出功率的损失。
如图1所示为本发明的场景电路示意图，输电路线路全长正序阻抗表征为图中α表示故障发生处，将线路全长分为和两段，
该方法具体包括如下步骤：
(1)光伏电源在接入点接入电网，接入点设置有并网逆变器(DC/AC)；获取电网的主变压器的运行方式、出厂参数和传输线路的阻抗参数，计算各序阻抗值；任意采样时刻，并网点电压传感器检测出三相并网电压UPCC，变压器中性点电压传感器检测出主变压器中性点电压同时通过锁相环锁定并网点相角θ，记录三相电压测量值U和三相电流测量值I；
(2)判断线电压是否成立：若成立，则说明电网未发生故障且主变压器中性点电压未发生击穿，判断光伏发电系统运行于状态1，进入步骤(6)；否则，进入步骤(3)；
(3)判断线电压是否成立：若成立，则判断光伏发电系统运行于状态3，进入步骤(4)；否则，判断光伏发电系统运行于状态2，进入步骤(5)；
(4)光伏发电系统离网运行，光伏电源为蓄电池组充电；
(5)将限定为取值为0.577pu；根据电压方程和电流方程计算出并网点修正相角Δθ的可选值，将并网点修正相角Δθ限定为可选值中绝对值最小的值Δθ'，进入步骤(6)；
(6)光伏发电系统转入状态0进行运行，并网逆变器控制采用电压外环、电流内环双环控制，将控制得到的电压期望值经载波比较，形成并网逆变器的触发信号。
所述状态0、状态1、状态2和状态3的运行过程分别为：
状态1：若则保持并网点相角θ不变，认为并网点修正角Δθ为零，并根据正常运行状态下光伏电源的输出额定功率计算光伏电源的给定输出电流IPCC∠(θ+Δθ)，转入状态0；
状态2：若则：
(21)将限定为取值为0.577pu的线电压；
(22)根据电流方程计算其中取取ES∠θ，为主变压器正序阻抗，为线路正序阻抗，即为光伏电源的给定输出电流IPCC∠(θ+Δθ)，据此得到并网点修正相角Δθ的可选值；
(23)将并网点修正相角Δθ限定为Δθ'，Δθ'取值为|Δθ|较小的Δθ，据此确定电压相角为|θ+Δθ'|；
(24)功率因数择优环节，将电压相角|θ+Δθ'|与arccos(0.9)作差：
①若差值小于0，则将并网点相角θ修正为|θ+Δθ'|，转入状态0；
②若差值大于0，则先将arccos(0.9)假定为并网点相角，根据电压方程计算取ES∠arccos(0.9)：若则将并网点相角θ修正为arccos(0.9)，重新计算转入状态0；若则转入状态3；
状态3：若说明电网中接入的光伏电源渗透率过高，以致主变压器中性点电压达到击穿电压，此时断开光伏电源与电网的连接，同时启动光伏电源与蓄电池组的连接，通过光伏电源对蓄电池组充电；
状态0：三相电压测量值U和三相电流测量值I经abc/αβ和αβ/dq变换后得到Ud、Uq、Id和Iq，给定输出电流IPCC∠(θ+Δθ)经abc/αβ和αβ/dq变换后得到和集合解耦控制方程得到并网逆变器所需的dq轴电压期望值和和作为SVPWM环节的输入信号，产生各功率器件的开关信号，实现并网逆变器的逆变功能；其中，Kp和Ki分别为比例系数和积分系数，ω为电网同步角速度，L为并网逆变器输出的滤波电感。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：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，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种高渗透光伏接入防主变中性点过压的方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)光伏电源在接入点接入电网，获取电网的主变压器的运行方式、出厂参数和传输线路的阻抗参数，计算各序阻抗值；当电网发生不对称故障时，并网点电压传感器检测出三相并网电压UPCC，变压器中性点电压传感器检测出主变压器中性点电压同时通过锁相环锁定并网点相角θ，记录三相电压测量值U和三相电流测量值I；
(2)判断是否成立：若成立，则说明电网未发生故障且主变压器中性点电压未发生击穿，计算电网正常运行时光伏电源的给定输出电流，进入步骤(6)；否则，进入步骤(3)；
(3)判断是否成立：若成立，则进入步骤(4)；否则，进入步骤(5)；
(4)光伏发电系统离网运行，光伏电源为蓄电池组充电；
(5)将限定为取值为0.577pu，根据电流方程计算此时光伏电源的给定输出电流和并网点修正相角Δθ的可选值，将并网点修正相角Δθ限定为可选值中绝对值最小的值Δθ′，进入步骤(6)；
(6)并网逆变器控制采用电压外环、电流内环双环控制，将控制得到的电压期望值经载波比较，形成并网逆变器的触发信号。
2.根据权利要求1所述的高渗透光伏接入防主变中性点过压的方法，其特征在于：所述步骤(5)中，根据限定后的网点修正相角Δθ进行功率因数择优选择，具体为：将电压相角|θ+Δθ′|与arccos(0.9)作差：
①若差值小于0，则将并网点相角θ修正为|θ+Δθ′|，进入步骤(6)；
②若差值大于0，则先将arccos(0.9)假定为并网点相角，根据电压方程计算 取ES∠arccos(0.9)，为主变压器正序阻抗，为线路正序阻抗，即为光伏电源的给定输出电流IPCC∠(θ+Δθ)：若则将并网点相角θ修正为arccos(0.9)，重新根据电流方程计算光伏电源的给定输出电流，进入步骤(6)；若则进入步骤(4)。
3.根据权利要求1所述的高渗透光伏接入防主变中性点过压的方法，其特征在于：时，光伏发电系统运行于状态1；时，光伏发电系统运行于状态2；时，光伏发电系统运行于状态3；将并网逆变器的控制过程记为状态0；所述状态0、状态1、状态2和状态3的运行过程分别为：
状态1：若则保持并网点相角θ不变，认为并网点修正角Δθ为零，并根据正常运行状态下光伏电源的输出额定功率计算光伏电源的给定输出电流IPCC∠(θ+Δθ)，转入状态0；
状态2：若则：
(21)将限定为取值为0.577pu的线电压；
(22)根据电流方程计算其中取 取ES∠θ，为主变压器正序阻抗，为线路正序阻抗，即为光伏电源的给定输出电流IPCC∠(θ+Δθ)，据此得到并网点修正相角Δθ的可选值；
(23)将并网点修正相角Δθ限定为Δθ′，Δθ′取值为|Δθ|较小的Δθ，据此确定电压相角为|θ+Δθ′|；
(24)功率因数择优环节，将电压相角|θ+Δθ′|与arccos(0.9)作差：
①若差值小于0，则将并网点相角θ修正为|θ+Δθ′|，转入状态0；
②若差值大于0，则先将arccos(0.9)假定为并网点相角，根据电压方程计算 取ES∠arccos(0.9)：若则将并网点相角θ修正为arccos(0.9)，重新计算转入状态0；若则转入状态3；
状态3：若说明电网中接入的光伏电源渗透率过高，以致主变压器中性点电压达到击穿电压，此时断开光伏电源与电网的连接，同时启动光伏电源与蓄电池组的连接，通过光伏电源对蓄电池组充电；
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