CN108512218A - 一种全功率变换型新能源稳态电流计算方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全功率变换型新能源稳态电流计算方法，所述方法包括：根据并网逆变器直流侧输入功率，建立稳态电流的电流计算公式；根据并网逆变器直流侧输入功率与并网逆变器交流侧功率相等的功率平衡关系等式，建立所述并网逆变器直流侧输入功率的功率计算公式；根据所述电流计算公式以及所述功率计算公式，获取所述稳态电流值。本发明技术方案满足大规模新能源并网的迫切需求，为含全功率变换型新能源电源电网保护整定值的计算提供了依据。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统技术领域，更具体地，涉及一种全功率变换型新能源稳态电流计算方法及系统。
背景技术
全功率变换型发电系统主要包括：(1)风力机；(2)永磁同步发电机；(3)菜距角控制单元；(4)并联变流器及其控制单元；(5)并网控制单元。其工作原理为，首先风轮从风中捕获风能，通过传动装置把风能转换为机械能，机械能通过永磁发电机后将转换为电能，该电能为频率、幅值均变化的交流电。将该交流电通过全功率变流器先整流成直流电，后又经逆变器变成三相恒幅且符合电网要求的高质量电能，最后该电能被送入电网。建模技术主要研究风机模型的非线性分析方法，使用分析模型，分析各种条件的动态特性，并验证设计能否满足要求。
现有技术由于采用了太阳能发电板、燃料电池、双馈/永磁发电机等新装备和具有快速调控能力的整流、逆变等电力电子器件，在一次电源输出约束、电力电子器件短路电流承受能力限制以及电源内部保护等的影响下，这些电源输出的短路电流通常很小，且其变化规律与传统同步发电机相比具有很大区别，将对保护的整定计算产生巨大的影响。以永磁直驱型风电机和光伏为代表的全功率变换型电源在我国电网尤其是区域电网中所占比例的持续增加，将使得所接电网故障电流特性将发生根本性改变，现有以传统同步电机为基础的故障分析计算模型及继电保护技术面临新挑战。
由于电网对称短路故障下，全功率变换型新能源电源并网处电压将迅速被改变，这将导致流过并网逆变器的电流快速增大。此情况下，由于并网逆变器控制回路作用，全功率变换型新能源电源故障电流将会经历一个暂态过渡过程。若并网处电压跌落较严重时，流过逆变器的电流将会超过其最大允许值，电流限幅环节将会限制该电流，同时直流卸荷电路将投入，这均将会影响全功率变换型新能源电源故障电流暂态变化及特性。然而，全功率变换型新能源电源故障电流暂态过程涉及交流电流等状态变量达到一定阀值后不同非线性控制回路间交替作用等，其变化规律复杂多变，无法直接通过数学表达式求解。
因此，需要一种技术，以实现对一种全功率变换型新能源稳态电流的计算。
发明内容
本发明提供了一种全功率变换型新能源稳态电流计算方法及系统，以解决如何对全功率变换型新能源稳态电流进行计算的问题。
为了解决上述问题，本发明提供了一种全功率变换型新能源稳态电流计算方法，所述方法包括：
根据并网逆变器直流侧输入功率，建立稳态电流的电流计算公式；
根据并网逆变器直流侧输入功率与并网逆变器交流侧功率相等的功率平衡关系等式，建立所述并网逆变器直流侧输入功率的功率计算公式；
根据所述电流计算公式以及所述功率计算公式，获取所述稳态电流值。
优选地，所述电流计算公式为：
式(1)中，γ为正序电压跌落系数，UN为并网逆变器交流侧额定电压，Pin为并网逆变器直流侧输入功率，为功率因数，为功率因数角，If为稳态电流。
优选地，所述功率计算公式为：
将新能源电源所接电网利用电压源E与阻抗ZG＝RG+jXG串联等值，得到：
式中，nT为全功率变换型新能源发电单元出口变压器的变比，V为并网变换器出口处电压，δ为矢量E与V的夹角，X＝XLCL+XT+XG，E为故障前并网电压幅值，X为系统总电抗，XT为变压器电抗值；XG为新能源电源所接入电网的等值电抗；XLCL为并网逆变器等值阻抗；Pg为并网逆变器交流侧功率；Pin为并网逆变器直流侧输入功率；RG为新能源电源所接入电网的等值电阻；ZG为新能源电源所接入电网的等值阻抗；j为虚数单位。
优选地，所述方法包括：
计算不同风速下的稳态电流。
优选地，将计算出的所述稳态电流值与试验数据进行比较，获取稳态电流值与试验数据的相对误差，通过所述相对误差，对所述稳态电流值的准确度进行确认。
基于本发明的另一方面，提供一种全功率变换型新能源稳态电流计算系统，所述系统包括：
第一建立单元，用于根据并网逆变器直流侧输入功率，建立稳态电流的电流计算公式；
第二建立单元，用于根据并网逆变器直流侧输入功率与并网逆变器交流侧功率相等的功率平衡关系等式，建立所述并网逆变器直流侧输入功率的功率计算公式；
计算单元，用于根据所述电流计算公式以及所述功率计算公式，获取所述稳态电流值。
优选地，所述电流计算公式为：
式(1)中，γ为正序电压跌落系数，UN为并网逆变器交流侧额定电压，Pin为并网逆变器直流侧输入功率，为功率因数，为功率因数角，If为稳态电流。
优选地，所述功率计算公式为：
将新能源电源所接电网利用电压源E与阻抗ZG＝RG+jXG串联等值，得到：
式中，nT为全功率变换型新能源发电单元出口变压器的变比，V为并网变换器出口处电压，δ为矢量E与V的夹角，X＝XLCL+XT+XG，E为故障前并网电压幅值，X为系统总电抗，XT为变压器电抗值；XG为新能源电源所接入电网的等值电抗；XLCL为并网逆变器等值阻抗；Pg为并网逆变器交流侧功率；Pin为并网逆变器直流侧输入功率；RG为新能源电源所接入电网的等值电阻；ZG为新能源电源所接入电网的等值阻抗；j为虚数单位。
优选地，所述系统还用于：
计算不同风速下的稳态电流。
优选地，所述系统还用于：
将计算出的所述稳态电流值与试验数据进行比较，获取稳态电流值与试验数据的相对误差，通过所述相对误差，对所述稳态电流值的准确度进行确认。
本发明技术方案提供的一种全功率变换型新能源稳态电流计算方法及系统，结合过去多年的新能源故障分析和保护技术研究基础，建立适用于继电保护整定计算的不同类型短路电流受限电源故障计算模型，本发明技术方案包括根据并网逆变器直流侧输入功率，建立稳态电流的电流计算公式，以及根据并网逆变器直流侧输入功率与并网逆变器交流侧功率相等的功率平衡关系等式，建立并网逆变器直流侧输入功率的功率计算公式。并通过电流计算公式以及功率计算公式，获取稳态电流值。本发明技术方案满足大规模新能源并网的迫切需求，为含全功率变换型新能源电源电网保护整定值的计算提供了依据。
附图说明
通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：
图1为根据本发明实施方式的一种全功率变换型新能源稳态电流计算方法流程图；
图2为根据本发明实施方式的送出线路故障下全功率变流型电源场站内各汇集线在风速不同时其短路电流变化曲线图；以及
图3为根据本发明实施方式的一种全功率变换型新能源稳态电流计算系统结构图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
图1为根据本发明实施方式的一种全功率变换型新能源稳态电流计算方法流程图。本发明实施方式建立了适用于继电保护整定计算的不同类型短路电流受限电源故障计算模型，本申请包括根据并网逆变器直流侧输入功率，建立稳态电流的电流计算公式，以及根据并网逆变器直流侧输入功率与并网逆变器交流侧功率相等的功率平衡关系等式，建立并网逆变器直流侧输入功率的功率计算公式。并通过电流计算公式以及功率计算公式，获取稳态电流值。如图1所示，一种全功率变换型新能源稳态电流计算方法，方法包括：
优选地，在步骤101：根据并网逆变器直流侧输入功率，建立稳态电流的电流计算公式。优选地，电流计算公式为：
式(1)中，γ为正序电压跌落系数，UN为并网逆变器交流侧额定电压，Pin为并网逆变器直流侧输入功率，为功率因数，为功率因数角，If为稳态电流。
优选地，在步骤102：根据并网逆变器直流侧输入功率与并网逆变器交流侧功率相等的功率平衡关系等式，建立并网逆变器直流侧输入功率的功率计算公式。
优选地，功率计算公式为：
将新能源电源所接电网利用电压源E与阻抗ZG＝RG+jXG串联等值，得到：
式中，nT为全功率变换型新能源发电单元出口变压器的变比，V为并网变换器出口处电压，δ为矢量E与V的夹角，X＝XLCL+XT+XG，E为故障前并网电压幅值，X为系统总电抗，XT为变压器电抗值；XG为新能源电源所接入电网的等值电抗；XLCL为并网逆变器等值阻抗；Pg为并网逆变器交流侧功率；Pin为并网逆变器直流侧输入功率；RG为新能源电源所接入电网的等值电阻；ZG为新能源电源所接入电网的等值阻抗；j为虚数单位。
优选地，在步骤103：根据电流计算公式以及功率计算公式，获取稳态电流值。
优选地，方法包括：计算不同风速下的稳态电流。本申请中对稳态电流的计算，能够用在风速为8m/s、风速为10m/s、风速为12m/s的风速条件下。
优选地，将计算出的稳态电流值与试验数据进行比较，获取稳态电流值与试验数据的相对误差，以对稳态电流值的准确度进行确认。本申请中，将计算出的稳态电流值与试验数据进行比较，获取稳态电流值与试验数据的相对误差，如果相对误差小于可接受的误差范围，则认为计算出的稳态电流值的准确度较高。
本申请以1.5MW全功率变流型电源组仿真模型为例，为验证所提对称稳态短路电流计算表达式的正确性。表1为机端发生三相接地短路故障时，不同风速下全功率变流型电源组馈出三相稳态电流理论计算值与试验值的对比结果。
不同风速下全功率变换型新能源电源馈出短路电流误差表
表1
由表1可知，不同风速下，全功率变流型电源组馈出稳态故障电流幅值的计算结果与试验结果基本一致。其中，风速为8m/s时，全功率变流型电源组输出电流幅值的最大相对误差为3.22％，其他情况下电流幅值相对误差均小于±2％，这上述全功率变流型电源组稳态短路电流表达式具有较高准确度。
本申请实施方式结合过去多年的新能源故障分析和保护技术研究基础，建立适用于继电保护整定计算的不同类型短路电流受限电源故障计算模型，满足大规模新能源并网的迫切需求，为含全功率变换型新能源电源电网保护整定值计算提供依据。
图3为根据本发明实施方式的一种全功率变换型新能源稳态电流计算系统结构图。如图3所示，一种全功率变换型新能源稳态电流计算系统，包括：
第一建立单元301，用于根据并网逆变器直流侧输入功率，建立稳态电流的电流计算公式。
优选地，电流计算公式为：
式(1)中，γ为正序电压跌落系数，UN为并网逆变器交流侧额定电压，Pin为并网逆变器直流侧输入功率，为功率因数，为功率因数角，If为稳态电流。
第二建立单元302，用于根据并网逆变器直流侧输入功率与并网逆变器交流侧功率相等的功率平衡关系等式，建立并网逆变器直流侧输入功率的功率计算公式。
优选地，功率计算公式为：
将新能源电源所接电网利用电压源E与阻抗ZG＝RG+jXG串联等值，得到：
式中，nT为全功率变换型新能源发电单元出口变压器的变比，V为并网变换器出口处电压，δ为矢量E与V的夹角，X＝XLCL+XT+XG，E为故障前并网电压幅值，X为系统总电抗，XT为变压器电抗值；XG为新能源电源所接入电网的等值电抗；XLCL为并网逆变器等值阻抗；Pg为并网逆变器交流侧功率；Pin为并网逆变器直流侧输入功率；RG为新能源电源所接入电网的等值电阻；ZG为新能源电源所接入电网的等值阻抗；j为虚数单位。
计算单元303，用于根据电流计算公式以及功率计算公式，获取稳态电流值。
优选地，系统还用于：计算不同风速下的稳态电流。本申请中对稳态电流的计算，能够用在风速为8m/s、风速为10m/s、风速为12m/s的风速条件下。
优选地，系统还用于：将计算出的稳态电流值与试验数据进行比较，获取稳态电流值与试验数据的相对误差，以对稳态电流值的准确度进行确认。本申请中，将计算出的稳态电流值与试验数据进行比较，获取稳态电流值与试验数据的相对误差，如果相对误差小于可接受的误差范围，则认为计算出的稳态电流值的准确度较高。
已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。
通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。
Claims (10)
1.一种全功率变换型新能源稳态电流计算方法，所述方法包括：
根据并网逆变器直流侧输入功率，建立稳态电流的电流计算公式；
根据并网逆变器直流侧输入功率与并网逆变器交流侧功率相等的功率平衡关系等式，建立所述并网逆变器直流侧输入功率的功率计算公式；
根据所述电流计算公式以及所述功率计算公式，获取所述稳态电流值。
2.根据权利要求1所述的方法，所述电流计算公式为：
式(1)中，γ为正序电压跌落系数，UN为并网逆变器交流侧额定电压，Pin为并网逆变器直流侧输入功率，为功率因数，为功率因数角，If为稳态电流。
3.根据权利要求1所述的方法，所述功率计算公式为：
将新能源电源所接电网利用电压源E与阻抗ZG＝RG+jXG串联等值，得到：
式中，nT为全功率变换型新能源发电单元出口变压器的变比，V为并网变换器出口处电压，δ为矢量E与V的夹角，X＝XLCL+XT+XG，E为故障前并网电压幅值，X为系统总电抗，XT为变压器电抗值；XG为新能源电源所接入电网的等值电抗；XLCL为并网逆变器等值阻抗；Pg为并网逆变器交流侧功率；Pin为并网逆变器直流侧输入功率；RG为新能源电源所接入电网的等值电阻；ZG为新能源电源所接入电网的等值阻抗；j为虚数单位。
4.根据权利要求1所述的方法，所述方法包括：
计算不同风速下的稳态电流。
5.根据权利要求1所述的方法，将计算出的所述稳态电流值与试验数据进行比较，获取稳态电流值与试验数据的相对误差，通过所述相对误差，对所述稳态电流值的准确度进行确认。
6.一种全功率变换型新能源稳态电流计算系统，所述系统包括：
第一建立单元，用于根据并网逆变器直流侧输入功率，建立稳态电流的电流计算公式；
第二建立单元，用于根据并网逆变器直流侧输入功率与并网逆变器交流侧功率相等的功率平衡关系等式，建立所述并网逆变器直流侧输入功率的功率计算公式；
计算单元，用于根据所述电流计算公式以及所述功率计算公式，获取所述稳态电流值。
7.根据权利要求6所述的系统，所述电流计算公式为：
式(1)中，γ为正序电压跌落系数，UN为并网逆变器交流侧额定电压，Pin为并网逆变器直流侧输入功率，为功率因数，为功率因数角，If为稳态电流。
8.根据权利要求6所述的系统，所述功率计算公式为：
将新能源电源所接电网利用电压源E与阻抗ZG＝RG+jXG串联等值，得到：
式中，nT为全功率变换型新能源发电单元出口变压器的变比，V为并网变换器出口处电压，δ为矢量E与V的夹角，X＝XLCL+XT+XG，E为故障前并网电压幅值，X为系统总电抗，XT为变压器电抗值；XG为新能源电源所接入电网的等值电抗；XLCL为并网逆变器等值阻抗；Pg为并网逆变器交流侧功率；Pin为并网逆变器直流侧输入功率；RG为新能源电源所接入电网的等值电阻；ZG为新能源电源所接入电网的等值阻抗；j为虚数单位。
9.根据权利要求6所述的系统，所述系统还用于：
计算不同风速下的稳态电流。
10.根据权利要求6所述的系统，所述系统还用于：
将计算出的所述稳态电流值与试验数据进行比较，获取稳态电流值与试验数据的相对误差，通过所述相对误差，对所述稳态电流值的准确度进行确认。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20180907 |