CN108663601A - 一种基于iidg的配电网故障电流管理方法 - Google Patents

一种基于iidg的配电网故障电流管理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于IIDG的配电网故障电流管理方法，包括：获取电网提供故障电流相位角、故障点电流相位角、电网提供故障电流幅值、IIDG提供故障电流幅值；计算IIDG输出电流相位角；获取并网点功率及并网点电压；根据并网点功率及并网点电压计算IIDG参考电流幅值；根据IIDG参考电流幅值和IIDG输出电流相位角计算参考电流实部和参考电流虚部；将参考电流实部和参考电流虚部转换至d‑q坐标系；根据d‑q坐标系下的参考电流获得PWM参考指令；根据PWM参考指令对故障电流进行控制。本发明实施例能够实现配电网的完全稳定运行。

Description

一种基于IIDG的配电网故障电流管理方法
技术领域
本发明涉及电网故障管理技术领域,具体地说是一种基于IIDG的配电网故障电流管理方法。
背景技术
逆变型分布式电源(Inverter Interfaced Distributed Generation，IIDG)并网后会改变传统电力系统网络的拓扑结构，使无源网络变为有源网络，使得配电网的网络结构复杂化。当线路发短路故障时，由于IIDG的接入，会对该IIDG下游的故障电流产生助增作用，该助增作用不被短路故障的类型及位置所影响。而且，IIDG的容量越大，对其下游的故障电流产生助增作用就越明显，包括下列情况：1、在IIDG的下游发生三相短路故障时，该IIDG上游的短路电流会随着IIDG的容量变化而变化，表现为随着其容量的增加先减小后增加，即当IIDG的容量较小时，会对该IIDG上游的故障电流产生减小作用，当IIDG的容量较大时，会对该IIDG上游的故障电流产生助增作用。2、当配电网发生相间(A相与B相)短路故障时，若此时IIDG输出的为有功功率，则会对IIDG上游A相电流产生减小作用，对B相电流产生变大作用；若此时IIDG输出的为无功功率，那么会对IIDG上游B相电流产生减小作用，对A相电流产生变大作用。当含有多个IIDG的配电网发生短路故障时，各个支路的短路电流的变化情况相当于多个IIDG分别单独作用时的短路电流叠加之和，会造成继电保护装置误动或者拒动，由于流过保护装置的故障电流的不确定性，会增加继电保护装整定值设定的难度。
现有的故障电流管理方法一般为在系统中加入故障电流限制器，降低IIDG输出电流幅值，从而降低IIDG电流对故障点电流的贡献，以降低继电保护整定难度。
然而，现有技术中，故障电流限制器造价较贵，会大大增加系统的成本，而且故障电流限制器的投切及动作情况会对系统的零序网络产生影响，影响零序电流保护的灵敏性，影响配电网的安全稳定运行。
发明内容
为克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于IIDG的配电网故障电流管理方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种基于IIDG的配电网故障电流管理方法，包括：
获取电网提供故障电流相位角、故障点电流相位角、电网提供故障电流幅值、IIDG提供故障电流幅值；
计算IIDG输出电流相位角；
获取并网点功率及并网点电压；
根据所述并网点功率及并网点电压计算IIDG参考电流幅值；
根据所述IIDG参考电流幅值和IIDG输出电流相位角计算参考电流实部和参考电流虚部；
将所述参考电流实部和参考电流虚部转换至d-q坐标系；
根据所述d-q坐标系下的参考电流获得PWM参考指令；
根据所述PWM参考指令对故障电流进行控制。
优选地，获取电网提供故障电流相位角和故障点电流相位角具体包括：
根据μPMU技术实时测量获取电网提供故障电流相位角和故障点电流相位角，
或，根据离线潮流计算获取电网提供故障电流相位角和故障点电流相位角。
优选地，所述计算IIDG输出电流相位角具体包括：
当所述电网提供故障电流相位角和故障点电流相位根据μPMU技术实时测量获取时，根据公式计算，其中，θIIDG为IIDG输出电流相位角，α为电网提供故障电流相位角和故障点电流相位角的夹角，θS为电网提供故障电流相位角，IIIDG为IIDG提供故障电流幅值，IS为电网提供故障电流幅值；
当所述电网提供故障电流相位角和故障点电流相位根据离线潮流计算获取时，根据公式计算，其中，θIIDG为IIDG输出电流相位角，θS为电网提供故障电流相位角，θf故障点电流相位角。
优选地，所述计算IIDG参考电流幅值具体包括：
根据公式计算，其中，Iref为IIDG参考电流幅值，Pref为并网点功率，UPPC为并网点电压。
优选地，所述计算参考电流实部和参考电流虚部具体包括：
根据公式Ir_ref＝Iref·cos(θIIDG)和Ii_ref＝Iref·sin(θIIDG)计算，其中，Ir_ref为参考电流实部，Ii_ref为参考电流虚部。
优选地，根据所述d-q坐标系下的参考电流获得PWM参考指令具体包括：
对所述d-q坐标系下的参考电流进行电流内环控制获得PWM参考指令。
本发明的有益效果是：本发明实施例利用电网故障电流与逆变型分布式电源故障电流的矢量关系，通过改变逆变器的相位使得逆变型分布式电源对短路点的故障电流贡献为零，不影响传统配电网中继电保护装置的正常运行，同时，通过d-q坐标系下的解耦控制，实现逆变型分布式电源有功功率与相位的解耦控制，既能保证正常运行状态下的有功功率输出，又能实现故障状态下的电流相位控制，能够实现配电网的完全稳定运行。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种基于IIDG的配电网故障电流管理方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的故障点电流与IIDG电流的相位关系示意图；
图3为本发明实施例提供的故障点电流与IIDG电流的近似控制相位关系示意图
图4为本发明实施例提供的故障点电流与IIDG电流的精确控制相位关系示意图；
图5为本发明实施例提供的故障点电流与IIDG电流的近似控制原理图；
图6为本发明实施例提供的故障点电流与IIDG电流的精确控制原理图。
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。
逆变器的输出有两个可控参数：电流幅值和电流相位角。降低逆变器输出电流的幅值固然可以达到降低其对故障点电流的贡献，然而为了将这个贡献降到近似于零，逆变器输出电流的幅值也应该降到一个非常小的值，此时的逆变器相当于退出运行，显然是不可行的，因而不可能通过控制逆变器电流幅值来降低其对故障点电流的贡献，因此，逆变器可用的可控参数只有输出电流的相位角。
参见图1，为本发明实施例提供的一种基于IIDG的配电网故障电流管理方法的流程示意图，如图1所示，本发明提供的配电网故障电流管理方法，包括：
S10：获取电网提供故障电流相位角、故障点电流相位角、电网提供故障电流幅值、IIDG提供故障电流幅值。
获取电网提供故障电流相位角和故障点电流相位角包括：根据μPMU技术实时测量获取电网提供故障电流相位角和故障点电流相位角，或，根据离线潮流计算获取电网提供故障电流相位角和故障点电流相位角。通过μPMU技术实时测量获取的电网提供故障电流相位角和故障点电流相位角精确，其对应的控制为精确控制，通过离线潮流计算获取的电网提供故障电流相位角和故障点电流相位角存在一定误差，属于近似控制。
S20：计算IIDG输出电流相位角。
根据电网提供故障电流相位角和故障点电流相位角获取的方法不同，对应的IIDG输出电流相位角计算方法也不同。
当所述电网提供故障电流相位角和故障点电流相位根据μPMU技术实时测量获取时，根据公式计算，其中，θIIDG为IIDG输出电流相位角，α为电网提供故障电流相位角和故障点电流相位角的夹角，θS为电网提供故障电流相位角，IIIDG为IIDG提供故障电流幅值，IS为电网提供故障电流幅值；
当所述电网提供故障电流相位角和故障点电流相位根据离线潮流计算获取时，根据公式计算，其中，θIIDG为IIDG输出电流相位角，θS为电网提供故障电流相位角，θf故障点电流相位角。
S30：获取并网点功率及并网点电压。
通过设置在并网点的电流互感器和电压互感器获取并网点电流和并网点电压，通过公式P并＝U并*I并 *计算并网点电流，其中，P并为并网点功率，U并为并网点电压，I并 *为并网点电流的共轭
S40：根据所述并网点功率及并网点电压计算IIDG参考电流幅值。
具体为：根据公式计算，其中，Iref为IIDG参考电流幅值，Pref为并网点功率，UPPC为并网点电压。
S50：根据所述IIDG参考电流幅值和IIDG输出电流相位角计算参考电流实部和参考电流虚部。
具体为：根据公式Ir_ref＝Iref·cos(θIIDG)和Ii_ref＝Iref·sin(θIIDG)计算，其中，Ir_ref为参考电流实部，Ii_ref为参考电流虚部。
S60：将所述参考电流实部和参考电流虚部转换至d-q坐标系。
将参考电流实部作为X轴分量得到Ix，将参考电流虚部作为Y轴分量得到Iy，根据公式求得d轴分量和q轴分量，其中，δ为d轴与x轴之间的夹角，可以通过锁相环测得。
S70：根据所述d-q坐标系下的参考电流获得PWM参考指令。
本发明中通过对所述d-q坐标系下的参考电流进行电流内环控制而获得PWM参考指令。
S80：根据所述PWM参考指令对故障电流进行控制。
具体的控制过程课参见相关资料，在此不再赘述。
参见图2，为本发明实施例提供的故障点电流与IIDG电流的相位关系示意图，如图2所示，假设IIDG的电流幅值恒定，那么它对故障点电流的贡献取决于它的相位角，当IIDG电流与电网提供电流同相时，故障点电流幅值最大。在不改变IIDG电流幅值的情况下，通过改变逆变器输出电流相位角θIIDG从而使故障点的电流幅值If等于电网提供故障电流幅值IS。
图2中，θS为电网提供故障电流相位角，θf为故障点电流相位角，IS为电网提供故障电流，If为故障点的电流，IIIDG为IIDG提供故障电流，If'为控制后的故障点电流，α为θS与θf的夹角；S为以IS幅值为半径的圆弧；IIIDG'和θIIDG为IIDG提供故障电流及其相位角边界条件值。
如图2所示，θIIDG为IIDG相位控制的边界条件，当故障发生时，通过控制IIDG电流相位变为θIIDG使其输出电流为图2中的IIIDG'，此时，故障点的电流相量末端位于圆弧S上，其幅值等于电网提供故障电流幅值，增大或减小θIIDG都会导致故障点电流幅值小于或大于电网提供故障电流幅值。IIDG输出电流相位大于θIIDG，则故障点电流幅值小于电网提供故障电流幅值，若IIDG输出电流相位小于θIIDG，则故障点电流幅值大于电网提供故障电流幅值。由于求解时采集电气量的不同，本发明提出了两种不同的方法，来求解θIIDG。
由图2可以得到θIIDG和电网提供故障电流相位角θS以及故障点电流相位角θf的数学关系。
参见图3，为本发明实施例提供的故障点电流与IIDG电流的近似控制相位关系示意图，如图3(a)所示，当IIDG接入电网后，故障点电流大于电网提供故障电流，通过将IIDG输出电流相位控制到图3(a)中的θIIDG后可以实现故障点的电流幅值和电网提供的故障电流幅值近似相等。图中If和圆弧S的交点即表示两者幅值相等。由于IIDG提供故障电流幅值远小于电网提供故障电流幅值，将IS末端与If和圆弧S的交点连接作为新的IIDG电流相量IIIDG'，此时，故障点电流末端位于圆弧S外，其幅值略大于电网提供的故障电流幅值，在求解θIIDG时，只需要测得θS与θf即可。
由图3(b)的等腰关系可得：
θS+α+θIIDG＝180° (1)
由式(1)、(2)可得各量相交的近似关系：
图3给出的是近似IIDG电流相位控制相位关系，进一步可以参见图4，为本发明实施例提供的故障点电流与IIDG电流的精确控制相位关系示意图，根据图4(a)所示的等腰三角形关系求解IIDG电流相位的精确公式。
由图4(b)的等腰三角形关系图可以求得IIDG电流相角的精确公式如下：
由上式可得系统只含一个IIDG时，其电流相角的精确表达式
此时的故障点电流的末端位于圆弧S上，其幅值等于电网提供故障电流幅值，由上述式(3)和式(5)求得角度即分别为逆变器需要输出电流近似相角和精确相位角。
本发明提出的故障电流管理方法同样适用于多个IIDG并入电网时的情况，在配电网发生短路故障时，可以将距离相近的IIDG按2～3个为一组采用统一的控制角度来分别控制。
参见图5，为本发明实施例提供的故障点电流与IIDG电流的近似控制原理图，图6为本发明实施例提供的故障点电流与IIDG电流的精确控制原理图。
本发明在多个IIDG并网时的控制方法原理图如下图5、图6所示，多IIDG电流相角的精确角度与单个IIDG的相角原理相同，同样是以2～3个IIDG作为一组采用相同的控制方法控制。通过图5、图6在d-q坐标系中分别可实现本发明的IIDG电流相角的近似控制和精确控制，图中，Pref为并网点功率；UPPC为并网点电压；Iref为IIDG输出电流幅值；Ir_ref和Ii_ref分别为参考电流实部和参考电流虚部；Id_ref和Iq_ref分别为参考电流d轴和q轴分量；Id和Iq分别为电网电流d轴和q轴分量；Pmd和Pmq分别为PWM参考指令。
本发明实施例利用电网故障电流与逆变型分布式电源故障电流的矢量关系，通过改变逆变器的相位使得逆变型分布式电源对短路点的故障电流贡献为零，不影响传统配电网中继电保护装置的正常运行，同时，通过d-q坐标系下的解耦控制，实现逆变型分布式电源有功功率与相位的解耦控制，既能保证正常运行状态下的有功功率输出，又能实现故障状态下的电流相位控制，能够实现配电网的完全稳定运行。
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 (6)

1.一种基于IIDG的配电网故障电流管理方法，其特征是，包括：
获取电网提供故障电流相位角、故障点电流相位角、电网提供故障电流幅值、IIDG提供故障电流幅值；
计算IIDG输出电流相位角；
获取并网点功率及并网点电压；
根据所述并网点功率及并网点电压计算IIDG参考电流幅值；
根据所述IIDG参考电流幅值和IIDG输出电流相位角计算参考电流实部和参考电流虚部；
将所述参考电流实部和参考电流虚部转换至d-q坐标系；
根据所述d-q坐标系下的参考电流获得PWM参考指令；
根据所述PWM参考指令对故障电流进行控制。
2.根据权利要求1所述的配电网故障电流管理方法，其特征是，获取电网提供故障电流相位角和故障点电流相位角具体包括：
根据μPMU技术实时测量获取电网提供故障电流相位角和故障点电流相位角，
或，根据离线潮流计算获取电网提供故障电流相位角和故障点电流相位角。
3.根据权利要求2所述的配电网故障电流管理方法，其特征是，所述计算IIDG输出电流相位角具体包括：
当所述电网提供故障电流相位角和故障点电流相位根据μPMU技术实时测量获取时，根据公式计算，其中，θIIDG为IIDG输出电流相位角，α为电网提供故障电流相位角和故障点电流相位角的夹角，θS为电网提供故障电流相位角，IIIDG为IIDG提供故障电流幅值，IS为电网提供故障电流幅值；
当所述电网提供故障电流相位角和故障点电流相位根据离线潮流计算获取时，根据公式计算，其中，θIIDG为IIDG输出电流相位角，θS为电网提供故障电流相位角，θf故障点电流相位角。
4.根据权利要求1所述的配电网故障电流管理方法，其特征是，所述计算IIDG参考电流幅值具体包括：
根据公式计算，其中，Iref为IIDG参考电流幅值，Pref为并网点功率，UPPC为并网点电压。
5.根据权利要求1所述的配电网故障电流管理方法，其特征是，所述计算参考电流实部和参考电流虚部具体包括：
根据公式Ir_ref＝Iref·cos(θIIDG)和Ii_ref＝Iref·sin(θIIDG)计算，其中，Ir_ref为参考电流实部，Ii_ref为参考电流虚部。
6.根据权利要求1所述的配电网故障电流管理方法，其特征是，根据所述d-q坐标系下的参考电流获得PWM参考指令具体包括：
对所述d-q坐标系下的参考电流进行电流内环控制获得PWM参考指令。
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