CN108808665A - 一种逆变型分布式电源并网暂态稳定性的判断方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及逆变型分布式电源稳定性判断技术领域，具体涉及一种逆变型分布式电源并网暂态稳定性的判断方法，具体步骤包括建立逆变型分布式电源的下垂控制模型、并网模型，输入暂态事件信息并在暂态事件后更新暂态事件信息，根据判据判断逆变型分布式电源并网系统的稳定性。本发明通过建立逆变型分布式电源的下垂控制模型和并网模型，能够实现对逆变型分布式电源暂态事件后稳定与否进行快速判别，同时能够有效分析影响并网逆变型分布式电源的稳定性因素，为系统在线判断逆变型分布式电源暂态稳定性提供基础，为实现系统暂态稳定运行提供了技术支撑。

Description

一种逆变型分布式电源并网暂态稳定性的判断方法

技术领域

本发明涉及逆变型分布式电源稳定性判断技术领域，具体涉及一种逆变型分布式电源并网暂态稳定性的判断方法。

背景技术

为了完善电网结构，增强电网在平面化方向上的供电能力，分布式电源被大量地接入配电网中，形成了各种以分布式发电为主的技术发展。分布式电源的功能是利用本地的分布式能源，依托就近供电、用电的原则，为规模化、集中式电源的供电提供了远端的有效补充。当分布式电源被大范围地接入中低压配电网时，风能、光能等可再生能源的波动性与随机性将加剧配电系统的电压、频率波动，同时由于分布式电源容量小、惯性低，配电网络的稳定性能也需要增强。

逆变型分布式电源的基本功能是向负荷和电网提供稳定可靠的电能。然而，逆变型电源本身的非线性，使得依托于逆变型分布式发电技术的电网的谐波、电压波动、短路电流等暂态稳定负面影响凸显；同时，由于风能、太阳能等分布式发电系统易受自然条件影响，其电能输出具有波动性和间歇性，导致含逆变型分布式电源的配电网的暂态稳定性问题日趋严重。

目前，逆变型分布式电源暂态稳定分析大多采用数字仿真的手段进行定性分析，利用稳定性理论对逆变型分布式电源暂态稳定性分析是将分布的电力电子接口控制器通过电路网络方程相联立构成，并建立基于微源逆变器接口的稳定性模型，通过稳定性理论对系统的稳定性进行判别。然而，目前的稳定性理论在模型建立上较为复杂，在逆变型分布式电源的运行状态发生迅速变化时，该类方法难以实现对逆变型分布式电源稳定性的快速判断。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种逆变型分布式电源并网暂态稳定性的判断方法，具体技术方案如下：

一种逆变型分布式电源并网暂态稳定性的判断方法包括以下步骤：

(1)建立逆变型分布式电源的下垂控制模型；

(2)建立逆变型分布式电源的并网模型，求取逆变型分布式电源的输出特性方程；

(3)输入逆变型分布式电源并网系统的参数，参数如表1所示：

表1逆变型分布式电源并网系统各项输入参数

(4)输入逆变型分布式电源并网系统暂态事件信息，所述暂态事件信息包括短路故障和负荷突增/突卸、电网电压波动；

1)若暂态事件为短路故障，则输入信息包括：故障发生事件、故障发生点位置、故障持续事件、故障类型以及短路电阻；

2)若暂态事件为负荷突增/突卸，则输入信息包括：负荷突变时间、负荷突增量/突卸量；

3)若暂态事件为电网电压波动，则输入信息包括：电网电压波动开始时间、电网电压波动结束事件、电网电压波动大小；

(5)暂态事件结束后，对逆变型分布式电源并网系统进行更新信息；

1)若暂态事件为短路故障，则更新信息为：逆变型分布式电源与大电网间的电缆连接结构，电缆阻抗Z与γ；

2)若暂态事件为负荷突增/突卸，则更新信息包括：逆变型分布式电源本地负荷P_nL；

3)若暂态事件为电网电压波动，则更新信息包括：电网电压波动结束后电网电压大小U；

(6)同时，输入暂态事件结束后逆变型分布式电源的输出电压V；

(7)根据以上更新的信息，依据以下不等式进行暂态稳定性判断：

若能够满足公式①，则逆变型分布式电源并网系统稳定；若不能，则逆变型分布式电源并网系统不稳定。

进一步，所述建立逆变型分布式电源的下垂控制模型包括以下步骤：

(1)输入逆变型分布式电源的下垂控制参数m_P、m_Q；

(2)输入逆变型分布式电源的额定有功功率P_n与额定无功功率Q_n；

(3)建立下垂控制方程：

其中，ω与V分别是逆变型分布式电源的输出角频率与输出电压，ω_n与V_n分别是逆变型分布式电源的额定角频率与额定电压；P_o与Q_o分别是逆变型分布式电源的输出有功功率与无功功率，P_n与Q_n分别是逆变型分布式电源的额定有功功率与额定无功功率；m_P与m_Q分别是下垂控制器的下垂有功系数与下垂无功系数。

进一步，所述m_P与m_Q为正值。

进一步，所述逆变型分布式电源的并网模型包括本地负荷、无穷大电网、逆变型分布式电源与电网间的连接电缆；

所述本地负荷的表达公式为：

其中，P_L与Q_L分别是本地负荷消耗的有功功率与无功功率，P_nL与Q_nL分别是本地负荷的额定消耗有功功率与无功功率；V是逆变型分布式电源的输出电压；V_n是逆变型分布式电源的额定电压；

所述无穷大电网是一个阻抗为0的无穷大的电压源，其电网电压为U，频率为ω_g；

所述逆变型分布式电源与电网间的连接电缆包括两部分电缆，具体为1)电网与逆变型分布式电源出口母线直接相连的电缆；2)电网与逆变型分布式电源的本地负荷相连的电缆；两部分电缆的电气距离相等，电缆阻抗为Z∠γ，其中Z与γ分别是馈线阻抗的大小与阻抗角；

输入以上本地负荷、无穷大电网、与电网间的连接电缆的数据，可得到逆变型分布式电源的输出特性方程：

其中，P_o与Q_o分别是逆变型分布式电源的输出有功功率与无功功率，δ为逆变型分布式电源功角。

本发明的有益效果为：

本发明提供了一种逆变型分布式电源并网暂态稳定性的判断方法，通过建立逆变型分布式电源的下垂控制模型和并网模型，能够实现对逆变型分布式电源暂态事件后稳定与否进行快速判别，同时能够有效分析影响并网逆变型分布式电源的稳定性因素，为系统在线判断逆变型分布式电源暂态稳定性提供基础，为实现系统暂态稳定运行提供了技术支撑。

附图说明

图1为本发明的流程示意图；

图2为逆变型分布式电源的下垂控制特性图；

图3为逆变型分布式电源的并网系统结构示意图。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明：

如图1所示，一种逆变型分布式电源并网暂态稳定性的判断方法包括以下步骤：

1、建立逆变型分布式电源的下垂控制模型，如图2所示，具体包括以下步骤：

(1)输入逆变型分布式电源的下垂控制参数m_P、m_Q；

(2)输入逆变型分布式电源的额定有功功率P_n与额定无功功率Q_n；

(3)建立下垂控制方程：

其中，ω与V分别是逆变型分布式电源的输出角频率与输出电压，ω_n与V_n分别是逆变型分布式电源的额定角频率与额定电压；P_o与Q_o分别是逆变型分布式电源的输出有功功率与无功功率，P_n与Q_n分别是逆变型分布式电源的额定有功功率与额定无功功率；m_P与m_Q分别是下垂控制器的下垂有功系数与下垂无功系数，m_P与m_Q通常为为正值。在检测到有功功率/无功功率小于/大于额定值时，通过增加/减小逆变型分布式电源的角频率/电压，可以实现功率的调节。

2、建立逆变型分布式电源的并网模型，如图3所示，求取逆变型分布式电源的输出特性方程；逆变型分布式电源的并网模型包括本地负荷、无穷大电网、逆变型分布式电源与电网间的连接电缆；

(1)本地负荷由与逆变型分布式电源电气距离短的负荷构成，由于它们与逆变型分布式电源的电气距离短，因此它们之间的连接电缆阻抗可以忽略，本地负荷的表达公式为：

其中，P_L与Q_L分别是本地负荷消耗的有功功率与无功功率，P_nL与Q_nL分别是本地负荷的额定消耗有功功率与无功功率；V是逆变型分布式电源的输出电压；V_n是逆变型分布式电源的额定电压；

(2)无穷大电网可以认为是一个阻抗为0的无穷大的电压源，其电网电压为U，频率为ω_g；

(3)逆变型分布式电源与电网间的连接电缆包括两部分电缆，具体为：

1)电网与逆变型分布式电源出口母线直接相连的电缆；

2)电网与逆变型分布式电源的本地负荷相连的电缆；

两部分电缆的电气距离相等，电缆阻抗为Z∠γ，其中Z与γ分别是馈线阻抗的大小与阻抗角。

(4)输入以上本地负荷、无穷大电网、与电网间的连接电缆的数据，可得到逆变型分布式电源的输出特性方程：

其中，P_o与Q_o分别是逆变型分布式电源的输出有功功率与无功功率，δ为逆变型分布式电源功角。

3、输入逆变型分布式电源并网系统的参数，参数如表1所示：

表1逆变型分布式电源并网系统各项输入参数

4、输入逆变型分布式电源并网系统暂态事件信息，暂态事件信息包括短路故障和负荷突增/突卸、电网电压波动；

(1)若暂态事件为短路故障，则输入信息包括：故障发生事件、故障发生点位置、故障持续事件、故障类型以及短路电阻；

(2)若暂态事件为负荷突增/突卸，则输入信息包括：负荷突变时间、负荷突增量/突卸量；

(3)若暂态事件为电网电压波动，则输入信息包括：电网电压波动开始时间、电网电压波动结束事件、电网电压波动大小；

5、暂态事件结束后，对逆变型分布式电源并网系统进行更新信息；

(1)若暂态事件为短路故障，则更新信息为：逆变型分布式电源与大电网间的电缆连接结构，电缆阻抗Z与γ；

(2)若暂态事件为负荷突增/突卸，则更新信息包括：逆变型分布式电源本地负荷P_nL；

(3)若暂态事件为电网电压波动，则更新信息包括：电网电压波动结束后电网电压大小U；

6、同时，输入暂态事件结束后逆变型分布式电源的输出电压V；

7、根据以上更新的信息，依据以下不等式进行暂态稳定性判断：

若能够满足公式①，则逆变型分布式电源并网系统稳定；若不能，则逆变型分布式电源并网系统不稳定。

本发明不局限于以上所述的具体实施方式，以上所述仅为本发明的较佳实施案例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种逆变型分布式电源并网暂态稳定性的判断方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)建立逆变型分布式电源的下垂控制模型；

(2)建立逆变型分布式电源的并网模型，求取逆变型分布式电源的输出特性方程；

(3)输入逆变型分布式电源并网系统的参数，参数如表1所示：

表1逆变型分布式电源并网系统各项输入参数

(4)输入逆变型分布式电源并网系统暂态事件信息，所述暂态事件信息包括短路故障和负荷突增/突卸、电网电压波动；

1)若暂态事件为短路故障，则输入信息包括：故障发生事件、故障发生点位置、故障持续事件、故障类型以及短路电阻；

2)若暂态事件为负荷突增/突卸，则输入信息包括：负荷突变时间、负荷突增量/突卸量；

3)若暂态事件为电网电压波动，则输入信息包括：电网电压波动开始时间、电网电压波动结束事件、电网电压波动大小；

(5)暂态事件结束后，对逆变型分布式电源并网系统进行更新信息；

1)若暂态事件为短路故障，则更新信息为：逆变型分布式电源与大电网间的电缆连接结构，电缆阻抗Z与γ；

2)若暂态事件为负荷突增/突卸，则更新信息包括：逆变型分布式电源本地负荷P_nL；

3)若暂态事件为电网电压波动，则更新信息包括：电网电压波动结束后电网电压大小U；

(6)同时，输入暂态事件结束后逆变型分布式电源的输出电压V；

(7)根据以上更新的信息，依据以下不等式进行暂态稳定性判断：

若能够满足公式①，则逆变型分布式电源并网系统稳定；若不能，则逆变型分布式电源并网系统不稳定。

2.根据权利要求1所述的一种逆变型分布式电源并网暂态稳定性的判断方法，其特征在于：

所述建立逆变型分布式电源的下垂控制模型包括以下步骤：

(1)输入逆变型分布式电源的下垂控制参数m_P、m_Q；

(2)输入逆变型分布式电源的额定有功功率P_n与额定无功功率Q_n；

(3)建立下垂控制方程：

其中，ω与V分别是逆变型分布式电源的输出角频率与输出电压，ω_n与V_n分别是逆变型分布式电源的额定角频率与额定电压；P_o与Q_o分别是逆变型分布式电源的输出有功功率与无功功率，P_n与Q_n分别是逆变型分布式电源的额定有功功率与额定无功功率；m_P与m_Q分别是下垂控制器的下垂有功系数与下垂无功系数。

3.根据权利要求2所述的一种逆变型分布式电源并网暂态稳定性的判断方法，其特征在于：所述m_P与m_Q为正值。

4.根据权利要求1所述的一种逆变型分布式电源并网暂态稳定性的判断方法，其特征在于：所述逆变型分布式电源的并网模型包括本地负荷、无穷大电网、逆变型分布式电源与电网间的连接电缆；

所述本地负荷的表达公式为：

其中，P_L与Q_L分别是本地负荷消耗的有功功率与无功功率，P_nL与Q_nL分别是本地负荷的额定消耗有功功率与无功功率；V是逆变型分布式电源的输出电压；V_n是逆变型分布式电源的额定电压；

所述无穷大电网是一个阻抗为0的无穷大的电压源，其电网电压为U，频率为ω_g；

所述逆变型分布式电源与电网间的连接电缆包括两部分电缆，具体为1)电网与逆变型分布式电源出口母线直接相连的电缆；2)电网与逆变型分布式电源的本地负荷相连的电缆；两部分电缆的电气距离相等，电缆阻抗为Z∠γ，其中Z与γ分别是馈线阻抗的大小与阻抗角；

输入以上本地负荷、无穷大电网、与电网间的连接电缆的数据，可得到逆变型分布式电源的输出特性方程：

其中，P_o与Q_o分别是逆变型分布式电源的输出有功功率与无功功率，δ为逆变型分布式电源功角。