CN109560561B - 主动配电网三相不对称运行动态仿真方法、系统及存储介质 - Google Patents

主动配电网三相不对称运行动态仿真方法、系统及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种主动配电网三相不对称运行动态仿真方法、系统及存储介质，所述方法包括：采用三元组表示主动配电网三相负荷不对称度，并将三元组分解为对称元件模型和不对称元件模型；将预建立的光伏集群模型按照预设的接入方式接入主动配电网；根据分解获取的对称元件模型和不对称元件模型，按照预设仿真步长对主动配电网进行仿真，获取主动配电网三相不对称运行动态仿真曲线。本发明考虑了主动配电网的三相负荷不对称度，能够实现主动配电网三相不对称运行的动态仿真。

Description

主动配电网三相不对称运行动态仿真方法、系统及存储介质
技术领域
本发明涉及电网技术领域，尤其涉及一种主动配电网三相不对称运行动态仿真方法、系统及存储介质。
背景技术
随着主动配电网的发展，大量的分布式光伏接入电网，形成光伏集群。目前已有的主动配电网动态仿真程序大多都是以单相模型为基础，当分布式光伏集群单相接入电网或者三相接入导致主动配电网的三相负荷不对称运行时，传统的动态仿真程序无法实现主动配电网三相不对称运行的动态分析计算。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种主动配电网三相不对称运行动态仿真方法、系统及存储介质，能够实现三相不对称运行的动态仿真。
为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：
第一方面，本发明提供了一种主动配电网三相不对称运行动态仿真方法，所述方法包括如下步骤：
采用三元组表示主动配电网三相负荷不对称度，并将三元组分解为对称元件模型和不对称元件模型；
将预建立的光伏集群模型按照预设的接入方式接入主动配电网；
根据分解获取的对称元件模型和不对称元件模型，按照预设仿真步长对主动配电网进行仿真，获取主动配电网三相不对称运行动态仿真曲线。
第二方面，本发明提供了一种主动配电网三相不对称运行动态仿真系统，包括处理器及存储介质；
所述存储介质用于存储指令；
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行前述主动配电网三相不对称运行动态仿真方法的步骤。
第三方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现前述主动配电网三相不对称运行动态仿真方法的步骤。
综上，本发明提供的主动配电网三相不对称运行动态仿真方法、系统及存储介质，采用三元组表示主动配电网三相负荷不对称度，并将三元组分解为对称元件模型和不对称元件模型，考虑了主动配电网的三相负荷不对称度，能够实现主动配电网三相不对称运行的动态仿真。
附图说明
图1是根据本发明实施例提供的一种主动配电网三相不对称运行动态仿真方法的流程图；
图2是根据本发明实施例提供的一种光伏集群模型的结构示意图；
图3是根据本发明实施例提供的一种主动配电网的网络节点示意图；
图4是结合图3采用本发明实施例提供的动态仿真方法所获取的光伏集群出力动态仿真曲线图；
图5是结合图3采用本发明实施例提供的动态仿真方法所获取的节点82的电压仿真曲线图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，是本发明实施例提供的一种主动配电网三相不对称运行动态仿真方法，所述方法包括如下步骤：
步骤一：建立分布式光伏集群模型；
分布式光伏集群模型主要包括：光伏阵列、全桥功率变换器和控制电路，控制电路包括：外环控制器和内环控制器。光伏阵列的输入电压由直流升压电路的输出电压提供，光伏阵列的输出电流与输出功率与全桥功率变换器相连接，外环控制器采集主动配电网反馈的有功功率和无功功率，结合光伏阵列输出电压输出电流参考值至内环控制器，内环控制器根据主动配电网反馈电流、锁相角(图中θ)产生全桥功率转换器的SPWM门极控制信号。图2示出了一种光伏集群模型的结构示意图。
步骤二：采用三元组表示主动配电网三相负荷不对称度，并将三元组分解为对称元件模型和不对称元件模型；
三元组中各元素值的可以预先设定，用于表示三相负荷的不对称度。例如：三元组(1.0，1.2，0.8)表示光伏集群接入A、B、C三相电网，但三相之间存在不对称；三元组(0，0，1)表示光伏集群单独接入C相电网。
分解所述三元组的方法包括：
根据三元组中三个元素，采用公式(1)计算对称元件模型(d，d，d)中的元素值d：
Figure BDA0001931091410000031
式中：a,b,c可设定，分别表示三相负荷不对称度以及光伏集群接入电网的方式，例如：设定三元组(1.0，1.2，0.8)表示元件接入A、B、C三相电网，但三相之间存在不对称；三元组(0，0，1)表示元件单独接入C相电网。
根据对称元件模型中的元素值d虚构不对称元件模型，所述不对称元件模型为(a-d，b-d，c-d)。
步骤三：将所述光伏集群模型按照预设的接入方式接入主动配电网；
接入方式包括单相接入方式和三相接入方式。
步骤四：判断主动配电网是否发生故障；
当电网发生故障时，电力网络结构和参数都将发生变化，网络导纳矩阵也将发生变化，因此，本发明实施例考虑了故障发生支路，引入了故障判别步骤，分别针对发生故障和未发生故障两种情况进行仿真步长计算，能够获取更加准确的仿真结果。
步骤五：结合故障判别结果，按照仿真步长对主动配电网进行仿真，获取主动配电网三相不对称运行动态仿真曲线。
下面分别针对光伏集群模型接入主动配电网后，电网发生故障和未发生故障两种情况对仿真步骤做出详细描述。
在步骤五中，当主动配电网未发生故障时，仿真方法包括：
S511，已知电网正序导纳矩阵Y1、负序导纳矩阵Y2、零序导纳矩阵Y0，光伏集群各接入节点处的正序电压U1、负序电压U2、零序电压U3，将三序电压U1、U2、U3分别经Park逆变换获取相对应的三相电压Ua、Ub、Uc；
S512，根据所述正序电压U1，采用公式I1＝Y1U1，求解对称元件模型的注入电流I1；
S513，根据所述三相电压Ua、Ub、Uc求解不对称元件模型的三相注入电流Ia、Ib、Ic；
S514，采用Park变换将所述三相注入电流Ia、Ib、Ic变换为负序注入电流I2和零序注入电流I0；对于处于不连通零序网络的元件，零序注入电流I0强制为0。
S515，根据对称元件模型的注入电流I1、负序注入电流I2及零序注入电流I0，根据
Figure BDA0001931091410000051
计算接入节点处正序电压计算值
Figure BDA0001931091410000052
负序电压计算值
Figure BDA0001931091410000053
及零序电压计算值
Figure BDA0001931091410000054
其中，k表示迭代次数，k＝0,1,2…MAX，MAX为最大迭代次数。
S516，将光伏集群接入节点处的正序电压U1、负序电压U2、零序电压U3分别与正序电压计算值
Figure BDA0001931091410000055
负序电压计算值
Figure BDA0001931091410000056
及零序电压计算值
Figure BDA0001931091410000057
相比较，获取正序电压误差、负序电压误差和零序电压误差；
S517，若正序电压误差、负序电压误差和零序电压误差均不大于预设的电压收敛误差门限值，即
Figure BDA0001931091410000058
则结束本次步长迭代计算，进入下一步长计算，直至迭代次数达预设最大迭代次数。
当主动配电网发生故障时，故障元件所影响的局域电网将产生故障补偿电流，因此仿真方法包括：
S521，将光伏集群接入节点处的正序电压U1、负序电压U2、零序电压U3分别变换为相对应的三相电压Ua、Ub、Uc；
S522，根据所述正序电压U1，采用公式I1＝Y1U1，求解对称元件模型的注入电流I1；
S523，根据所述三相电压Ua、Ub、Uc求解不对称元件模型的三相注入电流Ia、Ib、Ic；
S524，采用Park变换将所述三相注入电流Ia、Ib、Ic变换为负序注入电流I2和零序注入电流I0；对于处于不连通零序网络的元件，零序注入电流I0强制为0。
S525，根据对称元件模型的注入电流I1，根据
Figure BDA0001931091410000059
计算接入节点处正序电压计算值
Figure BDA0001931091410000061
对于正序电压的求解方法包括：修改正序网络导纳矩阵，得到故障状态下的正序导纳矩阵，记为Y1c，根据Y1cU1＝I1,从而得到正序电压迭代计算值。
S526，将故障补偿负序电流计入所述负序注入电流I2中，计算接入节点处负序电压计算值；
计入故障补偿负序电流的方法包括：新的负序注入电流I2＝故障补偿负序电流+无故障时负序电流，利用新的叠加后的负序电流I2，根据Y2U2＝I2计算接入网络节点处的负序电压U2。
S527，将故障补偿零序电流计入所述零序注入电流中，计算接入节点处零序电压计算值；
S528，将光伏集群接入节点处的正序电压、负序电压、零序电压分别与正序电压计算值、负序电压计算值及零序电压计算值相比较，获取正序电压误差、负序电压误差和零序电压误差；
S529，若正序电压误差、负序电压误差和零序电压误差均不大于预设的电压收敛误差门限值，则结束本次步长迭代计算，进入下一步长计算，直至迭代次数达预设最大迭代次数。
应理解，对于虚构的不对称元件模型(a-d，b-d，c-d)，其相当于在同样的节点，增加了3个虚构的不对称元件，在隐式梯形积分环节，需要通过各相电压、求出各相注入电流。虚构的不对称元件，在求解注入电流时，不计入对称元件的并入电网正序导纳对角元的虚拟电抗。
大量不对称元件接入时，动态仿真程序的数值稳定性可能下降，因此，仿真过程中应保证主动配电网中主力机组和平衡机对称运行。
下面结合具体仿真实例来辅助说明本发明实施例提供的主动配电网三相不对称运行动态仿真方法的有益效果：
以安徽金寨县全军乡含有光伏并网的变配电网系统为例，如图3所示，该变配电网共有83个节点，在节点19、60、65、75、82处接入光伏集群，光伏集群采用等值的光伏集群模型表示。将上述5节点处的光伏集群分别命名为光伏集群1、光伏集群2、光伏集群3、光伏集群4、光伏集群5，三相负荷不对称度分别用三元组(1.2,0.2,0.2)、(0.1,1.15,0.15)、(0.1,0.15,1.15)、(1.12,1.05,1.15)、(1.08,1.02,1.01)表示，光伏集群接入电网的方式分别为A相接入、B相接入、C相接入、三相接入、三相接入，相关参数如表1所示：
表1：
接入节点位置 接入电网方式 三相负荷不对称度
光伏集群1 19 A相接入 (1.2,0.2,0.2)
光伏集群2 60 B相接入 (0.1,1.15,0.15)
光伏集群3 65 C相接入 (0.1,0.15,1.15)
光伏集群4 75 三相接入 (1.12,1.05,1.15)
光伏集群5 82 三相接入 (1.08,1.02,1.01)
以仿真时长100s，仿真步长0.01s，采用本发明实施例进行动态仿真，分别获取如图4所示的光伏出力动态仿真曲线图及如图5所示的节点82的电压仿真曲线图。根据仿真曲线图可知，根据本发明实施例提出的动态仿真方法得到的三相动态仿真结果处于合理的范围内，配电网三相电压标幺值均在正常运行值范围内，本发明实施例提供的动态仿真方法能够解决三相负荷不对称以及分布式光伏集群不对称接入电网造成的三相运行不对称性问题，克服了传统动态仿真方法中只考虑单相模型的不足。
本发明实施例还提供了一种主动配电网三相不对称运行动态仿真系统，该系统能够用于执行前述的主动配电网三相不对称运行动态仿真方法，包括：处理器及存储介质；
所述存储介质用于存储指令；
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行前述的主动配电网三相不对称运行动态仿真方法的步骤。
本发明实施例提供的主动配电网三相不对称运行动态仿真系统，采用三元组表示主动配电网三相负荷不对称度，并将三元组分解为对称元件模型和不对称元件模型；根据对称元件模型和不对称元件模型计算仿真步长，考虑了主动配电网的三相负荷不对称度，能够实现主动配电网三相不对称运行的动态仿真。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现前述的主动配电网三相不对称运行动态仿真方法的步骤。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
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，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.主动配电网三相不对称运行动态仿真方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
采用三元组表示主动配电网三相负荷不对称度，并将三元组分解为对称元件模型和不对称元件模型；
将预建立的光伏集群模型按照预设的接入方式接入主动配电网；
根据分解获取的对称元件模型和不对称元件模型，按照预设仿真步长对主动配电网进行仿真，获取主动配电网三相不对称运行动态仿真曲线；
分解所述三元组的方法包括：
根据三元组中三个元素，采用公式（1）计算对称元件模型(d，d，d)中的元素值d：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
(1)
式中：a、b、c是预设值，分别用于表示主动配电网三相负荷不对称度；
根据对称元件模型中的元素值d虚构不对称元件模型，所述不对称元件模型为（a-d，b-d，c-d）。
2.根据权利要求1所述的主动配电网三相不对称运行动态仿真方法，其特征在于，当光伏集群模型接入主动配电网后还应当判别主动配电网是否发生故障，结合故障判别结果进行仿真。
3.根据权利要求2所述的主动配电网三相不对称运行动态仿真方法，其特征在于，当主动配电网未发生故障时，仿真方法包括：
将光伏集群接入节点处的正序电压、负序电压、零序电压分别变换为相对应的三相电压；
根据所述正序电压求解对称元件模型的注入电流；
根据所述三相电压求解不对称元件模型的三相注入电流；
将所述三相注入电流变换为负序注入电流和零序注入电流；
根据对称元件模型的注入电流、负序注入电流及零序注入电流计算接入节点处正序电压计算值、负序电压计算值及零序电压计算值；
将光伏集群接入节点处的正序电压、负序电压、零序电压分别与正序电压计算值、负序电压计算值及零序电压计算值相比较，获取正序电压误差、负序电压误差和零序电压误差；
若正序电压误差、负序电压误差和零序电压误差均不大于预设的电压收敛误差门限值，则结束本次步长迭代计算，进入下一步长计算，直至迭代次数达预设最大迭代次数。
4.根据权利要求2所述的主动配电网三相不对称运行动态仿真方法，其特征在于，当主动配电网发生故障时，仿真方法包括：
将光伏集群接入节点处的正序电压、负序电压、零序电压分别变换为相对应的三相电压；
根据所述正序电压求解对称元件模型的注入电流；
根据所述三相电压求解不对称元件模型的三相注入电流；
将所述三相注入电流变换为负序注入电流和零序注入电流；
根据对称元件模型的注入电流计算接入节点处正序电压计算值；
将故障补偿负序电流计入所述负序注入电流中，计算接入节点处负序电压计算值；
将故障补偿零序电流计入所述零序注入电流中，计算接入节点处零序电压计算值；
将光伏集群接入节点处的正序电压、负序电压、零序电压分别与正序电压计算值、负序电压计算值及零序电压计算值相比较，获取正序电压误差、负序电压误差和零序电压误差；
若正序电压误差、负序电压误差和零序电压误差均不大于预设的电压收敛误差门限值，则结束本次步长迭代计算，进入下一步长计算，直至迭代次数达预设最大迭代次数。
5.根据权利要求3或4所述的主动配电网三相不对称运行动态仿真方法，其特征在于，对于处于不连通零序网络的元件，零序注入电流置0。
6.根据权利要求1所述的主动配电网三相不对称运行动态仿真方法，其特征在于，所述接入方式包括：单相接入方式和三相接入方式。
7.根据权利要求1所述的主动配电网三相不对称运行动态仿真方法，其特征在于，仿真过程中应保证主动配电网中主力机组和平衡机对称运行。
8.主动配电网三相不对称运行动态仿真系统，包括处理器及存储介质；其特征在于，
所述存储介质用于存储指令；
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据权利要求1~7任一项所述方法的步骤。
9.计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1~7任一项所述方法的步骤。
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