CN111525567B - 一种光伏并网逆变器故障电流的计算方法和装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种光伏并网逆变器故障电流的计算方法和装置，用于解决现有故障分析方法对逆变器进行不同程度简化，很少基于逆变器本身的特性出发来分析电网故障电流，并以理想微源为条件进行分析，使得分析结果与实际情况相差较大的技术问题，方法包括：获取电网发生故障时的光伏并网系统逆变器输出的有功功率，故障包括对称短路故障和不对称短路故障；确定光伏并网系统的功率传输关系式和电压电流环控制策略，基于光伏并网系统逆变器输出的有功功率、光伏并网系统的功率传输关系式和电压电流环控制策略计算逆变器故障电流，逆变器故障电流包括电网发生对称短路故障下的逆变器故障电流和电网发生不对称短路故障下的逆变器故障电流。

Description

一种光伏并网逆变器故障电流的计算方法和装置

技术领域

本申请涉及电力系统故障分析技术领域，尤其涉及一种光伏并网逆变器故障电流的计算方法和装置。

背景技术

随着石化能源的不断枯竭，开发利用可再生清洁能源实现可持续发展是目前完成的最大任务之一。基于电力电子技术的不断进步，微电网的概念应运而生，微电网作为一个能实现自我控制和管理的自治系统，在提高用户供电可靠性的同时，可有效消纳间歇和分布式可再生能源发电的出力。微电网中通常采用逆变器等电力电子设备作为分布式能源的接口，对于可再生能源高渗透的微电网系统动态特性主要由可再生能源本身和逆变器所采用的控制方案决定。太阳能光伏发电除具有绿色能源本身的优点外，还因其光伏模块扩容方便、可光伏建筑集成进而节省土地占用面积、发电过程无机械传动部分而维护量小等优点，应用广泛。光伏并网系统主要采用功率控制型逆变器，依靠电流进行控制，能够实现系统的最大功率跟踪，最大限度地利用微电网直流侧的能量。

在实际的电力系统中，经常会出现电网故障的情况，包括三相电压对称跌落以及单相电压跌落，故障期间会造成逆变器过电流、直流侧过电压等情况，导致开关器件闭锁甚至损坏，对微电网的正常运行产生极大威胁；此外，在故障期间，考虑微源的光伏并网功率控制逆变器的响应特性与理想微源的功率控制逆变器有很大不同，直流侧电压以及逆变器输出功率会出现较大的二倍频波动，严重影响器件的安全正常运行。

现有的故障分析方法，大多侧重于电力系统层面，对逆变器进行了不同程度的简化以便于进行潮流计算，很少基于逆变器本身的特性出发来分析电网故障电流，并且现有故障分析方法考虑的情况都是理想微源，特别是以恒功率控制为控制策略的逆变器，在电网发生短路故障后，假设恒功率控制型逆变器故障前后输出功率不变，逆变器内电势三相对称，而这一假设不符合实际情况，分析得到的结果与实际情况相差较大。

发明内容

本申请提供了一种光伏并网逆变器故障电流的计算方法和装置，用于解决现有故障分析方法对逆变器进行不同程度简化，很少基于逆变器本身的特性出发来分析电网故障电流，并以理想微源为条件进行分析，使得分析结果与实际情况相差较大的技术问题。

有鉴于此，本申请第一方面提供了一种光伏并网逆变器故障电流的计算方法，包括：

获取电网发生故障时的光伏并网系统逆变器输出的有功功率，所述故障包括对称短路故障和不对称短路故障；

确定所述光伏并网系统的功率传输关系式和电压电流环控制策略，基于所述光伏并网系统逆变器输出的有功功率、所述光伏并网系统的功率传输关系式和电压电流环控制策略计算逆变器故障电流，所述逆变器故障电流包括电网发生对称短路故障下的逆变器故障电流和电网发生不对称短路故障下的逆变器故障电流。

可选的，所述基于所述光伏并网系统逆变器输出的有功功率、所述光伏并网系统的功率传输关系式和电压电流环控制策略计算逆变器故障电流，包括：

将所述光伏并网系统逆变器输出的有功功率代入到所述功率传输关系式，得到第一电路方程；

在所述第一电路方程和基于dq解耦后得到的第二电路方程的基础上，分别联立所述电压电流环控制策略，对联立后得到的电路方程分别求二阶导数，得到有功电流的第一二阶微分方程和第二二阶微分方程；

对所述有功电流的第一二阶微分方程和第二二阶微分方程分别进行求解，得到逆变器故障电流的d轴电流和q轴电流；

对所述逆变器故障电流的d轴电流和q轴电流进行PARK反变换得到所述逆变器故障电流。

可选的，所述光伏并网系统的功率传输关系式为：

p_in-p_dc＝p_g；

其中，p_in为光伏微源产生的功率，p_g为光伏并网系统逆变器输出的有功功率，p_dc为直流电容的功率。

可选的，所述电压电流环控制策略的公式为：

其中，u_dc、

分别为逆变器直流侧电容电压实际值和给定值，i_gd、i_gq分别为逆变器d轴电流和q轴电流，i_gdref、i_gqref分别为逆变器d轴电流和q轴电流的参考值，V_d、V_q分别为d轴调制电压、q轴调制电压，ω_g为滤波角频率，L_f为滤波电感，u_gd为电网电压的d轴分量，u_gq为电网电压的q轴分量，k_up、k_ui、k_ip、k_ii分别为PI控制器的控制参数。

可选的，所述逆变器故障电流为：

其中，

为逆变器故障电流，i_gd、i_gq分别为逆变器d轴电流和q轴电流。

本申请第二方面提供了一种光伏并网逆变器故障电流的计算装置，包括：

获取模块，用于获取电网发生故障时的光伏并网系统逆变器输出的有功功率，所述故障包括对称短路故障和不对称短路故障；

计算模块，用于确定所述光伏并网系统的功率传输关系式和电压电流环控制策略，基于所述光伏并网系统逆变器输出的有功功率、所述光伏并网系统的功率传输关系式和电压电流环控制策略计算逆变器故障电流，所述逆变器故障电流包括电网发生对称短路故障下的逆变器故障电流和电网发生不对称短路故障下的逆变器故障电流。

可选的，所述计算模块具体用于：

确定所述光伏并网系统的功率传输关系式和电压电流环控制策略；

将所述光伏并网系统逆变器输出的有功功率代入到所述功率传输关系式，得到第一电路方程；

在所述第一电路方程和基于dq解耦后得到的第二电路方程的基础上，分别联立所述电压电流环控制策略，对联立后得到的电路方程分别求二阶导数，得到有功电流的第一二阶微分方程和第二二阶微分方程；

对所述有功电流的第一二阶微分方程和第二二阶微分方程分别进行求解，得到逆变器故障电流的d轴电流和q轴电流；

对所述逆变器故障电流的d轴电流和q轴电流进行PARK反变换得到所述逆变器故障电流。

可选的，所述光伏并网系统的功率传输关系式为：

p_in-p_dc＝p_g；

其中，p_in为光伏微源产生的功率，p_g为光伏并网系统逆变器输出的有功功率，p_dc为直流电容的功率。

可选的，所述电压电流环控制策略的公式为：

其中，u_dc、

分别为逆变器直流侧电容电压实际值和给定值，i_gd、i_gq分别为逆变器d轴电流和q轴电流，i_gdref、i_gqref分别为逆变器d轴电流和q轴电流的参考值，V_d、V_q分别为d轴调制电压、q轴调制电压，ω_g为滤波角频率，L_f为滤波电感，u_gd为电网电压的d轴分量，u_gq为电网电压的q轴分量，k_up、k_ui、k_ip、k_ii分别为PI控制器的控制参数。

可选的，所述逆变器故障电流为：

其中，

为逆变器故障电流，i_gd、i_gq分别为逆变器d轴电流和q轴电流。

从以上技术方案可以看出，本申请具有以下优点：

本申请提供了一种光伏并网逆变器故障电流的计算方法，包括：获取电网发生故障时的光伏并网系统逆变器输出的有功功率，故障包括对称短路故障和不对称短路故障；确定光伏并网系统的功率传输关系式和电压电流环控制策略，基于光伏并网系统逆变器输出的有功功率、光伏并网系统的功率传输关系式和电压电流环控制策略计算逆变器故障电流，逆变器故障电流包括电网发生对称短路故障下的逆变器故障电流和电网发生不对称短路故障下的逆变器故障电流。

本申请中的光伏并网逆变器故障电流的计算方法，从逆变器本身特性出发，在电网发生故障时，获取故障情况下的光伏并网系统逆变器输出的有功功率；基于获取的逆变器输出的有功功率、光伏并网系统的功率传输关系和电压电流环控制策略，计算逆变器故障电流，通过获取故障后逆变器输出的有功功率来计算逆变器故障电流，计算得到的故障电流更贴近与实际情况，精度更高；并且针对电网发生对称短路故障和不对称短路故障两种情况，分别获取两种故障情况下的逆变器输出有功功率，针对这两种逆变器输出功率分别计算电网发生对称短路故障下的逆变器故障电流和电网发生不对称短路故障下的逆变器故障电流，从而解决了现有故障分析方法对逆变器进行不同程度简化，很少基于逆变器本身的特性出发来分析电网故障电流，并以理想微源为条件进行分析，使得分析结果与实际情况相差较大的技术问题。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种光伏并网逆变器故障电流的计算方法的一个流程示意图；

图2为本申请实施例提供的一种光伏并网逆变器故障电流的计算装置的一个结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种直流侧为光伏发电的逆变器单机并网系统的电路拓扑及控制框图；

图4为本申请实施例提供的一种直流侧为光伏的电流控制逆变器等效数学模型的正序网络结构示意图；

图5为本申请实施例提供的一种直流侧为光伏的电流控制逆变器等效数学模型的负序网络结构示意图；

图6为本申请实施例提供的电网侧发生对称短路故障(系统过阻尼)逆变器输出电流和直流电压计算结果与仿真结果对比示意图；

图7为本申请实施例提供的电网侧发生对称短路故障(系统欠阻尼)逆变器输出电流和直流电压计算结果与仿真结果对比示意图；

图8为本申请实施例提供的电网侧发生不对称短路故障时逆变器输出电流和直流电压计算结果与仿真结果对比示意图；

图9为本申请实施例提供的电网侧发生不对称短路故障时逆变器输出功率计算结果与仿真结果对比示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

为了便于理解，请参阅图1，本申请提供的一种光伏并网逆变器故障电流的计算方法的一个实施例，包括：

步骤101、获取电网发生故障时的光伏并网系统逆变器输出的有功功率。

为了提高计算故障电流的精度，本申请从逆变器特性出发，获取电网发生故障下的光伏并网系统逆变器输出的有功功率，其中，故障包括对称短路故障和不对称短路故障。

步骤102、确定光伏并网系统的功率传输关系式和电压电流环控制策略，基于光伏并网系统逆变器输出的有功功率、光伏并网系统的功率传输关系式和电压电流环控制策略计算逆变器故障电流。

作为进一步地改进，计算逆变器故障电流具体过程可以为：

将光伏并网系统逆变器输出的有功功率代入到功率传输关系式，得到第一电路方程；

在第一电路方程和基于dq解耦后得到的第二电路方程的基础上，分别联立电压电流环控制策略，对联立后得到的电路方程分别求二阶导数，得到有功电流的第一二阶微分方程和第二二阶微分方程，具体的，在第一电路方程的基础上联立电压电流环控制策略，对联立后得到的电路方程求二阶导数得到有功电流的第一二阶微分方程；在基于dq解耦后得到的第二电路方程的基础上联立电压电流环控制策略，对联立后得到的电路方程求二阶导数得到有功电流的第二二阶微分方程；

对有功电流的第一二阶微分方程和第二二阶微分方程分别进行求解，得到逆变器故障电流的d轴电流和q轴电流；

对逆变器故障电流的d轴电流和q轴电流进行PARK反变换得到逆变器故障电流。其中，逆变器故障电流包括电网发生对称短路故障下的逆变器故障电流和电网发生不对称短路故障下的逆变器故障电流。

本申请实施例中的光伏并网逆变器故障电流的计算方法，从逆变器本身特性出发，在电网发生故障时，获取故障情况下的光伏并网系统逆变器输出的有功功率；基于获取的逆变器输出的有功功率、光伏并网系统的功率传输关系和电压电流环控制策略，计算逆变器故障电流，通过获取故障后逆变器输出的有功功率来计算逆变器故障电流，计算得到的故障电流更贴近与实际情况，精度更高；并且针对电网发生对称短路故障和不对称短路故障两种情况，分别获取两种故障情况下的逆变器输出有功功率，针对这两种逆变器输出功率分别计算电网发生对称短路故障下的逆变器故障电流和电网发生不对称短路故障下的逆变器故障电流，从而解决了现有故障分析方法对逆变器进行不同程度简化，很少基于逆变器本身的特性出发来分析电网故障电流，并以理想微源为条件进行分析，使得分析结果与实际情况相差较大的技术问题。

为了便于理解，请参阅图3至图9，本申请提供的一种光伏并网逆变器故障电流的计算方法的一个具体应用例，包括：

请参考图3提供的一种直流侧为光伏发电的逆变器单机并网系统的电路拓扑及控制框图，其中，L_f、C_f分别为逆变器滤波电感和滤波电容，Z_I为逆变器与公共耦合点(PCC点)间的线路阻抗，u_dc、

分别为逆变器直流侧电容电压实际值和给定值，p_in为光伏微源产生的功率，p_dc为直流电容的功率，U_pcc为并网连接点的电压，光伏系统的直流变换器采用MPPT控制方式，逆变器采用功率控制方式。

在电网发生故障时，由于微源惯性的作用，光伏系统的输出功率在短时间内无法突变，因此微源输入到直流侧的功率p_in可以视为恒定。电网故障或不故障情形下，图3所示的带光伏的功率控制逆变器单机系统均可以等效为一个并联滤波电容的受控电流源，如图4和图5所示，其中，滤波电容C_f由电路参数决定，通常为20μF，受控电流源

由功率传输特性和控制环决定，此时，可以建立微源为光伏的功率控制逆变器模型为：

上述功率控制逆变器模型并不是简单等效为一个恒定电流源，其电流源幅值和相角受系统功率传输特性、控制环节和网侧电压的影响，当电网发生短路故障时，逆变器输出瞬时功率增加，必然改变逆变器等效电流，而等效电流源电流值的改变将进一步影响逆变器输出功率，这一电流和功率之间的强耦合现象使得建立的功率控制逆变器模型比现有的将逆变器进行简单简化得到的逆变器模型更为精确。

光伏并网系统的功率传输关系可以描述为：

p_in-p_dc＝p_g (2)

其中，p_in为光伏微源产生的功率，p_g为光伏并网系统逆变器输出的有功功率，p_dc为直流电容的功率，

u_dc、

分别为逆变器直流侧电容电压实际值和给定值，C_dc为直流侧电容值。

网侧变流器采用直流电压外环和有功电流、无功电流内环组成的典型双环控制策略，即：

其中，u_dc、

分别为逆变器直流侧电容电压实际值和给定值，i_gd、i_gq分别为逆变器d轴电流和q轴电流，i_gdref、i_gqref分别为逆变器d轴电流和q轴电流的参考值，i_gdref由直流电压外环给出，i_gqref则根据并网系统相关低电压穿越的要求计算得出，V_d、V_q分别为网侧变流器控制系统生成的d轴调制电压、q轴调制电压，ω_g为滤波角频率，L_f为滤波电感，k_up、k_ui、k_ip、k_ii分别为PI控制器的控制参数。考虑直流侧的影响，在电网电压不变的情况下，通过引入直流电压反馈并通过PI调节器就可以实现直流电压u_dc的无静差控制，受控制器参数的影响，电流内环的响应速度特别快，即有功电流i_gd能够严格跟随其参考值i_gdref。

网侧逆变器采用电网电压矢量定向控制时，有u_gd＝u_s,u_gq＝0，u_s为电网电压，u_gd为电网电压的d轴分量，u_gq为电网电压的q轴分量。

1、电网发生对称短路故障下，网侧逆变器发出的有功功率、无功功率可以表示为：

p_g＝1.5u_gdi_gd,q_g＝-1.5u_gdi_gq (4)

将式(4)中的有功功率代入式(2)，得到第一电路方程：

其中，C_dc为直流侧电容值，联立公式(3)和公式(5)，并对得到的电路方程求二阶导数，得到关于有功电流的第一二阶微分方程：

对第一二阶微分方程进行简化，得到：

i″_gd+ak_upi'_gd+ak_uii_gd＝abk_ui (7)

故障前的电网电压d轴分量为u'_gd，对应的b'为故障前i_gd的稳态值，故障后电网电压d轴分量为u_gd，对应的b为故障后i_gd的稳态值，对于式(7)的二阶微分方程，其特征方程的

Δ与0的大小关系决定了式(7)的解的形式，Δ中包含控制系统的两个参数k_up和k_ui，系统控制参数的改变将得到不同的d轴电流暂态表达式，这是由解的不同形式所体现的，由于控制系统的比例参数会对系统的动态响应产生较大的影响，所以改变k_up即可改变Δ的大小。

1)当

时，特征方程有两个不同的实数根，对应的系统处于过阻尼状态，此时系统没有过流现象；

2)当

时，特征方程有一对共轭复根，对应的系统处于欠阻尼状态，此时系统出现了过流现象。

上述两种情况下，对应的d轴电流的表达式为：

其中，C₁、C₂为求解微分方程得到的两个常数，由系统故障前后的状态决定。

当电网发生故障时，光伏系统将相关标准重新给定i_q的参考值，即无功电流为i_gqref倍的阶跃响应。根据dq解耦后得到的第二电路方程：

联立式(3)和(10)，并对结果求二阶导数，可得到第二二阶微分方程：

对第二二阶微分方程进行简化，得到：

i″_gq+ai'_gq+bi_gq＝bi_gqref (12)

其中，Δ＝-4b+a²,

k_ip是q轴电流内环P参数，k_ii是q轴电流内环的I参数，实验发现，q轴阶跃响应跟踪很快，控制参数的变化对响应特性的影响相对较小，所以这里讨论Q轴电流是系统过阻尼的情况。对第二二阶微分方程式(12)进行求解，可得q轴电流：

其中，C₁、C₂为求解微分方程得到的两个常数，由系统故障前后的状态决定。

根据式(9)和式(13)的dq轴电流表达式，对其进行PARK反变换得到三相电流表达式，即电网发生对称短路故障下的逆变器故障电流：

2、电网发不对称短路故障下，并网逆变器输出的有功功率和无功功率分别为：

其中，Re(S)为复数S的实部，Im(S)为复数S的虚部。

逆变器在正转同步旋dq转坐标系中有：

其中，u_gdq、i_gdq分别为正转同步旋转dq坐标系中电网电压、电流。

联立式(15)和式(16)，可得：

其中，

电网发生不对称短路故障下，对其特性的分析主要集中在故障后的稳态阶段，由于光伏侧输入功率恒定，所以直流侧的注入功率和网侧功率相等，进而导致直流侧也产生功率、电压的二倍频波动，根据式(2)有：

不对称短路故障电流的方法可以沿用对称短路故障分析的方法，将式(17)中的并网逆变器输出的有功功率公式代入到式(20)，得到第一电路方程：

联立式(3)和式(21)，并对得到的电路方程求二阶导数，得到有功电流的第一二阶微分方程：

由于电网电压矢量定向在正序d轴，因此

和

均为0，则式(18)可以简化为：

其中，

和

可以通过正负序分解计算得到，并且由于q轴电流为给定值，所以

因此，式(23)中只有两个未知量

将式(23)代入式(22)，并将交流项和常数项分开，则有：

该方程一定有解，因此各项的系数为0，从而得到关于未知量

的二元一次方程组，解得：

则不对称短路故障下d轴电流的时域表达式为：

q轴电流的分析方法与对称短路故障的分析方法一致，此处不再赘述，因此根据式(26)和式(13)的dq轴电流表达式，对其进行PARK反变换即可得到三相电流的表达式，即电网发生不对称短路故障下的逆变器故障电流：

为了验证本申请实施的光伏并网逆变器故障电流的计算方法的准确性，本申请实施例根据图3在PSCAD/EMTDC中搭建了系统仿真模型。图6和图7分别显示了系统过阻尼和欠阻尼情况下电网侧发生对称短路故障逆变器输出电流和直流电压计算结果与仿真结果对比。图7显示了电网侧发生不对称短路故障时逆变器输出电流和直流电压计算结果与仿真结果对比。图9显示了电网侧发生不对称短路故障时逆变器输出功率计算结果与仿真结果对比。显然，计算结果与仿真结果基本一致。因此，本申请实施例中的光伏并网逆变器故障电流的计算方法具有重要的实际意义。

本申请实施例中的光伏并网逆变器故障电流的计算方法，在电网发生故障后，逆变器及其输出滤波系统可等效为并联输出滤波电容的受控电流源，该受控电流源的大小由微源输出功率和直流侧共同决定；当电网发生对称短路故障时，可以通过改变系统控制参数来得到过阻尼和欠阻尼两种系统状态，分别对应不同的全时间尺度电流表达式；当电网发生不对称短路故障时，通过瞬时功率以及微源和逆变器功率传输特性得到含二倍频波动的全时间尺度电流表达式，通过分析该故障电流式所描述的故障电流特性，可为考虑微源的功率控制逆变器的故障穿越策略提供指导，也可以为含考虑微源的功率控制并网逆变器的微电网继电保护整定提供指导；并且，目前大部分针对风机或光伏接入的微电网的故障分析都未考虑微源的逆变器特性，大多数以理想微源为条件进行分析，得到计算结果与实际情况相差较大，而本申请将微源自身特性以及逆变器自身在故障状态下的动态特性考虑在内，未将微源简单的视为理想状态，准确的还原了故障时逆变器的响应，精确描绘故障电流的故障特性。

为了便于理解，请参阅图2，本申请提供的一种光伏并网逆变器故障电流的计算装置的一个实施例，包括：

获取模块201，用于获取电网发生故障时的光伏并网系统逆变器输出的有功功率，故障包括对称短路故障和不对称短路故障；

计算模块202，用于确定光伏并网系统的功率传输关系式和电压电流环控制策略，基于光伏并网系统逆变器输出的有功功率、光伏并网系统的功率传输关系式和电压电流环控制策略计算逆变器故障电流，逆变器故障电流包括电网发生对称短路故障下的逆变器故障电流和电网发生不对称短路故障下的逆变器故障电流。

作为进一步地改进，计算模块202具体用于：

确定光伏并网系统的功率传输关系式和电压电流环控制策略；

将光伏并网系统逆变器输出的有功功率代入到功率传输关系式，得到第一电路方程；

在第一电路方程和基于dq解耦后得到的第二电路方程的基础上，分别联立电压电流环控制策略，对联立后得到的电路方程分别求二阶导数，得到有功电流的第一二阶微分方程和第二二阶微分方程；

对有功电流的第一二阶微分方程和第二二阶微分方程分别进行求解，得到逆变器故障电流的d轴电流和q轴电流；

对逆变器故障电流的d轴电流和q轴电流进行PARK反变换得到逆变器故障电流。

作为进一步地改进，光伏并网系统的功率传输关系式为：

p_in-p_dc＝p_g；

其中，p_in为光伏微源产生的功率，p_g为光伏并网系统逆变器输出的有功功率，p_dc为直流电容的功率。

作为进一步地改进，电压电流环控制策略的公式为：

其中，u_dc、

分别为逆变器直流侧电容电压实际值和给定值，i_gd、i_gq分别为逆变器d轴电流和q轴电流，i_gdref、i_gqref分别为逆变器d轴电流和q轴电流的参考值，V_d、V_q分别为d轴调制电压、q轴调制电压，ω_g为滤波角频率，L_f为滤波电感，u_gd为电网电压的d轴分量，u_gq为电网电压的q轴分量，k_up、k_ui、k_ip、k_ii分别为PI控制器的控制参数。

作为进一步地改进，逆变器故障电流为：

其中，

为逆变器故障电流，i_gd、i_gq分别为逆变器d轴电流和q轴电流。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种光伏并网逆变器故障电流的计算方法，其特征在于，包括：

获取电网发生故障时的光伏并网系统逆变器输出的有功功率，所述故障包括对称短路故障和不对称短路故障；

确定所述光伏并网系统的功率传输关系式和电压电流环控制策略，基于所述光伏并网系统逆变器输出的有功功率、所述光伏并网系统的功率传输关系式和电压电流环控制策略计算逆变器故障电流，所述逆变器故障电流包括电网发生对称短路故障下的逆变器故障电流和电网发生不对称短路故障下的逆变器故障电流，所述电压电流环控制策略的公式为：

其中，u_dc、

分别为逆变器直流侧电容电压实际值和给定值，i_gd、i_gq分别为逆变器d轴电流和q轴电流，i_gdref、i_gqref分别为逆变器d轴电流和q轴电流的参考值，V_d、V_q分别为d轴调制电压、q轴调制电压，ω_g为滤波角频率，L_f为滤波电感，u_gd为电网电压的d轴分量，u_gq为电网电压的q轴分量，k_up、k_ui、k_ip、k_ii分别为PI控制器的控制参数；

所述光伏并网系统的功率传输关系式为：

p_in-p_dc＝p_g；

其中，p_in为光伏微源产生的功率，p_g为光伏并网系统逆变器输出的有功功率，p_dc为直流电容的功率；

所述基于所述光伏并网系统逆变器输出的有功功率、所述光伏并网系统的功率传输关系式和电压电流环控制策略计算逆变器故障电流，包括：

将所述光伏并网系统逆变器输出的有功功率代入到所述功率传输关系式，得到第一电路方程；其中，对称短路故障下的所述第一电路方程为：

式中，C_dc为直流侧电容值；

在所述第一电路方程和基于dq解耦后得到的第二电路方程的基础上，分别联立所述电压电流环控制策略，对联立后得到的电路方程分别求二阶导数，得到有功电流的第一二阶微分方程和第二二阶微分方程；其中，对称短路故障下的所述第二电路方程为：

式中，R_f为滤波电阻；

对称短路故障下的所述第一二阶微分方程为：

对称短路故障下的所述第二二阶微分方程为：

对所述有功电流的第一二阶微分方程和第二二阶微分方程分别进行求解，得到逆变器故障电流的d轴电流和q轴电流；

对所述逆变器故障电流的d轴电流和q轴电流进行PARK反变换得到所述逆变器故障电流。

2.根据权利要求1所述的光伏并网逆变器故障电流的计算方法，其特征在于，所述逆变器故障电流为：

其中，

为逆变器故障电流，i_gd、i_gq分别为逆变器d轴电流和q轴电流。

3.一种光伏并网逆变器故障电流的计算装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取电网发生故障时的光伏并网系统逆变器输出的有功功率，所述故障包括对称短路故障和不对称短路故障；

计算模块，用于确定所述光伏并网系统的功率传输关系式和电压电流环控制策略，基于所述光伏并网系统逆变器输出的有功功率、所述光伏并网系统的功率传输关系式和电压电流环控制策略计算逆变器故障电流，所述逆变器故障电流包括电网发生对称短路故障下的逆变器故障电流和电网发生不对称短路故障下的逆变器故障电流；

所述计算模块具体用于：

确定所述光伏并网系统的功率传输关系式和电压电流环控制策略，所述电压电流环控制策略的公式为：

其中，u_dc、

分别为逆变器直流侧电容电压实际值和给定值，i_gd、i_gq分别为逆变器d轴电流和q轴电流，i_gdref、i_gqref分别为逆变器d轴电流和q轴电流的参考值，V_d、V_q分别为d轴调制电压、q轴调制电压，ω_g为滤波角频率，L_f为滤波电感，u_gd为电网电压的d轴分量，u_gq为电网电压的q轴分量，k_up、k_ui、k_ip、k_ii分别为PI控制器的控制参数；

所述光伏并网系统的功率传输关系式为：

p_in-p_dc＝p_g；

其中，p_in为光伏微源产生的功率，p_g为光伏并网系统逆变器输出的有功功率，p_dc为直流电容的功率；

将所述光伏并网系统逆变器输出的有功功率代入到所述功率传输关系式，得到第一电路方程，对称短路故障下的所述第一电路方程为：

式中，C_dc为直流侧电容值；

在所述第一电路方程和基于dq解耦后得到的第二电路方程的基础上，分别联立所述电压电流环控制策略，对联立后得到的电路方程分别求二阶导数，得到有功电流的第一二阶微分方程和第二二阶微分方程；其中，对称短路故障下的所述第二电路方程为：

式中，R_f为滤波电阻；

对称短路故障下的所述第一二阶微分方程为：

对称短路故障下的所述第二二阶微分方程为：

对所述有功电流的第一二阶微分方程和第二二阶微分方程分别进行求解，得到逆变器故障电流的d轴电流和q轴电流；

对所述逆变器故障电流的d轴电流和q轴电流进行PARK反变换得到所述逆变器故障电流。

4.根据权利要求3所述的光伏并网逆变器故障电流的计算装置，其特征在于，所述逆变器故障电流为：

其中，

为逆变器故障电流，i_gd、i_gq分别为逆变器d轴电流和q轴电流。

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