CN111541270B - 基于互联型多光伏并网电路及控制方法 - Google Patents

基于互联型多光伏并网电路及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于互联型多光伏并网电路及控制方法，该电路包括光伏及其并网逆变器、光伏自身并网开关管组件、故障吸能电阻、光伏间开关管组件和接入线路；光伏及其并网逆变器包括第一光伏及其第一并网逆变器、第二光伏及其第二并网逆变器，光伏自身并网开关管组件包括第一开关管和第二开关管，光伏间开关管组件包括第三开关管和第四开关管；并网逆变器通过光伏自身并网开关管组件接入电网，两光伏分别通过对应的光伏间开关管组件与故障吸能电阻两端连接。本发明减小了光伏并网后的故障电流值，控制方法可以根据实际电路方便的选择组件并快速实现故障下线路切换，实现了多光伏并网的协调控制。

Description

基于互联型多光伏并网电路及控制方法
技术领域
本发明属于光伏并网故障保护技术，特别是涉及一种基于互联型多光伏并网电路及控制方法。
背景技术
光伏发电具有无污染、不受地域条件限制、规模灵活等优点，得到了广泛的关注，发展迅猛。但是，随着光伏发电并网规模的日益增加，传统的继电保护面临着越来越大的挑战。光伏电源的接入使得传统的单电源辐射配电网转变为多电源辐射，配电网短路电流水平、短路电流特性均发生了变化，这些对配电网继电保护提出了新的要求。因此，针对预接入光伏的配电网设计合适的光伏并网电路和有效的故障下控制方法很有意义。
针对多光伏并网控制与保护问题，现有方案主要存在以下问题：1)故障下光伏注入功率会导致故障电流进一步加大，加剧故障严重程度；2)故障后一般采用控制策略实现故障下光伏低电压穿越，缺乏对物理方法减小故障电流，实现低电压穿越的研究；3)未明确多光伏并网后各光伏耦合关系。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于互联型多光伏并网电路及控制方法，以减小故障下光伏向线路注入的故障电流值，有助于光伏低电压穿越，提高系统安全性。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于互联型多光伏并网电路，包括光伏及其并网逆变器、光伏自身并网开关管组件、故障吸能电阻、光伏间开关管组件和接入线路；
光伏及其并网逆变器包括第一光伏及其第一并网逆变器、第二光伏及其第二并网逆变器，光伏自身并网开关管组件包括第一开关管和第二开关管，光伏间开关管组件包括第三开关管和第四开关管，接入线路包括由预设故障点f与较近的光伏并网点间的线路阻抗、两光伏并网点间的线路阻抗、预设故障点f下游阻抗和电网与第一光伏并网点间的阻抗；
并网逆变器通过光伏自身并网开关管组件接入电网，两光伏分别通过对应的光伏间开关管组件与故障吸能电阻两端连接。
基于上述并网电路的控制方法，包括如下步骤：
步骤1、搭建含开关管组件的多光伏并网电路；
步骤2、根据线路参数计算故障调节系数，判断故障点位置；
步骤3、根据故障位置，确定故障吸能电阻接入阻值；
步骤4、当故障点位于两光伏并网点下游时，关断第二开关管、第四开关管，导通第三开关管、第一开关管；当故障点位于两光伏并网点上游时，关断第一开关管、第三开关管，导通第四开关管，导通第二开关管，以削减故障电流值；
步骤5、故障排除后，导通第一开关管、第二开关管，关断第三开关管、第四开关管，恢复正常。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)本发明的故障吸能电阻能够在电网故障时吸收光伏向电网注入有功功率，减小故障电流，有助于实现光伏低电压穿越；2)本发明的控制方法复杂度低、易于实施，可在任意两光伏间安装吸能电阻及配套开关组件，安装灵活。
附图说明
图1是含互联型多光伏的配电网示意图。
图2是互联型多光伏并网控制流程图。
具体实施方式
如图1所示，基于互联型多光伏并网电路，包括光伏及其并网逆变器组件(第一光伏及其第一并网逆变器、第二光伏及其第二并网逆变器)、开关管组件和接入线路，其中开关管组件包括光伏自身并网开关管组件(第一开关管S1和第二开关管S2)，故障吸能电阻ZR、光伏间开关管组件(第三开关管S3和第四开关管S4)，并网逆变器通过对应光伏自身并网开关管组件接入电网(即第一并网逆变器、第二并网逆变器分别通过第一开关管S1、第二开关管S2接入电网)，两光伏分别通过对应的光伏间开关管组件与故障吸能电阻ZR两端连接(即第一光伏、第二光伏分别通过第三开关管S3和第四开关管S4故障吸能电阻ZR两端连接)；接入线路包括由预设故障点f与较近的光伏并网点间的线路阻抗Zl1、两光伏并网点间的线路阻抗Zl2和预设故障点f下游阻抗Zl3，以及电网与第一光伏并网点间的阻抗ZT。
进一步的，所述故障吸能电阻ZR采用故障下滑块电阻。
进一步的，所述第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3和第四开关管S4反并联二极管。
开关管S3、S4断开，S1、S2导通，受制于二极管单向导电特性，光伏间开关管组件中没有电流流过，两光伏分别通过开关管S1、S2并网。
(1)不存在故障时，光伏1和光伏2向两光伏并网点上游点f1提供的电流之和If11为0；向两光伏并网点下游点f2提供的电流之和If21为：
Figure BDA0002476907680000031
式中，Zl1为点f与较近光伏并网点间的阻抗；Zl2为两个光伏并网点间的阻抗；Vpv1为光伏1并网点电压；Zl3为预设故障点f下游阻抗；Vpv2为光伏2并网点电压。
(2)线路上游点f1故障时
线路上游点f1故障时，S1、S2导通，S3、S4关断，可得光伏1和光伏2向点f1提供的故障电流之和If12为：
Figure BDA0002476907680000032
式中，ZT为电网与光伏1并网点间的阻抗。
线路上游故障时，开关管S2、S4导通，S1、S3断开，由于开关管S3反并联二极管，光伏1产生电流可以流过S3,光伏1产生电流通过光伏间开关管组件经由光伏2并网点流向点f1,考虑两光伏并网点下游阻值远远大于两光伏并网点之间的阻值，可得光伏1和光伏2向点f1提供的故障电流之和If13为：
Figure BDA0002476907680000033
式中,ZR为故障吸能电阻阻值。
(3)线路下游点f2故障
线路下游点f2故障时,S1、S2导通,S3、S4关断,可得光伏1和光伏2向点f2提供的故障电流之和If22为：
Figure BDA0002476907680000034
线路下游点f2故障时，开关管S1、S3导通，S2、S4断开，由于开关管S4反并联二极管，光伏2产生电流可以流过S4,光伏2产生电流通过光伏间开关管组件经由光伏1并网点流向点f2,光伏1和光伏2向点f2提供的故障电流之和If23为：
Figure BDA0002476907680000035
式中，Zl1为点f与较近光伏并网点间的阻抗；Zl2为两个光伏并网点间的阻抗；Vpv1为光伏1并网点电压；Vpv2为光伏2并网点电压。
根据线路故障的两种情况分析，可以看出，故障吸能电阻接入，线路上游故障时，流过故障点f1电流比故障吸能电阻不接入时流过故障点f1电流小，接近无故障时流过点f1的电流值；故障吸能电阻接入，线路下游故障时，流过故障点f2的电流比故障吸能电阻不接入时流过故障点f2电流小，接近无故障时流过点f2的电流值。
如图2所示，基于上述互联型多光伏并网电路的控制方法，步骤如下：
步骤1、搭建含开关管组件的多光伏并网电路；
步骤2、根据线路参数计算故障调节系数M，判断故障点位置；
故障调节系数M，计算公式如下：
Figure BDA0002476907680000041
式中，IPCC1-PCC2 0为稳态下光伏1和光伏2并网点间线路电流值；If1为故障下故障点电流值；If0为非故障下线路平均电流值；M为故障调节系数，根据M的正负可判断出故障发生位置，当M小于0时，故障点位于两光伏并网点上游f1；当M小于0时，故障点位于两光伏并网点下游f2；根据M的绝对值可判断故障严重程度，M绝对值越大，故障越严重。
步骤3、判断故障位置，确定故障吸能电阻接入阻值；
由于组件长期暴露在光照下，温度对于吸能电阻的影响需要考虑在内，假设25℃下吸能电阻阻值ZR 0，故障下测温装置测得实际温度T1；
当光伏并网点上游f1时，故障下滑块电阻阻值应调节为：
Figure BDA0002476907680000042
式中，ZR 1为故障下吸能电阻接入阻值；α为误差系数，根据实际电路一般取值0.8～1.2；Zl3为故障点f2下游阻抗。
当光伏并网点下游f2故障时，故障下滑块电阻阻值应调节为：
Figure BDA0002476907680000051
式中，ZR 1为故障下吸能电阻接入阻值；Vpv1为光伏1并网点电压；Zl3为预设故障点f下游阻抗；Vpv2为光伏2并网点电压。
步骤4、当故障点位于两光伏并网点下游时，关闭S2打开S3，S1仍为导通，S4仍为关断；当故障点位于两光伏并网点上游时，关闭S1打开S4，S2仍为导通，S3仍为关断，故障电流流过故障吸能电阻，削减了故障电流值；
步骤5、故障排除后，开关管切换为S1、S2导通，S3、S4关断，恢复正常。

Claims (6)

1.基于互联型多光伏并网电路，其特征在于，包括光伏及其并网逆变器(PV_Conv)、光伏自身并网开关管组件、故障吸能电阻(ZR)、光伏间开关管组件和接入线路；
光伏及其并网逆变器包括第一光伏及其第一并网逆变器、第二光伏及其第二并网逆变器，光伏自身并网开关管组件包括第一开关管(S1)和第二开关管(S2)，光伏间开关管组件包括第三开关管(S3)和第四开关管(S4)，接入线路包括预设故障点f与较近的光伏并网点间的线路阻抗Zl1、两光伏并网点间的线路阻抗Zl2、预设故障点f下游阻抗Zl3和电网与第一光伏并网点间的阻抗ZT；
并网逆变器(PV_Conv)通过光伏自身并网开关管组件接入电网，即第一并网逆变器、第二并网逆变器分别通过第一开关管(S1)、第二开关管(S2)接入电网，两光伏分别通过对应的光伏间开关管组件与故障吸能电阻(ZR)两端连接，即第一光伏、第二光伏分别通过第三开关管(S3)和第四开关管(S4)与故障吸能电阻(ZR)两端连接。
2.根据权利要求1所述的基于互联型多光伏并网电路，其特征在于，所述故障吸能电阻(ZR)采用故障下滑块电阻。
3.根据权利要求1所述的基于互联型多光伏并网电路，其特征在于，所述第一开关管(S1)、第二开关管(S2)、第三开关管(S3)和第四开关管(S4)反并联二极管。
4.基于权利要求1-3任一项所述并网电路的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、搭建含开关管组件的多光伏并网电路；
步骤2、根据线路参数计算故障调节系数，判断故障点位置；
步骤3、根据故障点位置，确定故障吸能电阻接入阻值；
步骤4、当故障点位于两光伏并网点下游时，关断第二开关管(S2)、第四开关管(S4)，导通第三开关管(S3)、第一开关管(S1)；当故障点位于两光伏并网点上游时，关断第一开关管(S1)、第三开关管(S3)，导通第四开关管(S4)，导通第二开关管(S2)，以削减故障电流值；
步骤5、故障排除后，导通第一开关管(S1)、第二开关管(S2)，关断第三开关管(S3)、第四开关管(S4)，恢复正常。
5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，步骤2中，故障调节系数M，计算公式如下：
Figure FDA0003744416380000021
式中，α为误差系数，T1为故障下测温装置测得实际温度，IPCC1-PCC2 0为稳态下第一光伏和第二光伏并网点间线路电流值；If 1为故障下故障点电流值；If 0为非故障下线路平均电流值；M为故障调节系数，根据M的正负可判断出故障发生位置，当M小于0时，故障点位于两光伏并网点上游f1；当M大于0时，故障点位于两光伏并网点下游f2；根据M的绝对值可判断故障严重程度，M绝对值越大，故障越严重。
6.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，步骤3中，确定故障吸能电阻接入阻值的具体方法为：
设25℃下故障吸能电阻阻值ZR 0，故障下测温装置测得实际温度T1，当两光伏并网点上游f1故障时，故障吸能电阻阻值应调节为：
Figure FDA0003744416380000022
式中，ZR 1为故障下故障吸能电阻接入阻值；α为误差系数，根据实际电路取值0.8～1.2；Zl3为故障点f2下游阻抗；
当两光伏并网点下游f2故障时，故障吸能电阻阻值应调节为：
Figure FDA0003744416380000023
式中，ZR 1为故障下故障吸能电阻接入阻值；Vpv1为第一光伏并网点电压；Zl3为预设故障点f下游阻抗；Vpv2为第二光伏并网点电压。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN109066610A (zh) * 2018-08-02 2018-12-21 华北电力大学 一种孤岛电网线路故障定位方法
CN109449902A (zh) * 2018-11-14 2019-03-08 华北电力大学 一种用于柔性直流电网故障限流的多端口直流限流器

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