CN111953007B - 光伏汇集系统直流极间短路故障穿越方法、装置与介质 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光伏汇集系统直流极间短路故障穿越方法、装置与介质，该方法在光伏直流升压汇集系统直流极间短路非严重故障时，根据故障过渡电阻值以及系统发电功率限制计算直流电压控制指令值，并控制MPPT工作于输出端直流电压控制模式，在检测到直流极间短路故障清除后，对直流升压变流器进行充电，并恢复功率传输。MPPT不停机，其电压控制指令值的大小由故障过渡电阻值以及系统发电功率限制确定，引入故障过渡电阻吸收一定的功率，且吸收的功率在光伏发电功率能力范围内，提高了系统实施穿越的成功率；应用该方法避免了整个系统闭锁停机，降低了功率中断时间，提升了系统可利用率。

Description

光伏汇集系统直流极间短路故障穿越方法、装置与介质

技术领域

本发明涉及新能源并网发电技术领域，特别是光伏汇集系统直流极间短路故障穿越方法、装置与介质。

背景技术

目前光伏电站采用交流汇集送出，大量逆变器与长距离电缆相互耦合，电压越限和宽频域振荡问题制约光伏电站送出能力，交流线路损耗大影响系统整体效率。随着电力电子和直流输电技术的发展和成熟，光伏电站采用直流升压汇集送出成为可能。直流汇集系统稳定性更高、无需无功补偿，且同样电压等级下输送能力更强、损耗更小。光伏电站直流升压汇集技术，有望成为解决目前光伏电站稳定问题和整体效率低下的有效途径。

直流升压汇集系统运行过程中，直流汇集母线可能会发生暂时性极间短路故障，如果故障后立即对整个系统实施闭锁停机，则故障清除后的重启过程将会消耗较长的时间，导致功率中断时间长，降低系统可利用率。

发明内容

本发明的目的是提供一种光伏汇集系统直流极间短路故障穿越方法、装置与介质，用以解决非严重的直流极间短路故障过程中功率中断时间长的问题。

为了实现上述目的，本发明提供一种光伏汇集系统直流极间短路故障穿越方法，包括以下步骤：

1)当光伏汇集系统直流极间短路故障时，若判断为非严重的直流极间短路故障，则控制MPPT工作于输出端直流电压控制模式，且直流电压控制指令值为第一电压值，所述第一电压值为根据故障过渡电阻值以及系统发电功率限制计算得到；

2)在检测到直流极间短路故障清除后，MPPT工作于输出端直流电压控制模式且直流电压控制指令值为第二电压值，对直流升压变流器进行充电；

3)直流升压变流器充电至额定后，MPPT恢复功率传输。

有益效果是，在光伏汇集系统出现非严重的直流极间短路故障时，MPPT不停机，MPPT运行时的直流电压控制指令值的大小由故障过渡电阻值以及系统发电功率限制确定，引入故障过渡电阻可以吸收一定的功率，且吸收的功率在光伏发电功率能力范围内，提高了系统实施穿越的成功率；运用该方法避免了整个系统闭锁停机，降低了功率中断时间，提升了系统可利用率。

进一步地，为了简单实现对直流极间短路故障严重程度的判定，步骤1)中若检测到直流升压变流器没有闭锁，则判断为非严重的直流极间短路故障。

进一步地，步骤1)中直流电压控制指令值的计算公式如下：

式中，R_fault为故障过渡电阻值，U_dchf为直流升压变流器高压侧直流故障电压，I_dchf为直流升压变流器高压侧直流故障电流，U_order为直流电压控制指令值，P_max为光伏发电系统最大发电功率，n₀为直流升压变流器变比。

进一步地，为了缩短直流升压变流器的充电时间，提高系统效率，步骤2)中MPPT工作于输出端直流电压控制模式的直流电压控制指令值为额定工作电压值。

进一步地，为了解决严重的直流极间短路故障过程中功率中断时间长的问题，该方法还包括以下步骤：

(1)当光伏汇集系统直流极间短路故障时，若判断为严重的直流极间短路故障，则控制MPPT零功率运行；

(2)在检测到直流极间短路故障清除后，解锁直流升压变流器，MPPT工作于输出端直流电压控制模式，对直流升压变流器进行充电；

(3)直流升压变流器充电至额定后，MPPT恢复功率传输。

进一步地，为了简单实现对直流极间短路故障严重程度的判定，步骤1)中若检测到直流升压变流器闭锁，则判断为严重的直流极间短路故障。

进一步地，为了便于实现MPPT零功率运行，控制MPPT零功率运行的方式为：MPPT工作于输出端直流电压控制模式，其中输出端直流电压控制模式的直流电压指令值为设定电压值。

进一步地，为了缩短故障再启动的时间，所述设定电压值为额定工作电压值。

本发明提供一种光伏汇集系统直流极间短路故障穿越装置，包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现以下步骤：

1)当光伏汇集系统直流极间短路故障时，若判断为非严重的直流极间短路故障，则控制MPPT工作于输出端直流电压控制模式，且直流电压控制指令值为第一电压值，所述第一电压值为根据故障过渡电阻值以及系统发电功率限制计算得到；

2)在检测到直流极间短路故障清除后，MPPT工作于输出端直流电压控制模式且直流电压控制指令值为第二电压值，对直流升压变流器进行充电；

3)直流升压变流器充电至额定后，MPPT恢复功率传输。

有益效果是，在光伏汇集系统出现非严重的直流极间短路故障时，MPPT不停机，MPPT运行时的直流电压控制指令值的大小由故障过渡电阻值以及系统发电功率限制确定，引入故障过渡电阻可以吸收一定的功率，且吸收的功率在光伏发电功率能力范围内，提高了系统实施穿越的成功率；运用该方法避免了整个系统闭锁停机，降低了功率中断时间，提升了系统可利用率。

进一步地，为了简单实现对直流极间短路故障严重程度的判定，该装置的步骤1)中若检测到直流升压变流器没有闭锁，则判断为非严重的直流极间短路故障。

进一步地，该装置的步骤1)中直流电压控制指令值的计算公式如下：

式中，R_fault为故障过渡电阻值，U_dchf为直流升压变流器高压侧直流故障电压，I_dchf为直流升压变流器高压侧直流故障电流，U_order为直流电压控制指令值，P_max为光伏发电系统最大发电功率，n₀为直流升压变流器变比。

进一步地，为了缩短直流升压变流器的充电时间，提高系统效率，该装置的步骤2)中MPPT工作于输出端直流电压控制模式的直流电压控制指令值为额定工作电压值。

进一步地，为了解决严重的直流极间短路故障过程中功率中断时间长的问题，该装置的还包括以下步骤：

(1)当光伏汇集系统直流极间短路故障时，若判断为严重的直流极间短路故障，则控制MPPT零功率运行；

(2)在检测到直流极间短路故障清除后，解锁直流升压变流器，MPPT工作于输出端直流电压控制模式，对直流升压变流器进行充电；

(3)直流升压变流器充电至额定后，MPPT恢复功率传输。

进一步地，为了简单实现对直流极间短路故障严重程度的判定，该装置的步骤1)中若检测到直流升压变流器闭锁，则判断为严重的直流极间短路故障。

进一步地，为了便于实现MPPT零功率运行，该装置的控制MPPT零功率运行的方式为：MPPT工作于输出端直流电压控制模式，其中输出端直流电压控制模式的直流电压指令值为设定电压值。

进一步地，为了缩短故障再启动的时间，该装置的所述设定电压值为额定工作电压值。

本发明提供一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有光伏汇集系统直流极间短路故障穿越方法的程序，所述光伏汇集系统直流极间短路故障穿越方法的程序被至少一个处理器执行时实现上述光伏汇集系统直流极间短路故障穿越方法及其改进中的步骤。

有益效果是，在光伏汇集系统出现非严重的直流极间短路故障时，MPPT不停机，MPPT运行时的直流电压控制指令值的大小由故障过渡电阻值以及系统发电功率限制确定，引入故障过渡电阻可以吸收一定的功率，且吸收的功率在光伏发电功率能力范围内，提高了系统实施穿越的成功率；运用该方法避免了整个系统闭锁停机，降低了功率中断时间，提升了系统可利用率。

附图说明

图1是本发明的方法实施例1的一种光伏汇集系统直流极间短路故障示意图；

图2是本发明的方法实施例1的一种光伏汇集系统直流极间短路故障穿越方法的流程图；

图3是本发明的方法实施例2的一种光伏汇集系统直流极间短路故障穿越方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明，且以下具体实施例中光伏汇集系统均为光伏直流升压汇集系统。

方法实施例1：

本发明提供一种光伏直流升压汇集系统直流极间短路故障穿越方法，如图1所示，为光伏直流升压汇集系统直流极间短路故障示意图，光伏发电经过最大功率跟踪控制器(Maximum Power Point Tracking,MPPT)和直流升压变流器(DC/DC)汇集于直流母线，直流极间短路故障时发生在直流母线上的短路故障，例如直流母线两极接地。

如图2所示，检测到直流极间短路故障发生后，当故障未导致直流升压变流器闭锁时，实现故障穿越的步骤如下：

1)根据故障过渡电阻值以及系统发电功率限制计算MPPT输出侧直流电压控制指令值。

系统发生直流汇集母线极间短路故障，且故障未导致直流升压变流器闭锁时，故障过渡电阻的引入将会吸收一定的功率，如果吸收的功率在光伏发电功率能力范围内，则系统可正常实施穿越策略，如果吸收的功率超出光伏发电功率能力，则MPPT将无法实现出口直流电压控制，引起故障穿越失败。因此需要通过故障过渡电阻值以及系统发电功率限制计算故障穿越过程中MPPT的直流电压控制指令值，即第一电压值，计算公式如下：

式中，R_fault为故障过渡电阻值，U_dchf为直流升压变流器高压侧直流故障电压，I_dchf为直流升压变流器高压侧直流故障电流，U_order为直流电压控制指令值，P_max为光伏发电系统最大发电功率，n₀为直流升压变流器变比。

系统发电功率限制一般可以由光伏发电系统最大发电功率和直流升压变流器变比确定，具体是根据上述公式中相应部分得到该系统发电功率限制，也可以采用其他方式确定系统发电功率限制，并与故障过渡电阻值确定直流电压控制指令值。

2)切换MPPT的控制模式为输出端直流电压控制模式，并根据步骤1)的计算结果给定直流电压控制指令值。

正常运行时MPPT工作于最大功率跟踪控制模式，MPPT输出侧直流电压受直流升压变流器控制；当直流汇集母线发生极间短路故障时，直流升压变流器失去直流电压控制能力，表现出负载特性，此时将MPPT切换至输出端直流电压控制模式，表现为直流电压源，根据直流升压变流器、故障过渡电阻的负载特性进行功率输出，在故障持续过程中，保持系统持续稳定运行；此时MPPT输出端直流电压控制器的直流电压控制指令值为U_order。

3)检测到故障被清除后，设定MPPT为直流电压控制模式，对直流升压变流器进行充电。

直流汇集母线极间短路故障被清除后，需要对系统重新进行充电，以便于恢复功率传输。该充电过程主要对直流升压变流器进行充电，需要将MPPT工作在输出端直流电压控制模式且此时的直流电压控制指令值为第二电压值，然后对直流升压变流器实施充电，直至充电至额定，充电完成。一般情况下应该需要将输出端直流电压控制模式下的直流电压控制指令值即第二电压值定为额定工作电压值，若不考虑充电时间的长短，该第二电压值也可以小于额定工作电压值。

4)充电完成后，切换MPPT的控制模式为最大功率跟踪控制模式，恢复功率传输。

充电完成后，光伏发电系统发电功率还无法送出，此时需要将MPPT的控制模式切换至最大功率跟踪控制模式，光伏发电系统开始进行发电，系统恢复功率传输。

本发明的方法在检测到直流极间短路故障发生后，对直流极间短路故障的严重程度判断方法不唯一，可以通过检测的直流升压变流器是否闭锁作为判据，当直流升压变流器未闭锁时判断为非严重直流极间短路故障；当然也可以采用其他技术手段，例如通过汇集母线的电流或者电压信息判断直流极间短路故障的严重程度。

图1中的直流升压变流器虽然只用一个DC/DC表示，但实际其内部可以为多个DC/DC单元构成；各DC/DC单元的低压侧并联，高压侧串联输出。

方法实施例2：

本发明提供一种光伏直流升压汇集系统直流极间短路故障穿越方法，如图3所示，检测到直流极间短路故障发生后，当故障导致直流升压变流器闭锁时，实现故障穿越的步骤如下：

(1)控制MPPT零功率运行。

系统发生直流汇集母线极间短路故障，且故障导致直流升压变流器闭锁后，MPPT输出端直流电压失去控制，且功率无法送出，为了保证功率平衡，且系统能够持续稳定运行，需要将光伏发电功率降为零，即控制MPPT零功率运行。

一般可以采用切换MPPT的控制模式为输出端直流电压控制模式，此时由于直流升压变流器闭锁，MPPT等效于空载，自动调整至零功率运行点，保持稳定运行。在直流电压控制模式下，需要给定直流电压控制指令值，直流电压控制指令值可以在MPPT正常工作的取值范围内任意设定。由于在故障恢复阶段，对直流升压变流器充电时需要MPPT工作在直流电压控制模式，并且要求充电到额定工作电压，因此可以在本步骤中，直接将直流电压控制指令值定为额定工作电压值，从而进一步减少控制动作，缩短时间。

另外，使MPPT处于零功率运行的方法不局限于将MPPT工作于输出端直流电压控制模式，也可以是MPPT处于原有的控制模式，只要MPPT处在功率为零的状态即可。

(2)检测到故障清除后，解锁直流升压变流器进行充电。

检测到直流汇集母线极间短路故障被清除后，需要对系统重新进行充电，以便于恢复功率传输。若此时MPPT处于输出端直流电压控制模式，直接解锁直流升压变流器，对直流升压变流器实施充电，直至充电至额定工作电压，充电完成。

(3)直流升压变流器充电至额定后，切换MPPT的控制模式为最大功率跟踪控制模式，恢复功率传输。

充电完成后，光伏发电系统发电功率还无法送出，此时需要将MPPT的控制模式切换至最大功率跟踪控制模式，光伏发电系统开始进行发电，系统恢复功率传输，至此可以实现光伏直流升压汇集系统直流极间短路故障穿越。

本发明对直流极间短路故障的严重程度判断方法不唯一，同样可以通过检测的直流升压变流器是否闭锁作为判据，当直流升压变流器未闭锁时判断为非严重直流极间短路故障，当然也可以采用其他现有的技术手段。

装置实施例：

本发明提供一种光伏直流升压汇集系统直流极间短路故障穿越装置，包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时实现方法实施例中的光伏直流升压汇集系统直流极间短路故障穿越方法，具体不再赘述。

本发明针对光伏直流升压汇集系统，提出了直流汇集母线极间短路故障的故障穿越策略，能够实现故障穿越；不用对整个系统实施闭锁停机，缩短了功率中断时间，提高了系统可利用率。

计算机存储介质实施例：

本发明提供一种计算机存储介质，计算机存储介质存储有光伏直流升压汇集系统直流极间短路故障穿越方法的程序，光伏直流升压汇集系统直流极间短路故障穿越方法的程序被至少一个处理器执行时实现上述方法实施例1和方法实施例2中光伏直流升压汇集系统直流极间短路故障穿越方法中的步骤。

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。

Claims (7)

1.一种光伏汇集系统直流极间短路故障穿越方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)当光伏汇集系统直流极间短路故障时，若判断为非严重的直流极间短路故障，则控制MPPT工作于输出端直流电压控制模式，且直流电压控制指令值为第一电压值，所述第一电压值为根据故障过渡电阻值以及系统发电功率限制计算得到；若检测到直流升压变流器没有闭锁，则判断为非严重的直流极间短路故障；直流电压控制指令值的计算公式如下：

式中，R_fault为故障过渡电阻值，U_dchf为直流升压变流器高压侧直流故障电压，I_dchf为直流升压变流器高压侧直流故障电流，U_order为直流电压控制指令值，P_max为光伏发电系统最大发电功率，n₀为直流升压变流器变比；

(2)在检测到直流极间短路故障清除后，MPPT工作于输出端直流电压控制模式且直流电压控制指令值为第二电压值，对直流升压变流器进行充电；

(3)直流升压变流器充电至额定后，MPPT恢复功率传输。

2.根据权利要求1所述的光伏汇集系统直流极间短路故障穿越方法，其特征在于，步骤2)中MPPT工作于输出端直流电压控制模式的直流电压指令值为额定工作电压值。

3.根据权利要求1所述的光伏汇集系统直流极间短路故障穿越方法，其特征在于，还包括以下步骤：

(1)当光伏汇集系统直流极间短路故障时，若判断为严重的直流极间短路故障，则控制MPPT零功率运行；若检测到直流升压变流器闭锁，则判断为严重的直流极间短路故障；

(2)在检测到直流极间短路故障清除后，解锁直流升压变流器，MPPT工作于输出端直流电压控制模式，对直流升压变流器进行充电；

(3)直流升压变流器充电至额定后，MPPT恢复功率传输。

4.根据权利要求3所述的光伏汇集系统直流极间短路故障穿越方法，其特征在于，控制MPPT零功率运行的方式为：MPPT工作于输出端直流电压控制模式，其中输出端直流电压控制模式的直流电压指令值在MPPT正常工作的取值范围内设定。

5.根据权利要求4所述的光伏汇集系统直流极间短路故障穿越方法，其特征在于，所述直流电压指令值为额定工作电压值。

6.一种光伏汇集系统直流极间短路故障穿越装置，包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至5中任一项所述的光伏汇集系统直流极间短路故障穿越方法。

7.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质存储有光伏汇集系统直流极间短路故障穿越方法的程序，所述光伏汇集系统直流极间短路故障穿越方法的程序被至少一个处理器执行时实现权利要求1至5任一项所述的光伏汇集系统直流极间短路故障穿越方法的步骤。

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