CN113098068B - 与序分量选相元件配合的光伏并网逆变器阻抗重塑策略 - Google Patents

与序分量选相元件配合的光伏并网逆变器阻抗重塑策略 Download PDF

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Abstract

光伏电源的拓扑结构和控制方法与同步发电机有着显著差异，其故障特性发生了实质性改变，导致传统序分量选相元件在光伏电源接入后无法正确动作。作为距离保护和自动重合闸正确动作的关键元件，选相元件的可靠动作对光伏电源接入交流线路的稳定运行具有重大意义。为了增强序分量选相元件的适应性，本发明公开了一种新型光伏并网逆变器控制策略。该控制策略通过重塑光伏并网逆变器的序阻抗来模拟同步发电机的故障特性，从而辅助序分量选相元件正确动作。

Description

与序分量选相元件配合的光伏并网逆变器阻抗重塑策略
技术领域
本发明涉及与序分量选相元件配合的光伏并网逆变器阻抗重塑策略，属于电气工程技术领域。
背景技术
随着光伏发电装机容量的不断增加，光伏对电力系统安全性和可靠性的影响也日益显著，传统继电保护方案面临着严峻的挑战。目前的研究方向大多集中在改进原有的继电保护方案，从而解决光伏接入线路的保护问题。然而此类方法需要对原有的继电保护装置进行改造升级或者加装新的保护设备，需要较高的工程成本。因此，利用光伏并网逆变器的可控能力来增强保护元件适应性这一方法得到了更广泛的重视。
同步发电机在故障分析中可以等效为一个恒定的阻抗，而光伏电源的故障阻抗与功率参考值、故障类型、控制目标和电力电子器件的过流能力等诸多因素相关，不能视为简单的线性系统。因此，光伏电源的正负序阻抗存在明显的差异，保护安装处的正负序电流分配系数不再为实数，导致序分量选相元件不能正确动作，威胁电网的安全运行。
发明内容
针对现有选相方法无法正确识别与光伏相连交流线路故障相的问题，本发明提供了配合选相元件的光伏并网逆变器控制策略。该控制策略通过注入小幅值和特定相位的故障电流来重构光伏并网逆变器的故障序阻抗，在不影响光伏安全运行的前提下能辅助序分量选相元件灵敏地判别故障相。
与序分量选相元件配合的光伏并网逆变器阻抗重塑策略，包括以下步骤：
步骤一：对光伏三相电压和三相电流进行采样，得到三相电压ua、ub、uc和三相电流ia、ib、ic；并将其与未发生故障时正常运行的电压电流相减得到电压故障分量Δua、Δub、Δuc和电流故障分量Δia、Δib、Δic，其中“Δ”表示故障分量；
步骤二：将上述得到的电气量进行3s/2s变换并正负序分离，得到Δuαβ1、uαβ2、Δiαβ1、iαβ2，再分别对其做2s/2r变换得到Δudq1、udq2、Δidq1、idq2，下标“1”、“2”分别表示正序分量和负序分量；
步骤三：对光伏注入的正负序故障分量电流
Figure BDA0003064073750000011
的幅值和相位进行设定，并利用电压的故障分量求出光伏序阻抗重塑后的幅值|ZPV1|和|ZPV2|；
步骤四：利用线路阻抗角δline，变压器阻抗ZT和光伏侧故障阻抗幅值|ZPV|计算得到光伏序阻抗重塑后的相角δ1和δ2；
步骤五：根据重塑后的序阻抗角和电压电流计算故障期间光伏输出的电流参考值
Figure BDA0003064073750000012
步骤六：电压电流指令值和实际值经电流控制器获得电压信号，通过PWM模块生成触发脉冲。
本发明公开了与序分量选相元件配合的控制策略，该策略通过重构光伏并网逆变器的序阻抗角来模拟同步发电机的故障特性，从而辅助序分量选相元件正确动作。该控制策略与传统控制策略相比仅需要故障期间注入少量的负序电流，不影响光伏电源的正常运行，并且易于实现。
附图说明
图1为与序分量选相元件配合的光伏并网逆变器阻抗重塑策略示意图；
图2为正负序分离环节原理框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1，与序分量选相元件配合的光伏并网逆变器阻抗重塑策略，包括以下步骤：
步骤一：对光伏三相电压和三相电流进行采样，得到三相电压ua、ub、uc和三相电流ia、ib、ic；并将其与未发生故障时正常运行的电压电流相减得到电压故障分量Δua、Δub、Δuc和电流故障分量Δia、Δib、Δic，
步骤二：将上述得到的电气量进行3s/2s变换并正负序分离，得到Δuαβ1、uαβ2、Δiαβ1、iαβ2，再分别对其做2s/2r变换得到Δudq1、udq2、Δidq1、idq2，电压和电流的3s/2s变换具体公式如下：
Figure BDA0003064073750000021
式中：F表示电压或电流信号；
两相静止坐标系中正负序分离具体公式如下：
Figure BDA0003064073750000022
Figure BDA0003064073750000023
式中：F′α为Fα延迟1/4工频周期得到的电气量；F′α为Fα延迟1/4工频周期得到的电气量。
电压和电流正负序分量分离的具体实现方式如图2所示。
2s/2r变换的具体计算公式如下：
Figure BDA0003064073750000024
Figure BDA0003064073750000031
式中：θ为电网电压相角，可通过锁相环得到。
步骤三：对光伏注入的正负序故障分量电流
Figure BDA0003064073750000032
的幅值和相位进行设定，并利用电压的故障分量求出光伏序阻抗重塑后的幅值|ZPV1|和|ZPV2|，具体计算公式如下：
Figure BDA0003064073750000033
Figure BDA0003064073750000034
其中，
Figure BDA0003064073750000035
式中：λ为故障电流指令幅值与额定电流幅值之比，为了不影响电力电子器件的安全运行和逆变器输出的电能质量，将λ设定为一个较小的值，如10％。
步骤四：利用线路阻抗角δline，变压器阻抗ZT和光伏侧故障阻抗幅值|ZPV|计算得到光伏序阻抗重塑后的相角δ1和δ2，具体计算公式如下：
Figure BDA0003064073750000036
步骤五：根据重塑后的序阻抗角和电压电流计算故障期间光伏输出的电流参考值
Figure BDA0003064073750000037
具体计算公式如下：
Figure BDA0003064073750000038
步骤六：电压电流的指令值和实际值经电流控制器获得电压信号，通过PWM模块生成触发脉冲。
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，在不脱离本发明原理和宗旨的的前提下，还可以做出若干改进、替换、变型和润饰，这些改进、替换、变型和润饰也应视为本发明的保护范围。
本说明书中未作详细描述内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (5)

1.与序分量选相元件配合的光伏并网逆变器阻抗重塑策略，具体包括以下步骤：
步骤一：对光伏三相电压和三相电流进行采样，得到三相电压ua、ub、uc和三相电流ia、ib、ic；并将其与未发生故障时正常运行的电压电流相减得到电压故障分量Δua、Δub、Δuc和电流故障分量Δia、Δib、Δic，其中“Δ”表示故障分量；
步骤二：将上述得到的电气量进行3s/2s变换并正负序分离，得到Δuαβ1、uαβ2、Δiαβ1、iαβ2，再分别对其做2s/2r变换得到Δudq1、udq2、Δidq1、idq2，下标“1”、“2”分别表示正序分量和负序分量；
步骤三：对光伏注入的正负序故障分量电流
Figure FDA0004244800840000011
的幅值和相位进行设定，并利用电压的故障分量求出光伏序阻抗重塑后的幅值|ZPV1|和|ZPV2|；
步骤四：利用线路阻抗角δline，变压器阻抗ZT和光伏侧故障阻抗幅值|ZPV|计算得到光伏序阻抗重塑后的相角δ1和δ2；
步骤五：根据重塑后的序阻抗角和电压电流计算故障期间光伏输出的电流参考值
Figure FDA0004244800840000012
步骤六：电压电流指令值和实际值经电流控制器获得电压信号，通过PWM模块生成触发脉冲。
2.根据权利要求1所述的与序分量选相元件配合的光伏并网逆变器阻抗重塑策略，其特征在于：步骤三的
Figure FDA0004244800840000013
计算公式为：
Figure FDA0004244800840000014
其中，
Figure FDA0004244800840000015
式中：上标ref表示参考值，上标[0]表示故障前的电气量，IN为光伏额定电流；λ为故障电流指令幅值与额定电流幅值之比，为了不影响电力电子器件的安全运行和逆变器输出的电能质量，将λ设定为10％。
3.根据权利要求1所述的与序分量选相元件配合的光伏并网逆变器阻抗重塑策略，其特征在于：步骤三的|ZPV1|和|ZPV2|计算公式为：
Figure FDA0004244800840000016
4.根据权利要求1所述的与序分量选相元件配合的光伏并网逆变器阻抗重塑策略，其特征在于：步骤四的δ1和δ2计算公式为：
Figure FDA0004244800840000017
式中，δT1＝arg(ZT1)，δT2＝arg(ZT2)，||表示取相量的幅值；arg表示取相量的辐角。
5.根据权利要求1所述的与序分量选相元件配合的光伏并网逆变器阻抗重塑策略，其特征在于：步骤五所述光伏输出的电流参考值的具体公式为：
Figure FDA0004244800840000021
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