CN117394276A - 一种基于谐波注入的光伏并网系统故障保护方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及低惯量系统保护与控制技术领域，公开了一种基于谐波注入的光伏并网系统故障保护方法及装置。该方法在光伏并网系统中出现故障时，采用故障限流控制策略，通过调整输出电压限制故障电流的大小；再采用谐波注入控制策略，在三相电压的基础上，向所述光伏并网系统注入谐波信号；分别在谐波信号注入前后，获取光伏并网系统的故障等效电路，并求解出保护测点到故障点的故障距离；根据故障距离确定保护测点的出口时间，对光伏并网系统的故障进行处理。本发明在系统发生故障后注入具备特征性的谐波信号，可以强化故障特征，增加故障信息，提高保护的灵敏度和可靠性，有助于解决因换流器弱馈特性导致的保护拒动的问题。

Description

一种基于谐波注入的光伏并网系统故障保护方法及装置
技术领域
本发明涉及低惯量系统保护与控制技术领域，特别是涉及一种基于谐波注入的光伏并网系统故障保护方法及装置。
背景技术
在太阳能光伏并网系统中，当交流并网线路发生故障时，并网换流器在自身电力半导体器件脆弱性和高可控性的条件约束下，呈现出弱馈特性，仅能提供大小为一到三倍额定电流的短路电流，可能导致线路光伏侧的保护装置因达不到保护阈值而拒动，进而导致故障无法隔离和清除。
为了解决因换流器弱馈特性导致保护拒动的问题，目前的处理方法是，在一定的故障持续时间后，光伏换流器的阀过流保护动作，导致换流器闭锁，从而切除光伏侧和故障的联系。但是闭锁策略意味着整个光伏系统退出运行，可能造成系统长时间停电，不利于电网的可靠供电。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于谐波注入的光伏并网系统故障保护方法及装置，可以强化故障特征，提高保护的灵敏度和可靠性，使故障更易于识别，防止保护拒动。
本发明提供了一种基于谐波注入的光伏并网系统故障保护方法，包括：
当光伏并网系统中出现故障时，通过调整输出电压限制故障电流的大小；
在三相电压的基础上，向所述光伏并网系统注入谐波信号；
在注入谐波信号前和注入谐波信号后，分别获取所述光伏并网系统的第一电路数据和第二电路数据，并根据所述第一电路数据和所述第二电路数据确定保护测点到故障点的故障距离；
根据所述故障距离设置保护测点的出口时间，并根据所述保护测点的出口时间对所述光伏并网系统的故障进行处理。
进一步地，所述当光伏并网系统中出现故障时，通过调整输出电压限制故障电流的大小，具体为：
当光伏并网系统中出现故障时，获取前一时刻的输出电压值；
根据预设比例，将当前的输出电压值减少为所述前一时刻的输出电压值的预设比例值。
进一步地，所述在三相电压的基础上，向所述光伏并网系统注入谐波信号，具体为：
根据预设的电压检测要求，确定谐波信号的幅值、角频率和初相位；
分别计算注入光伏并网系统三相电路的谐波信号的电压大小，具体为：
其中，Udet为谐波信号的幅值；ωdet为谐波信号的角频率；为谐波信号的初相位；/>和/>分别是注入光伏并网系统三相电路的谐波信号的电压大小。
进一步地，所述根据预设的电压检测要求，确定谐波信号的幅值、角频率和初相位，具体为：
获取光伏并网系统的额定电压；
根据所述光伏并网系统的额定电压和预设的幅值检测要求，确定谐波信号的幅值；
根据预设的电压检测要求，确定谐波信号的角频率和初相位。
进一步地，所述在注入谐波信号前和注入谐波信号后，分别获取所述光伏并网系统的第一电路数据和第二电路数据，并根据所述第一电路数据和所述第二电路数据确定保护测点到故障点的故障距离，具体为：
在注入谐波信号前和注入谐波信号后，分别获取所述光伏并网系统的第一故障等效电路和第二故障等效电路；
根据所述第一故障等效电路和所述第二故障等效电路的电路状态方程求解保护测点到故障点的故障距离，具体为：
其中，和/>表示注入谐波信号前保护测点的工频相量；Zn表示注入谐波信号前保护测点的背侧等效阻抗；ZL表示注入谐波信号前线路单位长度的阻抗；/>和/>分别表示注入谐波信号前线路保护测点的工频故障分量相量；d表示保护测点到故障点的故障距离；Rf表示过渡电阻，l表示线路总长度；/>和/>表示注入谐波信号后保护测点的工频相量；/>表示注入谐波信号后保护测点的背侧等效阻抗；/>表示注入谐波信号后线路单位长度的阻抗。
进一步地，所述根据所述故障距离设置保护测点的出口时间，具体为：
根据所述故障距离计算保护测点出口的反时限动作特性，以确定保护测点的出口时间，具体为：
其中，tact表示保护I段动作时间；tII表示保护的II段动作时间；Δt表示配合延时。
本发明提供了一种基于谐波注入的光伏并网系统故障保护方法，在光伏并网系统中出现故障时，采用故障限流控制策略，通过调整输出电压限制故障电流的大小；再采用谐波注入控制策略，在三相电压的基础上，向所述光伏并网系统注入谐波信号；分别在谐波信号注入前后，获取光伏并网系统的故障等效电路，并求解出保护测点到故障点的故障距离；根据故障距离确定保护测点的出口时间，对光伏并网系统的故障进行处理。本发明在系统发生故障后注入具备特征性的谐波信号，可以强化故障特征，增加故障信息，提高保护的灵敏度和可靠性，有助于解决因换流器弱馈特性导致的保护拒动的问题。
相应的，本发明提供了一种基于谐波注入的光伏并网系统故障保护装置，包括：调整模块、注入模块、计算模块和设置模块；
所述调整模块用于当光伏并网系统中出现故障时，通过调整输出电压限制故障电流的大小；
所述注入模块用于在三相电压的基础上，向所述光伏并网系统注入谐波信号；
所述计算模块用于在注入谐波信号前和注入谐波信号后，分别获取所述光伏并网系统的第一电路数据和第二电路数据，并根据所述第一电路数据和所述第二电路数据确定保护测点到故障点的故障距离；
所述设置模块用于根据所述故障距离设置保护测点的出口时间，并根据所述保护测点的出口时间对所述光伏并网系统的故障进行处理。
进一步地，所述调整模块，包括：电压获取单元和电压设定单元；
所述电压获取单元用于当光伏并网系统中出现故障时，获取前一时刻的输出电压值；
所述电压设定单元用于根据预设比例，将当前的输出电压值减少为所述前一时刻的输出电压值的预设比例值。
进一步地，所述注入模块，包括：确定单元和电压计算单元；
所述确定单元用于根据预设的电压检测要求，确定谐波信号的幅值、角频率和初相位；
所述电压计算单元用于分别计算注入光伏并网系统三相电路的谐波信号的电压大小，具体为：
其中，Udet为谐波信号的幅值；ωdet为谐波信号的角频率；为谐波信号的初相位；/>和/>分别是注入光伏并网系统三相电路的谐波信号的电压大小。
进一步地，所述计算模块，包括：电路获取单元和距离计算单元；
所述电路获取单元用于在注入谐波信号前和注入谐波信号后，分别获取所述光伏并网系统的第一故障等效电路和第二故障等效电路；
所述距离计算单元用于根据所述第一故障等效电路和所述第二故障等效电路的电路状态方程求解保护测点到故障点的故障距离，具体为：
其中，和/>表示注入谐波信号前保护测点的工频相量；Zn表示注入谐波信号前保护测点的背侧等效阻抗；ZL表示注入谐波信号前线路单位长度的阻抗；/>和/>分别表示注入谐波信号前线路保护测点的工频故障分量相量；d表示保护测点到故障点的故障距离；Rf表示过渡电阻，l表示线路总长度；/>和/>表示注入谐波信号后保护测点的工频相量；/>表示注入谐波信号后保护测点的背侧等效阻抗；/>表示注入谐波信号后线路单位长度的阻抗。
本发明提供了一种基于谐波注入的光伏并网系统故障保护装置，以模块间的有机结合为基础，在光伏并网系统中出现故障时，采用故障限流控制策略，通过调整输出电压限制故障电流的大小；再采用谐波注入控制策略，在三相电压的基础上，向所述光伏并网系统注入谐波信号；分别在谐波信号注入前后，获取光伏并网系统的故障等效电路，并求解出保护测点到故障点的故障距离；根据故障距离确定保护测点的出口时间，对光伏并网系统的故障进行处理。本发明在系统发生故障后注入具备特征性的谐波信号，可以强化故障特征，增加故障信息，提高保护的灵敏度和可靠性，有助于解决因换流器弱馈特性导致的保护拒动的问题。
附图说明
图1为本发明提供的基于谐波注入的光伏并网系统故障保护方法的一种实施例的流程示意图；
图2为本发明提供的光伏并网系统的一种拓扑图；
图3为本发明提供的故障限流控制策略的一种示意图；
图4为本发明提供的谐波注入控制策略的一种示意图；
图5为本发明提供的工频全量等效电路的一种示意图；
图6为本发明提供的工频故障分量等效电路的一种示意图；
图7为本发明提供的谐波频率下故障等效电路的一种示意图；
图8为本发明提供的基于谐波注入的光伏并网系统故障保护装置的一种实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
参见图1，是本发明提供的基于谐波注入的光伏并网系统故障保护方法的一种实施例的流程示意图，该方法包括步骤101至步骤104，各步骤具体如下：
步骤101：当光伏并网系统中出现故障时，通过调整输出电压限制故障电流的大小。
进一步地，在本发明第一实施例中，当光伏并网系统中出现故障时，通过调整输出电压限制故障电流的大小，具体为：
当光伏并网系统中出现故障时，获取前一时刻的输出电压值；
根据预设比例，将当前的输出电压值减少为所述前一时刻的输出电压值的预设比例值。
在本发明第一实施例中，考虑到随着光伏并网系统安装数量与容量呈上升趋势，“就地接入，故障后自动脱网”的闭锁策略可能在分布式能源高占比的系统中造成电网崩溃。因此需要将光伏并网逆变系统的故障闭锁修改为限流策略，避免换流器短时间内停运，从而为谐波信号的注入和保护的动作提供可能。
作为本发明第一实施例的一种举例，在起动故障限流控制后，切换光伏系统由MPPT控制为定输出电压控制，限制光伏电池端电压为限流起动前一时刻参考值的50％，以达到限制输出功率的目的，从而限制故障电流。
步骤102：在三相电压的基础上，向所述光伏并网系统注入谐波信号。
进一步地，在本发明第一实施例中，在三相电压的基础上，向所述光伏并网系统注入谐波信号，具体为：
根据预设的电压检测要求，确定谐波信号的幅值、角频率和初相位；
分别计算注入光伏并网系统三相电路的谐波信号的电压大小，具体为：
其中，Udet为谐波信号的幅值；ωdet为谐波信号的角频率；为谐波信号的初相位；/>和/>分别是注入光伏并网系统三相电路的谐波信号的电压大小。
进一步地，在本发明第一实施例中，根据预设的电压检测要求，确定谐波信号的幅值、角频率和初相位，具体为：
获取光伏并网系统的额定电压；
根据所述光伏并网系统的额定电压和预设的幅值检测要求，确定谐波信号的幅值；
根据预设的电压检测要求，确定谐波信号的角频率和初相位。
作为本发明第一实施例的一种举例，设置谐波信号的幅值主要需要考虑对电网的影响以及互感器精度的限制。因此，为保证谐波信号及其响应信号被有效检测，注入的谐波信号幅值最低不应低于额定电压的1％。同时，谐波信号的幅值不能过大，以免对设备造成二次冲击或在区外发生故障时影响电网的正常运行，因此，综合考虑后，可以设置信号的幅值为额定电压的5％。由于无需与交流系统同步，谐波信号的初相位可以任意取值，谐波信号的角频率可以设置为200Hz。本发明通过设计谐波信号注入策略，向电网注入特征频率的谐波信号，可以增加故障信息。
步骤103：在注入谐波信号前和注入谐波信号后，分别获取所述光伏并网系统的第一电路数据和第二电路数据，并根据所述第一电路数据和所述第二电路数据确定保护测点到故障点的故障距离。
进一步地，在本发明第一实施例中，在注入谐波信号前和注入谐波信号后，分别获取所述光伏并网系统的第一电路数据和第二电路数据，并根据所述第一电路数据和所述第二电路数据确定保护测点到故障点的故障距离，具体为：
在注入谐波信号前和注入谐波信号后，分别获取所述光伏并网系统的第一故障等效电路和第二故障等效电路；
根据所述第一故障等效电路和所述第二故障等效电路的电路状态方程求解保护测点到故障点的故障距离，具体为：
其中，和/>表示注入谐波信号前保护测点的工频相量；Zn表示注入谐波信号前保护测点的背侧等效阻抗；ZL表示注入谐波信号前线路单位长度的阻抗；/>和/>分别表示注入谐波信号前线路保护测点的工频故障分量相量；d表示保护测点到故障点的故障距离；Rf表示过渡电阻，l表示线路总长度；/>和/>表示注入谐波信号后保护测点的工频相量；/>表示注入谐波信号后保护测点的背侧等效阻抗；/>表示注入谐波信号后线路单位长度的阻抗。
在本发明第一实施例中，在完成谐波注入后，基于工频故障分量网络和谐波对应频率下等值电路，可以列写故障距离求解方程组，从而计算保护测点到故障点的故障距离。在上述方程组中，ZL表示线路单位长度的阻抗，可以由ZL＝rL+jωlL计算得出，其中，rL、lL分别表示线路单位长度的电阻和电感。
步骤104：根据所述故障距离设置保护测点的出口时间，并根据所述保护测点的出口时间对所述光伏并网系统的故障进行处理。
进一步地，在本发明第一实施例中，根据所述故障距离设置保护测点的出口时间，具体为：
根据所述故障距离计算保护测点出口的反时限动作特性，以确定保护测点的出口时间，具体为：
其中，tact表示保护I段动作时间；tII表示保护的II段动作时间；Δt表示配合延时。
在本发明第一实施例中，基于求解得到的故障距离，按照反时限动作特性，可以设置保护测点的出口时间，实现上一级线路保护同下一级线路保护之间的配合，从而完成对全线范围故障的识别和隔离。根据上述反时限动作特性的表达式可知，在近端故障(d＝0)时具有较快的动作速度，动作时间等于基本配合延时；在线路末端故障(d＝l)时的动作时间等于II段保护动作时间加配合延时，据此和区外故障时下段线路保护形成配合。
综上，本发明第一实施例提供了一种基于谐波注入的光伏并网系统故障保护方法，在光伏并网系统中出现故障时，采用故障限流控制策略，通过调整输出电压限制故障电流的大小；再采用谐波注入控制策略，在三相电压的基础上，向所述光伏并网系统注入谐波信号；分别在谐波信号注入前后，获取光伏并网系统的故障等效电路，并求解出保护测点到故障点的故障距离；根据故障距离确定保护测点的出口时间，对光伏并网系统的故障进行处理。本发明在系统发生故障后注入具备特征性的谐波信号，可以强化故障特征，增加故障信息，提高保护的灵敏度和可靠性，有助于解决因换流器弱馈特性导致的保护拒动的问题。
实施例2
参见图2，是本发明提供的光伏并网系统的一种拓扑图；光伏电池阵列经Boost型DC/DC升压变换器升压后，经两电平VSC型逆变器逆变为交流，经一条送出线L1并网运行。其中，DC/DC变换器采用MPPT控制策略，VSC采用定交流无功功率和定直流电压的双闭环控制策略。图中，K1m和K1n表示安装在光伏并网系统专用送出线L1两侧的保护测点，L2、L3和L4表示配电网的其他馈线，K2、K3和K4分别表示安装在其他对应馈线母线侧的保护测点。在图2的光伏并网系统中，对于保护安装处K1m，线路L1上发生的故障f1为区内故障，其他馈线上发生的故障f2、f3、f4以及母线故障f5为区外故障。发生区内故障时，K1n处的保护会根据工频过电流判据跳开L1系统侧断路器，而VSC在故障后的立即闭锁，导致K1m处的工频故障电流较小，K1m处保护可能拒动，线路L1光伏侧断路器难以断开。因此需要设计附加控制策略，在交流并网线路发生故障后以限流策略替代闭锁策略，进而注入特征频率的谐波信号，实现线路保护。
参见图3，是本发明提供的故障限流控制策略的一种示意图，ST1表示故障限流控制的起动信号，U* LV(0-)表示起动故障限流控制时刻之前MPPT控制策略计算的光伏电池端电压参考值。
在光伏并网系统正常运行时，后级两电平VSC控制直流极间电圧恒定，即DC/DC变换器的高压侧电压UHV恒定，根据光伏电池的运行特性可知，在相同环境因素下，光伏电池的输出功率是关于端电压ULV的函数，DC/DC变换器通过MPPT控制策略，让光伏电池始终运行在最大输出功率对应的端电压下，从而获取最大的太阳能转化效率。
但是在发生故障时，需要限制光伏系统的发电功率以限制故障电流，起动故障限流控制，切换光伏系统由MPPT控制为定输出电压控制，限制光伏电池端电压为限流起动前一时刻参考值的50％，以达到限制输出功率的目的。
参见图4，是本发明提供的谐波注入控制策略的一种示意图，ST2表示谐波信号注入附加控制的起动信号，Udetabc表示注入谐波信号的参考值。在光伏并网系统发生故障，并起动故障限流控制策略后，进一步起动谐波信号注入附加控制。在abc三相电压参考值u* abc的基础上附加谐波信号参考值U* det,abc，实现谐波信号的注入。
参见图5至图7，是光伏并网系统的故障等效电路，其中，图5和图6分别表示谐波注入前的工频全量等效电路和工频故障分量等效电路；图7表示谐波注入后的故障等效电路。
其中，和/>表示注入谐波信号前线路首末端保护测点的工频相量；Zm和Zn表示注入谐波信号前两端保护测点的背侧等效阻抗；ZL表示注入谐波信号前线路单位长度的阻抗；d表示保护测点K1m到故障点的故障距离；Rf表示过渡电阻，l表示线路总长度；/>和/>分别表示注入谐波信号前线路首末端保护测点的工频故障分量相量；和/>表示注入谐波信号后保护测点的工频相量；/>表示注入谐波信号后保护测点的背侧等效阻抗；/>表示注入谐波信号后线路单位长度的阻抗。
根据图5和图6的工频全量等效电路和工频故障分量等效电路，可以得出方程：
根据图7的谐波频率下故障等效电路，可以得出方程：
联立上述两个方程式，可求解出保护测点到故障点的故障距离。
在得出保护测点到故障点的故障距离后，按照反时限动作特性，可以设定保护测点出口时间，实现上一级线路保护同下一级线路保护之间的配合，从而完成对全线范围故障的识别和隔离。其中，保护测点出口的反时限动作特性为：
其中，tact表示保护I段动作时间；tII表示保护的II段动作时间；Δt表示配合延时。
实施例3
参见图8，是本发明提供的基于谐波注入的光伏并网系统故障保护装置的一种实施例的结构示意图，该装置包括调整模块201、注入模块202、计算模块203和设置模块204；
调整模块201用于当光伏并网系统中出现故障时，通过调整输出电压限制故障电流的大小；
注入模块202用于在三相电压的基础上，向所述光伏并网系统注入谐波信号；
计算模块203用于在注入谐波信号前和注入谐波信号后，分别获取所述光伏并网系统的第一电路数据和第二电路数据，并根据所述第一电路数据和所述第二电路数据确定保护测点到故障点的故障距离；
设置模块204用于根据所述故障距离设置保护测点的出口时间，并根据所述保护测点的出口时间对所述光伏并网系统的故障进行处理。
进一步地，在本发明第二实施例中，调整模块201，包括：电压获取单元和电压设定单元；
电压获取单元用于当光伏并网系统中出现故障时，获取前一时刻的输出电压值；
电压设定单元用于根据预设比例，将当前的输出电压值减少为所述前一时刻的输出电压值的预设比例值。
进一步地，在本发明第二实施例中，注入模块202，包括：确定单元和电压计算单元；
确定单元用于根据预设的电压检测要求，确定谐波信号的幅值、角频率和初相位；
电压计算单元用于分别计算注入光伏并网系统三相电路的谐波信号的电压大小，具体为：
其中，Udet为谐波信号的幅值；ωdet为谐波信号的角频率；为谐波信号的初相位；/>和/>分别是注入光伏并网系统三相电路的谐波信号的电压大小。
进一步地，在本发明第二实施例中，根据预设的电压检测要求，确定谐波信号的幅值、角频率和初相位，具体为：
获取光伏并网系统的额定电压；
根据所述光伏并网系统的额定电压和预设的幅值检测要求，确定谐波信号的幅值；
根据预设的电压检测要求，确定谐波信号的角频率和初相位。
进一步地，在本发明第二实施例中，计算模块203，包括：电路获取单元和距离计算单元；
电路获取单元用于在注入谐波信号前和注入谐波信号后，分别获取所述光伏并网系统的第一故障等效电路和第二故障等效电路；
距离计算单元用于根据所述第一故障等效电路和所述第二故障等效电路的电路状态方程求解保护测点到故障点的故障距离，具体为：
其中，和/>表示注入谐波信号前保护测点的工频相量；Zn表示注入谐波信号前保护测点的背侧等效阻抗；ZL表示注入谐波信号前线路单位长度的阻抗；/>和/>分别表示注入谐波信号前线路保护测点的工频故障分量相量；d表示保护测点到故障点的故障距离；Rf表示过渡电阻，l表示线路总长度；/>和/>表示注入谐波信号后保护测点的工频相量；/>表示注入谐波信号后保护测点的背侧等效阻抗；/>表示注入谐波信号后线路单位长度的阻抗。
进一步地，在本发明第二实施例中，设置模块204，包括：时间计算单元；
时间计算单元用于根据所述故障距离计算保护测点出口的反时限动作特性，以确定保护测点的出口时间，具体为：
其中，tact表示保护I段动作时间；tII表示保护的II段动作时间；Δt表示配合延时。
综上，本发明第二实施例提供了一种基于谐波注入的光伏并网系统故障保护装置，以模块间的有机结合为基础，在光伏并网系统中出现故障时，采用故障限流控制策略，通过调整输出电压限制故障电流的大小；再采用谐波注入控制策略，在三相电压的基础上，向所述光伏并网系统注入谐波信号；分别在谐波信号注入前后，获取光伏并网系统的故障等效电路，并求解出保护测点到故障点的故障距离；根据故障距离确定保护测点的出口时间，对光伏并网系统的故障进行处理。本发明在系统发生故障后注入具备特征性的谐波信号，可以强化故障特征，增加故障信息，提高保护的灵敏度和可靠性，有助于解决因换流器弱馈特性导致的保护拒动的问题。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于谐波注入的光伏并网系统故障保护方法，其特征在于，包括：
当光伏并网系统中出现故障时，通过调整输出电压限制故障电流的大小；
在三相电压的基础上，向所述光伏并网系统注入谐波信号；
在注入谐波信号前和注入谐波信号后，分别获取所述光伏并网系统的第一电路数据和第二电路数据，并根据所述第一电路数据和所述第二电路数据确定保护测点到故障点的故障距离；
根据所述故障距离设置保护测点的出口时间，并根据所述保护测点的出口时间对所述光伏并网系统的故障进行处理。
2.根据权利要求1所述的基于谐波注入的光伏并网系统故障保护方法，其特征在于，所述当光伏并网系统中出现故障时，通过调整输出电压限制故障电流的大小，具体为：
当光伏并网系统中出现故障时，获取前一时刻的输出电压值；
根据预设比例，将当前的输出电压值减少为所述前一时刻的输出电压值的预设比例值。
3.根据权利要求1所述的基于谐波注入的光伏并网系统故障保护方法，其特征在于，所述在三相电压的基础上，向所述光伏并网系统注入谐波信号，具体为：
根据预设的电压检测要求，确定谐波信号的幅值、角频率和初相位；
分别计算注入光伏并网系统三相电路的谐波信号的电压大小，具体为：
其中，Udet为谐波信号的幅值；ωdet为谐波信号的角频率；为谐波信号的初相位；和/>分别是注入光伏并网系统三相电路的谐波信号的电压大小。
4.根据权利要求3所述的基于谐波注入的光伏并网系统故障保护方法，其特征在于，所述根据预设的电压检测要求，确定谐波信号的幅值、角频率和初相位，具体为：
获取光伏并网系统的额定电压；
根据所述光伏并网系统的额定电压和预设的幅值检测要求，确定谐波信号的幅值；
根据预设的电压检测要求，确定谐波信号的角频率和初相位。
5.根据权利要求1所述的基于谐波注入的光伏并网系统故障保护方法，其特征在于，所述在注入谐波信号前和注入谐波信号后，分别获取所述光伏并网系统的第一电路数据和第二电路数据，并根据所述第一电路数据和所述第二电路数据确定保护测点到故障点的故障距离，具体为：
在注入谐波信号前和注入谐波信号后，分别获取所述光伏并网系统的第一故障等效电路和第二故障等效电路；
根据所述第一故障等效电路和所述第二故障等效电路的电路状态方程求解保护测点到故障点的故障距离，具体为：
其中，和/>表示注入谐波信号前保护测点的工频相量；Zn表示注入谐波信号前保护测点的背侧等效阻抗；ZL表示注入谐波信号前线路单位长度的阻抗；/>和/>分别表示注入谐波信号前线路保护测点的工频故障分量相量；d表示保护测点到故障点的故障距离；Rf表示过渡电阻，l表示线路总长度；/>和/>表示注入谐波信号后保护测点的工频相量；表示注入谐波信号后保护测点的背侧等效阻抗；/>表示注入谐波信号后线路单位长度的阻抗。
6.根据权利要求1所述的基于谐波注入的光伏并网系统故障保护方法，其特征在于，所述根据所述故障距离设置保护测点的出口时间，具体为：
根据所述故障距离计算保护测点出口的反时限动作特性，以确定保护测点的出口时间，具体为：
其中，tact表示保护I段动作时间；tII表示保护的II段动作时间；Δt表示配合延时。
7.一种基于谐波注入的光伏并网系统故障保护装置，其特征在于，包括：调整模块、注入模块、计算模块和设置模块；
所述调整模块用于当光伏并网系统中出现故障时，通过调整输出电压限制故障电流的大小；
所述注入模块用于在三相电压的基础上，向所述光伏并网系统注入谐波信号；
所述计算模块用于在注入谐波信号前和注入谐波信号后，分别获取所述光伏并网系统的第一电路数据和第二电路数据，并根据所述第一电路数据和所述第二电路数据确定保护测点到故障点的故障距离；
所述设置模块用于根据所述故障距离设置保护测点的出口时间，并根据所述保护测点的出口时间对所述光伏并网系统的故障进行处理。
8.根据权利要求7所述的基于谐波注入的光伏并网系统故障保护装置，其特征在于，所述调整模块，包括：电压获取单元和电压设定单元；
所述电压获取单元用于当光伏并网系统中出现故障时，获取前一时刻的输出电压值；
所述电压设定单元用于根据预设比例，将当前的输出电压值减少为所述前一时刻的输出电压值的预设比例值。
9.根据权利要求7所述的基于谐波注入的光伏并网系统故障保护装置，其特征在于，所述注入模块，包括：确定单元和电压计算单元；
所述确定单元用于根据预设的电压检测要求，确定谐波信号的幅值、角频率和初相位；
所述电压计算单元用于分别计算注入光伏并网系统三相电路的谐波信号的电压大小，具体为：
其中，Udet为谐波信号的幅值；ωdet为谐波信号的角频率；为谐波信号的初相位；和/>分别是注入光伏并网系统三相电路的谐波信号的电压大小。
10.根据权利要求7所述的基于谐波注入的光伏并网系统故障保护装置，其特征在于，所述计算模块，包括：电路获取单元和距离计算单元；
所述电路获取单元用于在注入谐波信号前和注入谐波信号后，分别获取所述光伏并网系统的第一故障等效电路和第二故障等效电路；
所述距离计算单元用于根据所述第一故障等效电路和所述第二故障等效电路的电路状态方程求解保护测点到故障点的故障距离，具体为：
其中，和/>表示注入谐波信号前保护测点的工频相量；Zn表示注入谐波信号前保护测点的背侧等效阻抗；ZL表示注入谐波信号前线路单位长度的阻抗；/>和/>分别表示注入谐波信号前线路保护测点的工频故障分量相量；d表示保护测点到故障点的故障距离；Rf表示过渡电阻，l表示线路总长度；/>和/>表示注入谐波信号后保护测点的工频相量；表示注入谐波信号后保护测点的背侧等效阻抗；/>表示注入谐波信号后线路单位长度的阻抗。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN118244024A (zh) * 2024-02-06 2024-06-25 中国电力科学研究院有限公司 一种在设备二次侧进行电能质量适应性测试的方法及装置

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