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一种光伏电源短路计算方法

阅读:624发布:2024-02-29

专利汇可以提供一种光伏电源短路计算方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及光伏 电路 技术领域,更具体地,涉及一种光伏电源 短路 计算方法,获取光伏电源故障前的输出 电流 、并网点 电压 和故障后并网点 三相电压 数据,根据获取的数据建立电压电流-功率方程,求解故障前光伏电源的输出有功功率;并采用对称分量法获得并网点三相电压-正序电压方程;两相旋转 坐标系 下,建立逆变器电压外环控制方程;根据旋转两相/三相坐标系变换方程,求解光伏电源三相 故障电流 。本发明更贴合于工程实际,短路计算的精确度更高,能更好地为含光伏电源的 电网 短路计算和继电保护研究提供支持。,下面是一种光伏电源短路计算方法专利的具体信息内容。

1.一种光伏电源短路计算方法,其特征在于,包括有以下步骤:
S1:获取光伏电源故障前的输出电流、并网点电压和故障后并网点三相电压数据,根据获取的数据建立电压电流-功率方程,求解故障前光伏电源的输出有功功率;
S2:根据对称分量法,获得并网点三相电压-正序电压方程,求解故障后并网点正序电压,并建立直流母线的功率电压方程,求解直流母线电压;
S3:在两相旋转坐标系下,建立逆变器电压外环控制方程,求解输出有功电流;在两相旋转坐标系下,根据低压穿越运行要求,建立低压穿越运行控制方程,求解输出无功电流
S4:建立光伏电源逆变器限流方程,求解输出有功电流限值;
S5:比较步骤S3和步骤S4中的输出有功电流限值,选取较小输出有功电流限值;
S6:根据旋转两相/三相坐标系变换方程,求解光伏电源三相故障电流
2.根据权利要求1所述的光伏电源短路计算方法,其特征在于,所述步骤S1中,电压电流-功率方程为:
式中:P0为光伏电源故障前发出有功功率; 为故障前并网点相电压有效值; 为故障前输出相电流有效值;θ为功率因素
3.根据权利要求1所述的光伏电源短路计算方法,其特征在于,所述步骤S2中,并网点三相电压-正序电压方程为;
式中:Ug1为并网点正序电压幅值; 和 分别为并网点三相电压;运算子α=ej120°,α2=ej240°。
4.根据权利要求1所述的光伏电源短路计算方法,其特征在于,所述步骤S2中,直流母线的功率电压方程为:
式中: 为直流母线电容额定电压,典型取值为2500V;udc为直流母线电容电压;Pg为光伏电源输出有功功率;Pcrow为直流卸荷电路消耗功率。
5.根据权利要求1所述的光伏电源短路计算方法,其特征在于,所述步骤S3中,逆变器电压外环控制方程为:
式中:kP、kI为电压外环PI控制器的P、I参数; 光伏电源输出d轴电流指令值。
6.根据权利要求1所述的光伏电源短路计算方法,其特征在于,所述步骤S3中,低压穿越运行控制方程为:
式中:式中: 为光伏电源输出q轴电流指令值; 为逆变器输出电流限幅值。
7.根据权利要求1所述的光伏电源短路计算方法,其特征在于,所述步骤S4中,逆变器限流方程为:
式中: 为光伏电源输出d轴电流指令值, 为光伏电源输出q轴电流指令值, 为逆变器输出电流限幅值。
8.根据权利要求1所述的光伏电源短路计算方法,其特征在于,所述步骤S6中,两相/三相坐标系变换方程为:
式中:iga、iga、iga为光伏电源输出三相电流;α=ω1t+θ,其中ω1为同步角速度,θ为A相电流初相位;ig0为输出零序电流。
9.根据权利要求2所述的光伏电源短路计算方法,其特征在于,功率因素角θ为90°。
10.根据权利要求6所述的光伏电源短路计算方法,其特征在于,所述 取值为1.2pu。

说明书全文

一种光伏电源短路计算方法

技术领域

[0001] 本发明涉及光伏电路技术领域,更具体地,涉及一种光伏电源短路计算方法。

背景技术

[0002] 近年来,太阳能发电装机容量快速增大,技术进步和产业升级加快,已成为全球能源转型的重要领域。为了防止电网故障时光伏电源大规模脱网给电网安全稳定运行带来的危害,在光伏电源并网运行的相关规程中,明确要求大中型光伏电站需具备电压穿越能。光伏电源由于其自身发电方式、电路拓扑结构和低压穿越控制策略的特殊性,其故障特性远别于传统同步电机。大量光伏电源实施低压穿越运行后,其馈出的复杂短路电流将会给电网的继电保护带来诸多不利影响,可能导致保护误动或拒动,进而威胁电力系统的安全稳定运行。
[0003] 因此,深入开展光伏电源的短路电流特性分析,建立短路电流的理论解析计算模型,对准确评估其对电网继电保护的影响,改进和完善保护性能具有重要的现实意义。对此,相关的短路计算方法有:光伏电源的稳态故障电流特性和计算方法(周念成,叶玲,王强,等.含负序电流注入的逆变型分布式电源电网不对称短路计算[J].中国电机工程学报,2013,33(36):41-49.),但其未考虑光伏电源的暂态故障特性,因此所得结论仅适用于稳态短路分析;基于直流母线电压恒定的短路计算方法(孔祥平,张哲,尹项根,等.含逆变型分布式电源的电网故障电流特性与故障分析方法研究[J].中国电机工程学报,2013,33(34):
65-74.),但光伏电源在故障工况下,其输出的电磁功率将发生大幅变化,将导致直流母线电压波动,进而会影响输出故障电流,因此上述近似分析方法并不完善;基于数字仿真的短路电流研究(毕天姝,刘素梅,薛安成,等.逆变型新能源电源故障暂态特性分析[J].中国电机工程学报,2013,33(13):165-171.),但其主要局限于定性分析,缺乏必要的理论分析支持。综上可知,目前可反映光伏电源故障全过程的短路计算方法并不完善,尤其在考虑故障期间直流母线电压波动的短路计算方面,尚未提出有效的计算方法。针对该问题,本发明提出一种虑及故障期间直流母线电压波动的光伏电源短路计算方法,以为含光伏电源的电网短路计算和继电保护研究提供参考。

发明内容

[0004] 本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷,提供一种光伏电源短路计算方法,本发明更贴合于工程实际,短路计算的精确度更高,能更好地为含光伏电源的电网短路计算和继电保护研究提供支持。
[0005] 为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是:一种光伏电源短路计算方法,其中,包括有以下步骤:
[0006] S1:获取光伏电源故障前的输出电流、并网点电压和故障后并网点三相电压数据,根据获取的数据建立电压电流-功率方程,求解故障前光伏电源的输出有功功率;
[0007] S2:根据对称分量法,获得并网点三相电压-正序电压方程,求解故障后并网点正序电压,并建立直流母线的功率电压方程,求解直流母线电压;
[0008] S3:在两相旋转坐标系下,建立逆变器电压外环控制方程,求解输出有功电流;在两相旋转坐标系下,根据低压穿越运行要求,建立低压穿越运行控制方程,求解输出无功电流
[0009] S4:建立光伏电源逆变器限流方程,求解输出有功电流限值;
[0010] S5:比较步骤S3和步骤S4中的输出有功电流限值,选取较小输出有功电流限值;
[0011] S6:根据旋转两相/三相坐标系变换方程,求解光伏电源三相故障电流。
[0012] 在一个实施方式中,步骤S1中,电压电流-功率方程为:
[0013]
[0014] 式中:P0为光伏电源故障前发出有功功率; 为故障前并网点相电压有效值;为故障前输出相电流有效值;θ为功率因素,功率因素角θ为90°。
[0015] 在一个实施方式中,步骤S2中,并网点三相电压-正序电压方程为;
[0016]
[0017] 式中:Ug1为并网点正序电压幅值; 和 分别为并网点三相电压;运算子α=ej120°,α2=ej240°。
[0018] 在一个实施方式中,步骤S2中,直流母线的功率电压方程为:
[0019]
[0020] 式中: 为直流母线电容额定电压,典型取值为2500V;udc为直流母线电容电压;Pg为光伏电源输出有功功率;Pcrow为直流卸荷电路消耗功率。
[0021] 在一个实施方式中,步骤S3中,逆变器电压外环控制方程为:
[0022]
[0023] 式中:kP、kI为电压外环PI控制器的P、I参数; 光伏电源输出d轴电流指令值。
[0024] 在一个实施方式中,步骤S3中,低压穿越运行控制方程为:
[0025]
[0026] 式中:式中: 为光伏电源输出q轴电流指令值; 为逆变器输出电流限幅值,典型取值为1.2pu。
[0027] 在一个实施方式中,步骤S4中,逆变器限流方程为:
[0028]
[0029] 式中: 为光伏电源输出d轴电流指令值, 为光伏电源输出q轴电流指令值,为逆变器输出电流限幅值。
[0030] 在一个实施方式中,步骤S6中,两相/三相坐标系变换方程为:
[0031]
[0032] 式中:iga、iga、iga为光伏电源输出三相电流;α=ω1t+θ,其中ω1为同步角速度,θ为A相电流初相位;ig0为输出零序电流。
[0033] 本发明与现有技术相比,具有以下特点:
[0034] 本发明技术方案不同于现有技术在故障期间假设直流母线电压恒定,而是通过直流母线的功率电压方程求得直流母线电压,再基于逆变器电压外环求得输出电流指令值,最后基于逆变器电流内环求得实际输出电流。本发明的技术方案更贴合于工程实际,短路计算的精确度更高,能更好地为含光伏电源的电网短路计算和继电保护研究提供参考。附图说明
[0035] 图1是本发明实施例中方法流程示意图。

具体实施方式

[0036] 附图仅用于示例性说明,不能理解为对本发明的限制;为了更好说明本实施例,附图某些部件会有省略、放大或缩小,并不代表实际产品的尺寸;对于本领域技术人员来说,附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明,不能理解为对本发明的限制。
[0037] 本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件;在本发明的描述中,需要理解的是,若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明,不能理解为对本专利的限制,对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
[0038] 实施例1:
[0039] 如图1所示,本发明提供一种光伏电源短路计算方法,包括有以下步骤:
[0040] S1:获取光伏电源故障前的输出电流、并网点电压和故障后并网点三相电压数据,根据获取的数据建立电压电流-功率方程,求解故障前光伏电源的输出有功功率;
[0041] 电压电流-功率方程为:
[0042] 式中:P0为光伏电源故障前发出有功功率; 为故障前并网点相电压有效值;为故障前输出相电流有效值;θ为功率因素角。
[0043] S2:根据对称分量法,获得并网点三相电压-正序电压方程,求解故障后并网点正序电压,并建立直流母线的功率电压方程,求解直流母线电压;
[0044] 并网点三相电压-正序电压方程为;
[0045]
[0046] 式中:Ug1为并网点正序电压幅值; 和 分别为并网点三相电压;运算子α=ej120°,α2=ej240°。
[0047] 直流母线的功率电压方程为:
[0048]
[0049] 式中: 为直流母线电容额定电压,典型取值为2500V;udc为直流母线电容电压;Pg为光伏电源输出有功功率;Pcrow为直流卸荷电路消耗功率。
[0050] S3:在两相旋转坐标系下,建立逆变器电压外环控制方程,求解输出有功电流;在两相旋转坐标系下,根据低压穿越运行要求,建立低压穿越运行控制方程,求解输出无功电流;
[0051] 逆变器电压外环控制方程为:
[0052]
[0053] 式中:kP、kI为电压外环PI控制器的P、I参数;光伏电源输出d轴电流指令值。
[0054] 低压穿越运行控制方程为:
[0055]
[0056] 式中:式中: 为光伏电源输出q轴电流指令值; 为逆变器输出电流限幅值,取值为1.2pu。
[0057] S4:建立光伏电源逆变器限流方程,求解输出有功电流限值;
[0058] 逆变器限流方程为:
[0059]
[0060] 式中: 为光伏电源输出d轴电流指令值, 为光伏电源输出q轴电流指令值,为逆变器输出电流限幅值。
[0061] S5:比较步骤S3和步骤S4中的输出有功电流限值,选取较小输出有功电流限值;
[0062] S6:根据旋转两相/三相坐标系变换方程,求解光伏电源三相故障电流。
[0063] 两相/三相坐标系变换方程为:
[0064]
[0065] 式中:iga、iga、iga为光伏电源输出三相电流;α=ω1t+θ,其中ω1为同步角速度,θ为A相电流初相位;ig0为输出零序电流,一般取值为0,因为光伏电源的箱变和升压变使其与电网零序网络断开,无零序电流通路。
[0066] 显然,本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
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