一种配电网短路下的逆变器电源建模方法技术

本发明专利技术公开了一种配电网短路下的逆变器电源建模方法，包括以下步骤：步骤一、从机理分析着手结合统计，对影响逆变器电源短路电流输出的因素进行分类；步骤二、确定若干典型的逆变器，及其短路输出电流的影响因素，影响因素分为三类：控制策略、拓扑结构、配电网短路类型；步骤三、建立所有控制策略下的短路模型，并拟合模型参数；模型参数用于分析逆变器电源故障。本发明专利技术大大减少工作量，提高逆变器电源短路仿真效率，方便逆变器电源故障分析，适用于电力系统对分布式电源系统的调度、联合运行与协调控制、随机模拟等需要快速建模与简单模型结构的研究领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力设备建模
，特别是一种配电网短路下的逆变器电源建模方法。
技术介绍
近年来，由于全球环境污染、常规能源短缺等问题，在科技进步和激励政策推动下，太阳能光伏发电得到各国政府的重视和支持，太阳能光伏发电产业迅速发展。随着分布式发电及微电网技术的飞速发展，各种类型的分布式电源(其中多为逆变型分布式电源)将接入配电系统或构成微电网。配电网一般是指电压等级在110kV以下用于城镇范围内电能传输和分配的电网。传统配电网内部一般不含有电源,传统配电网中变电站是唯一的电源且与大型发电机组的电气距离较远,相对而言系统运行变化方式较小,短路电流变化范围不大,短路电流方向恒定,所以传统配电网的保护方案一般是只在系统侧配置不含方向元件的阶段式电流保护,通过上下级保护定值和动作时间的配置保证保护的选择性,并在线路系统侧配置三相一次重合闸。传统的配电网一般是功率单向流动的辐射型网络,分布式电源的接入,改变配电网的结构形态,使其由传统的功率单向流动的辐射型网络转变为功率双向流动的有源网络,将会严重影响到传统配电网的单端保护配置可靠性,方案有时无法及时、准确地将故障切除造成对配电系统稳定、设备健康状态的破坏；风电、光伏等分布式电源的发电机理、并网结构和控制技术与传统电源有很大区别,短路电流计算模型不明确,不利于分析其接入对配电网短路电流分布以及保护的影响；分布式电源的接入点和接入方式多样,对传统电流保护的影响不同,不利于传统电流保护的整定配合；风电、光伏等分布式电源出力的间歇性和随机波动性以及并网或者孤岛运行等运行方式的变化,会造成配电网的运行方式变化大,对保护提出了新问题。因此,为了保证分布式电源接入情况下配电网保护的可靠动作,并且充分利用分布式电源来提高供电可靠性,有必要开展适应分布式电源接入的配电网保护的研究。由于分布式电源的接入，给配电网的保护带来了诸多不利的影响，尤其对于较高电压等级的配电线路影响更大。分布式电源接入给保护带来的影响主要有:1)改变保护范围,可能引起保护失去选择性,灵敏度降低,拒绝动作和误动作等；2)配电网故障电流水平发生变化,给保护装置和断路器的容量提出了更高要求；3)影响原有过流保护,焰断器以及重合闸之间的配合；4)当未经逆变器接口分布式电源接入时,可能会产生谐波影响保护正确动作；5)分布式电源的接入可能会造成故障点电弧不熄灭或者非同期合闸。分布式电源复杂的故障电流特性和多变的运行方式导致传统继电保护性能劣化,严重影响电网的安全稳定运行。同时,这也使得传统的以交流同步电机供电电源为基础的短路电流分析理论和方法难以满足分布式电源接入后电网故障分析的要求,给以故障特征为基础的继电保护原理研究带来了严峻的挑战。这已成为制约分布式发电技术进一步发展和应用的重要技术瓶颈,存在大量的理论和技术问题亟待解决。由于逆变器电源的多样性和其运行控制的复杂性，以及配电网短路的的多样性，工程师和研究人员必须根据实际情况不断改进并网变换器的传统控制策略，使已有的光伏并网系统具备故障穿越能力。这使得传统的仅针对特定的逆变器电源建立的模型不再适用，而需每次根据配不同的电网及逆变器电源重新建立模型，工作琐碎且效率较低。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供一种配电网短路下的逆变器电源建模方法，从逆变型分布式电源的外部短路特性入手，分析、归纳、综合主要影响因素,结合短路动模实验数据通过由点到线再到面的建模方式，建立比较标准且普遍适用的逆变器电源短路模型的方法，该模型具有通用性。本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：根据本专利技术提出的一种配电网短路下的逆变器电源故障分析方法，包括以下步骤：步骤一、从机理分析着手结合统计，对影响逆变器电源短路电流输出的因素进行分类；步骤二、确定若干典型的逆变器，及其短路输出电流的影响因素，影响因素分为三类：控制策略、拓扑结构、配电网短路类型；步骤三、建立所有控制策略下的短路模型，并拟合模型参数；模型参数用于分析逆变器电源故障；(301)、综合步骤二中确定的各个影响因素；(302)、指定一种控制策略，在此控制策略下，任选一种拓扑结构，之后在短路类型中根据不同短路类型建模；(303)、然后再指定另一种拓扑结构，完成该拓扑结构所对应的不同短路类型的建模；(304)、重复(303)，直至完成指定控制策略下的所有拓扑结构下的建模；(305)、指定另一种控制策略，重复(302)-(304)，直至所有控制策略下的短路 模型都已建立；(306)、根据(305)建立好的短路模型进行短路动模试验，根据实验数据，拟合模型参数；模型参数用于分析逆变器电源故障。作为本专利技术所述的一种配电网短路下的逆变器电源故障分析方法进一步优化方案，所述不同短路类型是指配电网三相短路、两相短路以及单相接地短路。作为本专利技术所述的一种配电网短路下的逆变器电源故障分析方法进一步优化方案，所述拓扑结构为全桥、H桥或推挽式结构。作为本专利技术所述的一种配电网短路下的逆变器电源故障分析方法进一步优化方案，所述控制策略为PQ控制、VF控制或下垂控制。作为本专利技术所述的一种配电网短路下的逆变器电源故障分析方法进一步优化方案，模型建立后，每种拓扑结构在特定控制策略下的短路模型都有一个唯一的编号，一旦被选定，便通过对多路开关控制信号输入不同编号来选定该种短路模型从而进行仿真。本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：(1)本专利技术从逆变型分布式电源的外部短路特性入手，分析、归纳、综合主要影响因素,结合短路动模实验数据通过由点到线再到面的建模方式，建立比较标准且普遍适用的逆变器电源短路模型的方法，该模型具有通用性且可以根据需要进一步拓展；(2)从逆变器电源的控制策略出发，依次考虑逆变器电源的拓扑结构以及配电网短路方式进行建模；该种方法大大减少工作量，提高逆变器电源短路仿真效率，方便逆变器电源故障分析，适用于电力系统对分布式电源系统的调度、联合运行与协调控制、随机模拟等需要快速建模与简单模型结构的研究领域。附图说明图1是基于电网电压矢量定向控制的双闭环控制策略控制框图。图2是功率流动示意图。图3是建模方法流程示意图。图4是模型结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案做进一步的详细说明：下面基于Matlab/Simulink平台，建模配电网短路情况下逆变器电源的建模过程，如图3流程图所示。步骤一：分析逆变器电源的外部短路特性；由于逆变器电源种类繁多，现基于一种目前广泛采用的电网电压矢量定向控制的双闭环控制策略进行分析，具体的控制框图如图1。在Park坐标系下，三相电压电流可以转换成d轴和q轴分量，将d轴定向于并网点电压矢量，通过电压矢量定向方法可以实现PQ解耦控制，即P＝UId，Q＝UIq，其中U为并网点电压，Id为有功电流分量，Iq为无功电流分量。功率外环将测量到的电网侧输出的有功功率Pm、无功功率Qm和有功功率和无功功率参考值Pref、Qref做差，经过比例积分环节，得到内环控制电流基准分量Idref、Iqref。电流内环再将其与电流测量值Id、Iq作比较，再通过PI控制得到脉宽调制基准值，通过SPWM控制(图1中将此环节等效为一阶滞后环节)得到逆变器触发脉冲的触发信号，从而达到控制输出有功本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种配电网短路下的逆变器电源故障分析方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、从机理分析着手结合统计，对影响逆变器电源短路电流输出的因素进行分类；步骤二、确定若干典型的逆变器，及其短路输出电流的影响因素，影响因素分为三类：控制策略、拓扑结构、配电网短路类型；步骤三、建立所有控制策略下的短路模型，并拟合模型参数；模型参数用于分析逆变器电源故障；（301）、综合步骤二中确定的各个影响因素；（302）、指定一种控制策略，在此控制策略下，任选一种拓扑结构，之后在短路类型中根据不同短路类型建模；（303）、然后再指定另一种拓扑结构，完成该拓扑结构所对应的不同短路类型的建模；（304）、重复（303），直至完成指定控制策略下的所有拓扑结构下的建模；（305）、指定另一种控制策略，重复（302）‑（304），直至所有控制策略下的短路模型都已建立；（306）、根据（305）建立好的短路模型进行短路动模试验，根据实验数据，拟合模型参数；模型参数用于分析逆变器电源故障。

【技术特征摘要】
1.一种配电网短路下的逆变器电源故障分析方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、从机理分析着手结合统计，对影响逆变器电源短路电流输出的因素进行分类；步骤二、确定若干典型的逆变器，及其短路输出电流的影响因素，影响因素分为三类：控制策略、拓扑结构、配电网短路类型；步骤三、建立所有控制策略下的短路模型，并拟合模型参数；模型参数用于分析逆变器电源故障；（301）、综合步骤二中确定的各个影响因素；（302）、指定一种控制策略，在此控制策略下，任选一种拓扑结构，之后在短路类型中根据不同短路类型建模；（303）、然后再指定另一种拓扑结构，完成该拓扑结构所对应的不同短路类型的建模；（304）、重复（303），直至完成指定控制策略下的所有拓扑结构下的建模；（305）、指定另一种控制策略，重复（302）-（304），直至所有控制策略下的短路模型都...

【专利技术属性】
技术研发人员：林伟伟，陈广巍，齐贝贝，陈谦，鞠平，余一平，金宇清，徐卓林，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32