变流器控制的电动汽车接入配网短路电流计算系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了属于电力系统继电保护技术领域的一种变流器控制的电动汽车接入配网短路电流计算系统及方法。所述系统包括顺序相连的信息采集模块、VSR功率方程计算模块、三相短路电流计算模块和短路电流输出模块；所述方法包括采集配电网系统中网络结构参数、电动汽车充/放电机换流器拓扑参数数据；利用信息采集模块得到的电动汽车充/放电机换流器拓扑信息构建VSR的功率方程；计算交流电网侧发生故障后的VSR输出的短路电流，并通过短路电流输出模块输出，经仿真验证，本发明专利技术通过对电动汽车在故障暂态下向配电线路输出短路电流进行量化分析，能够准确计算电网侧发生故障后的VSR输出的短路电流，为继电保护研究提供理论指导。

【技术实现步骤摘要】
变流器控制的电动汽车接入配网短路电流计算系统及方法
本专利技术属于电力系统继电保护
，尤其涉及一种变流器控制的电动汽车接入配网短路电流计算系统及方法。
技术介绍
随着电动汽车大量接入配电网，影响了配电网原有的电源、负荷以及网络结构，改变了配电网的潮流大小和方向，这势必改变原有配电线路发生各种短路故障时的故障特征。研究电动汽车接入配电网后的短路故障特征，将有利于分析电动汽车接入后对配电网的影响，尤其是对配电网暂态故障过程的影响，从而研究其对配电线路传统继电保护方案的影响，并提出适应电动汽车随机负荷接入的配电网保护新方法，保证继电保护的可靠性。针对电动汽车接入配电网后的场景，目前学者研究主要集中在大规模电动汽车接入对配电网的影响、电动汽车有序充电控制策略、电动汽车负荷建模等，大多属于定性分析，量化分析较少。故障特征相关研究大多限于电动汽车充电站内部故障情况，对于线路故障情形研究较少，这对继电保护研究作用甚微，亟待对电动汽车在故障暂态下向配电线路输出短路电流进行量化研究。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提出了一种变流器控制的电动汽车接入配网短路电流计算系统及方法，其特征在于，包括顺序相连的信息采集模块、VSR功率方程计算模块、三相短路电流计算模块和短路电流输出模块；所述信息采集模块用于采集配电网系统中网络结构参数、电动汽车充/放电机换流器拓扑参数数据，并将采集的数据发送至VSR功率方程计算模块、三相短路电流计算模块和短路电流输出模块；所述VSR功率方程计算模块，利用信息采集模块采集得到的电动汽车充/放电机换流器拓扑参数数据构建VSR功率方程，其中VSR表示电动汽车的AC/DC变换部分的三相电压型PWM整流器；所述三相短路电流计算模块，利用VSR功率方程计算模块构建的VSR功率方程，进一步求解电网侧发生故障后的VSR输出的短路电流；所述短路电流输出模块，用于将三相短路电流计算得到的短路电流通过短路电流输出模块输出。一种变流器控制的电动汽车接入配网短路电流计算方法，包括：步骤1：采集配电网系统中网络结构参数、电动汽车充/放电机换流器拓扑参数数据，并将采集的数据发送至VSR功率方程计算模块、三相短路电流计算模块和短路电流输出模块；步骤2：利用信息采集模块采集的电动汽车充/放电机换流器拓扑数据构建VSR功率方程；步骤3：利用VSR功率方程计算电网侧发生故障后由VSR输出的三相短路电流；步骤4：输出计算得到的三相短路电流。所述步骤2构建VSR功率方程的方法为：步骤201：建立VSR数学模型假设电网三相电压平衡且三相参数对称，满足ea+eb+ec＝0；IGBT的开关损耗为0，交流侧电感L为理想线性电感；根据基尔霍夫电压电流定律，建立VSR在三相静止坐标系上的数学模型，包括VSR电压方程和VSR电流方程：VSR电流方程：VSR电压方程：式中，ia、ib、ic为变流器交流侧电流；ea、eb、ec为互差120°的三相交流电网电压，sa、sb、sc为开关函数，udc为直流电压，uN为N点电压；利用派克变换将VSR数学模型从三相静止坐标系转换到两相旋转坐标系，得到VSR在两相旋转坐标系上的数学模型，包括两相旋转坐标系下的VSR电流方程和VSR电压方程；两相旋转坐标系下的VSR电流方程为：两相旋转坐标系下的VSR电压方程为：式中，R为交流侧等效电阻，C为直流侧电容，ω为额定角速度，iq、id分别为dq坐标下变流器交流侧电流iabc的q轴和d轴分量；eq、ed分别为dq坐标下eabc在q轴和d轴的电压分量，sd、sq分别为开关函数Sabc的q轴和d轴分量；uq、ud分别为dq坐标下变流器交流侧电压uabc的q轴和d轴分量；步骤202：建立VSR功率方程基于步骤201建立的VSR数学模型建立VSR功率方程为：假设实际运行中电阻的消耗能量为0，电感吸收和释放能量为0，对上述VSR功率方程的非线性部分进行化简，得到化简形式的VSR功率方程为：式中，idc为直流电流，QC为电容储能，pdc为直流负载功率。所述步骤3计算三相短路电流的公式为：求解上述公式的解析解，得到特征值λ1、λ2如下：1)若则特征值λ1、λ2为：则得到id(t)的解析解为：2)若则特征值λ1、λ2为：则得到id(t)的解析解为：3)若则特征值λ1、λ2为：则得到id(t)的解析解为：其中，式中，kp和ki分别为PI调节器的比例、积分参数；k'p和k'i分别为考虑参考值的PI调节器的比例、积分参数；为直流母线电压参考值，为直流母线电压udc控制器参考值，Ed为换流器交流侧电压幅值；P为VSR从电网吸收的功率。本专利技术的有益效果在于：本专利技术提出的一种变流器控制的电动汽车接入配网短路电流计算系统及方法，通过分析研究电压型PWM整流器的基本结构和数学模型，对电动汽车故障暂态过程进行量化分析，能够准确计算电网侧发生故障后的VSR输出的短路电流，为继电保护研究提供理论指导。附图说明附图1为本专利技术提供的一种考虑变流器控制的电动汽车接入配电网的短路电流计算系统结构图；附图2为VSR拓扑结构图；附图3为VSR简化拓扑结构图；附图4为电动汽车接入配电网的仿真模型示意图；附图5为仿真结果与理论计算结果对比图；具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细说明。附图1为本专利技术提供的一种考虑变流器控制的电动汽车接入配电网的短路电流计算系统结构图，如图1所示，所述系统由顺序相连的信息采集模块、VSR功率方程计算模块、三相短路电流计算模块和短路电流输出模块组成；所述信息采集模块用于采集配电网系统中网络结构参数、电动汽车充/放电机换流器拓扑参数数据，并将采集的数据发送至VSR功率方程计算模块、三相短路电流计算模块和短路电流输出模块；所述VSR功率方程计算模块，利用信息采集模块采集得到的电动汽车充/放电机换流器拓扑参数数据构建VSR功率方程，其中VSR表示电动汽车的AC/DC变换部分的三相电压型PWM整流器；所述三相短路电流计算模块，利用VSR功率方程计算模块构建的VSR功率方程，进一步求解电网侧发生故障后的VSR输出的短路电流；所述短路电流输出模块，用于将三相短路电流计算得到的短路电流通过短路电流输出模块输出。基于上述的一种变流器控制的电动汽车接入配网短路电流计算系统，本专利技术还提出一种变流器控制的电动汽车接入配网短路电流计算方法，所述方法包括以下步骤：步骤1：采集配电网系统中网络结构参数、电动汽车充/放电机换流器拓扑参数数据，并将采集的数据发送至VSR功率方程计算模块、三相短路电流计算模块和短路电流输出模块；步骤2：利用信息采集模块采集的电动汽车充/放电机换流器拓扑数据构建VSR功率方程；步骤3：利用VSR功率方程计算电网侧发生故障后由VSR输出的三相短路电流；步骤4：输出计算得到的三相短路电流。具体的，所述步骤2构建VSR功率方程还包括以下子步骤：步骤201：建立VSR数学模型，建立方法如下所述：电动汽车的AC/DC变换部分一般采用的是三相电压型PWM整流器，简称VSR，其拓扑结构如图2所示。在图2中，ea、eb、ec为互差120°的三相交流电网电压，L为交流侧电感，R为交流侧等效电阻，ua、ub、uc为整流器三相交流电压，ia、ib、ic为三相交流电流，C为直流侧电容，udc为直流电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种变流器控制的电动汽车接入配网短路电流计算系统，其特征在于，包括顺序相连的信息采集模块、VSR功率方程计算模块、三相短路电流计算模块和短路电流输出模块；所述信息采集模块用于采集配电网系统中网络结构参数、电动汽车充/放电机换流器拓扑参数数据，并将采集的数据发送至VSR功率方程计算模块、三相短路电流计算模块和短路电流输出模块；所述VSR功率方程计算模块，利用信息采集模块采集得到的电动汽车充/放电机换流器拓扑参数数据构建VSR功率方程，其中VSR表示电动汽车的AC/DC变换部分的三相电压型PWM整流器；所述三相短路电流计算模块，利用VSR功率方程计算模块构建的VSR功率方程，进一步求解电网侧发生故障后的VSR输出的短路电流；所述短路电流输出模块，用于将三相短路电流计算得到的短路电流通过短路电流输出模块输出。

【技术特征摘要】
1.一种变流器控制的电动汽车接入配网短路电流计算系统，其特征在于，包括顺序相连的信息采集模块、VSR功率方程计算模块、三相短路电流计算模块和短路电流输出模块；所述信息采集模块用于采集配电网系统中网络结构参数、电动汽车充/放电机换流器拓扑参数数据，并将采集的数据发送至VSR功率方程计算模块、三相短路电流计算模块和短路电流输出模块；所述VSR功率方程计算模块，利用信息采集模块采集得到的电动汽车充/放电机换流器拓扑参数数据构建VSR功率方程，其中VSR表示电动汽车的AC/DC变换部分的三相电压型PWM整流器；所述三相短路电流计算模块，利用VSR功率方程计算模块构建的VSR功率方程，进一步求解电网侧发生故障后的VSR输出的短路电流；所述短路电流输出模块，用于将三相短路电流计算得到的短路电流通过短路电流输出模块输出。2.一种变流器控制的电动汽车接入配网短路电流计算方法，其特征在于，包括：步骤1：采集配电网系统中网络结构参数、电动汽车充/放电机换流器拓扑参数数据，并将采集的数据发送至VSR功率方程计算模块、三相短路电流计算模块和短路电流输出模块；步骤2：利用信息采集模块采集的电动汽车充/放电机换流器拓扑数据构建VSR功率方程；步骤3：利用VSR功率方程计算电网侧发生故障后由VSR输出的三相短路电流；步骤4：输出计算得到的三相短路电流。3.根据权利要求2所述的一种变流器控制的电动汽车接入配网短路电流计算方法，其特征在于，所述步骤2构建VSR功率方程的方法为：步骤201：建立VSR数学模型假设电网三相电压平衡且三相参数对称，满足ea+eb+ec＝0；IGBT的开关损耗为0，交流侧电感L为理想线性电感；根据基尔霍夫电压电流定律，建立VSR在三相静止坐标系上的数学模型，包括VSR电压方程和VSR电流方程：VSR电流方程：VSR电压方...

【专利技术属性】
技术研发人员：马静，刘静，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京,11