一种基于历史天气条件的微电网可靠性评估方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及微电网可靠性分析技术领域，具体公开了一种基于历史天气条件的微电网可靠性评估方法，包括：采集历史天气数据；根据历史天气数据，计算得到光伏发电机和风力发电机的实时输出功率，以及计算得到微电网中变流器的实时功率损耗；建立变流器的瞬态热阻网络模型，并将变流器的实时功率损耗和当前环境温度输入到变流器的瞬态热阻网络模型中，以输出变流器结温的瞬态响应曲线；根据变流器结温的瞬态响应曲线对变流器的寿命进行分析，以输出微电网的可靠性评估结果。本发明专利技术还公开了一种基于历史天气条件的微电网可靠性评估系统。本发明专利技术提供的基于历史天气条件的微电网可靠性评估方法，能够基于变流器的寿命分析，对微电网的可靠性进行分析。的可靠性进行分析。的可靠性进行分析。

【技术实现步骤摘要】
一种基于历史天气条件的微电网可靠性评估方法及系统


[0001]本专利技术涉及微电网可靠性分析
，更具体地，涉及一种基于历史天气条件的微电网可靠性评估方法及一种基于历史天气条件的微电网可靠性评估系统。

技术介绍

[0002]随着世界各国对能源发展和能源转型的重视，新能源得到快速发展。伴随着大量分布式电源接入电网，其不可控制和难以管理的特点，给电能质量、电网安全性和稳定性带来很大影响。微电网技术通过有效提高电网对分布式电源的接纳能力，改善网络的供电质量和可靠性，受到国内外研究工作者的广泛关注并得到迅速发展。
[0003]除各种形式的可再生能源发电系统外，微电网中电动汽车作为可控负载参与微电网的需求响应，微电网中加入储能系统来解决由于出力的间歇性及并网运行和孤岛运行切换时造成的功率缺额，微电网中引入大量的电力变流器来灵活连接各种形式的能源。由于微电网的复杂结构，对微电网的可靠性和运行控制有更高的要求。
[0004]然而，据统计超过30％的电力电子变流器故障由功率器件引起，由电力电子器件组成的电力变流器作为能量转换及传输的重要环节，需要承受较大的电应力及热应力，热应力是影响电力电子器件可靠性的主要因素。在电力电子器件运行期间，功率损耗以热的形式发散。过高的热量会直接导致器件因结温过高击穿，而且结温波动会加速功率模块的老化，导致热机械故障。因此，电力电子器件故障对微电网可靠性具有不可忽略的影响。
[0005]传统的微电网可靠性分析均从系统角度出发，对分布式电源出力特性、储能系统运行特性、微网孤岛运行特性、负荷时序性及保护装置的可用性对微电网的可靠性进行评估，但未考虑到电力电子器件故障对微电网可靠性的影响。

技术实现思路

[0006]为了解决现有技术中存在的不足，本专利技术提供了一种基于历史天气条件的微电网可靠性评估方法及系统，基于电力电子器件的寿命分析，对微电网的可靠性进行了分析。
[0007]作为本专利技术的第一个方面，提供一种基于历史天气条件的微电网可靠性评估方法，包括：
[0008]步骤S1：采集历史天气数据，其中，所述历史天气数据包括历史光照强度、历史环境温度和历史风速；
[0009]步骤S2：根据所述历史天气数据，计算得到光伏发电机的实时输出功率和风力发电机的实时输出功率；
[0010]步骤S3：根据所述光伏发电机的实时输出功率或者风力发电机的实时输出功率，计算得到微电网中变流器的实时功率损耗；
[0011]步骤S4：建立变流器的瞬态热阻网络模型，并将所述变流器的实时功率损耗和当前环境温度输入到所述变流器的瞬态热阻网络模型中，以输出变流器结温的瞬态响应曲线；
[0012]步骤S5：根据所述变流器结温的瞬态响应曲线对所述变流器的寿命进行分析，以得到微电网的可靠性评估结果；
[0013]步骤S6：输出所述微电网的可靠性评估结果。
[0014]进一步地，所述根据所述历史天气数据，计算得到光伏发电机的实时输出功率和风力发电机的实时输出功率，还包括：
[0015]所述光伏发电机实时输出功率P
pv
的计算公式如下：
[0016][0017]η(T)＝1
‑
0.0045
·
(T
‑
T
r
)
[0018]其中，P
pvr
为光伏发电机的额定输出功率，S为历史光照强度，S
r
为基准光照强度，T为历史环境温度，T
r
为基准环境温度；所述光伏发电机的额定输出功率P
pvr
、基准光照强度S
r
和基准环境温度T
r
通过预先设定得到；
[0019]所述风力发电机实时输出功率P
w
的计算公式如下：
[0020][0021]其中，P
wr
为风力发电机的额定输出功率，V为风力发电机所在地的实际风速，V
ci
为切入风速，V
co
为切出风速，V
r
为额定风速；
[0022]当实际风速V小于等于所述切入风速V
ci
，或者大于等于所述切出风速V
co
时，所述风力发电机停止运行并从微电网解列；
[0023]当实际风速V大于等于所述切入风速V
ci
，且小于等于所述额定风速V
r
时，所述风力发电机并网发电；
[0024]当实际风速V大于等于所述额定风速V
r
，且小于等于所述切出风速V
co
时，所述风力发电机的出力为所述额定输出功率P
wr
。
[0025]进一步地，所述根据所述光伏发电机的实时输出功率或者风力发电机的实时输出功率，计算得到微电网中变流器的实时功率损耗，还包括：
[0026]所述变流器的实时功率损耗包括通态损耗和开关损耗两部分，所述变流器为基于IGBT器件的三相逆变器；
[0027]所述变流器中IGBT的通态损耗P
on_T
和开关损耗P
fw_T
的计算公式分别如下：
[0028][0029][0030]其中，I
out
为负载电流的有效值，I
out
由所述光伏发电机实时输出功率P
pv
或所述风力发电机实时输出功率P
w
计算得到；m为IGBT工作时的占空比；V
CE0
为参考温度下的阈值电压；TC
V
、TC
r
为导通特性曲线的温度系数；T
j
为IGBT结温；r
CE0
为参考温度下的导通电阻；f
sw
为IGBT频率；E
on
、E
off
分别为参考参数下IGBT的开通损耗和关断损耗；I
ref
、V
ref
、T
ref
分别为开关
损耗的参考电流、参考电压、参考结温；K
i
为开关损耗随电流变化的指数系数；K
v
为开关损耗随电压变化的指数系数；TC
Esw
为开关损耗的温度系数；
[0031]所述变流器中二极管的通态损耗P
on_D
和开关损耗P
fw_D
的计算公式分别如下：
[0032][0033][0034]其中，I
out
为负载电流的有效值，I
out
由所述光伏发电机实时输出功率P
pv
或所述风力发电机实时输出功率P
w
计算得到；V
F0
为二极管在25
°
下的开启电压；r
F0
为二极管在25
°
下的导通电阻；m'是二极管工作时的占空比；E
o本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于历史天气条件的微电网可靠性评估方法，其特征在于，包括：步骤S1：采集历史天气数据，其中，所述历史天气数据包括历史光照强度、历史环境温度和历史风速；步骤S2：根据所述历史天气数据，计算得到光伏发电机的实时输出功率和风力发电机的实时输出功率；步骤S3：根据所述光伏发电机的实时输出功率或者风力发电机的实时输出功率，计算得到微电网中变流器的实时功率损耗；步骤S4：建立变流器的瞬态热阻网络模型，并将所述变流器的实时功率损耗和当前环境温度输入到所述变流器的瞬态热阻网络模型中，以输出变流器结温的瞬态响应曲线；步骤S5：根据所述变流器结温的瞬态响应曲线对所述变流器的寿命进行分析，以得到微电网的可靠性评估结果；步骤S6：输出所述微电网的可靠性评估结果。2.根据权利要求1所述的基于历史天气条件的微电网可靠性评估方法，其特征在于，所述根据所述历史天气数据，计算得到光伏发电机的实时输出功率和风力发电机的实时输出功率，还包括：所述光伏发电机实时输出功率P
pv
的计算公式如下：η(T)＝1
‑
0.0045
·
(T
‑
T
r
)其中，P
pvr
为光伏发电机的额定输出功率，S为历史光照强度，S
r
为基准光照强度，T为历史环境温度，T
r
为基准环境温度；所述光伏发电机的额定输出功率P
pvr
、基准光照强度S
r
和基准环境温度T
r
通过预先设定得到；所述风力发电机实时输出功率P
w
的计算公式如下：其中，P
wr
为风力发电机的额定输出功率，V为风力发电机所在地的实际风速，V
ci
为切入风速，V
co
为切出风速，V
r
为额定风速；当实际风速V小于等于所述切入风速V
ci
，或者大于等于所述切出风速V
co
时，所述风力发电机停止运行并从微电网解列；当实际风速V大于等于所述切入风速V
ci
，且小于等于所述额定风速V
r
时，所述风力发电机并网发电；当实际风速V大于等于所述额定风速V
r
，且小于等于所述切出风速V
co
时，所述风力发电机的出力为所述额定输出功率P
wr
。3.根据权利要求2所述的基于历史天气条件的微电网可靠性评估方法，其特征在于，所述根据所述光伏发电机的实时输出功率或者风力发电机的实时输出功率，计算得到微电网中变流器的实时功率损耗，还包括：
所述变流器的实时功率损耗包括通态损耗和开关损耗两部分，所述变流器为基于IGBT器件的三相逆变器；所述变流器中IGBT的通态损耗P
on_T
和开关损耗P
fw_T
的计算公式分别如下：的计算公式分别如下：其中，I
out
为负载电流的有效值，I
out
由所述光伏发电机实时输出功率P
pv
或所述风力发电机实时输出功率P
w
计算得到；m为IGBT工作时的占空比；V
CE0
为参考温度下的阈值电压；TC
V
、TC
r
为导通特性曲线的温度系数；T
j
为IGBT结温；r
CE0
为参考温度下的导通电阻；f
sw
为IGBT频率；E
on
、E
off
分别为参考参数下IGBT的开通损耗和关断损耗；I
ref
、V
ref
、T
ref
分别为开关损耗的参考电流、参考电压、参考结温；K
i
为开关损耗随电流变化的指数系数；K
v
为开关损耗随电压变化的指数系数；TC
Esw
为开关损耗的温度系数；所述变流器中二极管的通态损耗P
on_D
和开关损耗P
fw_D
的计算公式分别如下：的计算公式分别如下：其中，I
out
为负载电流的有效值，I
out
由所述光伏发电机实时输出功率P
pv
或所述风力发电机实时输出功率P
w
计算得到；V
F0
为二极管在25
°
下的开启电压；r
F0
为二极管在25
°
下的导通电阻；m'是二极管工作时的占空比；E
on_D
、E
off_D
分别为参考参数下二极管的开通损耗和关断损耗；TC
Err
是二极管中开关损耗的温度系数；T
j_D
为IGBT结温。4.根据权利要求3所述的基于历史天气条件的微电网可靠性评估方法，其特征在于，所述建立变流器的瞬态热阻网络模型，并将所述变流器的实时功率损耗和当前环境温度输入到所述变流器的瞬态热阻网络模型中，以输出变流器结温的瞬态响应曲线，还包括：获取所述变流器瞬态热阻网络模型的参数；根据所述变流器瞬态热阻网络模型的参数，得到瞬态热阻的表达式，所述瞬态热阻Z
th
的表达式如下：其中，r
i
为瞬态热阻网络模型中的热阻，τ
i
为时间常数，t为时间变量；将所述瞬态热阻Z
th
的表达式经过拉普拉斯变换转化到频域，得到频域热阻网络Z(s)的表达式，所述频域热阻网络Z(s)的表达式如下：其中，C
th
为频域热容；s为复频率；R
th
为频域热阻；τ为时间常数；根据所述频域热阻网络Z(s)的表达式、所述变流器的实时功率损耗和当前环境温度，计算得到变流器结温T
j
，所述变流器结温T
j
的计算公式如下：
其中，P
on
为变流器的通态损耗；P
fw
为变流器的开关损耗；T
a
为当前环境温度。5.根据权利要求4所述的基于历史天气条件的微电网可靠性评估方法，其特征在于，所述根据所述变流器结温的瞬态响应曲线对所述变流器的寿命进行分析，以得到微电网的可靠性评估结果，还包括：所述变流器寿命N
f
的计算公式如下：其中，N
f
为变流器的循环次数...

【专利技术属性】
技术研发人员：柴晓光，陈铭，宗邵磊，梅沁，杨光中，严伟，王素云，王钊，蒋力，吴雨，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司无锡供电分公司，
类型：发明
国别省市：