光伏并网系统的暂稳态故障电流获取方法及系统技术方案

本发明专利技术一种光伏并网系统的暂稳态故障电流获取方法及系统，计算光伏并网系统在故障后输出正序电流的指令值，依据该指令值得到复频域下光伏并网系统输出的故障电流dq分量的参考值；推导出复频域下光伏并网系统输出的d轴、q轴故障电流，转换为时域下的光伏并网系统输出的故障电流dq分量；求解故障后时域下锁相环动态输出信号的相位；进而得到故障后时域下锁相环动态输出信号的角频率方程；考虑时域下的光伏并网系统输出故障电流dq分量和故障后时域下锁相环动态输出信号，求解a、b、c三相下的光伏暂稳态输出故障电流。本发明专利技术实现了暂稳态故障电流精确解析计算，为光伏送出线路保护的设计和校验提供理论依据。设计和校验提供理论依据。设计和校验提供理论依据。

【技术实现步骤摘要】
光伏并网系统的暂稳态故障电流获取方法及系统


[0001]本专利技术涉及新能源电力系统领域，具体涉及一种光伏并网系统的暂稳态故障电流计算方法。

技术介绍

[0002]当前为降低能源结构中化石燃料的比重，以光伏为代表的清洁可再生能源得到了越来越多的关注。不仅光伏高密度接入电网后改变了网络的拓扑结构和故障特性，而且并网逆变器各部分的强耦合作用也制约了借助传统方法对光伏并网系统故障特性进行有效分析。光伏并网系统的故障特性直接受控制系统影响，无法使用针对同步机电源的基于电压
‑
磁链的电磁暂态分析方法进行故障电流计算。
[0003]现有光伏并网系统故障分析方法大多侧重刻画基频稳态故障分量和逆变器的端口稳态输出特性，如文献《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》基于低电压穿越控制策略提出稳态电流的计算方法，但忽略了故障电流的暂态过程，具体为对于暂态电流响应特性的计算未考虑锁相环动态特性对坐标变换环节的影响。文献《适用于含新能源逆变电源网络的全时域短路电流计算方法》通过解析式反映故障暂态电流dq轴分量的时域指数衰减特性，但未考虑锁相环动态特性对坐标变换环节的影响，未能精确求解a、b、c三相暂态电流，难以保证暂态电流解析的精度。

技术实现思路

[0004]针对光伏并网系统存在的上述现有技术问题，本专利技术提出了一种光伏并网系统的暂稳态故障电流获取方法及系统，实现了考虑锁相环输出动态响应的暂稳态故障电流的精确解析计算，为光伏送出线路保护的设计和校验提供理论依据。
[0005]本专利技术利用以下技术方案实现：
[0006]一种光伏并网系统的暂稳态故障电流获取方法，该方法包括以下步骤：
[0007]计算光伏并网系统在故障后输出正序电流的指令值，依据该指令值得到复频域下光伏并网系统输出的故障电流dq分量的参考值；
[0008]依据所述复频域下光伏并网系统输出的故障电流dq分量的参考值推导出复频域下光伏并网系统输出的d轴、q轴故障电流，转换为时域下光伏并网系统输出的故障电流dq分量；
[0009]获得故障后复频域下锁相环动态输出相位的变化量方程，转换为时域得到故障后时域下锁相环动态输出相位的变化量方程，依据该相位的变化量方程得到故障后时域下锁相环动态输出信号的相位方程，进而得到故障后时域下锁相环动态输出信号的角频率方程；
[0010]考虑所述时域下光伏并网系统输出的故障电流dq分量和所述故障后时域下锁相环动态输出信号的角频率方程，求解a、b、c三相下的光伏暂稳态输出故障电流。
[0011]一种光伏并网系统的暂稳态故障电流获取系统，该暂稳态故障电流获取系统包
括：
[0012]正序电流输出模块，用于计算光伏并网系统在故障后输出正序电流的指令值，依据该指令值得到复频域下光伏并网系统输出的故障电流dq分量的参考值；
[0013]响应转换模块，依据所述复频域下光伏并网系统输出的故障电流dq分量的参考值推导出复频域下光伏并网系统输出的d轴、q轴故障电流，转换为故障后时域下的光伏并网系统输出故障电流dq分量；；
[0014]锁相环动态输出模块，获得复频域下锁相环动态输出信号，转换为故障后时域下锁相环动态输出信号，得到故障后时域下锁相环动态输出相位的变化量方程，依据该相位的变化量方程得到故障后时域下锁相环动态输出信号的相位方程，进而得到故障后时域下锁相环动态输出信号的角频率方程；
[0015]故障获取模块，考虑所述时域下的光伏并网系统输出故障电流dq分量和所述故障后时域下锁相环动态输出信号的角频率方程，求解a、b、c三相下的光伏暂稳态输出故障电流。
[0016]与现有方法相比，本专利技术达成了以下的积极技术效果：
[0017]实现了暂稳态故障电流精确解析计算方法，为光伏送出线路保护的设计和校验提供理论依据。
附图说明
[0018]图1为现有光伏并网系统及其控制结构示意图。
[0019]图2为本专利技术的一种光伏并网系统的暂稳态故障电流计算方法流程图。
[0020]图3为SRF
‑
PLL结构框图；
[0021]图4为本专利技术的一种光伏并网系统的暂稳态故障电流计算系统模块图。
具体实施方式
[0022]下面将结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步的详细描述。
[0023]如图1所示，为现有光伏并网系统结构示意图。其中，由电压/功率外环(Outer Loop)、电流内环(Inner Loop)、低压穿越控制环(LVRT Control Loop)、锁相环(PLL Control Loop)和脉宽调制(PWM)组成了光伏并网系统的控制回路。其中短路故障发生于并网线路的feeder处。
[0024]如图2所示，为本专利技术的光伏并网系统的暂稳态故障电流获取方法流程图，具体步骤如下：
[0025]步骤1、计算光伏并网系统在故障后输出正序电流的指令值，依据该指令值得到复频域下光伏并网系统输出的故障电流dq分量的参考值，其中所述正序电流为光伏并网系统发生故障时逆变器的输出电流：
[0026]首先，根据光伏低电压穿越标准，计算光伏并网系统在故障后输出正序电流的指令值，如下式所示：
[0027][0028]式中，和分别为dq坐标系下q轴、d轴的光伏并网系统在故障后输出正序电流的指令值，P*为正常运行时的有功指令的指令值，i
dq.n
为dq坐标系下的额定电流，表示并网点正序相电压的跌落程度，U
pcc(1)
为当前的并网点正序相电压有效值，U
pcc(1).n
为额定运行状态下的并网点正序相电压有效值，；
[0029]所述复频域下光伏并网系统输出的故障电流dq分量的参考值，如下式所示：
[0030][0031]式中，分别为复频域下光伏并网系统输出的故障电流dq分量的参考值，i
d0
和i
q0
分别为故障前d轴、q轴的输出电流，和分别为根据式(1)计算得到的故障后d轴、q轴电流的指令值，s为复频域下的微分算子。式(2)采用了阶跃函数计算公式；
[0032]步骤2、根据电流内环控制策略，依据复频域下光伏并网系统输出的故障电流dq分量的参考值推导出复频域下光伏输出d轴、q轴故障电流，转换为时域下光伏并网系统输出的故障电流dq分量：光伏电源故障特性主要取决于故障期间的控制响应特性。其中，所述电流内环控制策略即当光伏并网系统中的逆变器处于故障响应时，电压外环断开，利用电流内环追踪根据式(1)得到的指令值。本步骤的推导是将图1中电流内环的控制方程(电流内环是图1innerloop部分)与dq坐标系下逆变器端口电压方程联立，得到故障后复频域下光伏并网系统输出的d轴、q轴故障电流，如下式所示：
[0033][0034]式中，k
p
、k
i
分别为电流环PI控制器的比例系数与积分系数，i
d
(s)、i
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光伏并网系统的暂稳态故障电流获取方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：计算光伏并网系统在故障后输出正序电流的指令值，依据该指令值得到复频域下光伏并网系统输出的故障电流dq分量的参考值；依据所述复频域下光伏并网系统输出的故障电流dq分量的参考值推导出复频域下光伏并网系统输出的d轴、q轴故障电流，转换为时域下光伏并网系统输出的故障电流dq分量；获得故障后复频域下锁相环动态输出相位的变化量方程，转换为时域得到故障后时域下锁相环动态输出相位的变化量方程，依据该相位的变化量方程得到故障后时域下锁相环动态输出信号的相位方程，进而得到故障后时域下锁相环动态输出信号的角频率方程；考虑所述时域下光伏并网系统输出的故障电流dq分量和所述故障后时域下锁相环动态输出信号的角频率方程，求解a、b、c三相下的光伏暂稳态输出故障电流。2.如权利要求1所述的光伏并网系统的暂稳态故障电流获取方法，其特征在于，所述光伏并网系统在故障后输出正序电流的指令值如下式所示：式中，和分别为dq坐标系下q轴、d轴的光伏并网系统在故障后输出正序电流的指令值，P*为正常运行时的有功指令的指令值，i
dq.n
为dq坐标系下的额定电流，表示并网点正序相电压的跌落程度，U
pcc(1)
为当前的并网点正序相电压有效值，U
pcc(1).n
为额定运行状态下的并网点正序相电压有效值；所述复频域下光伏并网系统输出的故障电流dq分量的参考值，如下式所示：式中，分别为复频域下光伏并网系统输出的故障电流dq分量的参考值，i
d0
和i
q0
分别为故障前d轴、q轴的输出电流，和分别为根据式(1)计算得到的故障后d轴、q轴电流的指令值，s为复频域下的微分算子。3.如权利要求2所述的光伏并网系统的暂稳态故障电流获取方法，其特征在于，所述复频域下光伏并网系统输出的d轴、q轴故障电流如下式所示：
式中，k
p
、k
i
分别为电流环PI控制器的比例系数与积分系数，i
d
(s)、i
q
(s)为复频域下光伏输出d轴、q轴故障电流，L为光伏逆变器出口至并网点的等效电感，s为复频域下的微分算子，分别为复频域下光伏并网系统输出的故障电流dq分量的参考值；把式(2)代入式(3)，得到复频域下光伏并网系统输出的故障电流dq分量，然后转为时域，得到时域下光伏并网系统输出的故障电流dq分量，如下式所示：式(4)中：式中，i
d
(t)、i
q
(t)分别时域下为光伏并网系统输出的故障电流dq分量，i
d0
和i
q0
分别为故障前d轴、q轴的输出电流，和分别为根据式(1)计算得到的故障后d轴、q轴电流的指令值，k
p
、k
i
分别为电流环PI控制器的比例系数与积分系数，L为光伏逆变器出口至并网点的等效电感，α、β、A、j、θ、e
jθ
、e
‑
αt
为替代参数。4.如权利要求3所述的光伏并网系统的暂稳态故障电流获取方法，其特征在于，故障后复频域下锁相环动态输出相位的变化量方程如下式所示：式中，Δθ
PLL
(s)为故障后复频域下锁相环动态输出相位的变化量，k
pPLL
、k
iPLL
分别为锁相环PI控制器的比例系数与积分系数，s为复频域下的微分算子，U
S
为并网点电压，θ0(s)为复频域下故障后并网点电压真实相位；将故障后复频域下锁相环动态输出相位的变化量Δθ
PLL
(s)转换得到故障后时域下锁相环动态输出信号的相位变化量Δθ
PLL
(t)；所述故障后时域下锁相环动态输出信号的相位方程如下式所示：
式中，θ
PLL
(t)为故障后时域下锁相环动态输出信号的相位，k
pPLL
、k
iPLL
分别为锁相环PI控制器的比例系数与积分系数，a、b为故障瞬间并网点突变前后的电压真实相位，ε(t)为阶跃函数，w0为故障瞬间并网点电压角频率，Δθ
PLL
(t)为故障后时域下锁相环动态输出相位的变化量，U
s
为并网点电压，λ为替代参数，λ＝[(0.5k
pPLL
U
s
)2‑
k
iPLL
U
s
]
0.5
，t为时间；对式(7)求导，得到故障后时域下锁相环动态输出信号的角频率方程，如下式所示：式中，w
PLL
(t)为故障后时域下锁相环动态输出信号的角频率，w0为故障瞬间并网点电压角频率，a、b为故障瞬间并网点突变前后的电压真实相位，U
s
为并网点电压，λ为替代参数，λ＝[(0.5k
pPLL
U
s
)2‑
k
iPLL
U
s
]
0.5
，ε(t)为阶跃函数，k
pPLL
、k
iPLL
分别为锁相环PI控制器的比例系数与积分系数。5.如权利要求4所述的光伏并网系统的暂稳态故障电流获取方法，其特征在于，所述a、b、c三相下的光伏暂稳态输出故障电流，如下式所示：式中，i
a
(t)为时域下a相的光伏暂稳态输出故障电流，i
b
(t)为时域下b相的光伏暂稳态输出故障电流，i
c
(t)为时域下c相的光伏暂稳态输出故障电流，w
PLL
(t)为根据式(8)求得的故障后时域下锁相环动态输出信号的角频率，i
d
(t)和i
q
(t)为根据式(4)求得的光伏输出故障电流dq分量，为故障瞬间光伏a相输出的电流相位，t为时间。6.一种光...

【专利技术属性】
技术研发人员：牟锐，何佳伟，姚程，李斌，袁中琛，王文博，黄家凯，刘涛，贺春，宋金钊，
申请(专利权)人：国网天津市电力公司，
类型：发明
国别省市：