適用于含電壓控型iidg配電網(wǎng)的短路計(jì)算對(duì)稱(chēng)分量法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及分布式發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種適用于含電壓型IIDG配電 網(wǎng)的短路計(jì)算對(duì)稱(chēng)分量法。
【背景技術(shù)】
[0002] 分布式發(fā)電的接入將改變電網(wǎng)潮流和短路電流分布，其中逆變型分布式電源 (InverterInterfacedDistributedGenerator,IIDG)以快速靈活的控制性能，在配電網(wǎng) 和微電網(wǎng)分布式發(fā)電中廣泛應(yīng)用。為了實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)和孤島模式平滑切換，微電網(wǎng)中IIDG通常 采用下垂控制、恒壓恒頻控制。而對(duì)于接入配電網(wǎng)的并網(wǎng)運(yùn)行IIDG，則主要采用恒功率控 制，按IIDG內(nèi)環(huán)跟蹤電量的不同，可將其控制器分成電壓控制型和電流控制型（簡(jiǎn)稱(chēng)電壓 型或電流型）。與同步發(fā)電機(jī)相比，IIDG具有不同的故障特征，特別是對(duì)于電壓型IIDG，其 在配電網(wǎng)短路后將出現(xiàn)典型的次暫態(tài)和暫態(tài)過(guò)程。IIDG接入配電網(wǎng)的故障分析是規(guī)劃設(shè) 計(jì)、保護(hù)整定和穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)，但是采用IEC60909等標(biāo)準(zhǔn)的等值電壓源法進(jìn)行計(jì)算，由 于未計(jì)及IIDG的控制特性短路計(jì)算結(jié)果誤差較大，因此需要研究含IIDG的配電網(wǎng)故障電 流解析計(jì)算方法。
[0003] 配電網(wǎng)短路時(shí)IIDG與網(wǎng)絡(luò)的交互作用決定其短路電流響應(yīng)，時(shí)域仿真、物理模擬 是研究IIDG故障特性的常用方法，但難以得到解析解。有研究提出含DG配電網(wǎng)故障計(jì)算 的疊加法，但沒(méi)有考慮IIDG控制的動(dòng)態(tài)過(guò)程。還有研究認(rèn)為電流型IIDG短路電流呈指數(shù) 規(guī)律變化，僅根據(jù)配電網(wǎng)故障前后IIDG穩(wěn)態(tài)電流計(jì)算其動(dòng)態(tài)響應(yīng)，不能準(zhǔn)確分析短路電流 的暫態(tài)過(guò)程以及確定短路電流的越限時(shí)刻。有文獻(xiàn)針對(duì)電壓型IIDG控制傳遞函數(shù)和故障 中輸出功率的變化，建立計(jì)算其各相短路電流大小的相分量模型。由于未考慮IIDG相電流 的相位變化，無(wú)法計(jì)算配電網(wǎng)不對(duì)稱(chēng)故障時(shí)的電壓型IIDG的短路電流序分量。
[0004] 采用序分量法進(jìn)行短路計(jì)算能夠有效減小相分量法的復(fù)雜性和求解規(guī)模，并且 IIDG短路電流序分量的計(jì)算可用于配電網(wǎng)保護(hù)及其在配電網(wǎng)不對(duì)稱(chēng)故障下的控制。因此， 建立電壓型IIDG短路計(jì)算的序分量解析模型，更有利于IIDG控制方式與配電網(wǎng)故障分析 方法的結(jié)合。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，本發(fā)明提供了一種適用于含電壓控型IIDG配 電網(wǎng)的短路計(jì)算對(duì)稱(chēng)分量法，該方法采用序分量法進(jìn)行短路計(jì)算，能夠有效減小相分量法 的復(fù)雜性和求解規(guī)模；本發(fā)明提供的方法可以加入到傳統(tǒng)配電網(wǎng)的短路電流計(jì)算中，同時(shí) 也可計(jì)及IIDG的限流約束。
[0006] 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：
[0007] 首先分析配電網(wǎng)不對(duì)稱(chēng)故障時(shí)，電壓型IIDG三相平均功率與正負(fù)序網(wǎng)功率關(guān)系； 建立計(jì)及電壓型IIDG對(duì)稱(chēng)控制的短路計(jì)算序分量模型；結(jié)合電壓型IIDG與配電網(wǎng)正負(fù)序 網(wǎng)絡(luò)的交互作用，得到電壓型IIDG的故障電流變化規(guī)律和遞推公式；提出計(jì)算含電壓型 IIDG的配電網(wǎng)短路電流的對(duì)稱(chēng)分量迭代算法，計(jì)算含電壓型IIDG的配電網(wǎng)的短路電流。
[0008] 分析配電網(wǎng)不對(duì)稱(chēng)故障時(shí)，電壓型IIDG三相平均功率與正負(fù)序網(wǎng)功率關(guān)系，具體 步驟如下：
[0009] 電壓型IIDG三相瞬時(shí)功率由其端電壓矢量\= [uga，ugb，ugJ和電流矢量ig = [iga，igb，igJ決定，三相有功功率Pg=ug-ig，三相無(wú)功功率qg=|ugXig|;當(dāng)配電網(wǎng)不對(duì) 稱(chēng)故障時(shí)，電壓型IIDG端電壓ug和電流ig均包含正負(fù)序分量，即ug=uZ+u/，ig=iy+i/， 三相有功功率為瞬時(shí)有功功率的半周平均值：
[0010]
[0011] 正負(fù)序電壓電流外積ug2Xig2反向，可得三相無(wú)功功率的平均值：
[0012]
[0013] 式⑴中θAΘJ為電壓型IIDG端電壓正負(fù)序分量相角，Θ/、Θ/為電壓型IIDG 輸出電流正負(fù)序分量相角。
[0014] 結(jié)合電壓型IIDG與配電網(wǎng)正負(fù)序網(wǎng)絡(luò)的交互作用，得到電壓型IIDG的故障電流 變化規(guī)律，具體步驟如下：
[0015] 含電壓型IIDG配電網(wǎng)短路計(jì)算時(shí)，由=<(()>計(jì)算第1個(gè)Δt內(nèi)電壓型IIDG 短路電流序分量初始值，則第k個(gè)△t內(nèi)IIDG短路電流的穩(wěn)態(tài)分量為：
[0016]
[0017] 式⑶中短路電流穩(wěn)態(tài)分量的瞬時(shí)值為igl〇i)s(t) =Igl〇i)sc〇S(c〇t+0is)^k-lf At內(nèi)電壓型IIDG短路電流設(shè)為igl&υ (t) =Iglυcos(ωt+ΘJ，且為第k次迭代時(shí) IIDG內(nèi)電勢(shì)，為節(jié)點(diǎn)i開(kāi)路電壓穩(wěn)態(tài)值，Θis、Θi分別為IIDG穩(wěn)態(tài)短路電流和暫時(shí)短 路電流相角。
[0018] 若t= 0時(shí)，配電網(wǎng)發(fā)生短路故障，則第k個(gè)At內(nèi)電壓型IIDG短路電流為：
[0019]
[0020] 式⑷中，τgi=(L ，L"、分別為Ζη的電感和電阻，Lgl、Rgl分 別為Zgl的電感和電阻；
[0021] 由式⑷可得到第k個(gè)Δt內(nèi)電壓型IIDG短路電流有效值為：
[0022]
[0023] 設(shè)功率外環(huán)PI傳遞函數(shù)為GPIP (s) =kX/s和Gj(s) =kpVk^/s，且第k-Ι個(gè) 步長(zhǎng)電壓型IIDG電勢(shì)的相角和幅值為δ(k1}和E^υ ;功率偏差dP#卩dQPI后更新內(nèi) 電勢(shì)，根據(jù)PI功率外環(huán)可得第i臺(tái)電壓型IIDG內(nèi)電勢(shì)的相角和幅值遞推公式為：
[0024]
[0025] 式中，kpP、k/、C、V為功率外環(huán)PI傳遞函數(shù)的參數(shù)。
[0026] 作為本發(fā)明的一種優(yōu)化方案，計(jì)算含電壓型IIDG的配電網(wǎng)短路電流的對(duì)稱(chēng)分量 迭代算法，計(jì)算含電壓型IIDG的配電網(wǎng)的短路電流，具體步驟如下：
[0027] ①、形成原始配網(wǎng)節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣Z?和ΖΛ由電壓型IIDG功率設(shè)定值，計(jì)算電壓型 IIDG故障前內(nèi)電勢(shì)、故障前端電壓和故障前電流;
[0028] ②、利用ΖΛΖ。2計(jì)算電壓型IIDG正負(fù)序衰減時(shí)間常數(shù)τ:和τgi2;
[0029] ③、令k=l;
[0030] ④、根據(jù)故障分析疊加原理，將配電網(wǎng)分解成正常運(yùn)行和故障分量的兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)， 即可計(jì)算各節(jié)點(diǎn)電壓正負(fù)序分量蹲《、各電壓型IIDG的有功無(wú)功功率Pgl〇iυ和 Qgi(k1);
[0031] ⑤、將m臺(tái)電壓型IIDG的內(nèi)電勢(shì)正負(fù)序分量= 入故障 正負(fù)序網(wǎng)，計(jì)算IIDG第k-1個(gè)Δt的短路電流穩(wěn)態(tài)正負(fù)序分量&(A._1)s、/^ u_1)s，以及對(duì)應(yīng) 的有功功率正負(fù)序功率穩(wěn)態(tài)分量Ρ^ι〇?1)s、P2gi〇i1)s，無(wú)功功率正負(fù)序穩(wěn)態(tài)分量Cgi(k-1)s、Q2gi(k-1)s；
[0032] ⑥、利用公式（5)計(jì)算電壓型IIDG第k個(gè)Δt短路電流正負(fù)序穩(wěn)態(tài)分量 ⑴、以及對(duì)應(yīng)的有功功率正負(fù)序穩(wěn)態(tài)分量Plgi〇〇、p2gi〇〇、無(wú)功功率正負(fù)序穩(wěn)態(tài)分量 Qgi(k)、Qgi(k);
[0033] ⑦、由正常運(yùn)行時(shí)，dPgl(Q)= 0、dQgl(Q)= 0,計(jì)算第k個(gè)At的電壓型IIDG有功功 率偏差dPgl(k)和無(wú)功功率dQgl(k);由公式⑶求得第k個(gè)Δt的電壓型IIDG電勢(shì)相角和幅 值，即電壓型IIDG正負(fù)序網(wǎng)等值電勢(shì)⑷、;
[0034] ⑧、令k=k+l;
[0035] ⑨、若迭代次數(shù)k彡N，則返回步驟④；否則故障分析結(jié)束，輸出各電壓型IIDG的 短路電流正負(fù)序分量ξα)、
[0036] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明提出的一種計(jì)算含電壓型IIDG配 電網(wǎng)短路電流的對(duì)稱(chēng)分量法，考慮IIDG功率控制與網(wǎng)絡(luò)方程的交互作用，并運(yùn)用迭代方法 實(shí)現(xiàn)內(nèi)電勢(shì)控制與網(wǎng)絡(luò)方程的解耦計(jì)算，短路計(jì)算時(shí)采用的序分量法能夠有效減小相分量 法的復(fù)雜性和求解規(guī)模；建立的電壓型IIDG短路計(jì)算序分量解析模型，有利于IIDG控制方 式與配電網(wǎng)故障分析方法的結(jié)合，并且IIDG短路電流序分量的計(jì)算可用于配電網(wǎng)保護(hù)及 其在配電網(wǎng)不對(duì)稱(chēng)故障下的控制。
【附圖說(shuō)明】
[0037] 圖1為節(jié)點(diǎn)i接入電壓型IIDG的等值電路圖。
[0038] 圖2為電壓型IIDG接入節(jié)點(diǎn)i的戴維南等值電路。
[0039] 圖3為電壓型IIDG短路電流變化規(guī)律示意圖。
[0040] 圖4為適用于含電壓型IIDG配電網(wǎng)短路計(jì)算對(duì)稱(chēng)分量法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0041] 為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清晰，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例 中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。
[0042] 本發(fā)明的核心是提供一種適用于含電壓型IIDG配電網(wǎng)的短路計(jì)算對(duì)稱(chēng)分量法， 該方法能夠?qū)崿F(xiàn)電壓型IIDG短路電流的解析計(jì)算。采用序分量法進(jìn)行短路計(jì)算能夠有效 減小相分量法的復(fù)雜性和求解規(guī)模，并且IIDG短路電流序分量的計(jì)算可用于配電網(wǎng)保護(hù) 及其在配電網(wǎng)不對(duì)稱(chēng)故障下的控制。因此，建立電壓型IIDG短路計(jì)算的序分量解析模型， 更有利于IIDG控制方式與配電網(wǎng)故障分析方法的結(jié)合，準(zhǔn)確計(jì)算電壓型IIDG的短路電流。
[0043] 配電網(wǎng)不同位置接入多臺(tái)電壓型IIDG時(shí)，將其等效成電壓源接入電網(wǎng)，得到附圖 1所示的含電壓型IIDG配電網(wǎng)等值電路，由此推導(dǎo)不對(duì)稱(chēng)故障時(shí)IIDG三相平均功率與正負(fù) 序網(wǎng)功率關(guān)系，并根據(jù)戴維南等值得到附圖2所示的等值電路，進(jìn)而建立電壓型IIDG短路 計(jì)算序分量模型；結(jié)合IIDG與配電網(wǎng)正負(fù)序網(wǎng)絡(luò)的交互作用，推導(dǎo)電壓型IIDG的故障電流 變化規(guī)律；最后，提出計(jì)算含電壓型IIDG的配電網(wǎng)短路電流的對(duì)稱(chēng)分量迭代算法。具體實(shí) 施步驟如下：
[0044] S1 :分析配電網(wǎng)不對(duì)稱(chēng)故障時(shí)，電壓型IIDG三相平均功率與正負(fù)序網(wǎng)功率關(guān)系， 具體步驟如下：
[0045] 電壓型IIDG三相瞬時(shí)功率由其端電壓矢量\= [uga，ugb，ugJ和電流矢量ig = [iga，igb，igJ決定，三相有功功率Pg=ug-ig，三相無(wú)功功率qg=|ugXig|;當(dāng)配電網(wǎng)不對(duì) 稱(chēng)故障時(shí)，電壓型IIDG端電壓ug和電流i為包含正負(fù)序分量，8卩ug=uX，ig=iZ+i/， 其中，為電壓型IIDG端電壓的正負(fù)序分量，2；1、為電壓型IIDG電流的正負(fù)序分 量。三相有功功率為瞬時(shí)有功功率的半周平均值為：
[0046] .?. =：us -4 =： ￡7? ：eo：s(^ -φcm(g-f}：=：^:if (1)
[0047] 正負(fù)序電壓電流外積u^X。和u g2X ig2反向，可得三相無(wú)功功率的平均值：
[0048]
[0049] 式⑵中Θu\ΘJ為電壓型IIDG端電壓正負(fù)序分量相角，Θ/、Θ/為電壓型IIDG 輸出電流正負(fù)序分量相角。
[0050] S2 :建立計(jì)及電壓型IIDG短路計(jì)算序分量模型，具體步驟如下：
[0051] 假設(shè)附圖1配電網(wǎng)中含η個(gè)節(jié)點(diǎn)，并有m臺(tái)電壓型IIDG接入配電網(wǎng)，節(jié)點(diǎn)1為主網(wǎng) 等值電源點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)2至（m+1)為IIDG接入點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)i戴維南等效電路如附圖2所示，其中 等值電勢(shì)為節(jié)點(diǎn)i開(kāi)路電壓，等值內(nèi)阻抗即為節(jié)點(diǎn)i的自阻抗Ζ?，節(jié)點(diǎn)i開(kāi)路電壓為：
[0052]
[0053] 式（3)中，4 =式/ 和總分別為電源點(diǎn)的諾頓等值電流和第j臺(tái)IIDG注入電流。 正常運(yùn)行時(shí)并網(wǎng)運(yùn)行IIDG采用恒功率控制，由附圖2可得其輸出功率為：
[0054]
[0055] 式⑷中，Pgl、Qg# <分別為正常運(yùn)行時(shí)接入i節(jié)點(diǎn)電壓型IIDG的有功功率、無(wú) 功功率和內(nèi)電勢(shì)，Zgl=Ztl+ZflSII