含V/f控制逆变型分布式电源的微电网故障分析方法

摘要

本发明公开了含V/f控制逆变型分布式电源的微电网故障分析方法，本发明结合分布式电源的控制策略与输出特性，首先提出分布式电源的故障等值模型，再建立含V/f控制逆变型分布式电源的微电网故障节点电压方程，并进行求解，从而实现含逆变型分布式电源配电网的精确故障分析。本发明通过计及逆变型分布式电源控制策略与输出特性，建立新的分布式电源暂态等值模型，能更加真实地反映分布式电源的故障电流特性；在此基础上提出新的微电网故障分析方法，提高了故障分析的准确性，为含V/f控制逆变型分布式电源微电网的设备选型与保护整定等方面提供了科学的依据，在工程实践中具有很强的实用性。

主权项

含V/f控制逆变型分布式电源微电网的故障分析方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、进行故障判断并判断故障类型，若为对称故障则执行步骤S2～S6，若为非对称故障则执行步骤S7～S14；S2、根据微电网故障时的等值图得到故障时的节点电压方程：$\left[Y^{\prime }\right]{\stackrel{·}{U}}_f={\stackrel{·}{I}}_f---\left(1\right)$其中，$\left[Y^{\prime }\right]=\left[\begin{array}{cccc}{Y^{\prime }}_{11}& {Y^{\prime }}_{12}& ...& {Y^{\prime }}_{1m}\\ {Y^{\prime }}_{21}& {Y^{\prime }}_{22}& ...& {Y^{\prime }}_{2m}\\ ·& ·& & ·\\ ·& ·& & ·\\ ·& ·& & ·\\ {Y^{\prime }}_{m1}& {Y^{\prime }}_{m2}& ...& {Y^{\prime }}_{mm}\end{array}\right]$表示故障时节点的导纳矩阵；对角元素Y'_ii为故障时节点i的自导纳，其值等于故障时接于节点i的所有支路导纳之和；非对角元素Y'_ij为故障时节点i、j间的互导纳，当节点i、j间存在支路时，Y'_ij等于直接联接于节点i、j间的支路导纳的负值；当节点i、j间不存在支路时，Y'_ij＝0；${\stackrel{·}{U}}_f=\left[\begin{array}{c}{\stackrel{·}{U}}_{1·f}\\ {\stackrel{·}{U}}_{2·f}\\ ·\\ ·\\ ·\\ {\stackrel{·}{U}}_{DG·f}\\ ·\\ ·\\ ·\\ {\stackrel{·}{U}}_{m·f}\end{array}\right]$表示故障时节点电压，其中为故障时DG并网点的节点电压；${\stackrel{·}{I}}_f=\left[\begin{array}{c}{\stackrel{·}{I}}_{1·f}\\ {\stackrel{·}{I}}_{2·f}\\ ·\\ ·\\ ·\\ {\stackrel{·}{I}}_{DG·f}\\ ·\\ ·\\ ·\\ {\stackrel{·}{I}}_{m·f}\end{array}\right]$表示故障时节点的注入电流，其中为故障时注入DG并网点的电流；表示为：${\stackrel{·}{I}}_{DG·f}=\frac{{\stackrel{·}{E}}_{DG·f}}{Z_f}---\left(2\right)$其中，$\left|{\stackrel{·}{E}}_{DG·f}\right|=\frac{1}{2\sqrt{2}}\left|P_m\right|U_{DC}---\left(3\right)$式中，表示故障时分布式电源逆变器出口基波电压；Z_f表示滤波器等值阻抗；P_m表示调制系数；U_DC表示逆变器直流侧电压；S3、定义并由式(1)求解各节点电压和节点注入电流；U_ref表示电压参考值；S4、由式(2)、式(3)判断调制系数|P_m|是否大于1，若未超过，则进行步骤S6，否则进行步骤S5；S5、令|P_m|＝1，由式(2)和式(3)求得故障时注入DG并网点的电流，再代入式(1)，求解各节点电压；S6、根据下式计算节点j与节点k之间的支路电流：${\stackrel{·}{I}}_{jk·f}=\frac{{\stackrel{·}{U}}_{j·f}-{\stackrel{·}{U}}_{k·f}}{Z_{jk}}$其中，Z_jk分别表示节点j与k之间的支路电流与支路阻抗，分别表示配电网故障时节点j、k的电压；S7、根据微电网故障时的等值图得到故障时的节点电压方程：$\left[Y^{\prime }\right]{\stackrel{·}{U}}_f={\stackrel{·}{I}}_f---\left(4\right)$其中，$\left[Y^{\prime }\right]=\left[\begin{array}{cccc}{Y^{\prime }}_{11}& {Y^{\prime }}_{12}& ...& {Y^{\prime }}_{1m}\\ {Y^{\prime }}_{21}& {Y^{\prime }}_{22}& ...& {Y^{\prime }}_{2m}\\ ·& ·& & ·\\ ·& ·& & ·\\ ·& ·& & ·\\ {Y^{\prime }}_{m1}& {Y^{\prime }}_{m2}& ...& {Y^{\prime }}_{mm}\end{array}\right]$表示故障时节点的导纳矩阵；对角元素Y'_ii为故障时节点i的自导纳，其值等于故障时接于节点i的所有支路导纳之和；非对角元素Y'_ij为故障时节点i、j间的互导纳，当节点i、j间存在支路时，Y'_ij等于直接联接于节点i、j间的支路导纳的负值；当节点i、j间不存在支路时，Y'_ij＝0；${\stackrel{·}{U}}_f=\left[\begin{array}{c}{\stackrel{·}{U}}_{1·f}\\ {\stackrel{·}{U}}_{2·f}\\ .\\ .\\ .\\ {\stackrel{·}{U}}_{DG·f1}\\ .\\ .\\ .\\ {\stackrel{·}{U}}_{DG·f2}\\ .\\ .\\ .\\ {\stackrel{·}{U}}_{m·f}\end{array}\right]$表示故障时节点电压，其中分别为故障时DG并网点的正、负序电压；${\stackrel{·}{I}}_f=\left[\begin{array}{c}{\stackrel{·}{I}}_{1·f}\\ {\stackrel{·}{I}}_{2·f}\\ .\\ .\\ .\\ {\stackrel{·}{I}}_{DG·f1}\\ .\\ .\\ .\\ {\stackrel{·}{I}}_{DG·f2}\\ .\\ .\\ .\\ {\stackrel{·}{I}}_{m·f}\end{array}\right]$表示故障时节点的注入电流，其中分别为故障时注入DG并网点的正序和负序电流；表示为：${\stackrel{·}{I}}_{DG·f1}=\frac{{\stackrel{·}{E}}_{DG·f}}{Z_f}---\left(5\right)$其中，$\left|{\stackrel{·}{E}}_{DG·f}\right|=\frac{1}{2\sqrt{2}}\left|P_m\right|U_{DC}---\left(6\right)$S8、判断DG控制系统采用的电压控制对象，若采用控制相电压幅值和线电压有效值恒定为控制目标，则进行步骤S9，若采用控制基波正序电压恒定为控制目标，则进行步骤S11；S9、定义并由式(4)求解各节点电压和节点注入电流；S10、由式(5)、式(6)判断调制系数|P_m|是否大于1，若未超过，则进行步骤S14，否则进行步骤S13；S11、定义并由式(4)求解各节点电压和节点注入电流；S12、由式(5)、式(6)判断调制系数|P_m|是否大于1，若未超过，则进行步骤S14，否则进行步骤S13；S13、令|P_m|＝1，由式(5)和式(6)求得故障时注入DG并网点的电流，再代入式(4)，求解各节点电压；S14、根据下式计算节点j与节点k之间的支路电流：${\stackrel{·}{I}}_{jk·f}=\frac{{\stackrel{·}{U}}_{j·f}-{\stackrel{·}{U}}_{k·f}}{Z_{jk}}$其中，Z_jk分别表示节点j与k之间的支路电流与支路阻抗，分别表示配电网故障时节点j、k的电压。