一种分布式光伏等值参数自适应修正方法及系统与流程

本发明涉及光伏参数修正，具体为一种分布式光伏等值参数自适应修正方法及系统。

背景技术：

1、随着分布式光伏以规模化、分散化方式接入配电网，传统配电网逐渐呈现有源、多电源的运行特征；分布式光伏接入后，其故障电流会参与配电网故障过程，使故障点短路电流、支路电流及节点电压受到光伏运行状态的影响，因此，继电保护整定计算和配电网故障分析对含分布式光伏场景下短路电流计算的准确性提出了较高要求；目前，在含分布式光伏配电网的故障分析中，通常将分布式光伏等效为电流源、电压源或相应的故障等值模型，并基于所建立的等值模型进行短路电流计算；此类等值模型通常根据预先确定的参数建立，其等值参数在后续故障分析过程中作为固定参数使用；

2、然而，分布式光伏并网系统的故障外特性受到逆变器控制状态和实际运行工况的影响，同时，配电网拓扑结构可能随线路投切、网络重构等发生变化，分布式光伏的有功出力和无功出力也可能随运行条件发生波动；在实际运行工况相对于等值模型建立时的工况发生变化后，采用固定等值参数所表征的分布式光伏电压－电流特性可能与当前实际运行状态存在偏差，使固定参数等值模型对不同运行工况的适应能力受到限制；

3、进一步地，等值模型与当前运行状态之间的偏差可能传递至配电网故障计算过程，进而影响短路电流及故障电压的计算结果；在分布式光伏接入规模增加以及配电网运行工况发生变化的情况下，如何提高故障等值模型对不同运行工况的适应性，并降低模型失配对短路电流计算准确性的影响，是含分布式光伏配电网故障分析中需要解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种分布式光伏等值参数自适应修正方法及系统，以解决上述背景技术中提出的现有固定参数等值模型对不同运行工况的适应性不足，以及由模型失配导致含分布式光伏配电网短路电流计算准确性受到影响的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、第一方面，提供一种分布式光伏等值参数自适应修正方法，包括：

4、s1、根据分布式光伏并网点的实时电气量数据生成同步相量测量数据，并获取所述分布式光伏的当前控制模式；

5、s2、根据所述当前控制模式，对基于所述同步相量测量数据提取的稳态和扰动状态下的电压－电流响应特征量进行分类，得到与所述当前控制模式对应的分类响应特征集；

6、s3、将所述分类响应特征集输入含低电压穿越策略的近似线性化故障模型，所述模型对低电压穿越区间内的电压－电流响应进行分段线性近似；在低电压穿越无功支撑电流约束和故障限流约束下，以模型输出与所述同步相量测量数据的偏差最小为目标进行在线辨识，得到当前工况对应的动态等值参数集；

7、s4、监测配电网开关状态及所述分布式光伏并网点的有功出力和无功出力，在所述开关状态变位，或有功出力或无功出力的变化幅度超过预设波动阈值时，以所述动态等值参数集为初值，基于当前同步相量测量数据迭代修正所述模型的等值参数，直至模型输出误差满足预设误差条件，得到自适应等值参数集；

8、s5、基于所述自适应等值参数集构建分布式光伏的基波等值电路，并根据所述基波等值电路确定含分布式光伏配电网的短路电流。

9、作为本发明的进一步技术方案，所述s1包括：

10、s11、通过设置于分布式光伏并网点的同步相量测量装置采集三相电压和三相电流，并按照统一时标对所述三相电压和三相电流进行时标同步；

11、s12、对时标同步后的三相电压和三相电流进行滤波，并对滤波后的数据进行加窗插值离散傅里叶变换，获得各采样时刻的电压相量、电流相量和频率，其中，所述电压相量包括电压幅值和电压相角，所述电流相量包括电流幅值和电流相角；

12、s13、根据所述电压相量和电流相量确定所述分布式光伏并网点的有功功率和无功功率，并生成具有对应时标的同步相量测量数据，所述同步相量测量数据包括电压幅值、电压相角、电流幅值、电流相角、频率、有功功率和无功功率；

13、s14、通过逆变器就地通信接口获取所述分布式光伏当前运行的控制模式；其中，所述当前控制模式包括恒功率因数控制模式、电压无功下垂控制模式和低电压穿越控制模式。

14、作为本发明的进一步技术方案，所述s2包括：

15、s21、从所述同步相量测量数据中提取所述分布式光伏处于稳态运行状态时的有功功率、无功功率和电压幅值，形成稳态响应特征量；

16、s22、根据故障前稳态电压幅值与故障期间最低电压幅值之间的相对变化程度确定电压跌落深度，根据故障发生至故障清除期间的并网点电流幅值中的最大值确定暂态电流幅值，并根据故障期间的无功电流增量及其对应时间确定无功支撑电流变化率，将所述电压跌落深度、暂态电流幅值和无功支撑电流变化率作为扰动响应特征量；

17、s23、根据所述当前控制模式，将与所述当前控制模式对应的稳态响应特征量和扰动响应特征量归入同一类别，形成与所述当前控制模式对应的分类响应特征集，并在接收到新的同步相量测量数据后，根据对应时刻的当前控制模式更新所述分类响应特征集。

18、作为本发明的进一步技术方案，所述s3包括：

19、s31、将所述分类响应特征集输入预先构建的含低电压穿越策略的近似线性化故障模型，所述近似线性化故障模型根据开路电压、光伏基波等值阻抗和所述分布式光伏注入配电网的电流确定并网点电压响应，所述近似线性化故障模型的待辨识等值参数包括等值电阻、等值电抗、等值受控电流源系数和低电压穿越无功控制系数；

20、其中，所述开路电压为根据当前控制模式下的受控输出电流和光伏基波等值阻抗确定的中间变量，不作为所述近似线性化故障模型的独立待辨识等值参数；

21、s32、在所述分布式光伏并网点电压进入低电压穿越区间时，根据所述并网点电压所处的电压子区间确定对应的分段线性电压－电流响应关系；建立低电压穿越无功支撑电流约束，所述低电压穿越无功支撑电流约束用于限定无功支撑电流、并网点电压、低电压穿越无功控制系数和逆变器额定电流之间的关系；根据所述逆变器额定电流确定故障限流约束，将所述低电压穿越无功支撑电流约束和故障限流约束作为等值参数辨识的边界条件。

22、作为本发明的进一步技术方案，所述s3还包括：

23、s33、确定所述近似线性化故障模型输出与所述同步相量测量数据中对应的电压幅值、电压相角、电流幅值和电流相角之间的残差，根据对应基准对各项残差进行归一化处理，并以各项归一化残差的平方和最小作为等值参数辨识目标；

24、s34、根据所述等值参数辨识目标，采用递推最小二乘法或粒子群优化算法迭代求解所述近似线性化故障模型的等值参数；采用所述递推最小二乘法时，根据当前采样数据更新增益、协方差矩阵和等值参数；采用所述粒子群优化算法时，根据候选等值参数的搜索状态、个体最优状态和群体最优状态更新候选等值参数；

25、s35、当参数辨识结果满足预设终止条件时结束参数迭代，并将当前得到的等值电阻、等值电抗、等值受控电流源系数和低电压穿越无功控制系数组成当前工况对应的动态等值参数集。

26、作为本发明的进一步技术方案，所述s4包括：

27、s41、实时获取配电网开关状态，并根据所述同步相量测量数据获取所述分布式光伏并网点的有功出力和无功出力；

28、s42、检测所述配电网开关状态是否发生变位，并根据当前采样时刻和上一采样时刻的有功出力或无功出力以及预设额定功率基准，确定对应出力的变化幅度；在所述开关状态发生变位，或者所述出力变化幅度超过预设波动阈值时，触发参数修正；所述参数修正还按照预设时间间隔周期性触发。

29、作为本发明的进一步技术方案，所述s4还包括：

30、s43、以所述动态等值参数集作为本次参数修正的迭代初值，根据当前同步相量测量数据更新所述近似线性化故障模型的等值参数；

31、s44、完成一次等值参数更新，对更新后的等值电阻、等值电抗、等值受控电流源系数和低电压穿越无功控制系数进行参数边界检查；在上述任一参数超出对应参数边界时，将该参数限制于对应参数边界；

32、s45、根据所述近似线性化故障模型当前输出与所述同步相量测量数据中对应的实测电压和实测电流之间的相对误差，确定当前电压误差和电流误差；当所述电压误差和电流误差均满足对应的预设误差条件时，结束当前参数修正并输出所述自适应等值参数集，否则继续执行等值参数更新、参数边界检查和误差判断。

33、作为本发明的进一步技术方案，所述s5包括：

34、s51、根据所述自适应等值参数集中的等值电阻和等值电抗确定光伏基波等值阻抗；

35、在所述分布式光伏处于正常运行状态时，获取逆变器功率外环输出的电流参考值，并根据所述自适应等值参数集中的等值受控电流源系数和所述电流参考值确定受控输出电流；

36、在所述分布式光伏处于低电压穿越状态时，根据并网点电压所处的电压区间、所述自适应等值参数集中的低电压穿越无功控制系数和逆变器额定电流确定无功电流指令；当所述并网点电压低于低电压穿越区间下限时，采用所述区间下限对应的无功电流指令；

37、获取逆变器有功功率外环输出的有功电流指令，在总输出电流超过所述故障限流约束对应的允许范围时，保持所述无功电流指令并调整所述有功电流指令；根据所述有功电流指令和无功电流指令的合成结果确定受控输出电流，并根据并网点电压相位和功率因数角确定所述受控输出电流的相位。

38、作为本发明的进一步技术方案，所述s5还包括：

39、s52、根据所述近似线性化故障模型的电压－电流关系，将所述分布式光伏转换为配电网节点模型对应的等效注入形式；根据开路电压与所述光伏基波等值阻抗之间的戴维南－诺顿等效关系确定光伏并网节点的等效注入电流，并将所述光伏基波等值阻抗作为对应节点的并联阻抗接入所述配电网节点模型；

40、s53、建立节点导纳矩阵、节点电压和节点注入电流之间的节点电压方程；根据当前节点电压确定所述分布式光伏的受控输出电流，并更新所述光伏并网节点的等效注入关系，根据更新后的等效注入关系重新求解节点电压；重复确定所述受控输出电流、更新所述等效注入关系和求解节点电压，直至相邻两次节点电压计算结果满足预设收敛条件；

41、s54、根据收敛后的节点电压和所述等效注入关系，确定配电网各支路的短路电流和各节点的故障电压，并输出故障分析结果。

42、第二方面，提供一种分布式光伏等值参数自适应修正系统，包括：

43、数据采集模块，用于根据分布式光伏并网点的实时电气量数据生成同步相量测量数据，并获取所述分布式光伏的当前控制模式；

44、特征分类模块，用于根据所述当前控制模式，对基于所述同步相量测量数据提取的稳态和扰动状态下的电压－电流响应特征量进行分类，得到与所述当前控制模式对应的分类响应特征集；

45、参数辨识模块，用于将所述分类响应特征集输入含低电压穿越策略的近似线性化故障模型，所述模型对低电压穿越区间内的电压－电流响应进行分段线性近似；在低电压穿越无功支撑电流约束和故障限流约束下，以模型输出与所述同步相量测量数据的偏差最小为目标进行在线辨识，得到当前工况对应的动态等值参数集；

46、自适应修正模块，用于监测配电网开关状态以及所述分布式光伏并网点的有功出力和无功出力，在所述开关状态发生变位，或者所述有功出力或无功出力的变化幅度超过预设波动阈值时，以所述动态等值参数集作为迭代初值，基于当前同步相量测量数据迭代修正所述近似线性化故障模型的等值参数，直至模型输出误差满足预设误差条件，得到自适应等值参数集；

47、故障分析模块，用于基于所述自适应等值参数集构建所述分布式光伏的基波等值电路，并根据所述基波等值电路确定含分布式光伏配电网的短路电流。

48、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

49、根据获取的当前控制模式，对基于同步相量测量数据提取的稳态运行和扰动状态下的电压－电流响应特征量进行分类，并形成与当前控制模式对应的分类响应特征集，使不同控制模式下的响应数据按照其实际控制状态分别组织；在逆变器控制模式发生变化时，分类响应特征集随当前控制模式进行更新，从而使后续等值参数辨识所采用的响应数据与分布式光伏当前控制状态相匹配，减少不同控制模式下响应特征混合对参数辨识的影响；

50、将所述分类响应特征集输入含低电压穿越策略的近似线性化故障模型，对低电压穿越区间内的电压－电流响应进行分段线性近似，并将低电压穿越无功支撑电流约束和故障限流约束作为等值参数辨识的边界条件，在模型输出与同步相量测量数据的偏差基础上进行在线参数辨识，使获得的动态等值参数能够反映当前工况下分布式光伏的电压－电流响应以及低电压穿越和故障限流特性，有利于减小固定参数模型在运行工况变化后的模型失配；

51、在获得当前工况对应的动态等值参数集后，通过监测配电网开关状态以及分布式光伏并网点的有功出力和无功出力，在开关状态发生变位或者光伏出力变化达到触发条件时，以所述动态等值参数集作为迭代初值，根据当前同步相量测量数据继续修正等值参数，并结合周期修正方式对参数进行持续更新；由此，在线参数辨识与后续自适应修正形成连续的参数更新过程，使等值参数能够随配电网拓扑状态和分布式光伏出力状态的变化进行调整，减少运行工况改变后反复采用离线方式重新确定固定等值参数的需要；

52、参数辨识过程中基于电压幅值、电压相角、电流幅值和电流相角的对应残差确定辨识目标，自适应修正过程中对更新后的等值参数进行参数边界检查，并根据模型输出与实测电压、实测电流之间的误差判断参数修正是否结束，使参数辨识、参数更新、边界约束和终止判断形成连续闭环，有利于使更新后的等值参数保持在相应参数范围内，并使模型输出逐步与当前同步相量测量数据相匹配；

53、根据自适应修正后的等值参数确定分布式光伏的光伏基波等值阻抗和受控输出电流，并形成光伏并网节点的等效注入关系，通过更新受控输出电流和等效注入关系迭代求解配电网节点电压，进而确定各支路的短路电流和各节点的故障电压，使短路电流计算能够采用与当前运行工况对应的分布式光伏等值特性；相较于采用离线固定参数进行故障计算的方式，有利于提高含分布式光伏配电网短路电流计算的准确性和对运行工况变化的适应性，为继电保护整定计算和配电网故障分析提供相应的故障计算数据。