基于光伏逆变电源输出特性的联络线单端故障测距方法与流程

1.本发明涉及的是一种电网故障检测领域的技术，具体是一种基于光伏逆变电源输出特性的联络线单端故障测距方法。


背景技术：

2.近年来，为解决火力发电带来的一系列环境污染、资源短缺等问题，越来越多的人把目光投向太阳能、风能等新型能源的利用上，分布式电源受到越来越多的关注和应用。光伏电源一般都需要经过三相逆变器等电力电子元件接入现有的配电系统，光伏发电也就是光伏逆变电源。对于含分布式能源渗透率较高的电网，当系统出现短路故障使系统电压暂降时，如果不对光伏逆变电源在电压跌落期间采取相应的控制手段，会导致光伏逆变电源大规模退出运行，降低电网稳定性。
3.随着新能源与电力电子元件的发展与广泛应用，分布式电源逐渐渗透到现有的电网中。大多数的分布式电源需要经过逆变器后再接入配电网联络线，即逆变电源。逆变电源不同的控制策略影响着其输出特性与故障特性，从而影响接入配电网联络线中的故障电流输出特性与故障测距方法。首先需要分析不对称电网电压跌落情况下逆变电源的控制策略，得到逆变电源的输出特性，然后详细分析逆变电源故障特性，再结合配电网联络线现有的故障测距基本原理，研究含光伏逆变电源接入给联络线故障测距带来的困难以及含光伏逆变电源接入的配电网联络线故障测距新方法。


技术实现要素：

4.本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种基于光伏逆变电源输出特性的联络线单端故障测距方法，考虑到逆变型分布式电源故障时的输出电流具有非线性以及限流特性的特征，对联络线故障测距产生影响，实现针对不对称接地故障时光伏逆变电源控制策略的选取、光伏逆变电源输出电流正序与负序分量的表达以及含光伏逆变电源联络线的故障测距新方案，简化含光伏逆变电源联络线的故障测距方法，提高含光伏逆变电源联络线的故障测距的精度。
5.本发明是通过以下技术方案实现的：
6.本发明涉及一种基于光伏逆变电源输出特性的联络线单端故障测距方法，包括以下步骤：
7.步骤1)当光伏逆变电源接入的配电网联络线发生不对称故障时，电网电压将出现正序、负序与零序分量，根据输出电压与电流是正负零序三个分量之和，得到瞬时有功功率p和无功功率q在αβ坐标系中的表达式，从而推导三相有功功率，具体为：p和无功功率q在αβ坐标系中的表达式，从而推导三相有功功率，具体为：其中：和是有功功率和无功功率的平均值，p
c2
、p
s2
、q
c2
、q
s2
分别为振荡的谐波分量，v
α
、v
β
、i
α
、i
β
分别为电压和电流量在α
β坐标系中的值。根据其与d
‑
q坐标系中电流与电压正序负序分量的关系得到：q坐标系中电流与电压正序负序分量的关系得到：
8.步骤2)在不对称故障下逆变电源的控制目标为：输出对称三相电流，即消除三相电流中的不对称分量，使得进而需将输出的不平衡三相电压从a，b，c坐标系转换到αβ坐标系，再通过延迟对消技术，得到正负序分量在αβ坐标系中的值，然后再分别转化到相应的正负序同步旋转坐标系中进行独立控制。
9.所述的延迟对消技术是指：为消除逆变电源的负序分量，先将正负序电压从三相静止坐标系变为两相静止坐标系，再将三相静止坐标反变换得到：静止坐标系变为两相静止坐标系，再将三相静止坐标反变换得到：以及其中：[v
αβ
]、为电压量在αβ坐标系中矩阵以及电压量在正序、负序αβ坐标系中矩阵，为转换矩阵，j为表示90
°
的相角旋转的旋转因子，即延时作用，从而实现从αβ的正负序分离。
[0010]
步骤3)控制好光伏逆变电源输出特性后，使得光伏逆变电源输出的负序分量为零。进一步当联络线发生不对称故障后，利用现有电源侧提供给联络线的负序分量进行故障测距。由于利用负序分量，而联络线中光伏逆变电源侧不输出电流，现有电源侧输出电流与故障点流经电流的大小与相位相等。由于发生接地故障，故障点的电压为零，利用电源端测得的电压量关系：其中：其中：为联络线现有电源侧出口测量到的电压的负序分量，为联络线现有电源侧出口测量到的电流的负序分量；与分别为联络线现有电源侧出口测量到的电压的负序分量的实部与虚部；类似地，与分别为联络线现有电源侧出口测量到的电流的负序分量的实部与虚部；l为现有电源到故障点的距离，r
g
为故障点的接地过渡电阻；r2 j*x2为线路单位阻抗值。
[0011]
所述的电源端测得的电压量关系中，未知量为故障点的接地过渡电阻r
g
和现有电源到故障点的距离l，已知量为现有电源出口保护安装处测得的电压量负序和电流量负序的实部与虚部，求解上述的二元一次方程组
可求得现有电源处到故障点的距离l。技术效果
[0012]
与现有技术相比，本发明充分利用了光伏逆变电源的正负双序解耦独立控制并消去负序分量的控制策略，将复杂的需要考虑两端电气量的联络线测距简化为利用负序分量的单端电气量测距方法，并且使得含有光伏逆变电源的联络线故障测距结果更为精确。
附图说明
[0013]
图1为igbt控制单元示意图；
[0014]
图2为光伏逆变电源控制单元示意图；
[0015]
图3为含光伏逆变电源的联络线单元示意图；
[0016]
图4为联络线现有电源与故障点输出电流对比图。
具体实施方式
[0017]
本实施例涉及一种基于光伏逆变电源输出特性的联络线单端故障测距系统，包括：igbt控制单元、光伏逆变电源控制单元、含光伏逆变电源的联络线单元以及故障测距单元，其中：igbt控制单元与光伏逆变电源相连并根据电网要求进行igbt的开断处理，输出光伏逆变电流；光伏逆变电源控制单元根据联络线发生的故障类型，通过内置的pq控制器与lvrt控制器进行控制，在不对称接地故障期间，采用延迟对消技术，得到光伏逆变电源的正序输出电流以及负序不输出电流的结果；联络线单元根据保护元件处的电流与电压互感器输出，得到保护处的电流量与电压量；故障测距单元根据互感器传送的电压量与电流量，计算得到故障距离以及过渡电阻大小。
[0018]
如图1所示，所述的igbt控制单元包括六个igbt组成的三相桥接igbt电路。
[0019]
如图2所示，所述的光伏逆变电源控制单元利用d
‑
q解耦方法，将光伏逆变电源输出采取正负双序解耦独立控制，并利用延迟对消技术消除负序分量输出，该单元包括：延迟对消模块、pwm模块、d
‑
q解耦模块。
[0020]
本实施例根据国内某新能源场站实际拓扑和参数，在pscad上搭建如图3所示的新能源场站送出联络线路模型，其场站容量为100mw，送出线路电压等级为220kv，送出线路的长度为40km。送出线路单位长度正序和零序阻抗分别为0.076 j0.338ω/km和0.284 j0.824ω/km，单位长度正序和零序电容分别为0.0086f/km和0.0061f/km。
[0021]
本实施例基于上述系统的基于光伏逆变电源输出特性的联络线单端故障测距方法，选用正负双序独立控制解耦消除负序分量的控制策略，利用负序分量进行求解，具体步骤包括：
[0022]
步骤1：利用光伏逆变电源的特殊控制策略与输出特性，控制光伏逆变电源仅输出正序电流，负序输出电流为零，得到联络线光伏逆变电源侧负序输出电流量为零。
[0023]
步骤2：通过现有电源侧保护处的电压互感器与电流互感器测得故障发生后现有
电源侧的输出电流量与输出电压量的幅值与相位，并利用傅氏滤波记录下每刻的输出电流量和电压量的幅值与相位。
[0024]
如图4所示，为现有电源端输出负序电流与故障点流经负序电流的结果比较。经过对比两处负序电流大小的实部与虚部，得出故障点流经负序电流与现有电源侧输出负序电流基本一致，光伏逆变电源在特殊控制策略下实际输出负序电流为零，可以按照本方法进行计算。
[0025]
步骤3：将记录下的现有电源侧输出电流量与电压量输出给计算程序，利用发明内容中方程组的程序进行计算，求得故障距离l和过渡电阻r
g
。
[0026]
仿真结果表示，现有电源端输出电流与故障点流经电流相等的条件成立，在基于光伏逆变电源输出特性的联络线单端故障测距方法下，光伏逆变电源可以接入联络线，并且能够准确进行含光伏逆变电源联络线的故障测距。
[0027]
与现有技术相比，本方法适用于含有光伏逆变电源新能源的联络线故障测距方法，并且简化含光伏逆变电源联络线的故障测距方法，提高故障测距的精度。
[0028]
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。