CN108988392A - 一种基于背靠背变流器的配电网自适应低压反孤岛方法 - Google Patents
一种基于背靠背变流器的配电网自适应低压反孤岛方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于背靠背变流器的配电网自适应低压反孤岛方法，利用背靠背变流器与一个初始扰动电阻共同组成扰动负载单元，进行配电网的低压反孤岛保护。其控制回路包括扰动负载阻抗配置模块、扰动负载阻抗预期负荷计算模块、背靠背变流器输出电压幅值控制模块、以及背靠背变流器输出电压相位控制模块四部分。使用本发明公开的反孤岛方法，在反孤岛可靠性要求、反孤岛灵敏性要求、以及分布式发电容量发生变化后，扰动负载单元的等效阻抗值可自适应调整，从而满足保护装置的动作要求，在反孤岛投入后有效切除分布式发电单元。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于背靠背变流器的配电网自适应低压反孤岛方法，特别涉及一种基于脆性理论的分布式能源接入配电网对配电网电压影响的风险辨识方法，属于能源技术领域。
背景技术
随着传统化石能源带来的环境问题日益凸显，以太阳能和风能为主的新能源得到了深入的研究和广泛的利用。分布式新能源并网发电可以有效解决环境问题，但是新能源的大量接入会引起电网电能质量的下降，造成电压波动、供电可靠性降低等后果。
鉴于上述原因，必须就分布式能源接入配电网后对配电网电压产生的影响进行研究。国内外学者也已对分布式能源接入的配电网的电压可靠性、电能质量、电网规划等方面进行了研究。尽管目前对分布式能源接入对配电网电压影响的研究已十分深入，然而目前的研究仍有以下两个方面需要进一步探讨：
1、目前的研究仅仅是结合分布式能源接入对配电网电压产生的影响，从安全性、可靠性、稳定性以及经济性等方面给含分布式能源的配电网提出了一些评价指标，并未制定实际的风险的量化指标；
2、目前的研究是针对分布式能源接入后各个单独节点产生的电压波动，并未对配电网中某个节点电压的波动所产生的***其他节点的连锁反应波动进行研究，不能够全面地反映实际运行情况。
发明内容
为了解决上述背景技术提出的技术问题，本发明旨在提供一种基于脆性理论的分布式能源接入配电网对配电网电压影响的风险辨识方法，弥补当前的研究缺少风险量化指标和未考虑配电网连锁反应的缺点。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
本发明提供一种基于背靠背变流器的配电网自适应低压反孤岛方法，该方法通过扰动负载单元以及控制回路，进行配电网的低压反孤岛保护，其中，扰动负载单元由背靠背变流器与初始扰动电阻组成；控制回路包括扰动负载阻抗配置模块、扰动负载阻抗预期负荷计算模块、背靠背变流器输出电压幅值控制模块以及背靠背变流器输出电压相位控制模块，扰动负载阻抗配置模块计算扰动负载单元所需配置的扰动负载阻抗Zd-eq′，扰动负载阻抗预期负荷计算模块根据Zd-eq′计算Zd-eq′对应的有功功率值Pref与无功功率值Qref，背靠背变流器输出电压幅值控制模块根据Pref与扰动负载单元实时有功功率计算背靠背变流器输出电压的调制幅值，背靠背变流器输出电压相位控制模块根据Qref与扰动负载单元实时电流计算背靠背变流器输出电压的调制相位。
作为本发明的进一步技术方案，扰动负载阻抗配置模块根据以下配置公式配置扰动负载阻抗Zd-eq′：
其中，所需配置的扰动负载阻值所需配置的扰动负载感抗值所需配置的扰动负载容抗值Un为母线额定电压，Pinv为分布式发电容量，UL为设定的欠压阈值，U0与f0分别为孤岛运行时的母线电压和光伏***输出频率，QL为就地负荷感性无功大小，fH为设定的过频阈值，QC为就地负荷容性无功大小，fL为设定的欠频阈值。
作为本发明的进一步技术方案，扰动负载阻抗预期负荷计算模块根据以下公式计算Zd-eq′对应的有功功率值Pref与无功功率值Qref：
其中，为Zd-eq′的阻抗角。
作为本发明的进一步技术方案，背靠背变流器输出电压幅值控制模块的控制方法为：扰动负载单元实时有功功率P输减去Pref后的差值输入PI控制器，PI控制器的输出乘以PI后置增益k后取绝对值，取绝对值后的结果与背靠背变流器直流侧电压VDC的一半相乘即得到背靠背变流器输出电压的调制幅值。
作为本发明的进一步技术方案，背靠背变流器输出电压相位控制模块的控制方法为：1)PI控制器的输出送入符号函数sign，得到的结果先乘以π/2、再减去π/2；2)Pref与Qref送入阻抗角计算单元，计算扰动负载单元所需配置的阻抗角3)扰动负载单元实时电流I0送入锁相环，得到I0的实时相位；累加1)、2)和3)的结果，得到背靠背变流器输出电压的调制相位。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本发明使用背靠背变流器串联一个初始扰动电阻组成扰动负载单元，参与配电网的低压反孤岛。在反孤岛的可靠性要求提高后，扰动负载单元的等效阻抗可从纯阻性变为阻感性或阻容性，从而在反孤岛投入后同时触发欠压保护与过/欠频保护。在反孤岛灵敏性要求(欠压阈值及过/欠频阈值)或分布式发电容量发生变化后，扰动负载单元的等效阻抗值可自适应调整，从而满足保护装置的动作要求，在反孤岛投入后有效切除分布式发电单元。基于此可知，本发明对于提高配电网低压反孤岛的自适应能力具有积极作用。
附图说明
图1为本发明的配电网***组成示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
如图1所示，本发明一种基于背靠背变流器的配电网自适应低压反孤岛方法，将背靠背变流器与一个初始扰动电阻Rd-ini共同组成扰动负载单元(Rd-ini的一端连接背靠背变流器的输出，另一端接地)，进行配电网的低压反孤岛保护。在反孤岛的可靠性要求提高后，扰动负载单元的等效阻抗可从纯阻性变为阻感性或阻容性，从而在反孤岛投入后同时触发欠压保护与过/欠频保护。在反孤岛灵敏性要求(欠压阈值及过/欠频阈值)或分布式发电容量发生变化后，扰动负载单元的等效阻抗值可自适应调整，从而满足保护装置的动作要求，在反孤岛投入后有效切除分布式发电单元。
所述扰动负载单元的控制回路包括扰动负载阻抗配置模块、扰动负载阻抗预期负荷计算模块、背靠背变流器输出电压幅值控制模块以及背靠背变流器输出电压相位控制模块四个部分。
具体地，所述扰动负载阻抗配置模块的输入包括反孤岛灵敏性要求(即，欠压、过/欠频阈值)、反孤岛可靠性要求(即，单种保护或多种保护)、分布式发电容量；输出为所需配置的扰动负载阻抗Zd-eq′。
所述扰动负载阻抗配置模块的具体配置公式为：
其中，Rd为所需配置的扰动负载阻值；Un为母线额定电压；Pinv为分布式发电容量；UL为设定的欠压阈值；Ld为所需配置的扰动负载感抗值；U0与f0分别为孤岛运行时的母线电压和光伏***输出频率；QL为就地负荷感性无功大小；fH为设定的过频阈值；Cd为所需配置的扰动负载容抗值；QC为就地负荷容性无功大小；fL为设定的欠频阈值。
具体地，所述扰动负载阻抗预期负荷计算模块的输入为所需配置的扰动负载阻抗Zd-eq′；输出为Zd-eq′对应的有功功率值Pref与无功功率值Qref。
所述扰动负载阻抗预期负荷计算模块的具体计算公式为：
其中，为Zd-eq′的阻抗角。
具体地，所述背靠背变流器输出电压幅值控制模块输入为Pref与扰动负载单元的实时有功功率P；输出为背靠背变流器输出电压V0的调制幅值。背靠背变流器输出电压幅值控制模块包括减法器、PI控制器、PI后置增益模块、取绝对值模块、乘法器。
所述背靠背变流器输出电压幅值控制模块的具体流程为：
1)P减去Pref，并将差值送入PI控制器；
2)PI控制器的输出乘以PI后置增益k后取绝对值；
3)取绝对值后的结果与背靠背变流器直流侧电压VDC的一半相乘，得到背靠背变流器输出电压V0的调制幅值。
具体地，所述背靠背变流器输出电压相位控制模块输入为Pref、Qref、背靠背变流器输出电压幅值控制模块中的PI控制器输出量、以及扰动负载单元实时电流I0；输出为背靠背变流器输出电压V0的调制相位。所述背靠背变流器输出电压相位控制模块包括符号函数sign模块、乘法器、减法器、加法器、加法器、阻抗角计算模块、锁相环。
所述背靠背变流器输出电压相位控制模块的具体流程为：
1)背靠背变流器输出电压幅值控制模块中的PI控制器输出量送入符号函数sign，得到的结果先乘以π/2，再减π/2；
2)Pref与Qref送入阻抗角计算单元，得到扰动负载单元所需配置的阻抗角，具体公式为：
3)将I0送入锁相环，得到I0的实时相位。
4)累加1)2)3)的结果，得到背靠背变流器输出电压V0的调制相位。
以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (5)
1.一种基于背靠背变流器的配电网自适应低压反孤岛方法，其特征在于，该方法通过扰动负载单元以及控制回路，进行配电网的低压反孤岛保护，其中，扰动负载单元由背靠背变流器与初始扰动电阻组成；控制回路包括扰动负载阻抗配置模块、扰动负载阻抗预期负荷计算模块、背靠背变流器输出电压幅值控制模块以及背靠背变流器输出电压相位控制模块，扰动负载阻抗配置模块计算扰动负载单元所需配置的扰动负载阻抗Zd-eq′，扰动负载阻抗预期负荷计算模块根据Zd-eq′计算Zd-eq′对应的有功功率值Pref与无功功率值Qref，背靠背变流器输出电压幅值控制模块根据Pref与扰动负载单元实时有功功率计算背靠背变流器输出电压的调制幅值，背靠背变流器输出电压相位控制模块根据Qref与扰动负载单元实时电流计算背靠背变流器输出电压的调制相位。
2.根据权利要求1所述的一种基于背靠背变流器的配电网自适应低压反孤岛方法，其特征在于，扰动负载阻抗配置模块根据以下配置公式配置扰动负载阻抗Zd-eq′：
其中，所需配置的扰动负载阻值所需配置的扰动负载感抗值所需配置的扰动负载容抗值Un为母线额定电压，Pinv为分布式发电容量，UL为设定的欠压阈值，U0与f0分别为孤岛运行时的母线电压和光伏***输出频率，QL为就地负荷感性无功大小，fH为设定的过频阈值，QC为就地负荷容性无功大小，fL为设定的欠频阈值。
3.根据权利要求2所述的一种基于背靠背变流器的配电网自适应低压反孤岛方法，其特征在于，扰动负载阻抗预期负荷计算模块根据以下公式计算Zd-eq′对应的有功功率值Pref与无功功率值Qref：
其中，为Zd-eq′的阻抗角。
4.根据权利要求3所述的一种基于背靠背变流器的配电网自适应低压反孤岛方法，其特征在于，背靠背变流器输出电压幅值控制模块的控制方法为：扰动负载单元实时有功功率P输减去Pref后的差值输入PI控制器，PI控制器的输出乘以PI后置增益k后取绝对值，取绝对值后的结果与背靠背变流器直流侧电压VDC的一半相乘即得到背靠背变流器输出电压的调制幅值。
5.根据权利要求4所述的一种基于背靠背变流器的配电网自适应低压反孤岛方法，其特征在于，背靠背变流器输出电压相位控制模块的控制方法为：1)PI控制器的输出送入符号函数sign，得到的结果先乘以π/2、再减去π/2；2)Pref与Qref送入阻抗角计算单元，计算扰动负载单元所需配置的阻抗角3)扰动负载单元实时电流I0送入锁相环，得到I0的实时相位；累加1)、2)和3)的结果，得到背靠背变流器输出电压的调制相位。
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