CN111082433B - 一种电压扰动下的逆变器无功电流优先分配方法及*** - Google Patents

一种电压扰动下的逆变器无功电流优先分配方法及*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电压扰动下的逆变器无功电流优先分配方法及***，所述方法包括：采集获得新能源机组并网点的电力数据；在所述新能源机组处于电压扰动时，根据所述电力数据计算获得原始的无功电流调整值；根据所述原始的无功电流调整值，计算获得动态分配后的有功电流调整值；根据所述动态分配后的有功电流调整值以及原始的无功电流调整值对所述新能源机组的逆变器进行调整，并重新采集所述新能源机组并网点的电力数据；根据所述重新采集的电力数据判断所述新能源机组是否恢复稳态运行；所述方法及***通过在电压控制输出的基础上进行动态分配控制，保证新能源机组能够有效的参与电力***的电压控制和频率控制。

Description

一种电压扰动下的逆变器无功电流优先分配方法及***
技术领域
本发明涉及电力技术领域，更具体地，涉及一种电压扰动下的逆变器无功电流优先分配方法及***。
背景技术
在大规模的可再生能源渗透入电力***的情况下，电力***的频率调节和电压调节仍然由常规同步机组承担，同时可再生能源的间歇性、波动性和不完全可控性导致***频率和电压问题更加突出，同时在电网故障期间新能源机组也有可能保护动作脱网，进一步恶化***稳定性，例如在2019年8月9日发生的英国大停电，由于雷击导致的风电场和分布式光伏脱网，进一步恶化***频率，导致低频减载动作，切除了大约5％的负荷，造成了大停电，因此需要电力电子设备(如风电和光伏)参与***频率和电压调节。上述电力电子设备的有功电流和无功电流控制是解耦的，在电力电子设备同时参与电力***的频率调节和电压调节时，可能会出现可调容量不能同时满足有功电流和无功电流调节需求的情况，在电压扰动的情况下，如何分配有功电流无功电流使得分配更加均衡合理是亟需解决的问题。
发明内容
为了解决背景技术存在的在电压扰动的情况下，可能会因有功无功电流比例分配不均衡导致异常的问题，本发明提供了一种电压扰动下的逆变器有功电流优先分配方法及***，所述方法及***在电压扰动的情况下，通过在电压控制及频率控制输出的基础上进行动态分配控制，获得在逆变器可承受电流范围内优先考虑无功电流分配的方案，所述一种电压扰动下的逆变器有功电流优先分配方法包括：
采集获得新能源机组并网点的电力数据，所述电力数据包括并网点电压以及电网频率；
监控所述并网点电压以及所述电网频率，若所述并网点电压在死区之内且所述电网频率不在死区之内，则判断所述新能源机组处于电压扰动下；
在所述新能源机组处于电压扰动时，根据所述电力数据计算获得原始的无功电流调整值；
根据所述原始的无功电流调整值，计算获得动态分配后的有功电流调整值；
根据所述动态分配后的有功电流调整值以及原始的无功电流调整值对所述新能源机组的逆变器进行调整。
进一步的，重新采集所述新能源机组并网点的电力数据；
根据所述重新采集的电力数据判断所述新能源机组是否恢复稳态运行。
进一步的，判断通过原始的无功电流调整值调整后的并网点电流是否满足所述逆变器的电流阈值限制；
若不满足，则在保持原始的无功电流调整值的情况下，调整有功电流，使所述并网点电流满足所述逆变器的电流阈值限制，取此时有功电流的调整值为动态分配下的有功电流调整值。
进一步的，所述判断通过原始的无功电流调整值调整后的并网点电流是否满足所述逆变器的电流阈值限制，包括：
计算实际有功电流值与无功电流参考值的均方根值是否在所述逆变器的电流阈值限制范围内；所述无功电流参考值为所述实际无功电流值与原始的无功电流调整值之和；
所述均方根值I`ord的计算方式为：
Figure BDA0002302455910000021
其中，Idord0为实际有功电流值，Iqord0为实际无功电流值；ΔI`qord为原始的无功电流调整值。
进一步的，在保持原始的无功电流调整值的情况下，调整有功电流，使所述并网点电流满足所述逆变器的电流阈值限制，包括：
在实际有功电流的基础上逐步减小有功电流值；
当调整后的有功电流值与无功电流参考值的均方根值达到所述逆变器的电流阈值限制极限时，取此时减小的有功电流值区间为动态分配下的有功电流调整值。
所述一种电压扰动下的逆变器无功电流优先分配***，所述***包括：
采集单元，所述采集单元用于采集获得新能源机组并网点的电力数据，所述电力数据包括并网点电压以及电网频率；
稳态监控单元，所述稳态监控单元用于监控所述并网点电压以及所述电网频率，若所述并网点电压在死区之内且所述电网频率不在死区之内，则判断所述新能源机组处于电压扰动下；
调整控制单元，所述调整控制单元用于根据输入的电力数据，计算获得原始的无功电流调整值；
动态分配单元，所述动态分配单元用于根据所述原始的无功电流调整值，计算获得动态分配后的有功电流调整值；
电流调整单元，所述电流调整单元用于根据所述动态分配后的有功电流调整值以及原始的无功电流调整值对所述新能源机组的逆变器进行调整。
进一步的，所述采集单元用于在电流调整单元完成调整后重新采集所述新能源机组并网点的电力数据；所述稳态监控单元用于根据所述重新采集的电力数据判断所述新能源机组是否恢复稳态运行。
进一步的，所述动态分配单元用于判断通过原始的无功电流调整值调整后的并网点电流是否满足所述逆变器的电流阈值限制；
若不满足，所述动态分配单元用于在保持原始的无功电流调整值的情况下，调整有功电流，使所述并网点电流满足所述逆变器的电流阈值限制，取此时有功电流的调整值为动态分配下的有功电流调整值。
进一步的，所述动态分配单元用于计算实际有功电流值与无功电流参考值的均方根值是否在所述逆变器的电流阈值限制范围内；所述无功电流参考值为所述实际无功电流值与原始无功电流调整值之和；
所述均方根值I`ord的计算方式为：
Figure BDA0002302455910000041
其中，Idord0为实际有功电流值，Iqord0为实际无功电流值；ΔI`qord为原始的无功电流调整值。
进一步的，所述动态分配单元用于在实际有功电流的基础上逐步减小有功电流值；
当调整后的有功电流值与无功电流参考值的均方根值达到所述逆变器的电流阈值限制极限时，取此时减小的有功电流值区间为动态分配下的有功电流调整值。
本发明的有益效果为：本发明的技术方案，给出了一种电压扰动下的逆变器无功电流优先分配方法及***，所述方法及***在仅有电压出现扰动的情况下，通过在电压控制输出的基础上进行动态分配控制，获得所述在逆变器可承受电流范围内最优的有功无功电流分配方案，保证新能源机组能够有效的参与电力***的电压控制和频率控制。
附图说明
通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：
图1为本发明具体实施方式的一种电压扰动下的逆变器无功电流优先分配方法的流程图；
图2为本发明具体实施方式的电压-频率动态分配控制示意图；
图3为本发明具体实施方式的原始的有功电流无功电流分配控制示意图；
图4为本发明具体实施方式的电压扰动下有功无功电流比例分配示意图；
图5为本发明具体实施方式的一种电压扰动下的逆变器无功电流优先分配***的结构图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
图1为本发明具体实施方式的一种电压扰动下的逆变器无功电流优先分配方法的流程图；如图1所示，所述方法包括：
步骤110，采集获得新能源机组并网点的电力数据，所述电力数据包括并网点电压、并网点电流以及电网频率；
本实施例的使用场景，是可再生能源接入电力***；对可再生能源的新能源机组(例如风电机组、光伏发电机组)接入电网时的并网点的电力数据进行采集。
步骤120，监控所述并网点电压以及所述电网频率，若所述并网点电压在死区之内且所述电网频率不在死区之内，则判断所述新能源机组处于电压扰动下；
通过监控所述并网点电压的运行状态，是否在预设的死区之内，判断新能源机组是否处于电压扰动的情况下；通过监控所述并网点频率的运行状态，是否在预设的死区之内，判断新能源机组是否处于频率扰动的情况下；本实施例中，是考虑在新能源机组仅处于电压扰动下，来实施有功无功电流比例分配，解决扰动问题。
步骤130，在所述新能源机组处于电压扰动时，根据所述电力数据计算获得原始的无功电流调整值ΔI`qord；
进一步的，如图2所示，可以根据输入的并网点电压、并网点电流以及电压参考值，通过电压控制环节计算获得原始的无功电流调整值；根据输入的电网频率以及频率参考值，通过频率控制环节计算获得原始有功电流分配值。本实施例中，为实现无功电流的优先分配，仅应用电压控制环节对无功电流进行调整，获得原始的无功电流调整值ΔI`qord；
具体的，所述电压控制环节以及所述频率控制环节的传递函数的示意图如图3所示；输入所述并网点电压、并网点电流以及电网频率，通过如图3所示的传递函数的流向，可以获得原始的无功电流调整值ΔI`qord；
步骤140根据所述原始的无功电流调整值，计算获得动态分配后的有功电流调整值；
如图2所示，因本申请优先分配无功功率，不使用频率控制环节调节有功功率，故仅输入原始的无功电流调整值ΔI`qord，通过动态分配控制，输出动态分配后的无功电流调整值。具体的：
步骤141，判断通过原始的无功电流调整值调整后的并网点电流是否满足所述逆变器的电流阈值限制；
计算实际有功电流值与无功电流参考值的均方根值是否在所述逆变器的电流阈值限制范围内；所述无功电流参考值为所述实际无功电流值与原始的无功电流调整值之和；
所述均方根值I`ord的计算方式为：
Figure BDA0002302455910000061
其中，Idord0为实际有功电流值，Iqord0为实际无功电流值；ΔI`qord为原始的无功电流调整值。
步骤142，若不满足，则在保持原始的无功电流调整值的情况下，调整有功电流，使所述并网点电流满足所述逆变器的电流阈值限制，取此时有功电流的调整值为动态分配下的有功电流调整值。
在实际有功电流的基础上逐步减小有功电流值；
当调整后的有功电流值与无功电流参考值的均方根值达到所述逆变器的电流阈值限制极限时，取此时减小的有功电流值区间为动态分配下的有功电流调整值。
步骤150，根据所述动态分配后的有功电流调整值以及原始的无功电流调整值对所述新能源机组的逆变器进行调整。
进一步的，在所述步骤150后，所述方法还包括：
重新采集所述新能源机组并网点的电力数据；
根据所述重新采集的电力数据判断所述新能源机组是否恢复稳态运行。
针对步骤140的动态分配方法，图4为本发明具体实施方式的电压扰动下有功无功电流比例分配示意图；通过以有功电流为横坐标、无功电流为纵坐标，建立坐标系阐述电压扰动下的逆变器无功电流优先分配方法，如图4所示：
向量
Figure BDA0002302455910000071
在横坐标的投影即为实际的有功电流值；向量
Figure BDA0002302455910000072
在纵坐标的投影即为实际的无功电流值；向量
Figure BDA0002302455910000073
为实际的有功电流值与的无功电流值综合下的电流值，其值不能够超过图中圆的范围，图中圆的范围即为逆变器的电流阈值限制。
向量
Figure BDA0002302455910000074
平行于纵坐标，是在实际有功电流值以及实际无功电流值的基础上(即以A为起始点)，原始的无功电流调整值的向量表示；
若C点超出了图中的圆的范围(即上述计算的均方根值I`ord，也就是OC超出圆的范围)，则说明调整后的电流超出了逆变器的电流阈值限制；
为了保证无功电流的优先分配，在C点的基础上，保证无功电流值不变，逐步减小有功电流值，使得C点沿平行于横坐标的方向移动到圆上的B点，调整后的向量
Figure BDA0002302455910000075
在横坐标的投影即为动态分配后的有功电流调整值；而向量
Figure BDA0002302455910000076
在纵坐标上没有调整，其投影为原始的无功电流调整值。
图5为本发明具体实施方式的一种电压扰动下的逆变器无功电流优先分配***的结构图，如图5所示，所述***包括：
采集单元510，所述采集单元510用于采集获得新能源机组并网点的电力数据，所述电力数据包括并网点电压、并网点电流以及电网频率；
稳态监控单元520，所述稳态监控单元520用于监控所述并网点电压以及所述电网频率，若所述并网点电压在死区之内且所述电网频率不在死区之内，则判断所述新能源机组处于电压扰动下；
调整控制单元530，所述调整控制单元530用于根据输入的电力数据，计算获得原始的无功电流调整值；
进一步的，所述调整控制单元530用于根据输入的并网点电压、并网点电流以及电压参考值，计算获得原始的无功电流调整值。
动态分配单元540，所述动态分配单元540用于根据所述原始的无功电流调整值，计算获得动态分配后的有功电流调整值；
所述动态分配单元540用于判断通过原始的无功电流调整值调整后的并网点电流是否满足所述逆变器的电流阈值限制；
若不满足，所述动态分配单元540用于在保持原始的无功电流调整值的情况下，调整有功电流，使所述并网点电流满足所述逆变器的电流阈值限制，取此时有功电流的调整值为动态分配下的有功电流调整值。
所述动态分配单元540用于计算实际有功电流值与无功电流参考值的均方根值是否在所述逆变器的电流阈值限制范围内；所述无功电流参考值为所述实际无功电流值与原始无功电流调整值之和；
所述均方根值I`ord的计算方式为：
Figure BDA0002302455910000081
其中，Idord0为实际有功电流值，Iqord0为实际无功电流值；ΔI`qord为原始的无功电流调整值。
所述动态分配单元540用于在实际有功电流的基础上逐步减小有功电流值；
当调整后的有功电流值与无功电流参考值的均方根值达到所述逆变器的电流阈值限制极限时，取此时减小的有功电流值区间为动态分配下的有功电流调整值。
电流调整单元550，所述电流调整单元550用于根据所述动态分配后的有功电流调整值以及原始的无功电流调整值对所述新能源机组的逆变器进行调整；
所述采集单元510用于在电流调整单元550完成调整后重新采集所述新能源机组并网点的电力数据；所述稳态监控单元520用于根据所述重新采集的电力数据判断所述新能源机组是否恢复稳态运行。
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本公开的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。本说明书中涉及到的步骤编号仅用于区别各步骤，而并不用于限制各步骤之间的时间或逻辑的关系，除非文中有明确的限定，否则各个步骤之间的关系包括各种可能的情况。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本公开的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
本公开的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本公开还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者***程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本公开的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。
应该注意的是上述实施例对本公开进行说明而不是对本公开进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本公开可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干***的单元权利要求中，这些***中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。
以上所述仅是本公开的具体实施方式，应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本公开精神的前提下，可以作出若干改进、修改、和变形，这些改进、修改、和变形都应视为落在本申请的保护范围内。

Claims (4)

1.一种电压扰动下的逆变器无功电流优先分配方法，所述方法包括：
采集获得新能源机组并网点的电力数据，所述电力数据包括并网点电压以及电网频率；
监控所述并网点电压以及所述电网频率，若所述并网点电压在死区之内且所述电网频率不在死区之内，则判断所述新能源机组处于电压扰动下；
在所述新能源机组处于电压扰动时，根据所述电力数据计算获得原始的无功电流调整值；
根据所述原始的无功电流调整值，计算获得动态分配后的有功电流调整值；
根据所述动态分配后的有功电流调整值以及原始的无功电流调整值对所述新能源机组的逆变器进行调整；
其中，根据所述原始的无功电流调整值，计算获得动态分配后的有功电流调整值，包括：
判断通过原始的无功电流调整值调整后的并网点电流是否满足所述逆变器的电流阈值限制，包括：计算实际有功电流值与无功电流参考值的均方根值是否在所述逆变器的电流阈值限制范围内；所述无功电流参考值为实际无功电流值与原始的无功电流调整值之和；所述均方根值I`ord的计算方式为：
Figure FDA0003732858530000011
其中，Idord0为实际有功电流值，Iqord0为实际无功电流值；ΔI`qord为原始的无功电流调整值；
若不满足，则在保持原始的无功电流调整值的情况下，调整有功电流，使所述并网点电流满足所述逆变器的电流阈值限制，取此时有功电流的调整值为动态分配下的有功电流调整值；其中，在保持原始的无功电流调整值的情况下，调整有功电流，使所述并网点电流满足所述逆变器的电流阈值限制，包括：
在实际有功电流的基础上逐步减小有功电流值；
当调整后的有功电流值与无功电流参考值的均方根值达到所述逆变器的电流阈值限制极限时，取此时减小的有功电流值区间为动态分配下的有功电流调整值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述根据所述动态分配后的有功电流调整值以及原始的无功电流调整值对所述新能源机组的逆变器进行调整后，所述方法还包括：
重新采集所述新能源机组并网点的电力数据；
根据所述重新采集的电力数据判断所述新能源机组是否恢复稳态运行。
3.一种电压扰动下的逆变器无功电流优先分配***，所述***包括：
采集单元，所述采集单元用于采集获得新能源机组并网点的电力数据，所述电力数据包括并网点电压以及电网频率；
稳态监控单元，所述稳态监控单元用于监控所述并网点电压以及所述电网频率，若所述并网点电压在死区之内且所述电网频率不在死区之内，则判断所述新能源机组处于电压扰动下；
调整控制单元，所述调整控制单元用于根据输入的电力数据，计算获得原始的无功电流调整值；
动态分配单元，所述动态分配单元用于根据所述原始的无功电流调整值，计算获得动态分配后的有功电流调整值；
电流调整单元，所述电流调整单元用于根据所述动态分配后的有功电流调整值以及原始的无功电流调整值对所述新能源机组的逆变器进行调整；
其中，所述动态分配单元用于：
判断通过原始的无功电流调整值调整后的并网点电流是否满足所述逆变器的电流阈值限制，包括：计算实际有功电流值与无功电流参考值的均方根值是否在所述逆变器的电流阈值限制范围内；所述无功电流参考值为实际无功电流值与原始无功电流调整值之和；所述均方根值I`ord的计算方式为：
Figure FDA0003732858530000021
其中，Idord0为实际有功电流值，Iqord0为实际无功电流值；ΔI`qord为原始的无功电流调整值‘’若不满足，所述动态分配单元用于在保持原始的无功电流调整值的情况下，调整有功电流，使所述并网点电流满足所述逆变器的电流阈值限制，取此时有功电流的调整值为动态分配下的有功电流调整值；
其中，所述动态分配单元用于在实际有功电流的基础上逐步减小有功电流值；
当调整后的有功电流值与无功电流参考值的均方根值达到所述逆变器的电流阈值限制极限时，取此时减小的有功电流值区间为动态分配下的有功电流调整值。
4.根据权利要求3所述的***，其特征在于：
所述采集单元用于在电流调整单元完成调整后重新采集所述新能源机组并网点的电力数据；所述稳态监控单元用于根据所述重新采集的电力数据判断所述新能源机组是否恢复稳态运行。
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