計及低電壓控制的逆變型電源對稱短路簡化建模方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種計及低電壓控制的逆變型電源對稱短路簡化建模方法。
【背景技術】
[0002] 隨著能源消耗的大幅增長，包括風力發電和光伏發電等新能源發電技術正在快速 發展，新能源發電接入電網的形式有兩種，其一是在配電系統中靠近用戶側進行分布式開 發，就地消納；其二是大規模集中式開發，遠距離輸送。新能源發電接入電網，必然給電網帶 來一系列的影響，就短路電流方面來說，新能源發電入網必然改變原有的短路電流分布，而 短路電流的計算又涉及到繼電保護整定及電力設備的動穩定和熱穩定選擇，因此準確計算 短路電流很有必要，這有助于電網規劃和提高供電可靠性。
[0003] 針對逆變型新能源發電接入電網的形式，目前尚無統一有效的短路電流計算方 法，在建模分析中，經常將逆變型新能源發電等效為負的負荷，即在短路期間，忽略其對短 路電流的貢獻，即使是計及短路電流貢獻的等效方法，也通常是簡單等效為一恒定電流源， 兩者均忽略了其短路特性。而建立逆變型新能源發電的詳細模型雖能準確評估其短路特 性，但卻甚是費時。未來電力系統必將接入大量新能源形式的電源，其短路電流貢獻將無法 忽略，事實上，逆變型電源的短路電流貢獻取決于其控制策略，而恒電流貢獻顯然忽略了控 制策略的影響。因此，計及控制策略的簡單又準確有效的等效建模方法是很有必要的。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的就是為了解決上述現有技術中存在的僅僅將逆變型電源簡單等效 為負的負荷或者恒定電流源而忽略其短路電流貢獻或控制策略的影響問題，提供了一種計 及低電壓控制的逆變型電源對稱短路簡化建模方法，該方法既考慮了逆變型電源的短路電 流貢獻，又計及了低電壓動態無功控制的策略，使得所計算的短路電流與詳細建模計算的 短路電流更加接近，具有建模快速簡單，計算精度高等優點。
[0005] 為了達到上述目的，本發明的解決方案是：
[0006] 一種計及低電壓控制的逆變型電源對稱短路簡化建模方法，
[0007] 逆變型電源正常運行時，逆變型電源采用基于電網電壓定向的定功率或者定直流 電壓的單位功率因數控制策略；
[0008] 逆變型電源網側發生三相對稱故障而導致并網點電壓跌落時，依據并網點電壓跌 落深度進行動態無功補償的控制策略，將逆變型電源等值為一個受并網點電壓控制的電流 源，且逆變型電源輸出的短路電流是受控的。
[0009] 進一步地，在網側發生三相對稱故障而導致并網點電壓跌落時，切換至如下動態 無功電流的低電壓控制策略：
[0010]
[0011]
[0012] 以上式（I)、式⑵均采用標幺值，式（I)、式⑵中，Idref、Iqref和U dcraf是d軸、q 軸電流和直流電壓的指令值，1_為逆變型電源限流值，U d。是直流電壓實測值，K P_d。、Kl d。是 電壓外環的PI增益，In為逆變型電源額定電流，UtS并網點電壓；
[0013] 簡化等效時，q軸電流指令值直接采用式（1)受控于并網點電壓Ut的形式，未超過 逆變型電源限流時，d軸電流指令值簡化為P/U T，即假設故障前后有功不變，忽略直流電壓 的動態調節過程，若超過變流器限流值，則按限流值給定。
[0014] 進一步地，控制策略切換前后電流的相位差為，
[0015]
(3)
[0016] 其中，Id、Iq為d軸、q軸電流。
[0017] 進一步地，對于d軸，將d軸電流指令值和實測值的差值經PI調節器再經前饋補 償后得到逆變器調制電壓，逆變器輸出經阻感濾波得到d軸電流實際值，實現d軸電流控 制。
[0018] 進一步地，考慮電流內環的動態響應，d軸電流環控制的近似開環傳遞函數為：
[0019]
[0020] 其中，KP、1\為PI調節器的比例增益和積分時間常數，K PWM為逆變型電源等效增益， Tpwm為PWM開關周期，R、L為濾波電阻和電感；
[0021] PI調節器設計時采用零極點對消進行降階，令C 則其標準二階系統閉環傳 遞函數為，
[0022]
[0023] 進一步地，為獲得較好的動態調節性能，取I = +則式（5)閉環傳遞函數簡化 為，
[0024]
h：6)
[0025] 忽略式（6)中Tpwm的二次項，最終閉環傳遞函數簡化為一階慣性環節，
[0026] (7)
[0027] 即電流內環的動態特性用此一階慣性環節來模擬。
[0028] 進一步地，所述逆變型電源包括光伏發電系統或全功率直驅風力發電系統。
[0029] 進一步地，所述逆變型電源是基于電壓源型逆變型電源與電網相連的。
[0030] 本發明的有益效果是：與現有的逆變型電源簡化等效的方法相比，本發明一種計 及低電壓控制的逆變型電源對稱短路簡化建模方法，具有全面考慮逆變型電源短路電流的 貢獻及控制策略的影響，建模快速簡單，比現有等效方法具有更高的計算精度，更符合工程 實際。
【附圖說明】
[0031] 圖1為光伏發電系統并網的詳細模型單線圖；
[0032] 圖2為等效后的簡化單線圖；
[0033] 圖3是實施例中光伏發電系統并網的詳細模型單線圖與等效后的簡化單線圖的 對比示意圖；
[0034] 圖4是實施例中d軸的電流控制說明框圖；
[0035] 圖5為詳細模型和簡化模型的對稱三相短路仿真波形圖。
【具體實施方式】
[0036] 下面結合附圖詳細說明本發明的優選實施例。
[0037] 實施例
[0038] -種計及低電壓控制的逆變型電源對稱短路簡化建模方法，
[0039] 逆變型電源正常運行時，逆變型電源采用基于電網電壓定向的定功率或者定直流 電壓的單位功率因數控制策略；
[0040] 逆變型電源網側發生三相對稱故障而導致并網點電壓跌落時，依據并網點電壓跌 落深度進行動態無功補償的控制策略，將逆變型電源等值為一個受并網點電壓控制的電流 源，且逆變型電源輸出的短路電流是受控的。
[0041] 兩種外環控制方法本質上都是通過內環d軸、q軸電流控制來獨立解耦有功和無 功功率，是典型的電流型控制方法，不影響切換后的控制策略；以定直流電壓控制為例，在 網側發生三相對稱故障而導致并網點電壓跌落時，切換至如下動態無功電流的低電壓控制 策略，
[0042 ⑴ CN 105048459 A 說明書 4/6 頁
[0043]
[0044] 以上式（I)、式⑵均采用標幺值，式（I)、式⑵中，Idref、Iqref和U dcraf是d軸、q 軸電流和直流電壓的指令值，1_為逆變型電源限流值，U d。是直流電壓實測值，K P_d。、Kl d。是 電壓外環的PI增益，In為逆變型電源額定電流，UtS并網點電壓；
[0045] 簡化等效時，q軸電流指令值直接采用式（1)受控于并網點電壓Ut的形式，未超過 逆變型電源限流時，d軸電流指令