本發(fā)明是一種含逆變型分布式電源的配電網(wǎng)故障分析方法，應(yīng)用于含逆變型分布式電源的配電網(wǎng)故障分析。

背景技術(shù)：

近年來，為了能夠有效的提高電網(wǎng)抵抗重大自然災(zāi)害的能力，同時減少大面積停電給社會帶來的災(zāi)難性損失，分布式電源(DG)得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。其中，大多數(shù)的分布式電源是通過逆變器接入中壓或低壓配電網(wǎng)，這類分布式電源可簡稱為逆變型分布式電源(IIDG)。隨著IIDG并網(wǎng)容量的不斷增加，IIDG的接入對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行造成了很大的影響。IIDG的接入使得傳統(tǒng)配電網(wǎng)由單電源輻射型網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變?yōu)殡p端或多端有源復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，其在配電網(wǎng)故障情況下，提供的故障電流與傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)相比存在較大不同，導(dǎo)致不帶方向的三段式電流保護(hù)的性能嚴(yán)重劣化，甚至無法正常工作。因此，為了保證配電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，有必要研究適應(yīng)于IIDG接入的電網(wǎng)故障分析方法，進(jìn)而分析含IIDG的電網(wǎng)故障特征，為開展適合于IIDG接入的配電網(wǎng)繼電保護(hù)研究提供可行方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種科學(xué)合理，真實(shí)有效，實(shí)用價值高的含逆變型分布式電源的配電網(wǎng)故障分析方法。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的采用的技術(shù)方案是：一種含逆變型分布式電源的配電網(wǎng)故障分析方法，其特征是，它包括以下內(nèi)容：

1)建立逆變型分布式電源(IIDG)等效數(shù)學(xué)模型

對于含IIDG接入的配電網(wǎng)，在電網(wǎng)故障情況下，將IIDG等效為恒定正序電流源，IIDG等效正序電流源與IIDG機(jī)端正序電壓之間的函數(shù)關(guān)系為其中，I_DG(1)為等效正序電流源的幅值，為等效正序電流源的相角，α為IIDG機(jī)端正序電壓的幅值，為IIDG機(jī)端正序電壓的相角；

IIDG等效數(shù)學(xué)模型表示為：

(1)當(dāng)α>0.9時，則

(2)當(dāng)0.4≤α≤0.9，且時

(3)當(dāng)0.4≤α≤0.9，且時

(4)當(dāng)a<0.4，則

其中，為等效正序電流源與IIDG機(jī)端正序電壓的相位差，為故障前IIDG逆變器電流內(nèi)環(huán)的有功電流指令；

2)含IIDG接入的配電網(wǎng)故障分析

利用含IIDG的配電網(wǎng)模型研究適應(yīng)于含IIDG的配電網(wǎng)故障分析方法，假設(shè)配電網(wǎng)在故障點(diǎn)f發(fā)生BC兩相短路，配電網(wǎng)的正序網(wǎng)絡(luò)方程為式(5)，

式中：為配電系統(tǒng)的等效電源，Z_A是系統(tǒng)電源的等效阻抗，Z_T是IIDG升壓變壓器阻抗與L₁的線路阻抗之和，Z₂是L₂的線路阻抗，Z₃為負(fù)荷等效阻抗與L₃的線路阻抗之和，Z_A(1)為Z_A的正序分量，Z_T(1)為Z_T的正序分量，Z₂₍₁₎為Z₂的正序分量，Z₃₍₁₎為Z₃的正序分量，為配電系統(tǒng)等效電源提供電流的正序分量，為故障點(diǎn)電壓正序分量，為故障點(diǎn)電流正序分量，

配電網(wǎng)的負(fù)序網(wǎng)絡(luò)方程為式(6)：

式中，Z_A(2)為Z_A的負(fù)序分量，Z₂₍₂₎為Z₂的負(fù)序分量，Z₃₍₂₎為Z₃的負(fù)序分量，為故障點(diǎn)電壓負(fù)序分量，為故障點(diǎn)電流負(fù)序分量，

BC兩相短路的邊界條件：

聯(lián)立式(5)～式(7)及即求得BC兩相短路發(fā)生后配電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)電壓及支路電流。

本發(fā)明是一種含逆變型分布式電源的配電網(wǎng)故障分析方法，通過構(gòu)建逆變型分布式電源的等效數(shù)學(xué)模型，將逆變型分布式電源等效為恒定正序電流源，在此基礎(chǔ)上提出適用于IIDG接入的電網(wǎng)故障分析方法，解決了傳統(tǒng)的以交流同步發(fā)電機(jī)供電電源為基礎(chǔ)的電網(wǎng)故障分析方法不在適用于分析含IIDG接入的電網(wǎng)故障的問題，為進(jìn)一步開展適合于IIDG接入的配電網(wǎng)繼電保護(hù)研究提供可行方法，具有科學(xué)合理，真實(shí)有效，實(shí)用價值高等優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

圖1是含IIDG的配電網(wǎng)模型示意圖；

圖2是配電網(wǎng)的正序網(wǎng)絡(luò)示意圖；

圖3是配電網(wǎng)的負(fù)序網(wǎng)絡(luò)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面利用附圖和實(shí)施例對本發(fā)明的一種含逆變型分布式電源的配電網(wǎng)故障分析方法作進(jìn)一步說明。

本發(fā)明的一種含逆變型分布式電源的配電網(wǎng)故障分析方法，包括以下內(nèi)容：

1)建立逆變型分布式電源(IIDG)等效數(shù)學(xué)模型

對于含IIDG接入的配電網(wǎng)，在電網(wǎng)故障情況下，將IIDG等效為恒定正序電流源，IIDG等效正序電流源與IIDG機(jī)端正序電壓之間的函數(shù)關(guān)系

其中，I_DG(1)為等效正序電流源的幅值，為等效正序電流源的相角，α為IIDG機(jī)端正序電壓的幅值，為IIDG機(jī)端正序電壓的相角；

IIDG等效數(shù)學(xué)模型表示為：

(1)當(dāng)α>0.9時，則

(2)當(dāng)0.4≤α≤0.9，且時

(3)當(dāng)0.4≤α≤0.9，且時

(4)當(dāng)a<0.4，則

其中，為等效正序電流源與IIDG機(jī)端正序電壓的相位差，為故障前IIDG逆變器電流內(nèi)環(huán)的有功電流指令。

2含IIDG接入的配電網(wǎng)故障分析方法

傳統(tǒng)的電網(wǎng)故障分析理論中，認(rèn)為正序電流能夠流通的元件與負(fù)序電流是相等的。但是，對于含IIDG的配電網(wǎng)不再成立。在任何故障情況下IIDG均只輸出正序電流，負(fù)序網(wǎng)絡(luò)中不存在IIDG支路。由此，不能利用傳統(tǒng)的以交流同步發(fā)電機(jī)供電電源為基礎(chǔ)的電網(wǎng)故障分析方法來分析含IIDG接入的電網(wǎng)故障，有必要建立適應(yīng)于IIDG接入的電網(wǎng)故障分析方法。

含IIDG的配電網(wǎng)模型，如圖1所示。利用圖1所示的配電網(wǎng)模型研究適應(yīng)于含IIDG的配電網(wǎng)故障分析方法。假設(shè)f點(diǎn)發(fā)生BC兩相短路，配電網(wǎng)的正、負(fù)等效網(wǎng)絡(luò)如圖2、圖3所示。

其中，為配電系統(tǒng)的等效電源，Z_A是系統(tǒng)電源的等效阻抗，Z_T是IIDG升壓變壓器阻抗與L₁的線路阻抗之和，Z₂是L₂的線路阻抗，Z₃為負(fù)荷等效阻抗與L₃的線路阻抗之和。

由圖2可得：

式中：Z_A(1)為Z_A的正序分量，Z_T(1)為Z_T的正序分量，Z₂₍₁₎為Z₂的正序分量，Z₃₍₁₎為Z₃的正序分量，為配電系統(tǒng)等效電源提供電流的正序分量。為故障點(diǎn)電壓正序分量，為故障點(diǎn)電流正序分量。

由圖3可得：

式中，Z_A(2)為Z_A的負(fù)序分量，Z₂₍₂₎為Z₂的負(fù)序分量，Z₃₍₂₎為Z₃的負(fù)序分量，為故障點(diǎn)電壓負(fù)序分量，為故障點(diǎn)電流負(fù)序分量。

BC兩相短路的邊界條件：

聯(lián)立式(5)～(7)及即可求得BC兩相短路發(fā)生后配電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)電壓及支路電流。

具體實(shí)施例：

構(gòu)建如圖1所示的配電網(wǎng)模型，在PSCAD/EMTDC仿真平臺仿真驗(yàn)證含IIDG的配電網(wǎng)故障分析方法的正確性。配電網(wǎng)模型參數(shù)包括：IIDG的額定容量為12.0MVA，額定電壓為10.5kV，濾波電感為8.5μH，濾波電感等效電阻為0.8mΩ，Z_A＝j(luò)1.2Ω，Z_T＝0.80+j2.40Ω，Z₂＝0.85+j1.97Ω，Z₃＝9.5+j9.64Ω。

表1，表2給出的是故障前IIDG滿載、f點(diǎn)發(fā)生BC兩相短路時各支路電流正、負(fù)序分量的理論與仿真計算值。表3，表4給出的是故障前IIDG空載、f點(diǎn)發(fā)生BC兩相短路時各支路電流正、負(fù)序分量的理論與仿真計算值。

表1故障前IIDG滿載、f點(diǎn)發(fā)生BC兩相短路時各支路電流(正序分量)

表2故障前IIDG滿載、f點(diǎn)發(fā)生BC兩相短路時各支路電流(負(fù)序分量)

表3故障前IIDG空載、f點(diǎn)發(fā)生BC兩相短路時各支路電流(正序分量)

表4故障前IIDG空載、f點(diǎn)發(fā)生BC兩相短路時各支路電流(負(fù)序分量)

由表1～4可知，配電網(wǎng)發(fā)生兩相短路故障時，理論計算與仿真結(jié)果基本一致。數(shù)字仿真結(jié)果驗(yàn)證了理論分析的正確性，這說明在配電網(wǎng)發(fā)生故障時可將IIDG等效為恒定正序電流源，并以此為基礎(chǔ)提出的含IIDG接入的配電網(wǎng)故障分析方法是正確的。

本發(fā)明的一種含逆變型分布式電源的配電網(wǎng)故障分析方法，經(jīng)過實(shí)際應(yīng)用的結(jié)果表明，實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明目的和達(dá)到了所述的效果。