(10)申请公布号
(43)申请公布日 (21)申请号 201510592005.2
(22)申请日 2015.09.17
G06F 17/50(2006.01)
(71)申请人国家电网公司
地址100031 北京市西城区西长安街86号
申请人国网新疆电力公司
华北电力大学（保定）
(72)发明人晏青 陈进 孟兴刚 王晓飞
冯小萍 南东亮 何峰 白生荣
杨媛珍 韦翔 程晓通 高明明
杨桂兴 常喜强 孙苗苗
(74)专利代理机构北京科亿知识产权代理事务
所(普通合伙) 11350
代理人
汤东凤
(54)发明名称
法
(57)摘要
本发明公开了一种含光伏电站的电力系统最
大短路电流计算方法，涉及新能源电力系统整定
计算技术领域。所述方法包括如下步骤：1）不考
虑光伏电站的接入，采用现有的方法计算出光伏
虑光伏电站满发接入，并根据光伏电站并网点电
压和低压穿越曲线获取情况切换计算模型，计算
光伏电站注入电流；3）计算注入电流分流至故障
点的电流，并与步骤1）计算的故障点电流进行同
相位叠加，得到故障点的总电流，即得到含光伏电
站的电力系统最大短路电流。所述方法计算过程
简单、准确，为含光伏电站的电力系统的保护、整
定等工作奠定了良好基础。(51)Int.Cl.
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书1页 说明书5页 附图5页CN 105183999 A 2015.12.23
C N 105183999
A
1.一种含光伏电站的电力系统最大短路电流计算方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：
1)不考虑光伏电站的接入，采用现有的方法计算出光伏电站并网点电压和故障点三相短路电流；
2)仅考虑光伏电站满发接入，并根据光伏电站并网点电压和低压穿越曲线获取情况切换计算模型，计算光伏电站注入电流；
3)计算注入电流分流至故障点的电流，并与步骤1)计算的故障点电流进行同相位叠加，得到故障点的总电流，即得到含光伏电站的电力系统最大短路电流。
2.如权利要求1所述的含光伏电站的电力系统最大短路电流计算方法，其特征在于所述步骤2)进一步为：
仅考虑光伏电站的接入，并假设光伏电站处于满发状态，根据光伏电站并网点电压和低压穿越曲线获取情况切换计算模型，计算出光伏电站注入的电流。
3.如权利要求1所述的含光伏电站的电力系统最大短路电流计算方法，其特征在于所述步骤2)具体为：
第(1)种方法：未得到实际低压穿越曲线情况下，根据电网导则规定的低压穿越要求计算光伏电站注入的电流；光伏电站提供的短路电流根据式(1)计算，当光伏电站并网点电压低于0.2pu时，不必考虑短路电流贡献；当光伏电站并网点电压介于0.2pu至1/kpu之间时，采用恒电流源模型计算注入电流kpu；当光伏电站网点电压高于1/kpu时，采用恒功率源模型计算注入电流，此时，电流值和并网点电压成反比：
式中，I
pv 为光伏电站注入电流；U
pcc
为光伏电站并网点电压；
第(2)种方法：得到实际低压穿越曲线情况下，根据实际光伏电站低压穿越能力计算光伏电站注入的电流；在光伏电站能够实现零电压穿越时，此情况下计算方法与第(1)种方法的区别在于并网点电压低于0.2pu也按恒电流源计算注入电流，即如式(2)所示:
式中，I
pv 为光伏电站注入电流；U
pcc
为光伏电站并网点电压。
4.如权利要求1所述的含光伏电站的电力系统最大短路电流计算方法，其特征在于所
述步骤3)具体为：得到光伏电站注入电流I
pv 后再计算分流至故障点的电流I
k2
，并与步骤
1)中计算得出的故障点电流值I
k1进行同相位叠加，得到故障点的总电流I
k
，即得到含光伏
电站的电力系统最大短路电流，其中I
k ＝I
k1
+I
k2
。
含光伏电站的电力系统最大短路电流计算方法
技术领域
[0001] 本发明涉及新能源电力系统整定计算技术领域，尤其涉及一种含光伏电站的电力系统最大短路电流计算方法。
背景技术
[0002] 近年来，随着光伏并网发电规模的不断扩大，光伏发电对电网的影响也开始备受关注，尤其是对电网继电保护的影响。电力系统短路电流计算是进行继电保护整定计算的基础，然而光伏电站的短路计算模型尚不明确，将其忽略或当作常规电源处理势必会引起较大误差，影响继电保护定值整定，进而威
胁整个系统的安全运行。因此，研究光伏电站故障特性进而得到其短路计算模型，并给出含光伏电站的电力系统短路电流计算方法具有重要意义。
[0003] 含光伏电站的电力系统短路电流计算关键之一在于光伏电站短路计算模型，然而目前尚无统一的计算模型。常见的光伏电站的短路计算模型主要有如下几种：(1)在外环PI控制、内环P控制下推导逆变器频域下的阻抗表达式，从而将光伏逆变器等值成串联阻抗的电压源；(2)在(1)的基础上，当光伏逆变器电流内环限幅后等值为恒电流源；(3)电流内环未限幅时等值成恒功率源(电压控制电流源)，当电流限幅时转换成恒电流源。这些模型在实际计算中存在控制框图、参数难以获取，模型切换的判据不明确，注入电流如何分流或叠加计入短路点等问题。
发明内容
[0004] 本发明所要解决的技术问题是提供一种含光伏电站的电力系统最大短路电流计算方法，所述方法计算过程简单、准确，为含光伏电站的电力系统的保护、整定等工作奠定了良好基础。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种含光伏电站的电力系统最大短路电流计算方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：
[0006] 1)不考虑光伏电站的接入，采用现有的方法计算出光伏电站并网点电压和故障点三相短路电流；
[0007] 2)仅考虑光伏电站满发接入，并根据光伏电站并网点电压和低压穿越曲线获取情况切换计算模型，计算光伏电站注入电流；
[0008] 3)计算注入电流分流至故障点的电流，并与步骤1)计算的故障点电流进行同相位叠加，得到故障点的总电流，即得到含光伏电站的电力系统最大短路电流。
[0009] 进一步的技术方案在于：所述步骤2)进一步为：仅考虑光伏电站的接入，并假设光伏电站处于满发状态，根据光伏电站并网点电压和低压穿越曲线获取情况切换计算模型，计算出光伏电站注入的电流。
[0010] 进一步的技术方案在于：所述步骤2)具体为：
[0011] 第(1)种方法：未得到实际低压穿越曲线情况下，根据电网导则规定的低压穿越
要求计算光伏电站注入的电流；光伏电站提供的短路电流根据式(1)计算，当光伏电站并网点电压低于0.2pu时，不必考虑短路电流贡献；当光伏电站并网点电压介于0.2pu至1/ kpu之间时，采用恒电流源模型计算注入电流kpu；当光伏电站网点电压高于1/kpu时，采用恒功率源模型计算注入电流，此时，电流值和并网点电压成反比：
[0012]
[0013] 式中，I pv为光伏电站注入电流；U pcc为光伏电站并网点电压；
[0014] 第(2)种方法：得到实际低压穿越曲线情况下，根据实际光伏电站低压穿越能力计算光伏电站注入的电流；在光伏电站能够实现零电压穿越时，此情况下计算方法与第(1)种方法的区别在于并网点电压低于0.2pu也按恒电流源计算注入电流，即如式(2)所示:
[0015]
[0016] 式中，I pv为光伏电站注入电流；U pcc为光伏电站并网点电压。
[0017] 进一步的技术方案在于：所述步骤3)具体为：得到光伏电站注入电流I pv后再计
算分流至故障点的电流I
k2，并与步骤1)中计算得出的故障点电流值I
k1
进行同相位叠加，
得到故障点的总电流I
k ，即得到含光伏电站的电力系统最大短路电流，其中I
k
＝I
k1
+I
k2
。
[0018] 采用上述技术方案所产生的有益效果在于：所述方法计算过程简单、准确，为含光伏电站的电力系统的保护、整定等工作奠定了良好基础。
附图说明
[0019] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0020] 图1为光伏逆变器的传统控制框图；
[0021] 图2为光伏电站典型并网结构图；
[0022] 图3为电压跌落不严重时光伏逆变器相电压仿真图；
[0023] 图4为电压跌落不严重时光伏逆变器相电流仿真图；
[0024] 图5为电压跌落不严重时光伏逆变器有功功率、无功功率和视在功率仿真图；[0025] 图6为电压跌落严重时光伏逆变器相电压仿真图；
[0026] 图7为电压跌落严重时光伏逆变器相电流仿真图；
[0027] 图8为电压跌落严重时光伏逆变器有功功率、无功功率和视在功率仿真图；[0028] 图9为含光伏电站的电力系统短路电流计算的算例；
[0029] 图10为不考虑光伏电站时次暂态等值电路；
[0030] 图11为仅考虑光伏电站时次暂态等值电路。
具体实施方式
[0031] 下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0032] 在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
[0033] 本发明公开了一种含光伏电站的电力系统最大短路电流计算方法，具体分析及计算步骤如下：
[0034] 传统控制策略下光伏逆变器等值为恒电流源或恒功率源的理论分析：
[0035] 基于电网电压定向的并网逆变器的控制结构如图1所示，控制系统由电压外环和电流内环组成。电压外环的作用是稳定直流电压，通过PI调节器控制实现。电压外环PI 调节器输出即为电流内环有功电流的参考值i
d
*，从而对逆变器输出的有功功率进行调节，
电流内环无功电流参考值i
q *则根据电网需要给定，当给定i
q
*＝0时，并网逆变器运行于
单位功率因数状态，即仅向电网输送有功功率。为了防止光伏逆变器电流越限，在电流内环往往会加入
限幅模块，幅值设置为额定电流的k倍(一般取1.2～1.5)。
[0036] 光伏电站的短路故障特性主要取决于逆变器的控制，当电力系统发生三相短路严重故障但并网点电压跌落不严重时，电流未达到电流限值并且认为短路前后辐照没有变化，因此逆变器会按照故障前有功和无功参考值进行控制，即功率保持不变，因此光伏电站可以等值成恒功率源。当电流达到电流限值时电压外环控制被破坏，电流内环控制电流不超过给定的限值，即电流恒定不变，因此光伏电站可以等值成恒电流源。
[0037] 传统控制策略下光伏逆变器等值为恒电流源或恒功率源的仿真分析：
[0038] 基于上述理论分析，在PowerFactory软件中搭建了图2所示的光伏电站典型并网模型，其中光伏电站额定功率为30MW，初始状态设置为满发，逆变器电流限幅为1.5倍额定电流。
[0039] (1)图3-5为电压跌落不严重时光伏逆变器相电压、相电流以及有功功率P、无功功率Q和视在功率S仿真结果。逆变器电压跌落不严重，输出电流增加不大，有功功率在故障发生半个周波10ms后约等于故障前的值。此时可以认为光伏电站可等值成恒功率源。[0040] (2)图6-8为电压跌落严重时光伏逆变器相电压、相电流以及有功功率P、无功功率Q和视在功率S仿真结果。逆变器电压跌落严重，输出电流增加增大，电流在故障后约半个周波10ms基本控制在限值1.5倍额定电流。此时可以认为光伏电站可等值成恒电流源。[0041] 本方案的具体实施步骤如下：
[0042] 步骤一：不考虑光伏电站的接入进行电力系统三相短路电流计算，采用传统方法
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议