含PQ控制逆变型分布式电源的配电网故障分析方法EI北大核心CSCD

随着逆变型分布式电源(inverter interfaced distributed generation,IIDG)在配电网中的渗透率不断提高,且在新的故障穿越行为要求下,现有的故障分析方法已不再适用。为此,提出一种适应于最新并网规定的含PQ控制IIDG的配电网故障分析方法。该方法首先通过分析IIDG故障电流特性,提出计及控制特性的IIDG压控电流源等值模型;在此基础上,建立了故障下的含IIDG配电网节点电压方程,并针对不同IIDG间相互耦合以及公共连接点(point of common coupling,PCC)故障电压与IIDG故障电流之间存在非线性关系,提出相应的迭代修正求解方法。最后,通过算例仿真计算,验证了所提方法的可行性和有效性。     

含两种分布式电源的配电网故障分析方法

逆变型分布式电源(IIDG)和双馈感应发电机(DFIG)的故障输出电流均由逆变器的控制策略决定,具有很强的非线性,传统的故障分析方法已无法适用于含IIDG或DFIG的配电网。在计及了IIDG和DFIG的低电压穿越特性和控制策略后,建立了IIDG和DFIG的等值模型。以此为基础,进行了含IIDG和DFIG配电网的故障分析,并提出了故障分析迭代求解方法。最后,通过在MATLAB上实现该迭代求解方法,并在RTDS上建模仿真,对迭代求解方法进行了验证。     

计及LVRT控制策略的光伏电站并网配电网故障分析方法

随着光伏电站在配电网中渗透率的不断提高,且在光伏电站低电压穿越(LVRT)控制特性的要求下,诸多故障分析方法已经不再适用。针对上述问题,首先通过分析光伏电站故障电流输出特性建立受并网点正序电压控制的电流源等值模型;在此基础上,分析在不同故障条件下含光伏电站的配电网节点电压方程,针对光伏电站输出电流与并网点正序电压间的非线性关系,提出双端搜索下的试根法配电网故障分析方法。最后,通过仿真验证算法的准确性,并比较光伏电站在LVRT控制策略与传统控制策略下配电网的故障特性,验证LVRT控制特性在故障时对电网的支撑作用。     

含分布式电源配电网的相间短路故障分析

以电压源换流器为接口的分布式电源(distributedgenerator,DG)的故障电流完全由其控制策略决定,其传统的等值模型通常与常规电源类似,而忽视了控制策略的影响,造成含DG配电网故障分析存在局限性,尤其对于非对称故障情况。为此,首先对DG的相间短路故障穿越控制特性进行分析,针对正序分量控制的DG提出了压控电流源等值模型;在此基础上,通过建立DG输出电流与公共联接点(point of common coupling,PCC)正、负序电压之间的关系方程式,推导出不同的相间短路故障条件下PCC正序电压的求解方程组,从而建立含DG配电网相间短路故障分析精确模型。基于DIgSILENT建立含DG配电网模型,仿真结果验证了该故障分析方法的正确性。     

含逆变型DG配电网的短路电流快速计算方法

逆变型分布式电源(IIDG)接入配电网使得传统短路的电流计算方法不再适用。现有含IIDG配电网的短路计算方法基于节点阻抗矩阵迭代求解，当故障发生在线路中间时，存在计算量大、计算时间长的问题。通过对配电网故障时的复合序网分析，并考虑IIDG并网点电压和其输出电流的耦合关系，提出了一种以系统接入IIDG前三相金属性短路电流为初值，直接迭代计算含IIDG配电网短路电流的新方法。该方法不需要生成和处理节点阻抗矩阵，节点数目不影响计算用时，可快速计算含IIDG配电网的各种相间短路电流。通过算例仿真计算并与现有计算方法相比较，验证了所提方法的有效性和快速性。     

IIDG低压穿越模型及其在配网故障分析中的应用

在我国并网规程对分布式电源低压穿越功能的要求下,为了实现逆变型分布式电源IIDG(inverter-inter-faced distributed generator)的最优工作效率,提出了基于无功电流支撑的低电压控制策略。通过增加电压跌落门槛值实现输出有功电流的优化,并分析了采用该策略时逆变型分布式电源的故障特性。在此基础上,建立了含IIDG的配电网短路计算模型。DIGSILENT仿真表明该低电压穿越策略在电压跌落时可实现IIDG的并网运行和最大的有功输出。含IIDG的配电网短路计算模型考虑了低压穿越策略,为大规模分布式电源并网的继电保护方案提供参考。     

带低电压穿越特性的逆变型分布式电源对配电网短路电流的影响

逆变型分布式电源(IIDG)的大规模接入使得原有的配电网短路电流计算方法不再适用,这就给含IIDG配电网的继电保护整定带来了困难。在对IIDG的低电压穿越特性及控制策略分析的基础上,给出了含单个以及2个IIDG的配电网短路电流计算的通用方法。该方法将IIDG等效为只包含在正序网络中的压控电流源模型,并通过分析发生不同类型故障时含IIDG配电网的等效电路图或复合序网图,建立了短路电流计算方程,进而推导了短路电流计算公式。通过在PSCAD中进行建模仿真,验证了该方法的正确性。最后,根据推导得到的短路电流计算公式,利用MATLAB软件分析了含IIDG配电网短路电流随系统参数以及IIDG容量变化的一般规律。     

逆变型分布式电源接入对小电阻接地系统馈线零序电流保护的影响

逆变型分布式电源(IIDG)的接入改变了小电阻接地系统的接地故障特性,不仅使传统零序电流的计算方法不再适用,而且对馈线零序电流保护造成了不利的影响。通过分析IIDG的故障电流特性,建立了具有低电压穿越能力的PQ控制型IIDG故障等值模型;在含IIDG小电阻接地系统接地故障分析建模的基础上,提出了零序电流迭代求解算法,并利用MATLAB编写相应的求解程序,将计算结果与电力系统实时仿真系统(RTDS)的仿真结果进行比较,验证了所提算法的有效性和准确性;基于所建立的故障分析模型,揭示了IIDG的接入对小电阻接地系统馈线零序电流保护的影响机理,利用所提零序电流迭代求解算法求解不同故障情况下的馈线零序电流值,验证了理论分析的正确性。     

计及励磁控制响应的含小水电集群配电网复杂接地故障分析方法

小水电机组在配电网中的大规模接入增大了配电网拓扑的复杂程度,在恶劣气象条件下易发生复杂故障。同时,小水电励磁系统较快的响应速度使其对小水电故障输出电流的影响不能忽略。为此,通过对小水电机组故障特征的研究和对含小水电集群配电网复杂故障的分析,计及小水电励磁控制特性的影响,将小水电机组等效为由公共连接点(PCC)电压控制的压控电流源(VCCS),并基于多口网络理论和理想变压器,构建出一种含小水电集群配电网复杂接地故障分析方法。经PSCAD/EMTDC全面仿真,结果证明该方法可精确求解复杂接地故障下小水电输出电流、系统各支路电流和各节点电压,可作为配电网复杂故障保护整定的理论依据,也可为含小水电集群配电网故障后孤岛划分和恢复重构提供理论支撑。     

含逆变型分布式电源配电网的新型纵联保护方案

中小容量逆变型分布式电源(IIDG)分散接入使传统单源中压配电网变为多源网络,常规过电流保护难以适用,且基于电力电子接口的分布式电源外输出特性和故障暂态特性与同步发电机相比存在明显差异。为此,提出了适用于有功/无功解耦控制(PQ控制)IIDG的等值模型,该模型能够准确刻画出具备低电压穿越能力IIDG的电流输出特性和故障暂态特性。在此基础上,通过研究馈线公共联接点(PCC)正序电压计算值的分布特征,在PCC线路两侧无需增加额外设备的原则下,提出了适用于高渗透率IIDG分散灵活接入的配电网全线速动双端纵联保护方案,降低了多端保护对纵联通道的需求,提高了电网经济性。最后,通过PSCAD/EMTDC验证了所提等值模型的准确性以及保护方案的有效性。仿真结果表明,由该等值模型所获取的IIDG电流的最大相对计算误差≤5%,且所提保护方案不受IIDG出力、故障类型、故障位置等因素的影响。     

考虑电流指令跟踪能力的PQ控制逆变型分布式电源故障模型

从逆变型分布式电源(IIDG)的数学模型、控制原理和参数设计角度出发,分析不同参数、故障前工况和故障严重程度条件下变流器电流对其指令的跟踪情景,进而提出一种考虑变流器电流指令跟踪能力的IIDG对称故障模型。该模型根据变流器电流能否准确跟踪指令将IIDG等值为压控电流源和压控电压源这2个阶段,可更加准确地反映对称故障期间IIDG的控制特性。与现有方法及电磁暂态仿真软件计算结果的对比分析表明,所提方法在简化计算的同时具备更高的计算精度。     

基于VSG技术的分布式电源自适应阻尼控制

逆变型分布式电源(IIDG)是可再生能源的主要类型之一,其控制效果对配电网的运行有较大的影响。传统控制模式下IIDG无法给系统提供惯性从而导致动态稳定性不足。这里在IIDG控制系统中引入虚拟同步发电机(VSG)技术,并分别针对有功频率控制、电压无功控制以及电压电流控制进行了优化。通过小信号模型分析了阻尼系数对系统输出的影响,进而提出了一种自适应阻尼控制策略。最后,分别通过PSCAD/EMTDC系统仿真与额定功率0.5 MW原理样机实验对所提自适应阻尼控制与传统固定阻尼系数控制进行了对比验证,实验结果验证了所提控制方法有效提升了IIDG的动态响应特性。     

基于配电网电流保护约束的分布式 光伏电源容量分析

10kV配电网保护大多数采用阶段式的过电流保护,但分布式电源的接入使配电网从单电源网变成多电源的复杂网络,各设备之间的电流保护整定配合变得相当复杂,降低了配电网供电可靠性。在不增加配电网设备前提下,以配电网阶段式电流保护整定值为约束,满足配电网电流保护的选择性、灵敏性和可靠性要求,先建立了逆变型分布式电源的模型,分析逆变型分布式电源(IIDG)的接入对配电网电流分布以及发生故障时对保护动作的影响,对不同接入位置的分布式光伏容量的极限值进行求解和仿真分析。在短路电流迭代计算时考虑了分布式电源的低电压穿越特性,对并网点故障电压与IIDG提供的故障电流之间存在的非线性关系进行修正,直到迭代所得故障后并网点电压收敛。     

计及逆变型分布式电源控制特性的配电网故障分析方法

随着分布式电源(DG)的大量接入,DG的故障穿越行为对配电网的故障特性影响很大。而传统的等值模型均未计及DG的控制策略,从而造成含DG的配电网故障分析存在不可忽略的局限性。为此,文中在系统分析DG控制策略和动作行为的基础上,建立了计及控制策略的逆变器并网方式下DG压控电流源等值模型,更加真实地体现出DG故障电流的输出特性。在此基础上,通过建立故障前后电网支路电流和节点电压关系方程,推导出故障穿越时DG输出电流与公共连接点电压的求解方程组,从而建立故障精确分析方法。最后,基于DIgSILENT建立含DG的10kV配电网仿真模型,验证了所述方法的正确性和有效性。     

基于PQMS电压信息的有源配电网故障定位方法

通过建立逆变型分布式电源(Inverter Interfaced Distributed Generation,IIDG)在低电压穿越控制下的(Low Voltage Ride Through,LVRT)故障输出模型,利用电能质量检测装置(PQMS)的电压信息,建立故障定位评估函数,提出了一种含逆变型DG配电网的故障定位新方法。论文首先研究了逆变型DG的低压穿越控制策略,建立逆变型DG的故障特征模型,分析对称及非对称故障条件下输出特性。然后利用含逆变型DG的配电网模型,分析不同故障条件下的故障特征。通过分析故障分量网络,建立节点电压关于故障距离与过渡电阻的方程,通过改进的粒子群算法求解精确故障距离。该方法考虑了故障条件下DG输出特性对于配电网故障定位的影响,利用故障网络的节点电压分布函数,解决了低电压穿越运行下的逆变型DG有源配电网故障定位问题。最后,在DigSilent软件中构建了带有逆变型DG的IEEE 33配电网仿真系统,验证所提方法的有效性与准确性。     

含逆变型分布式电源配电网的自适应保护方案研究

针对目前应用广泛的逆变型分布式电源(IIDG),分析了IIDG并网后对原配电网保护带来的影响。为克服其并网后的影响,对原有的保护公式进行了重新整定。通过检测负序、零序故障分量的有无进行故障类型判断;上游保护依据保护安装处电流、电压的正序分量关系进行整定;下游保护按躲过最大短路电流进行整定,形成一套适用于不同故障位置及故障类型完备的保护方案。最后基于PSCAD搭建10 kV含IIDG配电网模型,验证了改进后保护方案的可靠性。     

含T接逆变型分布式电源配电网的纵联保护方案

针对逆变型分布式电源(IIDG) T接方式接入配电网后传统三段式电流保护难以适用的问题,提出了一种含T接逆变型分布式电源配电网的纵联保护方案。该方案讨论了在低电压穿越期间IIDG采用恒功率控制策略对故障输出的影响;通过定义复合差动阻抗并分析其在被保护馈线区内外故障的幅值差异,提出一种基于复合差动阻抗的含逆变电源T接配网的纵联保护原理;为消除该保护原理在三相金属性短路故障时的死区,引入T型电流差动保护作为辅助判据。在PSCAD/EMTDC仿真平台搭建了含IIDG的10 k V配电网仿真模型,仿真结果验证了该方案的合理性与有效性。     

考虑配电网保护约束的IIDG准入容量及对策分析

逆变型分布式电源（IIDG）在系统故障时的输出特性与旋转电机有显著差异。考虑逆变器有限的过流能力建立了恒功率并网控制策略下的IIDG输出模型,定性分析配电网不同位置故障时IIDG的接入对继电保护可能的影响并推导含IIDG的短路电流计算公式。进而在保护配置不做出调整的条件下求得多个特定接入点处的IIDG的最大准入容量,并与未考虑过流限制的计算结果进行对比分析。为满足含高渗透率IIDG的复杂配电网保护需要,提出了一种配电网区域划分基础上的新型故障定位算法并借助算例进行了验证。     

基于阻抗特性的IIDG孤岛保护与故障穿越协调运行方法

针对逆变型分布式电源(IIDG)的孤岛保护和故障穿越两种功能存在的运行冲突问题,提出一种基于公共连接点(PCC)阻抗特性的IIDG孤岛保护和故障穿越协调运行方法。基于PCC等效阻抗的传递函数解析模型,分析并网和孤岛运行状态下的阻抗特性。根据孤岛和电压暂态扰动情况下PCC阻抗的变化特征实现了同一逆变器中孤岛和电压暂态扰动现象的同步检测,从而正确执行孤岛保护与故障穿越两种功能。算例表明,所提方法可以有效辨识孤岛和电压暂态扰动现象,协调IIDG的孤岛保护和故障穿越两种功能,对已有的故障穿越和动态无功支撑方法具有较好的兼容性,有利于IIDG主动参与电网调节,更好地适应在配电网中的高渗透并网。     

机理与数据融合驱动的含IIDG配电网短路电流计算方法

目前含逆变器型分布式电源(IIDG)的配电网短路电流计算主要采用物理建模方法,在IIDG高渗透情况下其在计算速度、准确性、通用性等方面存在不足。因此提出一种机理与数据融合驱动的适用于含IIDG和IIDG高渗透下配电网的短路电流计算方法。为与数据驱动建模的计算方法进行对比,在对含IIDG的配电网进行特征分析的基础上,提出了反映短路电流的2种特征组合方式:一种使用蕴含机理的特征,即将不接入IIDG时配电网的短路电流作为关键特征,另一种则使用配电网特征。通过运行MATLAB/Simulink上搭建的仿真模型自动积累样本集合,使用机器学习中的集成方法(包括随机森林、极限随机树、XGBoost、LightGBM)进行2种特征下的模型训练。在IEEE 34节点系统上验证了集成方法建模的可行性和有效性,同时对比了不同集成方法以及不同特征组合方式的计算误差,结果表明,各集成学习方法均能够准确地进行短路电流计算,机理与数据融合的驱动方法在机理未失效情况下,比单纯的数据驱动模型计算更准确。与物理建模方法的对比结果也验证了所提方法的准确性和快速性。