[发明专利]基于光伏电站动态等值阻抗的自适应距离保护策略

权利要求书

1.一种基于光伏电站动态等值阻抗的自适应距离保护策略，其特征是，它包括的步骤有：

1)利用光照强度和温度，光伏组件的出厂参数、斩波电路参数、逆变器参数、滤波器参数、变压器参数以及并网电压定义光伏电站动态等值阻抗的数学模型；

a)光伏电源到斩波电路出口侧的等值阻抗

首先搭建光伏并网的拓扑结构以及光伏电源到斩波电路出口侧的等值电路图，光伏电池输出特性采用考虑光强和温度影响的工程等值模型,其中,S为任意光照强度，S_ref为标准光照强度；T为环境温度，T_ref为标准环境温度；U_oc，I_sc，U_m，I_m为厂商提供的技术参数，U_oc为光伏电源的开路电压，I_sc光伏电源的短路电流，U_m为最大功率点电压，I_m为最大功率点电流；α为在参考日照下的电流变化温度系数，0.015Amps/℃；β为在参考日照下的电压变化温度系数，取0.7V/℃；R_s为光伏列阵的串联电阻，与光伏组件内部单体光伏电池的串联并联方式有关；U_pv为光伏电源出口侧的电压，I_pv光伏电源出口侧的电流，C₁、C₂为简化光伏电池模型后求解的常系数，U’_oc为任意光照和温度条件下光伏组件的开路电压，I’_sc为任意光照和温度条件下光伏组件的短路电流；

ΔI=αSSref(T-Tref)+(SSref-1)IscΔU=-β(T-Tref)-RsΔIC1=(1-ImIsc)e(UmC2Uoc)C2=(UmUoc-1)(ln(1-ImIsc))-1Ipv=Isc(1-C1(eUpv-ΔUC2Uoc-1))+ΔIU′oc=ΔU+C2Uocln(1C1+ΔIC1Isc+1)I′sc=Isc(1-C1(e-ΔUC2Uoc-1))+ΔI---(1)]]>

其次搭建Boost斩波电路，在较长的一段时间内，斩波电路的电容充电，其电压值逐渐上升到恒定值，即光伏阵列的开路电压U_ocboost，可得斩波电路开关合上时的负载电流为：

Iscclose=I′sc×RVQ3RVQ+RVDIscopen=I′sc---(2)]]>

式中I_scclose为开关闭合时的负载电流；I_scopen为开关开路时的负载电流，R_VQ为三极管通态时电阻，取值0.2Ω；R_VD为斩波电路二极管漏电阻，取值0.2Ω；I_sc为光伏组件的短路电流，因此光伏电站短路电流的平均值为

Ipvsc=(D×RVD3RVQ+RVD+(1-D))I′sc---(3)]]>

式中D—Boost斩波电路的占空比，取值0.7，

式(4)为光伏电站的等值阻抗的数学模型，式(5)为光伏电站的等值电压源的数学模型，其中N_s为光伏组件的串联数，N_p为光伏组件的并联数，

Zdc=NsUocboostNpIpvsc=NsU′ocNpI′sc(D×RVD3RVQ+RVD+(1-D))=Ns(ΔU+C2Uocln(1C1+ΔIC1Isc+1))Np(Isc(1-C1(e-ΔUC2Uoc-1))+ΔI)×(D×RVD3RVQ+RVD+(1-D))---(4)]]>

Udc=(ΔU+C2Uocln(1C1+ΔIC1Isc+1))Ns---(5)]]>

b)光伏电源到变压器出口侧等值阻抗

首先搭建光伏电源到逆变器出口侧的等值电路图，把逆变器等值成一个受控电压源和电阻串联，由于在逆变电路中的IGBT内阻很小，所以Z_ac可以忽略,利用戴维南定理可求得

Zeq=βZdcUeq=βUdcβ=M22M=8(ηNpNsPpv.m3Us(ωL2+ωLs))2+Us2(NsUpv.m)2---(6)]]>

其中，M为调制度；L₂为滤波器电抗值；L_s为网侧阻抗；U_s为并网电压；η为逆变器效率；P_pv.m为光伏电源最大点功率；U_pv.m为光伏电源最大功率点电压，

其次搭建光伏电源到变压器出口侧的等值电路图，利用戴维南定理可求得

Zps=(Zeq+ZL1)ZcZeq+ZL1+Zc+ZL2+ZT---(7)]]>

Ups=UeqZcZeq+ZL1+Zc---(8)]]>

其中：

Zeq=22Ns(ΔU+C2Uocln(1C1+ΔIC1Isc+1))(ηNpNsPpv.m3Us(ωL2+ωLs))2+Us2Np(Isc(1-C1(e-ΔUC2Uoc-1))+ΔI)×(D×RVD3RVQ+RVD+(1-D))(NsUpv.m)2---(9)]]>

式中：Z_ps是一个可以根据外界环境：光强、温度；光伏组件的出厂参数：开路电压、短路电流，最大功率电电压，最大功率点电流；逆变器参数；滤波器参数；变压器参数以及并网电压等实时变化的等值阻抗，

根据此动态值计算动态分支系数k_D,并对距离保护Ⅱ段进行实时整定，提高保护的可靠性；

2)通过动态等值阻抗Z_ps计算动态分支系数k_D，得到自适应距离保护Ⅱ段动态整定值Z_set；

首先确定基本出厂参数：开路电压U_oc，短路电流I_sc，最大功率点电压U_m，最大功率点电流；斩波电路参数；逆变器参数；滤波器参数；变压器参数等。然后检测动态参数温度T；光照强度S；并网电压U_s；光伏电源在当前条件下的最大功率P_pv.m和最大功率点电压U_pv.m；测量阻抗Z_m；根据光伏电站等值阻抗数学模型计算动态阻抗Z_ps，利用Z_ps，Z_GS和Z₁计算动态分支系数k_D；最后计算自适应距离保护Ⅱ段动态整定值Z_set，比较测量阻抗Z_m和Z_set的大小判断保护是否动作。