[发明专利]与序分量选相元件配合的光伏并网逆变器阻抗重塑策略

说明书

光伏电源的拓扑结构和控制方法与同步发电机有着显著差异，其故障特性发生了实质性改变，导致传统序分量选相元件在光伏电源接入后无法正确动作。作为距离保护和自动重合闸正确动作的关键元件，选相元件的可靠动作对光伏电源接入交流线路的稳定运行具有重大意义。为了增强序分量选相元件的适应性，本发明公开了一种新型光伏并网逆变器控制策略。该控制策略通过重塑光伏并网逆变器的序阻抗来模拟同步发电机的故障特性，从而辅助序分量选相元件正确动作。

技术领域

本发明涉及与序分量选相元件配合的光伏并网逆变器阻抗重塑策略，属于电气工程技术领域。

背景技术

随着光伏发电装机容量的不断增加，光伏对电力系统安全性和可靠性的影响也日益显著，传统继电保护方案面临着严峻的挑战。目前的研究方向大多集中在改进原有的继电保护方案，从而解决光伏接入线路的保护问题。然而此类方法需要对原有的继电保护装置进行改造升级或者加装新的保护设备，需要较高的工程成本。因此，利用光伏并网逆变器的可控能力来增强保护元件适应性这一方法得到了更广泛的重视。

同步发电机在故障分析中可以等效为一个恒定的阻抗，而光伏电源的故障阻抗与功率参考值、故障类型、控制目标和电力电子器件的过流能力等诸多因素相关，不能视为简单的线性系统。因此，光伏电源的正负序阻抗存在明显的差异，保护安装处的正负序电流分配系数不再为实数，导致序分量选相元件不能正确动作，威胁电网的安全运行。

发明内容

针对现有选相方法无法正确识别与光伏相连交流线路故障相的问题，本发明提供了配合选相元件的光伏并网逆变器控制策略。该控制策略通过注入小幅值和特定相位的故障电流来重构光伏并网逆变器的故障序阻抗，在不影响光伏安全运行的前提下能辅助序分量选相元件灵敏地判别故障相。

与序分量选相元件配合的光伏并网逆变器阻抗重塑策略，包括以下步骤：

步骤一：对光伏三相电压和三相电流进行采样，得到三相电压u_a、u_b、u_c和三相电流i_a、i_b、i_c；并将其与未发生故障时正常运行的电压电流相减得到电压故障分量Δu_a、Δu_b、Δu_c和电流故障分量Δi_a、Δi_b、Δi_c，其中“Δ”表示故障分量；

步骤二：将上述得到的电气量进行3s/2s变换并正负序分离，得到Δu_αβ1、u_αβ2、Δi_αβ1、i_αβ2，再分别对其做2s/2r变换得到Δu_dq1、u_dq2、Δi_dq1、i_dq2，下标“1”、“2”分别表示正序分量和负序分量；

步骤三：对光伏注入的正负序故障分量电流的幅值和相位进行设定，并利用电压的故障分量求出光伏序阻抗重塑后的幅值|Z_PV1|和|Z_PV2|；

步骤四：利用线路阻抗角δ_line，变压器阻抗Z_T和光伏侧故障阻抗幅值|Z_PV|计算得到光伏序阻抗重塑后的相角δ₁和δ₂；

步骤五：根据重塑后的序阻抗角和电压电流计算故障期间光伏输出的电流参考值

步骤六：电压电流指令值和实际值经电流控制器获得电压信号，通过PWM模块生成触发脉冲。

本发明公开了与序分量选相元件配合的控制策略，该策略通过重构光伏并网逆变器的序阻抗角来模拟同步发电机的故障特性，从而辅助序分量选相元件正确动作。该控制策略与传统控制策略相比仅需要故障期间注入少量的负序电流，不影响光伏电源的正常运行，并且易于实现。