大型光伏电站内汇集系统线路保护方法与流程

技术特征：

1.一种大型光伏电站内汇集系统线路保护方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1、针对集中式光伏逆变器采用的正负序双同步旋转坐标系电流控制器，计及直流侧光伏电池板电源特性影响，得到不同控制目标下故障电流统一表达式；

步骤2、基于步骤1的故障电流统一表达式对光伏站内故障电流特征进行分析，并根据站内实际运行控制方式，分析站内现有35kV汇集线路的电流保护性能；

步骤3、针对站内架空线下游光伏侧电流保护不能正确动作的问题，结合站内故障电流特征，提出距离保护替代架空线下游光伏侧电流保护的配置方案。

2.根据权利要求1中所述的大型光伏电站内汇集系统线路保护方法，其特征在于，所述步骤1中，光伏电池板电源特性为：

$I=I_L-I_0\{\exp \[\frac{q_c(V+{\mathrm{IR}}_s)}{AKT}\]-1\}-\frac{V+{\mathrm{IR}}_s}{R_{sh}}$

式中，I为光伏电池板输出电流；V为光伏电池板两端电压；I_L为光伏电流；I₀为反向保护电流；q_c为电子电荷；K为玻尔兹曼常数；T为绝对温度；A为二极管因子；R_s为串联电阻；R_sh为并联电阻。

3.根据权利要求1中所述的大型光伏电站内汇集系统线路保护方法，其特征在于，步骤1中光伏逆变器采用正负序双同步旋转坐标系电流控制器时，在不对称电压条件下，逆变器向电网注入的瞬时功率为式中，P₀和Q₀分别为瞬时有功功率和无功功率的平均直流分量，而P_c2和P_s2为瞬时有功功率中二倍频分量幅值，Q_c2和Q_s2为瞬时无功功率中的二倍频分量幅值；P表示逆变器注入电网的瞬时有功功率；Q表示逆变器注入电网的瞬时无功功率；ω表示工频角速度；t表示时间；

以上6个功率幅值表示为：

$\left[\begin{array}{c}{P}_0\\ P_{c2}\\ P_{s2}\\ Q_0\\ Q_{c2}\\ Q_{s2}\end{array}\right]=\frac{3}{2}\left[\begin{array}{cccc}{e}_d^{+}& e_q^{+}& e_d^{-}& e_q^{-}\\ e_d^{-}& e_q^{-}& e_d^{+}& e_q^{+}\\ e_q^{-}& -e_d^{-}& -e_q^{+}& e_d^{+}\\ e_q^{+}& -e_d^{+}& e_q^{-}& -e_d^{-}\\ e_q^{-}& -e_d^{-}& e_q^{+}& -e_d^{+}\\ -e_d^{-}& -e_q^{-}& e_d^{+}& e_q^{+}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i}_d^{+}\\ i_q^{+}\\ i_d^{-}\\ i_q^{-}\end{array}\right]$

式中，和为并网点电压d、q轴正序分量，和为并网点电压d、q轴负序分量；和为并网电流d、q轴正序分量，和为并网电流d、q轴负序分量；

选择其中4个功率分量幅值进行控制，或者直接以抑制负序电流为控制目标；根据不同控制目标的参考电流计算式整理合并得到：

$\left[\begin{array}{c}{i}_d^{+*}\\ i_q^{+*}\\ i_d^{-*}\\ i_q^{-*}\end{array}\right]=\frac{2}{3}\left[\begin{array}{cc}{e}_d^{+}& e_q^{+}\\ e_q^{+}& -e_d^{+}\\ -{\mathrm{\ρe}}_d^{-}& {\mathrm{\ρe}}_q^{-}\\ -{\mathrm{\ρe}}_q^{-}& -{\mathrm{\ρe}}_d^{-}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\frac{P_0^{*}}{D}\\ \frac{Q_0^{*}}{E}\end{array}\right]$

式中，和为并网参考电流d、q轴正序分量，和为并网参考电流d、q轴负序分量；有功功率参考指令值、无功功率指令值；

中间变量中间变量中间变量ρ＝0，±1；

根据不同的注入电流控制目标，选择相应的ρ，得到对应的注入电流参考值；ρ＝1时，以达到抑制有功功率和直流母线电压波动的目标；ρ＝-1时，以达到抑制无功功率波动的目标；ρ＝0时，以抑制负序电流为目标，从而保证注入电网电流的三相对称性。

得到光伏逆变器注入电网的正序和负序短路电流幅值：

$\left\{\begin{array}{c}\left|I_{dq}^{+}\right|=\left|E_{dq}^{+}\right|\·\sqrt{{\left(\frac{P_0^{*}}{D}\right)}^2+{\left(\frac{Q_0^{*}}{E}\right)}^2}\\ \left|I_{dq}^{-}\right|=\left|\mathrm{\ρ}\right|\·\left|E_{dq}^{-}\right|\·\sqrt{{\left(\frac{P_0^{*}}{D}\right)}^2+{\left(\frac{Q_0^{*}}{E}\right)}^2}\end{array}\right.$

式中，为并网电流正序分量幅值，为并网电流负序分量幅值，并网点电压正序分量幅值并网点电压负序分量幅值

结合故障期间光伏发电单元实际提供的视在功率，得到：

$\left\{\begin{array}{c}\left|I_{dq}^{+}\right|=\frac{1}{{\mathrm{\γE}}_m}\sqrt{{\left(\frac{P_0^{\′}}{1-{\mathrm{\ρ\β}}^2}\right)}^2+{\left(\frac{Q_0^{\′}}{1+{\mathrm{\ρ\β}}^2}\right)}^2}\\ \left|I_{dq}^{-}\right|=\frac{\mathrm{\β}}{{\mathrm{\γE}}_m}\left|\mathrm{\ρ}\right|\sqrt{{\left(\frac{P_0^{\′}}{1-{\mathrm{\ρ\β}}^2}\right)}^2+{\left(\frac{Q_0^{\′}}{1+{\mathrm{\ρ\β}}^2}\right)}^2}\end{array}\right.$

式中，γ为正序电压跌落系数，E_m为故障前并网点电压幅值，β＝|E_dq^-|/|E_dq⁺|为电压不平衡度；P₀′为故障期间光伏发电单元提供的有功功率直流分量，Q₀′故障期间光伏发电单元提供的无功功率直流分量；

得到三相故障电流表达式：

式中，I_a、I_b及I_c分别为三相故障电流；中间变量中间变量中间变量与并网点负序电压相角直接相关。

4.根据权利要求3中所述的大型光伏电站内汇集系统线路保护方法，其特征在于，站内实际运行控制方式为：光伏电站配有静止无功发生器补偿站内变压器和线路上的无功功率损耗，故障期间提供无功支撑母线电压，因此故障前后光伏发电单元均不提供无功功率，且站内光伏逆变器采用了抑制负序电流以保证三相并网电流对称的控制策略，因此有Q₀′＝0和ρ＝0；简化后的故障电流统一表达式为：

$\left\{\begin{array}{c}{I}_a=\frac{P_0^{\′}}{{\mathrm{\γE}}_m}sin(\mathrm{\ω}t+\frac{\mathrm{\π}}{2}+{\mathrm{\θ}}^{+})\\ I_b=\frac{P_0^{\′}}{{\mathrm{\γE}}_m}sin(\mathrm{\ω}t-\frac{\mathrm{\π}}{6}+{\mathrm{\θ}}^{+})\\ I_c=\frac{P_0^{\′}}{{\mathrm{\γE}}_m}sin(\mathrm{\ω}t+\frac{7\mathrm{\π}}{6}+{\mathrm{\θ}}^{+})\end{array}\right.$

5.根据权利要求1中所述的大型光伏电站内汇集系统线路保护方法，其特征在于，所述步骤3中提出距离保护替代架空线下游光伏侧电流保护的配置方案具体为：距离保护的整定原则

$\left\{\begin{array}{ccc}{Z}_{set}^I=K_{rel.I}{Z}_1& \left(K_{rel.I}=85\%\right)& {\mathrm{\Δt}}_I=0s\\ Z_{set}^{II}=K_{rel.II}{Z}_1& \left(K_{rel.II}=1.2\right)& {\mathrm{\Δt}}_{II}\>0.9s\end{array}\right.,$

其中，Z₁为架空线全长正序阻抗，为距离保护I段整定值；为距离保护II段整定值；K_rel.I为距离保护I段可靠系数；K_rel.II为距离保护II段可靠系数；Δt_I为距离保护I段动作延时；Δt_II为距离保护II段动作延时。