一种光伏逆变器低电压穿越特性拟合方法及系统与流程

本发明属于电力系统领域，具体涉及一种光伏逆变器低电压穿越特性拟合方法及系统。

背景技术：

光伏发电规模发展迅速，随着光伏电站在电网中的容量越来越大，掌握逆变器的低电压穿越特性对于分析光伏电站对电网的影响具有重要的意义。

光伏逆变器可以实现有功无功独立控制，动态响应速度快，是光伏发电系统的核心系统。逆变器是典型的电力电子系统，与传统发电机不同，逆变器的并网特性主要不是由逆变器本身的物理结构决定，而是由其控制器和参数决定的。分析逆变器低电压穿越特性是个典型的“灰箱”问题。实际工程中，各品牌逆变器通常采用相似的电路拓扑和控制结构，但具体控制策略及参数各异，且都不对外公开。若采用机理分析法缺乏控制策略和参数，仅采用测试法又缺乏必要的理论分析。在策略各异、已知条件有限的情况下，有必要研究一种通用性好、便于推广的低电压穿越特性拟合方法。

技术实现要素：

本发明提出一种光伏逆变器低电压穿越特性拟合方法及系统，通过计算逆变器在低电压穿越期间的暂态响应关键电气量，以满足拟合光伏逆变器低电压穿越特性的需求。

本发明提供一种光伏逆变器低电压穿越特性拟合方法，包括：

根据设定的低电压故障穿越试验得到电气量，并校验相同的试验不同次测试得到的电气量的一致性；

根据电气量的一致性选取关键电气量进行低电压穿越特征拟合；

所述电气量包括：低电压故障前和低电压故障稳态区间的电压稳态值、低电压故障前和低电压故障稳态区间的有功电流稳态值和无功电流稳态值、低电压故障恢复期间的电流恢复速率。

所述根据电气量的一致性选取关键电气量包括：

选取不同次测试得到的电压稳态值偏差绝对值小于0.05pu、有功电流和无功电流稳态值偏差绝对值小于0.1pu、低电压故障恢复期间的电流恢复速率偏差绝对值小于0.2pu/s的试验的电气量为关键电气量。

所述低电压穿越特征拟合包括：低电压故障期间特征拟合和低电压恢复期间特征拟合。

所述低电压故障期间特征拟合包括：

将所述低电压故障稳态区间的无功电流稳态值与电压进行曲线拟合；

将所述低电压故障稳态区间的有功电流稳态值与电压进行曲线拟合。

按下式将所述低电压故障稳态区间的无功电流稳态值与电压进行曲线拟合：

iq＝min(kq_lv(ulv-uterm)+kiq0_flagiq0+iq0_lv,iqmax_lv)

式中，iq为低电压故障稳态区间的无功电流稳态值，kq_lv为无功电流支撑系数，ulv为进入低电压故障的电压阈值，uterm为交流侧端电压，kiq0_flag为无功电流叠加标志系数，iq0为低电压故障前的无功电流稳态值，iq0_lv为低电压故障的无功电流起始值，iqmax_lv为低电压故障稳态区间的最大无功电流。

所述低电压故障前的无功电流稳态值iq0的计算公式如下所示：

式中，iq0表示低电压故障前稳态区间的无功电流值，kiq0start表示低电压故障前稳态区间开始时刻的数据序号，kiq0end表示低电压故障前稳态区间结束时刻的数据序号。

所述低电压故障稳态区间的无功电流稳态值iq的计算公式如下所示：

式中iq表示低电压故障稳态区间的有功电流值，kiqstart表示低电压故障稳态区间开始时刻的数据序号，kiqend表示低电压故障稳态区间结束时刻的数据序号。

按下式将所述低电压故障稳态区间的有功电流稳态值与电压进行曲线拟合：

式中，ip为低电压故障稳态区间的有功电流稳态值，p0为进入低电压故障前的有功功率，uterm为交流侧端电压，imax_frt为低电压故障稳态区间的最大电流，iq为低电压故障稳态区间的无功电流，ip0为低电压故障前的有功电流稳态值，kp1_frt和kp2_frt均为有功电流系数，ip0_frt为低电压故障的有功电流起始值，ip_flag为低电压故障稳态区间的有功电流限幅标志位。

所述低电压故障前的有功电流稳态值ip0的计算公式如下所示：

式中，ip0表示低电压故障前稳态区间的有功电流值，kip0start表示低电压故障前稳态区间开始时刻的数据序号，kip0end表示低电压故障前稳态区间结束时刻的数据序号。

所述低电压故障稳态区间的有功电流稳态值ip的计算公式如下所示：

式中ip表示低电压故障稳态区间的有功电流值，kipstart表示低电压故障稳态区间开始时刻的数据序号，kipend表示低电压故障稳态区间结束时刻的数据序号。

所述低电压恢复期间特征拟合包括：计算电压穿越恢复期间的电流恢复速率的平均值。

所述低电压故障恢复期间的电流恢复速率的计算公式如下所示：

式中，dip_lv为低电压故障恢复期间的电流恢复速率，ip_lv2为低电压故障恢复结束时刻的有功电流，ip_lv1为低电压故障恢复开始时刻的有功电流，tp_lv2为低电压故障恢复结束时刻，tp_lv1为低电压故障恢复开始时刻。

设定低电压穿越试验之前还包括设定逆变器初始运行工况；

所述运行工况包括大功率、中等功率和小功率；

大功率工况是指逆变器输出功率为额定功率的70％～100％；

中等功率工况是指逆变器输出功率为额定功率的40％～60％；

小功率工况是指逆变器输出功率为额定功率的10％～30％。

所述的设定低电压穿越试验包括：

使逆变器交流侧电压分别跌落至额定电压的预设区间内；

所述额定电压的预设区间包括：0～20％、20％～30％、50％～60％和70％～90％。

本发明提供一种光伏逆变器低电压穿越特性拟合系统，包括：

一致性模块：根据设定的低电压故障穿越试验得到电气量，并校验相同的试验不同次测试得到的电气量的一致性；

拟合模块：根据电气量的一致性选取关键电气量进行低电压穿越特征拟合；

所述电气量包括：低电压故障前和低电压故障稳态区间的电压稳态值、低电压故障前和低电压故障稳态区间的有功电流稳态值和无功电流稳态值，低电压故障恢复期间的电流恢复速率。

所述拟合模块包括：低电压故障期间特征拟合子模块和低电压恢复期间特征拟合子模块。

所述低电压故障期间特征拟合子模块包括：用于将低电压故障稳态区间的无功电流稳态值与电压进行曲线拟合的第一拟合单元和用于将低电压故障稳态区间的有功电流稳态值与电压进行曲线拟合的第二拟合单元。

所述第一拟合单元按下式将低电压故障稳态区间的无功电流稳态值与电压进行曲线拟合：

iq＝min(kq_lv(ulv-uterm)+kiq0_flagiq0+iq0_lv,iqmax_lv)

式中，iq为低电压故障稳态区间的无功电流稳态值，kq_lv为无功电流支撑系数，ulv为进入低电压故障的电压阈值，uterm为交流侧端电压，kiq0_flag为无功电流叠加标志系数，iq0为低电压故障前的无功电流稳态值，iq0_lv为低电压故障的无功电流起始值，iqmax_lv为低电压故障稳态区间的最大无功电流。

所述第二拟合单元按下式将所述低电压故障稳态区间的有功电流稳态值与电压进行曲线拟合：

式中，ip为低电压故障稳态区间的有功电流稳态值，p0为进入低电压故障前的有功功率，uterm为交流侧端电压，imax_frt为低电压故障稳态区间的最大电流，iq为低电压故障稳态区间的无功电流，ip0为低电压故障前的有功电流稳态值，kp1_frt和kp2_frt均为有功电流系数，ip0_frt为低电压故障的有功电流起始值，ip_flag为低电压故障稳态区间的有功电流限幅标志位。

与最接近的现有技术比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：

本发明提供的技术方案，通过计算逆变器在低电压穿越期间的关键电气量，用公式拟合不同品牌型号逆变器的低电压穿越特性，具有操作简单、易于实现、通用性好的优点，能够准确拟合逆变器的低电压穿越外特性，是一种便于推广的工程实用方法。

附图说明

图1为本发明一种光伏逆变器低电压穿越特性拟合方法流程图；

图2为本发明实施例中逆变器低穿试验测试系统示意图；

图3为本发明实施例中逆变器低电压穿越特性拟合的基本流程图；

图4为本发明实施例中大功率工况下仿真值与实际测量值的对比图；

图5为本发明实施例中小功率工况下仿真值与实际测量值的对比图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

如图1所示，本发明提供一种光伏逆变器低电压穿越特性拟合方法，包括：

本发明提供一种光伏逆变器低电压穿越特性拟合方法，包括：

根据设定的低电压故障穿越试验得到电气量，并校验相同的试验不同次测试得到的电气量的一致性；

根据电气量的一致性选取关键电气量进行低电压穿越特征拟合；

所述电气量包括：低电压故障前和低电压故障稳态区间的电压稳态值、低电压故障前和低电压故障稳态区间的有功电流稳态值和无功电流稳态值、低电压故障恢复期间的电流恢复速率。

所述根据电气量的一致性选取关键电气量包括：

选取不同次测试得到的电压稳态值偏差绝对值小于0.05pu、有功电流和无功电流稳态值偏差绝对值小于0.1pu、低电压故障恢复期间的电流恢复速率偏差绝对值小于0.2pu/s的试验的电气量为关键电气量。

所述低电压穿越特征拟合包括：低电压故障期间特征拟合和低电压恢复期间特征拟合。

所述低电压故障期间特征拟合包括：

将所述低电压故障稳态区间的无功电流稳态值与电压进行曲线拟合；

将所述低电压故障稳态区间的有功电流稳态值与电压进行曲线拟合。

按下式将所述低电压故障稳态区间的无功电流稳态值与电压进行曲线拟合：

iq＝min(kq_lv(ulv-uterm)+kiq0_flagiq0+iq0_lv,iqmax_lv)

式中，iq为低电压故障稳态区间的无功电流稳态值，kq_lv为无功电流支撑系数，ulv为进入低电压故障的电压阈值，uterm为交流侧端电压，kiq0_flag为无功电流叠加标志系数，iq0为低电压故障前的无功电流稳态值，iq0_lv为低电压故障的无功电流起始值，iqmax_lv为低电压故障稳态区间的最大无功电流。

所述低电压故障前的无功电流稳态值iq0的计算公式如下所示：

式中，iq0表示低电压故障前稳态区间的无功电流值，kiq0start表示低电压故障前稳态区间开始时刻的数据序号，kiq0end表示低电压故障前稳态区间结束时刻的数据序号。

所述低电压故障稳态区间的无功电流稳态值iq的计算公式如下所示：

式中iq表示低电压故障稳态区间的有功电流值，kiqstart表示低电压故障稳态区间开始时刻的数据序号，kiqend表示低电压故障稳态区间结束时刻的数据序号。

按下式将所述低电压故障稳态区间的有功电流稳态值与电压进行曲线拟合：

式中，ip为低电压故障稳态区间的有功电流稳态值，p0为进入低电压故障前的有功功率，uterm为交流侧端电压，imax_frt为低电压故障稳态区间的最大电流，iq为低电压故障稳态区间的无功电流，ip0为低电压故障前的有功电流稳态值，kp1_frt和kp2_frt均为有功电流系数，ip0_frt为低电压故障的有功电流起始值，ip_flag为低电压故障稳态区间的有功电流限幅标志位。

所述低电压故障前的有功电流稳态值ip0的计算公式如下所示：

式中，ip0表示低电压故障前稳态区间的有功电流值，kip0start表示低电压故障前稳态区间开始时刻的数据序号，kip0end表示低电压故障前稳态区间结束时刻的数据序号。

所述低电压故障稳态区间的有功电流稳态值ip的计算公式如下所示：

式中ip表示低电压故障稳态区间的有功电流值，kipstart表示低电压故障稳态区间开始时刻的数据序号，kipend表示低电压故障稳态区间结束时刻的数据序号。

所述低电压恢复期间特征拟合包括：计算电压穿越恢复期间的电流恢复速率的平均值。

所述低电压故障恢复期间的电流恢复速率的计算公式如下所示：

式中，dip_lv为低电压故障恢复期间的电流恢复速率，ip_lv2为低电压故障恢复结束时刻的有功电流，ip_lv1为低电压故障恢复开始时刻的有功电流，tp_lv2为低电压故障恢复结束时刻，tp_lv1为低电压故障恢复开始时刻。

设定低电压穿越试验之前还包括设定逆变器初始运行工况；

所述运行工况包括大功率、中等功率和小功率；

大功率工况是指逆变器输出功率为额定功率的70％～100％；

中等功率工况是指逆变器输出功率为额定功率的40％～60％；

小功率工况是指逆变器输出功率为额定功率的10％～30％。

所述的设定低电压穿越试验包括：

使逆变器交流侧电压分别跌落至额定电压的预设区间内；

所述额定电压的预设区间包括：0～20％、20％～30％、50％～60％和70％～90％。

所述相同的试验不同次测试得到的电气量越接近则所述试验的电气量一致性越好。

本发明提供一种光伏逆变器低电压穿越特性拟合系统，可以包括：

一致性模块：根据设定的低电压故障穿越试验得到电气量，并校验相同的试验不同次测试得到的电气量的一致性；

拟合模块：根据电气量的一致性选取关键电气量进行低电压穿越特征拟合；

所述电气量包括：低电压故障前和低电压故障稳态区间的电压稳态值、低电压故障前和低电压故障稳态区间的有功电流稳态值和无功电流稳态值，低电压故障恢复期间的电流恢复速率。

所述拟合模块包括：低电压故障期间特征拟合子模块和低电压恢复期间特征拟合子模块。

所述低电压故障期间特征拟合子模块包括：用于将低电压故障稳态区间的无功电流稳态值与电压进行曲线拟合的第一拟合单元和用于将低电压故障稳态区间的有功电流稳态值与电压进行曲线拟合的第二拟合单元。

所述第一拟合单元按下式将低电压故障稳态区间的无功电流稳态值与电压进行曲线拟合：

iq＝min(kq_lv(ulv-uterm)+kiq0_flagiq0+iq0_lv,iqmax_lv)

式中，iq为低电压故障稳态区间的无功电流稳态值，kq_lv为无功电流支撑系数，ulv为进入低电压故障的电压阈值，uterm为交流侧端电压，kiq0_flag为无功电流叠加标志系数，iq0为低电压故障前的无功电流稳态值，iq0_lv为低电压故障的无功电流起始值，iqmax_lv为低电压故障稳态区间的最大无功电流。

所述第二拟合单元按下式将所述低电压故障稳态区间的有功电流稳态值与电压进行曲线拟合：

式中，ip为低电压故障稳态区间的有功电流稳态值，p0为进入低电压故障前的有功功率，uterm为交流侧端电压，imax_frt为低电压故障稳态区间的最大电流，iq为低电压故障稳态区间的无功电流，ip0为低电压故障前的有功电流稳态值，kp1_frt和kp2_frt均为有功电流系数，ip0_frt为低电压故障的有功电流起始值，ip_flag为低电压故障稳态区间的有功电流限幅标志位。

所述低电压恢复期间特征拟合子模块进行低电压恢复期间特征拟合包括：计算电压穿越恢复期间的电流恢复速率的平均值。所述一致性模块包括用于设定低电压穿越试验的试验子模块；

所述试验子模块设定低电压穿越试验包括：

使逆变器交流侧电压分别跌落至额定电压的预设区间内；

所述额定电压的预设区间包括：0～20％、20％～30％、50％～60％和70％～90％。

所述光伏逆变器低电压穿越特性拟合系统还包括设定模块用于在设定低电压穿越试验之前设定逆变器初始运行工况；

所述运行工况包括大功率、中等功率和小功率；

大功率工况是指逆变器输出功率为额定功率的70％～100％；

中等功率工况是指逆变器输出功率为额定功率的40％～60％；

小功率工况是指逆变器输出功率为额定功率的10％～30％。

实施例

在进行光伏逆变器低电压穿越特性拟合前，先搭建如图2所示的逆变器低穿试验测试系统，主要包括光伏组串(方阵)/模拟直流源、逆变器和电网扰动发生系统。

如图3所示，为逆变器低电压穿越特性拟合的基本流程：

步骤一、通过调整可控直流电源的最大出力，设定逆变器初始运行工况，分别使逆变器运行在大功率、中等功率和小功率三种工况下，其中大功率工况是指逆变器输出功率为额定功率的70％～100％，中等功率工况是指逆变器输出功率为额定功率的40％～60％，小功率工况是指逆变器输出功率为额定功率的10％～30％。

步骤二、设置低电压故障穿越试验，使逆变器交流侧电压分别跌落至额定电压的0～20％、20％～30％、50％～60％和70％～90％区间，相同的试验至少重复两次；

步骤三、计算低电压故障前和故障稳态期间的有功电流、无功电流稳态值，计算故障恢复期间的电流恢复速率，校验同一组试验内不同次测试数据的一致性；

步骤四、区分工况，考虑过流保护作为边界条件，低电压故障期间的特征拟合包括：将低电压故障稳态区间的有功/无功电流稳态值与电压之间的关系进行曲线拟合。

无功电流的拟合公式为

iq＝min(kq_lv(ulv-uterm)+kiq0_flagiq0+iq0_lv,iqmax_lv)(1)

式中iq为低电压穿越期间的无功电流，kq_lv为无功电流支撑系数，ulv为进入低电压穿越控制的电压阈值，uterm为交流侧端电压，kiq0_flag为无功电流叠加标志系数，iq0为进入低电压穿越控制前的无功电流，iq0_lv为低电压穿越的无功电流起始值，iqmax_lv为低电压穿越控制期间的最大无功电流。

有功电流的拟合公式为

式中ip为低电压穿越期间的有功电流，p0为进入低电压穿越控制前的有功功率，uterm为交流侧端电压，imax_frt为进入低电压穿越控制期间的最大电流，iq为低电压穿越期间的无功电流，kp1_frt为有功电流系数1，kp2_frt为有功电流系数2，ip0为进入低电压穿越控制前的有功电流，ip0_frt为低电压穿越的有功电流起始值，ip_flag为低电压穿越期间的有功电流限幅标志位。

低电压故障前的有功电流稳态值计算公式为

式中ip0表示低电压故障前稳态区间的有功电流值，kip0start表示故障前稳态区间开始时刻的数据序号，kip0end表示故障前稳态区间结束时刻的数据序号。

低电压故障前的无功电流稳态值计算公式为

式中iq0表示低电压故障前稳态区间的无功电流值，kiq0start表示故障前稳态区间开始时刻的数据序号，kiq0end表示故障前稳态区间结束时刻的数据序号。

低电压故障稳态区间的有功电流稳态值计算公式为

式中ip表示低电压故障稳态区间的有功电流值，kipstart表示故障稳态区间开始时刻的数据序号，kipend表示故障稳态区间结束时刻的数据序号。

低电压故障稳态区间的无功电流稳态值计算公式为

式中iq表示低电压故障稳态区间的有功电流值，kiqstart表示故障稳态区间开始时刻的数据序号，kiqend表示故障稳态区间结束时刻的数据序号。

低电压故障恢复期间的电流恢复速率计算公式为

式中ip_lv2为故障恢复结束时刻的有功电流，ip_lv1为故障恢复开始时刻的有功电流，tp_lv2为故障恢复结束时刻，tp_lv1为故障恢复开始时刻。

低电压故障恢复期间特征拟合包括：计算电流恢复速率取多次测试的平均值。

本发明为了验证所提出的拟合方法的正确性，对某型号光伏逆变器的低电压穿越特性进行了拟合。按照步骤一、二、三开展低电压穿越测试，计算低电压故障稳态期间的无功电流和有功电流稳态值，并根据公式(1)和公式(2)将故障稳态期间的有功/无功电流与电压之间的关系进行曲线拟合，得到公式(1)中的kq_lv取2，ulv取0.9，，kiq0_flag取0，iq0取0，iq0_lv取0，iqmax_lv取1.08；公式(2)中的ip_flag取2，kp1_frt取0，kp2_frt取0，ip0_frt取0.16，imax_frt取1.1；

从而得到逆变器的低电压穿越特性拟合公式如下所示：

iq＝min(2×(0.9-uterm),1.08)

ip＝0.16。

测得低电压故障恢复期间的电流恢复速率平均值为1.25pu/s。

将逆变器拟合公式和电流恢复速率参数代入机电暂态仿真模型进行机电暂态仿真，仿真曲线和实测曲线具有良好的一致性，如图4和图5所示。通过对比仿真数据与实际测试的数据可以发现，不论是大功率工况还是小功率工况，本发明提出的低电压穿越特性拟合方法能够很好的拟合逆变器的实际性，验证了所提拟合方法的正确性和有效性。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的系统。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令系统的制造品，该指令系统实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其保护范围的限制,尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解：本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。