适用于含电压控型iidg配电网的短路计算对称分量法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及分布式发电系统技术领域，尤其涉及一种适用于含电压型IIDG配电 网的短路计算对称分量法。
【背景技术】
[0002] 分布式发电的接入将改变电网潮流和短路电流分布，其中逆变型分布式电源 (InverterInterfacedDistributedGenerator,IIDG)以快速灵活的控制性能，在配电网 和微电网分布式发电中广泛应用。为了实现并网和孤岛模式平滑切换，微电网中IIDG通常 采用下垂控制、恒压恒频控制。而对于接入配电网的并网运行IIDG，则主要采用恒功率控 制，按IIDG内环跟踪电量的不同，可将其控制器分成电压控制型和电流控制型（简称电压 型或电流型）。与同步发电机相比，IIDG具有不同的故障特征，特别是对于电压型IIDG，其 在配电网短路后将出现典型的次暂态和暂态过程。IIDG接入配电网的故障分析是规划设 计、保护整定和稳定运行的基础，但是采用IEC60909等标准的等值电压源法进行计算，由 于未计及IIDG的控制特性短路计算结果误差较大，因此需要研究含IIDG的配电网故障电 流解析计算方法。
[0003] 配电网短路时IIDG与网络的交互作用决定其短路电流响应，时域仿真、物理模拟 是研究IIDG故障特性的常用方法，但难以得到解析解。有研究提出含DG配电网故障计算 的叠加法，但没有考虑IIDG控制的动态过程。还有研究认为电流型IIDG短路电流呈指数 规律变化，仅根据配电网故障前后IIDG稳态电流计算其动态响应，不能准确分析短路电流 的暂态过程以及确定短路电流的越限时刻。有文献针对电压型IIDG控制传递函数和故障 中输出功率的变化，建立计算其各相短路电流大小的相分量模型。由于未考虑IIDG相电流 的相位变化，无法计算配电网不对称故障时的电压型IIDG的短路电流序分量。
[0004] 采用序分量法进行短路计算能够有效减小相分量法的复杂性和求解规模，并且 IIDG短路电流序分量的计算可用于配电网保护及其在配电网不对称故障下的控制。因此， 建立电压型IIDG短路计算的序分量解析模型，更有利于IIDG控制方式与配电网故障分析 方法的结合。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术中存在的上述不足，本发明提供了一种适用于含电压控型IIDG配 电网的短路计算对称分量法，该方法采用序分量法进行短路计算，能够有效减小相分量法 的复杂性和求解规模；本发明提供的方法可以加入到传统配电网的短路电流计算中，同时 也可计及IIDG的限流约束。
[0006] 为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：
[0007] 首先分析配电网不对称故障时，电压型IIDG三相平均功率与正负序网功率关系； 建立计及电压型IIDG对称控制的短路计算序分量模型；结合电压型IIDG与配电网正负序 网络的交互作用，得到电压型IIDG的故障电流变化规律和递推公式；提出计算含电压型 IIDG的配电网短路电流的对称分量迭代算法，计算含电压型IIDG的配电网的短路电流。
[0008] 分析配电网不对称故障时，电压型IIDG三相平均功率与正负序网功率关系，具体 步骤如下：
[0009] 电压型IIDG三相瞬时功率由其端电压矢量\= [uga，ugb，ugJ和电流矢量ig = [iga，igb，igJ决定，三相有功功率Pg=ug-ig，三相无功功率qg=|ugXig|;当配电网不对 称故障时，电压型IIDG端电压ug和电流ig均包含正负序分量，即ug=uZ+u/，ig=iy+i/， 三相有功功率为瞬时有功功率的半周平均值：
[0010]
[0011] 正负序电压电流外积ug2Xig2反向，可得三相无功功率的平均值：
[0012]
[0013] 式⑴中θAΘJ为电压型IIDG端电压正负序分量相角，Θ/、Θ/为电压型IIDG 输出电流正负序分量相角。
[0014] 结合电压型IIDG与配电网正负序网络的交互作用，得到电压型IIDG的故障电流 变化规律，具体步骤如下：
[0015] 含电压型IIDG配电网短路计算时，由=<(()>计算第1个Δt内电压型IIDG 短路电流序分量初始值，则第k个△t内IIDG短路电流的稳态分量为：
[0016]
[0017] 式⑶中短路电流稳态分量的瞬时值为igl〇i)s(t) =Igl〇i)sc〇S(c〇t+0is)^k-lf At内电压型IIDG短路电流设为igl&υ (t) =Iglυcos(ωt+ΘJ，且为第k次迭代时 IIDG内电势，为节点i开路电压稳态值，Θis、Θi分别为IIDG稳态短路电流和暂时短 路电流相角。
[0018] 若t= 0时，配电网发生短路故障，则第k个At内电压型IIDG短路电流为：
[0019]
[0020] 式⑷中，τgi=(L ，L"、分别为Ζη的电感和电阻，Lgl、Rgl分 别为Zgl的电感和电阻；
[0021] 由式⑷可得到第k个Δt内电压型IIDG短路电流有效值为：
[0022]
[0023] 设功率外环PI传递函数为GPIP (s) =kX/s和Gj(s) =kpVk^/s，且第k-Ι个 步长电压型IIDG电势的相角和幅值为δ(k1}和E^υ ;功率偏差dP#卩dQPI后更新内 电势，根据PI功率外环可得第i台电压型IIDG内电势的相角和幅值递推公式为：
[0024]
[0025] 式中，kpP、k/、C、V为功率外环PI传递函数的参数。
[0026] 作为本发明的一种优化方案，计算含电压型IIDG的配电网短路电流的对称分量 迭代算法，计算含电压型IIDG的配电网的短路电流，具体步骤如下：
[0027] ①、形成原始配网节点阻抗矩阵Z?和ΖΛ由电压型IIDG功率设定值，计算电压型 IIDG故障前内电势、故障前端电压和故障前电流;
[0028] ②、利用ΖΛΖ。2计算电压型IIDG正负序衰减时间常数τ:和τgi2;
[0029] ③、令k=l;
[0030] ④、根据故障分析叠加原理，将配电网分解成正常运行和故障分量的两个网络， 即可计算各节点电压正负序分量蹲《、各电压型IIDG的有功无功功率Pgl〇iυ和 Qgi(k1);
[0031] ⑤、将m台电压型IIDG的内电势正负序分量= 入故障 正负序网，计算IIDG第k-1个Δt的短路电流稳态正负序分量&(A._1)s、/^ u_1)s，以及对应 的有功功率正负序功率稳态分量Ρ^ι〇?1)s、P2gi〇i1)s，无功功率正负序稳态分量Cgi(k-1)s、Q2gi(k-1)s；
[0032] ⑥、利用公式（5)计算电压型IIDG第k个Δt短路电流正负序稳态分量 ⑴、以及对应的有功功率正负序稳态分量Plgi〇〇、p2gi〇〇、无功功率正负序稳态分量 Qgi(k)、Qgi(k);
[0033] ⑦、由正常运行时，dPgl(Q)= 0、dQgl(Q)= 0,计算第k个At的电压型IIDG有功功 率偏差dPgl(k)和无功功率dQgl(k);由公式⑶求得第k个Δt的电压型IIDG电势相角和幅 值，即电压型IIDG正负序网等值电势⑷、;
[0034] ⑧、令k=k+l;
[0035] ⑨、若迭代次数k彡N，则返回步骤④；否则故障分析结束，输出各电压型IIDG的 短路电流正负序分量ξα)、
[0036] 与现有技术相比，本发明具有如下优点：本发明提出的一种计算含电压型IIDG配 电网短路电流的对称分量法，考虑IIDG功率控制与网络方程的交互作用，并运用迭代方法 实现内电势控制与网络方程的解耦计算，短路计算时采用的序分量法能够有效减小相分量 法的复杂性和求解规模；建立的电压型IIDG短路计算序分量解析模型，有利于IIDG控制方 式与配电网故障分析方法的结合，并且IIDG短路电流序分量的计算可用于配电网保护及 其在配电网不对称故障下的控制。
【附图说明】
[0037] 图1为节点i接入电压型IIDG的等值电路图。
[0038] 图2为电压型IIDG接入节点i的戴维南等值电路。
[0039] 图3为电压型IIDG短路电流变化规律示意图。
[0040] 图4为适用于含电压型IIDG配电网短路计算对称分量法的流程图。
【具体实施方式】
[0041] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清晰，下面将结合本发明实施例 中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0042] 本发明的核心是提供一种适用于含电压型IIDG配电网的短路计算对称分量法， 该方法能够实现电压型IIDG短路电流的解析计算。采用序分量法进行短路计算能够有效 减小相分量法的复杂性和求解规模，并且IIDG短路电流序分量的计算可用于配电网保护 及其在配电网不对称故障下的控制。因此，建立电压型IIDG短路计算的序分量解析模型， 更有利于IIDG控制方式与配电网故障分析方法的结合，准确计算电压型IIDG的短路电流。
[0043] 配电网不同位置接入多台电压型IIDG时，将其等效成电压源接入电网，得到附图 1所示的含电压型IIDG配电网等值电路，由此推导不对称故障时IIDG三相平均功率与正负 序网功率关系，并根据戴维南等值得到附图2所示的等值电路，进而建立电压型IIDG短路 计算序分量模型；结合IIDG与配电网正负序网络的交互作用，推导电压型IIDG的故障电流 变化规律；最后，提出计算含电压型IIDG的配电网短路电流的对称分量迭代算法。具体实 施步骤如下：
[0044] S1 :分析配电网不对称故障时，电压型IIDG三相平均功率与正负序网功率关系， 具体步骤如下：
[0045] 电压型IIDG三相瞬时功率由其端电压矢量\= [uga，ugb，ugJ和电流矢量ig = [iga，igb，igJ决定，三相有功功率Pg=ug-ig，三相无功功率qg=|ugXig|;当配电网不对 称故障时，电压型IIDG端电压ug和电流i為包含正负序分量，8卩ug=uX，ig=iZ+i/， 其中，为电压型IIDG端电压的正负序分量，2；1、为电压型IIDG电流的正负序分 量。三相有功功率为瞬时有功功率的半周平均值为：
[0046] .?. =：us -4 =： ￡7? ：eo：s(^ -φcm(g-f}：=：^:if (1)
[0047] 正负序电压电流外积u^X。和u g2X ig2反向，可得三相无功功率的平均值：
[0048]
[0049] 式⑵中Θu\ΘJ为电压型IIDG端电压正负序分量相角，Θ/、Θ/为电压型IIDG 输出电流正负序分量相角。
[0050] S2 :建立计及电压型IIDG短路计算序分量模型，具体步骤如下：
[0051] 假设附图1配电网中含η个节点，并有m台电压型IIDG接入配电网，节点1为主网 等值电源点，节点2至（m+1)为IIDG接入点。节点i戴维南等效电路如附图2所示，其中 等值电势为节点i开路电压，等值内阻抗即为节点i的自阻抗Ζ?，节点i开路电压为：
[0052]
[0053] 式（3)中，4 =式/ 和总分别为电源点的诺顿等值电流和第j台IIDG注入电流。 正常运行时并网运行IIDG采用恒功率控制，由附图2可得其输出功率为：
[0054]
[0055] 式⑷中，Pgl、Qg# <分别为正常运行时接入i节点电压型IIDG的有功功率、无 功功率和内电势，Zgl=Ztl+ZflSII