一种含分布式电源柔性直流配电网短路故障特性计算方法

背景技术：

1、随着多种类、多容量级别分布式电源不同位置的接入，直流配电网在发生不同类型故障时呈现出复杂故障特征，且由于直流配电网本身存在的低阻尼、低惯性导致高故障电流上升率的问题，对后续故障类型识别和故障有效检测带来新挑战，并对保护方案的可靠性带来巨大影响。此外，在分布式电源通过多类型电力电子变换器接入直流配电网的过程中，在稳态运行、故障检测、故障隔离等方面仍有多类问题亟待解决，因此作为配电网保护的基础，有必要对直流配电网在不同故障类型下的故障特性进行精确化分析。

2、目前，现有分析过程集中在无分布式电源接入的情况下，考虑到直流配电网中电力电子变换器较多，为确保变换器及系统的可靠运行，必须对直流侧发生短路故障后的故障特性进行分析，有必要对含多种分布式电源的直流配电网发生接地故障后故障暂态特征不清晰、故障特征理论论证不详细等问题做进一步研究，为直流保护提供理论指导。

技术实现思路

1、本发明实施例提供了一种含分布式电源柔性直流配电网短路故障暂态特性计算方法，以克服现有技术的缺点。推导出适用于含多种分布式电源的多电压等级的直流配电网系统故障电流计算通用公式，为元器件的选型、电网规划工作提供了参考。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案，包括：

3、一种两电平vsc闭锁后交流馈入阶段暂态故障电流计算方法，包括以下步骤：

4、建立低压侧直流配电网两极短路故障等效电路模型；

5、对dab低压侧模块、分布式光伏模块、储能模块发生线路两极短路故障后的故障阶段划分；

6、根据电路定理和所划分的故障阶段，求解各模块对故障点的短路电流和输出电压。

7、优选的，直流配电网模型为10kv高压侧交流电压等级，经两电平电压源型换流器(voltage source converter，vsc)形成±10kv的高压侧直流配电线路，在应对电网扰动的同时实现功率的双向流动，低压直流侧配电网电压等级为±375v，通过双主动全桥(dualactive bridge，dab)直流变压器形成互联，光伏发电系统和储能发电系统分别通过buck/boost变换器和boost变换器接入低压直流母线，构成交直流混合配电系统。

8、进一步的，求解各模块在直流配电网发生两极短路故障后的故障初始阶段，对各模块直流配电网发生两极短路故障后作出故障阶段划分，最后求解各分布式电源的故障电流和电压值。

9、优选的，求解dab模块在直流配电网发生两极短路故障后电容的初始电压值和电感的初始电流值，根据基尔霍夫电压定律，可得：

10、

11、其中，i1-i4为dab低压侧等效电路中各支路电流，u1-u3为各电容稳态运行电压值，近似有u1＝u2＝u3＝udc，可得：

12、

13、进一步的，求解光伏模块在直流配电网发生两极短路故障后boost变换器中电容的初始电压值和线路电感的初始电流值，光伏模块在故障开始的t0时刻故障初始条件为：

14、

15、其中，uoc是光伏机组的开路输出电压，iopv是光伏模块输出电流。

16、进一步的，求解储能模块在直流配电网发生两极短路故障后buck/boost变换器中电容的初始电压值和线路电感的初始电流值，储能模块在故障开始的t0时刻故障初始条件为：

17、

18、其中，ebat、ibat为储能电池等效电容输出电压、电流，iosg为储能模块输出电流。

19、优选的，对各模块直流配电网发生两极短路故障后作出故障阶段划分，包括：

20、dab模块故障响应过程分为低压侧电容放电阶段和桥臂续流阶段；

21、光伏模块故障响应过程分为电容放电阶段、多支路馈电阶段、故障潮流稳定阶段；

22、储能模块故障响应过程分为多支路馈电阶段、故障潮流稳定阶段。

23、进一步的，对dab模块进行低压侧电容放电阶段的故障电流、电压的计算求解，故障电流和电压公式为：

24、

25、

26、

27、

28、其中ucl是dab低压侧支撑电容电压，rbd1、lbd1分别是低压侧配电线路等效电阻和电感。

29、进一步的，其特征在于，对dab模块进行桥臂续流阶段的故障电流求解，故障电流公式为：

30、

31、其中，itd1为线路电感lbd1续流的初始电流值。

32、进一步的，其特征在于，对光伏模块电容放电阶段故障电流求解，故障电流包括如下计算公式：

33、ifp(t)＝icb(t)+ipv

34、

35、

36、

37、

38、其中，ifp是光伏模块输出故障电流，icb是直流线路稳压电容的放电电流，ucb是直流线路稳压电容的电压，ipv是光伏电源输出电流，rbdp、lbdp分别是光伏模块附近配电线路等效电阻和电感。

39、进一步的，对光伏模块多支路馈电阶段故障电流求解，故障电流包括如下计算公式：

40、ifp(t)＝icp(t)+icb(t)+ipv

41、

42、其中，icp是光伏模块boost变换器中电容的放电电流。

43、进一步的，对储能模块多支路馈电阶段故障电流求解，故障电流包括如下计算公式：

44、

45、

46、

47、

48、其中，ibs是储能模块buck/boost变换器中电容的放电电流，ucbs是直流线路稳压电容的电压，rbds、lbds分别是光伏模块附近配电线路等效电阻和电感。

技术特征：

1.一种含分布式电源柔性直流配电网短路故障特性计算方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，直流配电网模型为10kv高压侧交流电压等级，经两电平电压源型换流器(voltage source converter，vsc)形成±10kv的高压侧直流配电线路，在应对电网扰动的同时实现功率的双向流动，低压直流侧配电网电压等级为±375v，通过双主动全桥(dual active bridge，dab)直流变压器形成互联，光伏发电系统和储能发电系统分别通过buck/boost变换器和boost变换器接入低压直流母线，构成交直流混合配电系统。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，求解各模块在直流配电网发生两极短路故障后的故障初始阶段，对各模块直流配电网发生两极短路故障后作出故障阶段划分，最后求解各分布式电源的故障电流和电压值。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，求解dab模块在直流配电网发生两极短路故障后电容的初始电压值和电感的初始电流值，根据基尔霍夫电压定律，可得：

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，求解光伏模块在直流配电网发生两极短路故障后boost变换器中电容的初始电压值和线路电感的初始电流值，光伏模块在故障开始的t0时刻故障初始条件为：

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，求解储能模块在直流配电网发生两极短路故障后buck/boost变换器中电容的初始电压值和线路电感的初始电流值，储能模块在故障开始的t0时刻故障初始条件为：

7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，对各模块直流配电网发生两极短路故障后作出故障阶段划分，包括：

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，对dab模块进行低压侧电容放电阶段的故障电流、电压的计算求解，故障电流和电压公式为：

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，对dab模块进行桥臂续流阶段的故障电流求解，故障电流公式为：

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，对光伏模块电容放电阶段故障电流求解，故障电流公式为：

11.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，对光伏模块多支路馈电阶段故障电流求解，故障电流公式为：

12.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，对储能模块多支路馈电阶段故障电流求解，故障电流公式为：

技术总结
本发明提供了一种含分布式电源柔性直流配电网短路故障特性计算方法。该方法包括：将配电线路极间短路故障后各分布式放电模块划分故障阶段，通过各故障阶段放电频率变化修正故障线路等效阻抗模型，使故障特性分析具备频变特性，推导出线路短路故障后各放电模块的故障电流表达式。本发明的方法在计算故障电流时不需要额外的迭代算法，计算误差小，能够为实际工程中保护的配合和整定提供一定的参考。

技术研发人员：刘晓明,冯梓航,陈海,姜文涛,李晔,李根
受保护的技术使用者：河北工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16