非对称故障下逆变器有功无功协调的电压控制方法及设备与流程

本发明涉及电力系统，具体涉及一种非对称故障下逆变器有功无功协调的电压控制方法及设备。

背景技术：

1、随着新能源渗透率的增加，新能源机组的并/离网对电力系统的稳定性有较大的影响，我国风电并网导则gb/t19963-2011明确要求并网新能源机组应具备低电压穿越能力，并在故障时为电网提供一定的无功电流进行电压支撑。电网故障下新能源机组的低电压穿越方法基本上是由向网侧逆变器施加控制指令实现的。电力系统中的电压跌落大部分由非对称故障引起，因此研究非对称故障条件下逆变器低电压穿越控制技术对电力系统的稳定运行有重要意义。

2、发明人发现，目前风电场的非对称故障穿越控制方法中存在以下问题：

3、(1)当前对于非对称故障下新能源机组的低电压穿越控制方法的研究中，为维持逆变器输出的三相电流呈对称性，通常按照并网导则要求注入正序无功电流，而负序电流设置为零。此时网侧需要提供更大的负序电流，造成并网点负序电压升高，这对于系统的安全性和稳定性是不利的。另外，有部分研究根据线路参数设计负序电流注入值，但实际运行中新能源场站很难实时获得线路阻抗参数，容易使低穿控制指令不准确，造成逆变器低穿失败等后果。

4、(2)由于逆变器在低穿期间发出大量的无功功率，受逆变器容量限制，逆变器的有功出力相应减少，易造成系统有功功率的缺额。若系统内的有功缺额高于调频储备，将会造成更加严重的频率安全事故。因此有功缺额的大小也是逆变器低穿期间应考虑的重要问题。然而，现有的大部分研究仅按照并网导则要求注入最低无功电流，利用剩余容量来维持逆变器的有功输出，无法达到有功无功充分协调的支撑效果。因此应在低穿期间合理分配逆变器容量，从而协调逆变器的有功和无功出力，使系统的电压和频率维持在安全范围之内。

技术实现思路

1、本发明为了克服以上技术的不足，提供了一种使得并网点正负序电压之差最大，达到逆变器对并网点电压的支撑效果，同时使逆变器的有功缺额最小，保证系统频率的稳定性的电压控制方法及设备。

2、本发明克服其技术问题所采用的技术方案是：

3、一种非对称故障下逆变器有功无功协调的电压控制方法，包括如下步骤：

4、s01.对系统非对称故障进行实时监测，判断网侧是否发生非对称故障，如果发生非对称故障则执行步骤s02；

5、s02.计算并网点正序电压幅值及并网点负序电压幅值

6、s03.计算逆变器输出正序无功电流指令及逆变器输出的负序无功电流指令

7、s04.构建正序无功电流控制参数、负序无功电流控制参数、正序有功电流指令的优化问题，通过公式计算最优解，式中λ为提升并网点正序电压差在该优化问题中的权重，μ为减少有功缺额在该优化问题中的权重，为逆变器输出的正序有功电流指令，为非对称故障前并网点正序电压的幅值，为非对称故障前逆变器输出的正序有功电流；

8、s05.将正序有功电流指令正序无功电流指令及逆变器输出的负序无功电流指令输入到网侧逆变器内控制模块，通过正负序电流内环与锁相环实现对逆变器输出电流控制。

9、进一步的，步骤s01中对网侧电压进行序分量分解，若网侧电压中存在负序分量，则判定网侧发生非对称故障。

10、进一步的，步骤s02中通过公式计算得到并网点正序电压幅值式中为网侧电压正序分量的幅值，为并网点到网侧传输线上的正序阻抗，i+为并网点到网侧传输线上电流正序分量的幅值，通过公式计算得到并网点负序电压幅值式中为网侧电压负序分量的幅值，为并网点到网侧传输线上的负序阻抗，i-为并网点到网侧传输线上电流负序分量的幅值。

11、进一步的，步骤s03中通过公式计算得到逆变器输出正序无功电流指令式中k+为正序无功电流控制参数，umin为并网点三相最小相电压，通过公式计算得到逆变器输出的负序无功电流指令式中k-为负序无功电流控制参数，umax为并网点三相最大相电压。

12、进一步的，步骤s04中优化问题

13、满足的约束条件为：

14、

15、其中ua为并网点a相电压幅值，ub为并网点b相电压幅值，uc为并网点c相电压幅值，为并网点正负序电压初始相位差，为逆变器输出正负序电流初始相位差，ia为逆变器输出的a相电流，ib为逆变器输出的b相电流，ic为逆变器输出的c相电流，imax为逆变器输出相电流限值，为故障后逆变器未施加控制时并网点正序电压值，为正序有功电流指令，为负序有功电流指令。

16、进一步的，步骤s04中逆变器输出的负序有功电流指令设置为0。

17、一种非对称故障下逆变器有功无功协调的电压控制，包括：

18、至少一个处理器，以及

19、与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够：

20、对系统非对称故障进行实时监测，判断网侧是否发生非对称故障，如果发生非对称故障则执行步骤s02；

21、计算并网点正序电压幅值及并网点负序电压幅值计算逆变器输出正序无功电流指令及逆变器输出的负序无功电流指令

22、构建正序无功电流控制参数、负序无功电流控制参数、正序无功电流指令的优化问题，通过公式计算最优解，式中λ为提升并网点正序电压差在该优化问题中的权重，μ为减少有功缺额在该优化问题中的权重，为逆变器输出的正序有功电流指令，为非对称故障前并网点正序电压的幅值，为非对称故障前逆变器输出的正序有功电流；

23、将正序有功电流指令正序无功电流指令及逆变器输出的负序无功电流指令输入到网侧逆变器内控制模块，通过正负序电流内环与锁相环实现对逆变器输出电流控制。

24、本发明的有益效果是：通过考虑低穿期间的无功电流注入标准与网侧逆变器的可调无功容量，提出了一种在非对称故障下正负序电压的灵活控制方法，该方法通过同时下发正负序电流指令，实现提升并网点正序电压与降低并网点负序电压的效果。通过同时计及电压与有功对系统的影响进行电流控制参数优化，以并网点正负序电压之差最大、逆变器有功缺额最小为目标，综合考虑逆变器相电压、相电流和容量的约束，建立正负序电流控制参数的优化问题，实现了支撑并网点电压的同时尽可能少地削减逆变器的有功出力的效果。

技术特征：

1.一种非对称故障下逆变器有功无功协调的电压控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的非对称故障下逆变器有功无功协调的电压控制方法，其特征在于：步骤s01中对网侧电压进行序分量分解，若网侧电压中存在负序分量，则判定网侧发生非对称故障。

3.根据权利要求1所述的非对称故障下逆变器有功无功协调的电压控制方法，其特征在于：步骤s02中通过公式计算得到并网点正序电压幅值式中为网侧电压正序分量的幅值，为并网点到网侧传输线上的正序阻抗，i+为并网点到网侧传输线上电流正序分量的幅值，通过公式计算得到并网点负序电压幅值式中为网侧电压负序分量的幅值，为并网点到网侧传输线上的负序阻抗，i-为并网点到网侧传输线上电流负序分量的幅值。

4.根据权利要求1所述的非对称故障下逆变器有功无功协调的电压控制方法，其特征在于：步骤s03中通过公式计算得到逆变器输出正序无功电流指令式中k+为正序无功电流控制参数，umin为并网点三相最小相电压，通过公式计算得到逆变器输出的负序无功电流指令式中k-为负序无功电流控制参数，umax为并网点三相最大相电压。

5.根据权利要求4所述的非对称故障下逆变器有功无功协调的电压控制方法，其特征在于：步骤s04中优化问题满足的约束条件为：

6.根据权利要求5所述的非对称故障下逆变器有功无功协调的电压控制方法，其特征在于：步骤s04中逆变器输出的负序有功电流指令设置为0。

7.一种非对称故障下逆变器有功无功协调的电压控制，其特征在于，包括：

技术总结
一种非对称故障下逆变器有功无功协调的电压控制方法及设备，涉及电力系统技术领域，通过正负序电流内环与锁相环实现对逆变器输出电流的控制，完成对并网点电压的支撑，实现逆变器低电压穿越控制。本低电压穿越控制方法始终兼顾并网点正负序电压，同时协调逆变器输出的有功功率和无功功率，综合考虑逆变器相电压、相电流和容量的限制，达到逆变器对并网点电压的支撑效果，同时使逆变器的有功缺额最小，保证系统频率的稳定性。

技术研发人员：蒋哲,马琳琳,马欢,田浩,苗伟威,张志轩,刘文学,程定一,周宁,邢法财,李新,房俏,汪挺,赵康,武诚,朱元振,乔立同,王小波
受保护的技术使用者：国网山东省电力公司电力科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16