含逆变型分布式电源电网短路电流计算方法研究

分布式发电(distributed generator,DG)接入改变电网潮流和短路电流分布,其提供的短路电流将对保护和重合闸产生影响。随着新能源发电技术的不断发展,各种形式的分布式电源逐步接入电网,采用电力电子接口的逆变型分布式电源(inverter interfaced distributed generator,IIDG)以其快速灵活的控制性能,在分布式发电中广泛应用。这类DG按控制内环跟踪电量的不同,分为电流控制和电压控制。电网故障时IIDG注入短路电流主要取决于采用的控制策略,而传统短路计算模型未考虑IIDG不脱网运行控制,造成含IIDG电网短路计算存在较大误差。为此,本文在深入分析电流及电压控制IIDG短路故障特性的基础上,建立了计及不脱网运行特性的IIDG短路计算序分量模型,并基于对称分量法提出含多IIDGs电网短路电流迭代算法。论文主要内容如下:(1)根据不对称故障下电流控制IIDG不脱网运行要求,建立了含多电流控制IIDGs电网短路计算序分量模型。考虑并网运行时变流器安全运行约束,推导电流控制IIDG指令电流计算式;结合故障中IIDG序电流控制和无功功率支撑,建立了电流控制IIDG短路计算序分量电流源模型。在此基础上,比较了计及变流器容量约束前后和不同控制方式、不同接入容量时多IIDG短路电流和端电压响应,揭示IIDGs短路电流与电网及自身不脱网运行控制的关系,据此构建了多电流控制IIDGs电网短路电流解析计算模型。(2)针对电压控制IIDG,考虑其故障中的暂态变化过程,建立了电压控制IIDG短路计算模型。通过分析电压控制IIDG故障响应特性及不对称故障时IIDG三相平均功率与正负序网功率的关系,建立了计及IIDG对称控制的短路计算序分量模型。根据IIDG与配电网正负序网络的交互作用,推导了电压控制IIDG的故障电流变化规律,并总结出IIDG故障电流在暂态过程中的变化趋势,由此提出基于对称分量法的多电压控制IIDGs电网短路计算模型。(3)提出计及不脱网运行控制和时序的多IIDGs电网短路电流对称分量迭代算法,运用PSCAD/EMTDC软件仿真验证算法的有效性。根据风电、光伏接入电网技术规定,分析了不同故障类型及接入容量时IIDG不脱网运行时间对其注入电流大小的影响,提出了IIDG不脱网运行时序的确定方法;在分析IIDGs短路电流与端电压和不脱网运行时间关系的基础上,结合前述IIDG短路计算模型及不对称配电网节点阻抗矩阵的求解方法,提出了计及不脱网运行时序和序电流控制的多IIDGs电网短路电流对称分量迭代算法。最后,结合PSCAD/EMTDC仿真软件,通过多台电压控制IIDG、电流控制IIDG分别及同时接入对称、不对称配电网算例,验证了本文所建模型及所提算法的正确性。