基于等效戴维宁电路的含光伏微网在线过电压保护方法与流程

本发明属于新能源接入保护控制技术领域，尤其涉及一种基于等效戴维宁电路的含光伏微网在线过电压保护方法。

背景技术：

当今社会，光伏发电逐渐成为了全球能源系统中的重要组成部分。但是，光伏出力的输出功率主要受到外界天气条件的直接影响，变化的辐射强度及温度将直接导致光伏接入点电压产生剧烈的波动。显然，光伏电站输出功率以及接入点电压的波动性将给电网的稳定运行带来不利影响。因此，近些年来，不少学者针对于光伏接入问题提出相应的保护控制策略，运用正确的控制策略可以保证光伏系统接入点电压控制在合理范围，保证系统光伏对外稳定供电的同时提升光伏电能的消纳。

在实际的工程中有如下几种解决微网系统过电压问题的方法：1)调整配电变压器比率以降低二次电压；2)通过增大导线尺寸来减小线路阻抗。第一种情况调节方式相对较为固定，无法响应光伏发电功率的快速变化，仅可以在一定程度上缓解光伏过电压的极端情况。后者投资相对较大，经济性较差。

除此之外，可以通过光伏发电的有功功率控制解决光伏接入点过电压的情况。在配电网中，线路的电阻与电抗的比值(即r/x)相对较大，这使得线路中电压分布对网络中的有功功率变化敏感。因此，pv有功功率输出的快速控制是缓解微电网电压升高问题的有效措施，可以运用下垂控制实现系统的有功功率调节。在微电网中，由于微电网系统的电阻性特性，有功分量与电压紧密相关。但是，在现有的运行方案中，下垂控制的常数通常为定值，仅用于改善系统在极端情况下的有功功率输出，调节性较差。所以，在充分考虑光伏输出功率及电压变化关系的基础之上，提出合理的光伏接入过电压保护策略是解决实际运行中含光伏微网过电压保护问题的新途径。

技术实现要素：

本发明的目的，在于提供一种基于等效戴维宁电路的含光伏微网在线过电压保护方法，其可实现光伏系统的友好接入，在实际运行之中可以在保证光伏功率最大接入的同时最大程度的避免光伏过电压的产生，控制方式具有较好的经济性与安全性；另外，本发明在线检测电压功率并进行实时调节控制，调节灵活性相对较好，更加接近实际的运行场景。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种基于等效戴维宁电路的含光伏微网在线过电压保护方法，包括如下步骤：

步骤1，检测光伏系统实际输出功率及电流电压数据；

步骤2，比较两个相邻采样时刻下光伏输出功率的变化率，当该变化率大于限值阈值时，在线更新系统的戴维宁等效电路；

步骤3，根据预先设定的光伏系统接入电压控制限值计算安全接入电压所对应的功率限值以及功率电压调节系数；

步骤4，再次检测光伏系统接入点实际电压；

步骤5，根据检测电压数值计算获得光伏逆变器输出功率，改变光伏系统对外输出功率。

采用上述方案后，本发明的有益效果是：

(1)可以通过在线检测的方式调节下垂控制器系数，在使得光伏系统接入过电压可以根据实际工程运行状态动态进行调节；

(2)调节策略可以避免光伏系统的频繁关闭，最大限度的利用光伏输出功率，提高光伏发电的消纳；

(3)修正过程相对简单，调节的动态性能良好，可以在一定程度上提升系统运行稳定性。

附图说明

图1是本发明的流程图；

图2是光伏系统接入的戴维宁等效电路图；

图3是光伏功率输出限制及自适应调节系数修正过程；

图4是在线动态电压调节逻辑框图；

图5是将典型日光伏出力代入计算，有/无电压控制接入点电压情况；

图6是将典型日光伏出力代入计算，有/无电压控制接入点功率注入情况。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的技术方案及有益效果进行详细说明。

如图1所示，是本发明一种基于等效戴维宁电路的含光伏微网在线过电压保护方法的流程图，包括以下步骤：

1、获得采样频率为5min的历史光伏出力数据，搭建基于ieee33节点接入含光伏电站的网络。

2、开始模拟仿真运行，检测两个相邻时刻的光伏接入点电压、电流以及功率。

按照固定采样频率检测光伏系统的输出功率，计算两次相邻输出功率的变化率：

其中，pout(k)表示的是k时刻光伏系统对外输出功率，rpv(k+1)表示k+1时刻光伏系统的功率变化百分比；功率变化率限制阈值设定为5％，当变化率大于该限值阈值时，需重新计算戴维宁等效电路。

系统的戴维宁等效电路图如图2所示，在系统结构状态不发生较大变化时，根据戴维宁定理，在这两个时刻有：

其中，表示戴维宁等效电路的等效电动势，zeq表示戴维宁等效电路的等效电阻，和分别表示系统的检测电压和检测电流，上标1、2表示对应任意两个不同的采样时刻，和分别表示系统的检测电压和检测电流。联立式(2)和(3)消去其中的中间变量有：

其中，pn表示光伏输出的有功功率。通过以上计算公式可以得到当前系统的戴维宁等效电路。

3、计算安全接入电压所对应的功率限值以及功率/电压调节系数

该步骤流程如图3所示，充分考虑光伏系统的运行接入电压条件，设置系统的过电压控制限值vcr1和vcr2，在本实施例中将vcr1和vcr2分别设置为1.04和1.055，将这两个数值分别代入公式，替换掉vcr，从而计算所述电压对应的限制值。

代入当前功率，将当前情况的戴维宁等效电路方程分为实部和虚部两个部分则有：

-vneeqsinθve＝xeqpn(7)

其中，eeq和vn分别表示含光伏系统等效戴维宁电路中电动势和电压的幅值。req和xeq分别表示戴维宁电路中等效阻抗的电阻分量和电抗分量，θve表示戴维宁电路中电动势和电压之间的相角差。联立式(6)与(7)消去其中相角差的部分有，

求解二元一次方程，计算过电压限值所对应的光伏系统功率输出最大功率值，

pcr表示的是对应设置电压限值的输出功率限值。由于式(9)中功率有两个值，其中的一个数值是无意义的，可以根据当前时刻的检测功率数据舍掉偏差相对较大的一个解。

计算功率电压调节系数，

其中，m为功率电压调节系数，pcr1、pcr2分别为取定电压下限值vcr1和电压上限值vcr2所对应的功率限制值。

计算对应于过电压和极端情况下的逆变器输出功率限制值

pinv1＝pcr1+m(vn-vcr1)(11)

pinv2＝pcr2-m(vn-vcr2)(12)

其中，式(11)表示过电压场景，此时vcr1≤vn≤vcr2；式(12)表示极端场景，此时vcr2≤vn；pinv1表示在过电压场景下光伏逆变器的控制输出功率，pinv2表示在极端场景下光伏逆变器的控制输出功率，vn表示并网点检测电压。

4、再次检测光伏系统接入电压，根据此电压的数值及在线求得的戴维宁等效电路决定光伏逆变器的输出。

5、根据检测电压运行情况按下述方式动态调节光伏逆变器的输出功率

过电压保护控制的逆变器输出功率调节逻辑如图4所示。可以根据再次测量获得的电压数据以及计算所得的功率电压调节系数等参数确定逆变器输出。具体来说，

当vn≤vcr1时，表示接入点电压小于过电压运行情况，此时表示系统可以按照光伏出力的最大跟踪出力接入。其接入的功率完全由外界光照条件和温度条件所决定。

当vcr1＜vn＜vcr2时，表示光伏系统接入点电压大于过电压设置值，但是小于极端情况下电压值。则需要比较最大功率跟踪瞎输出功率值和根据戴维宁等效电路计算功率电压系数后求得的逆变器输出功率限制值pinv＝pcr1+m(vn-vcr1)大小。当最大功率跟踪值小于限制值时，则可以按照最大功率跟踪值进行接入；反之，则需要按照限制值接入光伏输出功率。

当vn≥vcr2时，表示光伏系统接入点电压大于极端情况下的接入电压值。为防止系统过调节，需要设定调节的上限值，该数值可取为：

当较高功率限制值pinv＝pcr2-m(vn-vcr2)大于调节上限值时，光伏系统输出将保持在调节上限值；否则，则保持在较高功率逆变器输出功率控制值。

当vn≤vcr1时，pinv＝pmppt；当vcr1＜vn＜vcr2且pcr1+m(vm-vcr1)＜pmppt时，pinv＝pmppt；当vcr1＜vn＜vcr2且pcr1+m(vm-vcr1)≥pmppt时，pinv＝pcr1+m(vm-vcr1)；当vn≥vcr2且pcr2-m(vm-vcr2)＜(pcr1+pcr2)/2时，pinv＝pcr2-m(vm-vcr2)；当vn≥vcr2且pcr2-m(vm-vcr2)≥(pcr1+pcr2)/2时，pinv＝(pcr1+pcr2)/2。

其中，pinv为光伏逆变器输出功率，vcr1和vcr2为过电压控制限值，m为功率电压调节系数，pinv＝pmppt表示光伏逆变器可以工作在最大功率跟踪模态，即使工作在该模态也不会出现过电压的状态。mppt工作模态指的是：光伏系统可以根据外部光照强度和环境温度最大跟踪光伏调节，实现当前条件下最大功率输出。

按照上述步骤，将光伏出力数据代入进行模拟运行仿真，可以获得运用在线过电压保护控制策略前后接入点电压情况(图5所示)以及光伏电站的注入功率情况(图6所示)。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。