基于VSC主动控制策略的光伏并网线路自适应重合闸方法

基于vsc主动控制策略的光伏并网线路自适应重合闸方法
技术领域
1.本发明属于弹性配电网主动探测式故障恢复技术领域，具体涉及一种基于vsc(voltage source converter，光伏并网逆变器)主动控制策略的光伏并网线路自适应重合闸方法。


背景技术：

2.配电网是电能从被生产到被利用之间的传输过程中的最后一环，在电力系统中的作用至关重要。与传统的配电系统相比，弹性配电网集成了换流器(converter)、电力电子变压器(power electronic transformer，pet)、静止同步补偿器(static synchronous compensator，statcom)等多种电力电子设备，从而能够广泛消纳分布式能源、显著提高供电可靠性、灵活调度系统运行方式，提高了配电环节的运行可靠性和经济性。同时，弹性配电网也提出了故障后能够快速且灵活恢复供电的技术需求。
3.光伏并网逆变器(vsc)为新能源并网的关键设备，能够控制母线电压和输出功率。同时，vsc优良的控制能力也为弹性配电网的自适应故障恢复提供了可能。基于主动探测式故障恢复技术的思想，充分发挥vsc的高可控性，在线路故障后以限流策略代替传统的跳闸策略，并设计主动探测控制策略以实现限压限流条件下对故障性质的主动探测，进而实现对故障线路的选择性重启(也即自适应重启)，对于提高弹性配电网的电能质量和运行可靠性具有重要价值。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于vsc主动控制策略的光伏并网线路自适应重合闸方法，用于解决采用固定延时重合闸策略在重合闸于永久性故障时可能对设备造成二次冲击，且重合闸成功率低的技术问题。
5.本发明采用以下技术方案：
6.基于vsc主动控制策略的光伏并网线路自适应重合闸方法，包括以下步骤：
7.s1、保护元件动作，被保护线路对端系统跳闸，光伏并网端启动故障限流策略，同时重置故障性质判别次数；
8.s2、延时δt以确保故障电弧能够熄灭；
9.s3、光伏并网端启动主动探测控制策略，以限流和限压方式注入工频探测信号；
10.s4、根据保护元件出口的故障类型，采用对应的故障性质判别判据，判别故障性质；
11.s5、若步骤s4故障性质判别结果为真，则判别为瞬时性故障，允许光伏并网侧恢复全功率运行，并允许线路网侧重合闸。
12.具体的，步骤s1中，故障性质判别次数为n＝0。
13.具体的，步骤s2中，延时δt＝200～500ms。
14.具体的，步骤s3中，主动探测控制策略具体为：
15.切换d轴电流参考值为0，实现故障限流控制，然后切换为主动探测控制策略，实现限压限流条件下的探测信号注入。
16.具体的，步骤s4中，当对称故障的瞬时性故障判别判据结果为真，即为当前被保护线路近似开路，则判别为瞬时性故障，若判据结果为假，即为当前被保护线路仍然存在故障支路，则判别为永久性故障。
17.进一步的，对称故障的瞬时性故障判别判据为：
[0018][0019]
其中，zm为由线路保护测点处计算的测量阻抗，z
set
为整定阻抗，为线路保护测点测量到的工频正序电压相量，为线路保护测点测量到的工频正序电流相量。
[0020]
具体的，步骤s4中，当不对称故障的瞬时性故障判别判据结果为真，即为当前被保护线路恢复三相对称，则判别为瞬时性故障，若判据结果为假，即为当前被保护线路仍然存在并联支路导致三相不对称，则判别为永久性故障。
[0021]
进一步的，不对称故障的瞬时性故障判别判据为：
[0022][0023]
其中，ε
∑
为由线路保护测点处计算的电压不平衡度，ε
set
为动作阈值，u0为线路保护测点测量到的工频零序电压幅值，u2为线路保护测点测量到的工频负序电压幅值，u1为线路保护测点测量到的工频正序电压幅值。
[0024]
具体的，若步骤s4故障性质判别结果为假，则判别次数加1，返回步骤s2，直到判别次数大于预置上限n
set
，若判据结果仍为假，则判别为永久性故障，闭锁vsc，并闭锁线路网侧的重合闸。
[0025]
进一步的，n
set
＝3。
[0026]
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
[0027]
基于vsc主动控制策略的光伏并网线路自适应重合闸方法，充分利用光伏并网逆变设备的高可控性，以故障限流策略代替跳闸策略，为后续主动探测控制的实施提供条件；设置限压限流条件下的主动探测控制策略，在弧道去游离时间后启动，为被保护线路提供设备运行安全范围内的受控激励，以便判别故障性质；基于计算阻抗幅值判据和电压不平衡度判据，可在重合闸之前判别出故障性质，从而有选择性的重合闸，能够有效避免现阶段广泛采用的固定延时重合闸策略在重合闸于永久性故障时对设备的二次冲击，且能够显著提高重合闸成功率。
[0028]
进一步的，在重合闸策略启动时将判别次数标志位n置零，并在每次判别结果为永久性故障时为标志位加1，直到其到达预置的判别上限次数n
set
，以便提高判别可靠性。
[0029]
进一步的，基于现有理论研究结论和工程经验，设置延时时间δt为200～500ms，从而保证瞬时性故障可靠熄弧。
[0030]
进一步的，所提主动探测控制策略能够在保护动作后迅速限制新能源侧短路电流
为0，并以限压限流的安全方式注入探测信号，为故障性质识别提供激励源，进而实现有选择性的重合闸。
[0031]
进一步的，对于对称故障，瞬时性故障时从新能源侧测点看入的线路为对端跳闸的空载线路，正序计算阻抗很大，而永久性故障时计算阻抗为过渡电阻阻抗，其远小于前者，因而通过计算正序阻抗即可判别故障性质。
[0032]
进一步的，对于不对称故障，瞬时性故障时线路恢复三相对称，注入正序三相电压后产生的负序和零序分量很小，而永久性故障时在故障点处将耦合出大量的负序(或零序)分量，因而通过计算电压不平衡度即可判别故障性质。
[0033]
进一步的，若判据判别结果为永久性故障，为避免其是对未及时熄弧的瞬时性故障的误判，返回步骤s2，再进行一次限流，延时，注入和判别，直到判别次数大于预置上限n
set
，从而提高故障性质判别的可靠性。
[0034]
进一步的，依据现有工程中重合闸的经验参数，设置永久性故障重复判别上限次数n
set
＝3。
[0035]
综上所述，本发明一种基于vsc主动控制策略的光伏并网线路自适应重合闸方法，能够在保护动作后迅速限制新能源侧短路电流为0，并以限压限流的安全方式注入探测信号，进而识别故障性质，实现有选择性的重合闸，提高了重合闸成功率，避免了无选择性重合闸对设备的二次冲击。
[0036]
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
[0037]
图1为计及故障限流控制和主动探测控制策略的vsc控制框图；
[0038]
图2为搭建的光伏并网系统仿真模型；
[0039]
图3为线路l1上发生永久性三相短路故障时光伏并网侧电压电流波形及判据计算结果；
[0040]
图4为线路l1上发生永久性两相短路故障时光伏并网侧电压电流波形及判据计算结果；
[0041]
图5为保护动作后系统自适应重合闸策略的流程图。
具体实施方式
[0042]
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，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0043]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
[0044]
还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
[0045]
还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本发明中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
[0046]
应当理解，尽管在本发明实施例中可能采用术语第一、第二、第三等来描述预设范围等，但这些预设范围不应限于这些术语。这些术语仅用来将预设范围彼此区分开。例如，在不脱离本发明实施例范围的情况下，第一预设范围也可以被称为第二预设范围，类似地，第二预设范围也可以被称为第一预设范围。
[0047]
取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在
……
时”或“当
……
时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。
[0048]
在附图中示出了根据本发明公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
[0049]
本发明提供了一种基于vsc主动控制策略的光伏并网线路自适应重合闸方法，在线路故障后启动vsc的限流策略，并于固定去游离延时后启动所提的主动探测控制策略，根据计算阻抗或电压不平衡度判据判别线路故障性质，从而重合闸于瞬时性故障，对于永久性故障，则闭锁vsc，并闭锁网侧的重合闸信号。能够有效避免现阶段广泛采用的固定延时重合闸策略在重合闸于永久性故障时对设备的二次冲击，且能够显著提高重合闸成功率。
[0050]
请参阅图5，本发明一种基于vsc主动控制策略的光伏并网线路自适应重合闸方法，包括以下步骤：
[0051]
s1、保护元件动作后，被保护线路对端系统跳闸，光伏并网端启动故障限流策略，同时重置故障性质判别次数；
[0052]
请参阅图1，主动探测控制策略具体为：
[0053]
保护动作后同步锁相信号由测量结果θ2切换为直接生成信号θ'2以满足系统锁相的需求。
[0054]
附加控制分为两个阶段，阶段一为故障限流控制，设置d轴电流参考值i
*d
为0，从而限制vsc向故障线路馈入的电流。
[0055]
在到达预置的弧道去游离延时后，切换为阶段二，即主动探测控制，以定d轴电压控制模式部分恢复vsc，其中，d轴电压参考值u’d
为故障前锁存值的50％，同时，对输出的d轴电流参考值i
*d
作限幅处理，其输出值不能高于故障前锁存值的2倍，从而实现基于条件下对故障性质的主动探测。
[0056]
故障性质判别次数为：
[0057]
n＝0。
[0058][0059]
s2、延时δt，以确保故障电弧能够熄灭；
[0060]
延时时间为弧道去游离时间，设置为：
[0061]
δt＝200～500ms。
[0062][0063]
s3、光伏并网端启动主动探测控制策略，以限流和限压方式注入工频探测信号；
[0064]
s4、根据保护元件出口的故障类型，采用对应的故障性质判别判据，判别故障性质；
[0065]
对称故障的瞬时性故障判别判据为：
[0066][0067]
其中，zm为由线路保护测点处计算的测量阻抗，z
set
为整定阻抗，其按照最小运行方式下的系统阻抗的1.5倍整定，若判据结果为真，即为当前被保护线路近似开路，则判别为瞬时性故障，若判据结果为假，即为当前被保护线路仍然存在故障支路，则判别为永久性故障。
[0068]
不对称故障的瞬时性故障判别判据为：
[0069][0070]
其中，ε
∑
为由线路保护测点处计算的电压不平衡度，ε
set
为动作阈值，其按照系统正常运行时不平衡度的2倍整定，若判据结果为真，即为当前被保护线路恢复三相对称，则判别为瞬时性故障，若判据结果为假，即为当前被保护线路仍然存在并联支路导致三相不对称，则判别为永久性故障。
[0071]
s5、若故障性质判别结果为真，则判别为瞬时性故障，允许光伏并网侧恢复全功率运行，并允许线路网侧重合闸；
[0072]
s6、若故障性质判别结果为假，则判别次数加1，回到步骤s2，直到判别次数大于预置上限n
set
，若判据结果仍为假，则判别为永久性故障，闭锁vsc，并闭锁线路网侧的重合闸。
[0073]
预置的判别次数上限取重合闸的规范值n
set
＝3。
[0074]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0075]
请参阅图2，在pscad/emtdc中搭建了光伏并网系统，光伏发电系统经dc/dc变换器升压，后经vsc逆变器并入交流电网，l1为被保护的并网逆变线路，也是本发明拟研究开展自适应重合闸的对象，k1为线路的新能源侧测点，k2为线路的网侧测点。
[0076]
请参阅图3，保护动作后故障限流策略迅速对故障作出响应，限制电流为0，并延时
200ms，在这之后以限压限流方式注入工频正序探测信号，对于三相短路永久性故障，正序计算阻抗小于动作阈值，判据判别结果为假，判别为永久性故障。
[0077]
请参阅图4，保护动作后故障限流策略迅速对故障作出响应，限制电流为0，并延时200ms，在这之后以限压限流方式注入工频正序探测信号，对于ab两相短路永久性故障，出现了显著的不平衡电压，电压不平衡度计算值大于动作阈值，判据判别结果为假，判别为永久性故障。
[0078]
综上所述，本发明一种基于vsc主动控制策略的光伏并网线路自适应重合闸方法，能够在保护动作后迅速限制新能源侧短路电流为0，并以限压限流的安全方式注入探测信号，进而识别故障性质，实现有选择性的重合闸，提高了重合闸成功率，避免了无选择性重合闸对设备的二次冲击。
[0079]
以上内容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，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

技术特征：
1.基于vsc主动控制策略的光伏并网线路自适应重合闸方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、保护元件动作，被保护线路对端系统跳闸，光伏并网端启动故障限流策略，同时重置故障性质判别次数；s2、延时δt以确保故障电弧能够熄灭；s3、光伏并网端启动主动探测控制策略，以限流和限压方式注入工频探测信号；s4、根据保护元件出口的故障类型，采用对应的故障性质判别判据，判别故障性质；s5、若步骤s4故障性质判别结果为真，则判别为瞬时性故障，允许光伏并网侧恢复全功率运行，并允许线路网侧重合闸。2.根据权利要求1所述的基于vsc主动控制策略的光伏并网线路自适应重合闸方法，其特征在于，步骤s1中，故障性质判别次数为n＝0。3.根据权利要求1所述的基于vsc主动控制策略的光伏并网线路自适应重合闸方法，其特征在于，步骤s2中，延时δt＝200～500ms。4.根据权利要求1所述的基于vsc主动控制策略的光伏并网线路自适应重合闸方法，其特征在于，步骤s3中，主动探测控制策略具体为：切换d轴电流参考值为0，实现故障限流控制，然后切换为主动探测控制策略，实现限压限流条件下的探测信号注入。5.根据权利要求1所述的基于vsc主动控制策略的光伏并网线路自适应重合闸方法，其特征在于，步骤s4中，当对称故障的瞬时性故障判别判据结果为真，即为当前被保护线路近似开路，则判别为瞬时性故障，若判据结果为假，即为当前被保护线路仍然存在故障支路，则判别为永久性故障。6.根据权利要求5所述的基于vsc主动控制策略的光伏并网线路自适应重合闸方法，其特征在于，对称故障的瞬时性故障判别判据为：其中，z
m
为由线路保护测点处计算的测量阻抗，z
set
为整定阻抗，为线路保护测点测量到的工频正序电压相量，为线路保护测点测量到的工频正序电流相量。7.根据权利要求1所述的基于vsc主动控制策略的光伏并网线路自适应重合闸方法，其特征在于，步骤s4中，当不对称故障的瞬时性故障判别判据结果为真，即为当前被保护线路恢复三相对称，则判别为瞬时性故障，若判据结果为假，即为当前被保护线路仍然存在并联支路导致三相不对称，则判别为永久性故障。8.根据权利要求7所述的基于vsc主动控制策略的光伏并网线路自适应重合闸方法，其特征在于，不对称故障的瞬时性故障判别判据为：
其中，ε
∑
为由线路保护测点处计算的电压不平衡度，ε
set
为动作阈值，u0为线路保护测点测量到的工频零序电压幅值，u2为线路保护测点测量到的工频负序电压幅值，u1为线路保护测点测量到的工频正序电压幅值。9.根据权利要求1所述的基于vsc主动控制策略的光伏并网线路自适应重合闸方法，其特征在于，若步骤s4故障性质判别结果为假，则判别次数加1，返回步骤s2，直到判别次数大于预置上限n
set
，若判据结果仍为假，则判别为永久性故障，闭锁vsc，并闭锁线路网侧的重合闸。10.根据权利要求9所述的基于vsc主动控制策略的光伏并网线路自适应重合闸方法，其特征在于，n
set
＝3。

技术总结
本发明公开了一种基于VSC主动控制策略的光伏并网线路自适应重合闸方法，保护元件动作，被保护线路对端系统跳闸，光伏并网端启动故障限流策略，同时重置故障性质判别次数；延时Δt以确保故障电弧能够熄灭；光伏并网端启动主动探测控制策略，以限流和限压方式注入工频探测信号；根据保护元件出口的故障类型，采用对应的故障性质判别判据，判别故障性质；若故障性质判别结果为真，则判别为瞬时性故障，允许光伏并网侧恢复全功率运行，并允许线路网侧重合闸。本发明能够有效避免现阶段广泛采用的固定延时重合闸策略在重合闸于永久性故障时对设备的二次冲击，且能够显著提高重合闸成功率。功率。功率。


技术研发人员：张志华 常仲学 徐瑞东 鲁鑫 邵美阳 宋国兵 刘健
受保护的技术使用者：西安交通大学 国网（西安）环保技术中心有限公司
技术研发日：2023.05.12
技术公布日：2023/8/9