一種基于粒子群算法的逆變型dg準(zhǔn)入容量計(jì)算方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)領(lǐng)域，是在不改變原有配電網(wǎng)的繼電保護(hù)整定值情況下，提出一種基于粒子群算法的逆變型DG準(zhǔn)入容量計(jì)算方法，用于解決小容量多DG接入之后對電網(wǎng)保護(hù)的影響。該方法的具體步驟如下：首先根據(jù)逆變型DG的控制策略建立具有低電壓穿越能力的DG等效計(jì)算模型；接著建立逆變型DG并網(wǎng)后故障電流的計(jì)算模型；最后建立以DG接入容量最大化為目標(biāo)，各線路三段式電流整定值作為不等式約束條件的準(zhǔn)入容量的優(yōu)化模型，并采用粒子群算法求出DG接入。
【專利說明】一種基于粒子群算法的逆變型DG準(zhǔn)入容量計(jì)算方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于粒子群算法的逆變型DG準(zhǔn)入容量計(jì)算方法。

【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有的研究一般認(rèn)為，諸如光伏、燃料電池等逆變器分布式電源，由于容量較小以及逆變器對短路電流的限制作用，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，其向電網(wǎng)饋入的短路電流對系統(tǒng)故障電流水平的影響較小，故更多關(guān)注旋轉(zhuǎn)類電機(jī)的故障特性。但隨著分布式電源的大規(guī)模接入和逆變器單元容量的不斷增加，需要對基于逆變器類電源的故障特征有更全面的認(rèn)識。
[0003]然而，從現(xiàn)有文獻(xiàn)來看，一般將分布式電源簡化為不計(jì)衰減的恒定電流源或含內(nèi)阻抗的恒定電勢源，該方式?jīng)]有考慮不同分布式電源所提供的短路電流的特性差異，也沒有考慮分布式電源自身的保護(hù)動(dòng)作對于短路電流的影響。實(shí)際上這些簡化的分析結(jié)果與實(shí)際情況存在較大不同，難以滿足保護(hù)特性分析和整定計(jì)算的應(yīng)用要求。
[0004]另外，故障情況下，分布式電源的等效計(jì)算模型能否實(shí)現(xiàn)低電壓穿越實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)運(yùn)行現(xiàn)在大多數(shù)文獻(xiàn)并沒有考慮，如果故障情況下分布式電源等效計(jì)算模型不能實(shí)現(xiàn)低電壓穿越并網(wǎng)運(yùn)行，接下來的故障電流分析并給出配電網(wǎng)的保護(hù)的整定方法將變得毫無意義。即使故障情況下逆變型分布式電源等效計(jì)算模型在正常運(yùn)行情況下的控制策略沒有脫網(wǎng)，但非對稱故障情況下將產(chǎn)生負(fù)序分量，從而導(dǎo)致直流側(cè)電容電壓不穩(wěn)定，使得逆變器輸出的功率含有二倍頻分量，但不對稱故障情況下，現(xiàn)有文獻(xiàn)并沒有在序分量計(jì)算的時(shí)候并沒有考慮分布式電壓等效計(jì)算模型的負(fù)序模型。因此在計(jì)算分布式電源的準(zhǔn)入容量將與實(shí)際準(zhǔn)入容量不符。
[0005]因此，隨著大量逆變型DG (分布式發(fā)電裝置)的并網(wǎng)，同時(shí)現(xiàn)階段配網(wǎng)的繼電保護(hù)并不可能完全改造的情況下，迫切需要在準(zhǔn)確計(jì)及控制策略的逆變型DG等效計(jì)算模型的情況下，提出一種不改變現(xiàn)有繼電保護(hù)配置的逆變型DG準(zhǔn)入容量計(jì)算方法，以解決數(shù)量多容量小的逆變型DG并網(wǎng)對電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種基于粒子群算法的逆變型DG準(zhǔn)入容量計(jì)算方法，適用于多個(gè)DG且容量并不大，用于在不改變原有配電網(wǎng)的保護(hù)的整定值的情況下實(shí)現(xiàn)最大容量接入，提高了供電可靠性，同時(shí)保證了電網(wǎng)投資經(jīng)濟(jì)性問題。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0008]一種基于粒子群算法的逆變型DG準(zhǔn)入容量計(jì)算方法，包括以下步驟:
[0009](I)根據(jù)正常運(yùn)行情況下及故障情況下逆變型DG的控制策略建立計(jì)及控制策略的DG等效計(jì)算模型；
[0010](2)建立逆變型DG并網(wǎng)后的故障電流計(jì)算模型；
[0011](3)獲取配網(wǎng)未接入DG前各饋線的電流速斷保護(hù)、限時(shí)電流速斷保護(hù)和定時(shí)限過電流保護(hù)的整定值，建立以接入DG容量最大化為目標(biāo)函數(shù)，以各饋線的三段式電流保護(hù)整定值為約束條件的優(yōu)化模型，并采用粒子群算法求出DG的準(zhǔn)入容量。
[0012]其中各步驟具體的實(shí)現(xiàn)方式為:
[0013]1.根據(jù)正常運(yùn)行情況下及故障情況下的控制策略建立計(jì)及控制策略的DG等效模型，具體如下:
[0014](11)正常運(yùn)行情況下，根據(jù)PQ控制方式，逆變器出口電流包含有功電流Id和無功電流I,，有功電流Id和無功電流I,與逆變器出口電流I存在以下關(guān)系:
[0015]I = Id-JIq(I)
[0016]通過Park變換，并將d軸電壓定向于逆變器交流側(cè)電壓矢量的同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中，則逆變型DG的輸出功率如式(2):
^

【權(quán)利要求】
1.一種基于粒子群算法的逆變型DG準(zhǔn)入容量計(jì)算方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)根據(jù)正常運(yùn)行情況下及故障情況下逆變型DG的控制策略建立計(jì)及控制策略的DG等效計(jì)算模型； (2)建立逆變型DG并網(wǎng)后的故障電流計(jì)算模型； (3)獲取配網(wǎng)未接入DG前各饋線的電流速斷保護(hù)、限時(shí)電流速斷保護(hù)和定時(shí)限過電流保護(hù)的整定值，建立以接入DG容量最大化為目標(biāo)函數(shù)，以各饋線的三段式電流保護(hù)整定值為約束條件的優(yōu)化模型，并采用粒子群算法求出DG的準(zhǔn)入容量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于粒子群算法的逆變型DG準(zhǔn)入容量計(jì)算方法，其特征在于，所述步驟(1)中根據(jù)正常運(yùn)行情況下及故障情況下的控制策略建立計(jì)及控制策略的DG等效模型，具體如下: (11)正常運(yùn)行情況下，根據(jù)PQ控制方式，逆變器出口電流包含有功電流Id和無功電流Iq，有功電流Id和無功電流Iq與逆變器出口電流I存在以下關(guān)系如式⑴:1 = Id-Jiq⑴ 式中，j表示復(fù)數(shù)虛部； 通過Park變換，并將d軸電壓定向于逆變器交流側(cè)電壓矢量的同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中，則逆變型DG的輸出功率如式(2):
式中P-、Qout分別表示逆變型DG輸出的有功和無功功率，Ud表示Park變換之后逆變器交流側(cè)的d軸電壓； (12)建立故障情況下DG低電壓穿越的控制策略，故障情況下，在電壓降落期間DG必須提高其無功電流以支持電網(wǎng)電壓，當(dāng)電壓跌落幅度超過10 %時(shí)，每I %的電壓跌落，DG至少需要提供2 %至100 %的無功電流，其響應(yīng)速度在20ms以內(nèi)，由此得到無功電流和電壓跌落的關(guān)系如式⑶:
式中:1Mff為故障后q軸參考電流；I_f為故障前q軸參考電流；kq為無功支持曲線斜率；AU為并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌落值；Un為并網(wǎng)點(diǎn)額定電壓；Up。。為故障前并網(wǎng)點(diǎn)電壓；Upcxf為故障后并網(wǎng)點(diǎn)故障電壓； (13)在故障前后較短時(shí)間內(nèi)，DG輸出的有功功率參考值在故障前后不發(fā)生變化，由此得到式⑷: Preff = Pref⑷ 式中，PMff為故障后的有功功率參考值；PMf為故障前有功功率的參考值； 因此故障后，d軸故障電流未超出d軸電流的設(shè)定值上限，則其參考電流如式(5)，如果超出d軸電流的設(shè)定值上限，則其參考電流如式(6)；
式中為故障后的d軸參考電流，Imax為逆變器最大的輸出電流； 因此，根據(jù)逆變型DG故障前后的控制策略，故障情況下計(jì)及控制策略的逆變型DG計(jì)算等效模型如式(7):
^DGf f (Upccf)Idreff J Iqreff(7) 式中:1Def為故障情況下DG輸出的電流；f(Uperf)表示故障情況下DG輸出的電流與并網(wǎng)點(diǎn)電壓的函數(shù)關(guān)系；j表示復(fù)數(shù)虛部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于粒子群算法的逆變型DG準(zhǔn)入容量計(jì)算方法，其特征在于，所述步驟(2)中，逆變型DG輸出的故障電流受并網(wǎng)點(diǎn)電壓控制，采用迭代算法得到逆變型DG并網(wǎng)后的故障電流計(jì)算模型，具體如下: (21)形成導(dǎo)納矩陣，列寫節(jié)點(diǎn)電壓方程；對于一個(gè)η節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)，第k節(jié)點(diǎn)到第η節(jié)點(diǎn)并入逆變型DG，逆變型DG的輸出的故障電流為IkDe，…，Iim，并網(wǎng)點(diǎn)電壓Upeek,…，Upeen，則節(jié)點(diǎn)電壓方程如式⑶:
式中:Y為節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣，巧、…、I1為非逆變型DG接入的節(jié)點(diǎn)電壓，Z1、…、U非逆變型DG接入的節(jié)點(diǎn)注入的電流；Upcck、…、JJpccn為第k個(gè)逆變型DG至第η個(gè)逆變型DG的并網(wǎng)點(diǎn)電壓；.....1nm為第k個(gè)逆變型DG至第η個(gè)逆變型DG在并網(wǎng)點(diǎn)注入電流； (22)以故障前潮流計(jì)算的電流作為注入故障電流注入初始值，進(jìn)行迭代，修正電壓值及故障電流注入值； 令DG第k次迭代注入電流為…，非DG節(jié)點(diǎn)注入電流為It1 ,則第k+Ι次迭代節(jié)點(diǎn)電壓如式(9):
修正節(jié)點(diǎn)電壓值如式(10):
式中，?η0為故障前逆變型DG并網(wǎng)點(diǎn)電壓；?”二為逆變型DG故障后第k次迭代的并網(wǎng)點(diǎn)故障電壓；Δ[^+1為故障前逆變型DG并網(wǎng)點(diǎn)電壓與故障后第k次迭代后故障電壓的差值； 修正第k+Ι迭代節(jié)點(diǎn)的注入電流如式(11):
(23)判斷是否收斂，具體如式(12):
如果節(jié)點(diǎn)電壓值未達(dá)到收斂精度，轉(zhuǎn)入式(9~11)繼續(xù)迭代，直至達(dá)到式(12)的收斂精度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于粒子群算法的逆變型DG準(zhǔn)入容量計(jì)算方法，其特征在于，所述步驟⑶中，獲取原有配網(wǎng)各饋線三段式電流的整定值/L、C、C，以DG接入容量最大化為目標(biāo)函數(shù)，以各線路的三段式電流保護(hù)整定值作為不等式約束，并采用粒子群算法求解出各接入點(diǎn)的DG容量，具體如下: (31)建立以DG接入容量最大化為目標(biāo)函數(shù)如式(13):
式中，m表示有m個(gè)DG接入配網(wǎng)，SiDG表示第i個(gè)DG接入的容量； (32)建立以各線路的三段式電流保護(hù)整定值作為不等式約束，步驟(2)建立的計(jì)及控制策略逆變型DG故障計(jì)算模型，計(jì)算接入DG之后故障電流，即第i條線路發(fā)生短路，第i條線路故障電流大于該線路整定值以跳開斷路器，其余線路的故障電流不能大于所在線路的電流整定值，具體如式(14):
式中尸力原來配網(wǎng)第i條線路瞬時(shí)電流速斷保護(hù)整定值；Ifi分別為接入DG之后第i條線路故障電流； (33)根據(jù)已建立的計(jì)及控制策略逆變型DG準(zhǔn)入容量的整定方法模型，對并網(wǎng)點(diǎn)DG容量進(jìn)行初始化，計(jì)算得到每個(gè)粒子的適應(yīng)度值，對每個(gè)粒子，將其適應(yīng)值與所經(jīng)歷過的最好位置的適應(yīng)值進(jìn)行比較，如果其適應(yīng)值比所經(jīng)歷過的最好位置的適應(yīng)值更好，則將該適應(yīng)值作為粒子的個(gè)體歷史的最優(yōu)值；然后對每個(gè)粒子，將其歷史最優(yōu)適應(yīng)值與群體內(nèi)所經(jīng)的最好位置的適應(yīng)值進(jìn)行比較，若其歷史最優(yōu)適應(yīng)值比群體內(nèi)所經(jīng)的最好位置的適應(yīng)值更好，則將其歷史最優(yōu)適應(yīng)值作為當(dāng)前的全局最好位置，并對粒子的速度的位置和速度進(jìn)行更新；最后判斷是否達(dá)到最大迭代次數(shù)或者適應(yīng)度函數(shù)的值相鄰幾代小于ξ，若達(dá)到則結(jié)束計(jì)算，否則更新粒 子的位置和速度繼續(xù)迭代，直到達(dá)到終止條件。
【文檔編號】G06F17/50GK104077449SQ201410312925
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年7月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月2日
【發(fā)明者】文安, 趙曼勇, 蘇杰和, 魏承志, 黃維芳, 余江, 劉年, 金鑫, 楊穎安, 沈添福 申請人:中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司