[發明專利]基于短路比的虛擬阻抗接入方法、裝置及電子設備

有效

• 申請號: 202110049884.X
• 申請日: 2021-01-14
• 公開（公告）號: CN112671042B
• 公開（公告）日: 2023-01-24
• 發明（設計）人: 吳雨杭;劉緒斌;黎燦兵;仲悟之;田英杰;王旭
• 申請（專利權）人: 上海交通大學;國網上海市電力公司;中國電力科學研究院有限公司
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38
• 代理公司: 長沙智勤知識產權代理事務所(普通合伙) 43254
• 代理人: 彭鳳琴

本發明提供基于短路比的虛擬阻抗接入方法、裝置及電子設備，方法包括：構建雙饋機組輸出阻抗模型，所述雙饋機組輸出阻抗模型包括弱電網情況下轉子側阻抗關系模型、短路比與定子側跌落電壓關系模型及所述短路比與線路阻抗關系模型；根據預設條件判斷是否存在電壓波動異變引起的短路故障誤判；若判斷存在短路故障，則根據所述轉子側阻抗關系模型、短路比與定子側跌落電壓關系模型及所述短路比與線路阻抗關系模型計算故障短路電流；根據所述故障短路電流及預設的最大允許電流確定目標虛擬阻抗接入值。本發明能夠在弱電網情況下，利用短路比最優阻抗計算方式計算雙饋機組在電網故障時的最佳虛擬阻抗接入值，使雙饋機組達到最優的故障穿越能力。

技術領域

本發明涉及新能源發電技術領域，尤其涉及基于短路比的虛擬阻抗接入方法、裝置及電子設備。

背景技術

隨著新能源的不斷發展，風電光伏等新能源發電機裝機數量逐漸增多，風電接入規模不斷增大，風電的高滲透率會導致電網強度的降低。風電接入弱電網的情況下，電網線路阻抗將不可忽略。目前的風電機組主要采取雙饋機組，即定子側直接和電網連接，轉子側通過換流器與電網相連。當電網發生短路故障時，強電網下，在雙饋機組定子端電壓與電網電壓跌落相同；而弱電網情況下，因無功電流在線路阻抗產生壓降，定子端電壓會跌落得更多，短路的故障短路電流也會隨之發生改變，并且弱電網情況下存在較為頻繁的電壓波動異變和電壓閃變現象。因雙饋發電機的轉子側通過換流器會與電網相連，目前通常在轉子側采取一定的控制措施以控制發電機組，而出現短路故障時轉子側將會出現過電流，對換流器造成損害，雙饋機組的傳統矢量控制策略面對低電壓故障不能很好地完成故障穿越抑制故障短路電流，針對這一情況，現有研究已經提出了不少的改進措施加強故障穿越能力，通常分為直接增加額外的硬件裝備和優化雙饋機組本身的控制策略來改善系統的故障穿越性能兩種方式。

目前，直接增加額外的硬件裝備方法中常采取接入撬棒電路或在轉子側串聯實際電阻的方法減小故障短路電流，增強故障穿越能力；優化雙饋機組本身的控制策略方面采取電壓型虛擬同步優化控制策略替代傳統矢量控制策略，但這些改進措施都還較少考慮弱電網情況下不可忽略的線路阻抗對于雙饋機組端電壓跌落和故障短路電流大小的影響。在短路比較小的弱電網中，線路阻抗的存在影響著改進措施的可行性，目前常使用虛擬同步措施替代傳統矢量措施可在弱電網情況下獲得更好的控制，但常用的虛擬同步控制措施因為本身并不具有故障穿越的能力，在出現短路故障時轉子側出現的過電流將損壞換流器，需要考慮添加虛擬阻抗。現有技術中，并未考慮弱電網中的線路阻抗以及電壓閃變等因素的影響，會出現虛擬阻抗阻值選擇不當或者出現故障誤判，虛擬阻抗的阻值過大或誤接入會降低控制系統的動態性能，使得控制響應變慢，過小的阻抗又會導致無法完全抑制過電流等情況。可見，現有技術中，存在虛擬阻抗接入值計算準確率低且未考慮弱電網情況下電壓波動的問題。

發明內容

本發明實施例提供一種基于短路比的虛擬阻抗接入方法，能夠在弱電網情況下，針對雙饋機組發生電網故障時，利用短路比最優阻抗計算方式構建一個轉子側接入虛擬阻抗精確計算模型，該計算模型只與電網強度(短路比)和電網故障程度有關，可精確計算最適應于電網故障的虛擬阻抗接入值，使雙饋機組達到最優的故障穿越能力。

第一方面，本發明實施例提供一種基于短路比的虛擬阻抗接入方法，用于獲取在虛擬同步控制下，電網線路阻抗無法忽略時，即弱電網情況下雙饋機組的目標虛擬阻抗接入值，包括以下步驟：

構建雙饋機組輸出阻抗模型，所述雙饋機組輸出阻抗模型包括弱電網情況下轉子側阻抗關系模型、短路比與定子側跌落電壓關系模型以及所述短路比與線路阻抗關系模型；

根據預設條件判斷是否存在電壓波動異變引起短路故障誤判；

若存在所述短路故障而非所述電壓波動異變，則根據所述雙饋機組輸出阻抗模型中的所述轉子側阻抗關系模型、短路比與定子側跌落電壓關系模型以及所述短路比與線路阻抗關系模型計算故障短路電流；

根據所述故障短路電流及預設的最大允許電流確定目標虛擬阻抗接入值。