[發(fā)明專利]一種低壓光伏發(fā)電故障的診斷算法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110257707.0
• 申請日: 2021-03-09
• 公開（公告）號: CN113517856B
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 龔超;崔屹;王偉康;俞宙杰;張靚;冷張圓;張吉善;余暢;何一帆
• 申請（專利權(quán)）人: 國網(wǎng)浙江省電力有限公司湖州供電公司;國網(wǎng)浙江安吉縣供電有限公司
• 主分類號: H02S50/00
• 分類號: H02S50/00
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務(wù)所有限公司 33109
• 代理人: 尉偉敏

1.一種低壓光伏發(fā)電故障的診斷算法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：利用目前的用電信息采集系統(tǒng)平臺，實(shí)時(shí)采集低壓臺區(qū)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；

步驟二：對步驟一中獲取的輸入采集數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析處理；

步驟三：通過潮流計(jì)算得到臺區(qū)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓、電流和功率數(shù)據(jù)；

步驟四：建立光伏及負(fù)荷-低壓配電網(wǎng)-臺區(qū)變壓器的“臺變?yōu)橹行呐潆娋W(wǎng)”模擬仿真模型，以模擬仿真各類無故障、老化、局部陰影、短路四個(gè)場景下的對象運(yùn)行特征，用于研究低壓光伏發(fā)電對低壓臺區(qū)配電網(wǎng)電壓、線損以及對配電變壓器的影響；

步驟五：針對已安裝有用戶光伏的臺區(qū)，利用用戶智能電表以及臺區(qū)公變終端的量測數(shù)據(jù)，對真實(shí)發(fā)生配電網(wǎng)電壓、線損以及配電變壓器運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分布式光伏相關(guān)性分析和嚴(yán)重度評估，從而提出相應(yīng)的對策；

步驟六：比較無故障、老化、局部陰影、短路四個(gè)場景下的潮流計(jì)算結(jié)果，分析出無故障、老化、局部陰影、短路四個(gè)場景下的臺區(qū)配電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)；

步驟七：嘗試提出基于無功補(bǔ)償裝置、三相平衡裝置、帶無功補(bǔ)償?shù)墓夥到y(tǒng)、臺區(qū)變壓器側(cè)集中儲(chǔ)能裝置的解決方案。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低壓光伏發(fā)電故障的診斷算法，其特征在于，所述用電信息采集系統(tǒng)平臺包括用戶光伏的計(jì)量智能電表、用戶用電的計(jì)量智能電表和公變低壓側(cè)的公變智能采集終端；所述“臺變?yōu)橹行呐潆娋W(wǎng)”模擬仿真模型包括配電線路模擬仿真模型以及光伏四參數(shù)模型。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種低壓光伏發(fā)電故障的診斷算法，其特征在于，所述步驟三的具體步驟為：

步驟三一：讀入原始用戶電氣數(shù)據(jù)和拓?fù)溥B接關(guān)系數(shù)據(jù)，讀入電源點(diǎn)數(shù)據(jù)；

步驟三二：計(jì)算連接單相用戶的主干節(jié)點(diǎn)的功率，并在拓?fù)溥B接關(guān)系表格中取出單相用戶，形成三相參數(shù)對稱的電壓配電網(wǎng)；

步驟三三：數(shù)據(jù)標(biāo)幺化；

步驟三四：基于序分量法的三相潮流計(jì)算；

步驟三五：將標(biāo)幺制下的潮流計(jì)算得到的電壓、電流、線路參數(shù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成實(shí)際數(shù)據(jù)；

步驟三六：根據(jù)連接單相用戶的主干節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)計(jì)算單相用戶的電壓、電流、功率；

步驟三七：計(jì)算線路損耗和零線電流，并結(jié)合低壓配電網(wǎng)實(shí)際情況估算零線損耗。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種低壓光伏發(fā)電故障的診斷算法，其特征在于，所述基于序分量法的三相潮流計(jì)算按下方操作進(jìn)行：

a.設(shè)置電壓初始值；

b.計(jì)算線路序阻抗；

c.計(jì)算末梢節(jié)點(diǎn)注入相電流；

d.計(jì)算末梢節(jié)點(diǎn)序電流；

e.前推求各個(gè)支路的序電流；

f.回代求節(jié)點(diǎn)序電壓，回代的過程采用基于路徑搜索算法求解節(jié)點(diǎn)序電壓；

g.將節(jié)點(diǎn)序電壓轉(zhuǎn)換成相電壓，支路序電流轉(zhuǎn)換成支路相電流；

h.判斷是否滿足收斂條件，滿足條件則輸出結(jié)果，否則回到步驟c。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種低壓光伏發(fā)電故障的診斷算法，其特征在于，所述步驟四中“臺變?yōu)橹行呐潆娋W(wǎng)”模擬仿真模型的研究過程如下：

針對已安裝有用戶光伏的臺區(qū)，首先分析用戶光伏的計(jì)量智能電表的數(shù)據(jù)，分析判斷找出光伏發(fā)電正常、異常、故障的用戶，分別采用這三種場景下的數(shù)據(jù)進(jìn)行潮流計(jì)算得出三種場景下的潮流計(jì)算數(shù)據(jù)，其次將用電計(jì)量智能電表中的光伏用戶接入電網(wǎng)的光伏數(shù)據(jù)用用戶家用電的消耗數(shù)據(jù)代替，即將光伏數(shù)據(jù)用無光伏的數(shù)據(jù)代替，得到不含光伏用戶的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)后進(jìn)行潮流計(jì)算得到結(jié)果。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種低壓光伏發(fā)電故障的診斷算法，其特征在于，還包括配電線路的模擬仿真模型的簡化過程，所述簡化過程如下：

經(jīng)簡化的含光伏電源的配電線路模擬仿真模型，包括配電變壓器、饋線等值阻抗、光伏電源和等值負(fù)荷節(jié)點(diǎn)，以母線等值系統(tǒng)為平衡節(jié)點(diǎn)，線路傳輸功率為P+j Q，線路阻抗為R+jX，末端負(fù)荷功率為PL+j QL，光伏電源功率為P₀+j Q₀。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種低壓光伏發(fā)電故障的診斷算法，其特征在于，所述光伏四參數(shù)模型的識別公式如下：

四個(gè)參數(shù)分別是短路電流Isc、開路電壓Uoc、最大功率電壓Um和最大功率電流Im，這四個(gè)參數(shù)與光伏電池輸出特性曲線有緊密的對應(yīng)關(guān)系，以此為基礎(chǔ)構(gòu)造的數(shù)學(xué)表達(dá)式即可模擬出與實(shí)際輸出特性類似的U-I曲線；

根據(jù)光伏半導(dǎo)體器件的電壓–電流關(guān)系可以得到基本輸出特性公式：

C₂＝(U_m/U_OC-1)[ln(1-I_m/I_SC)]^-1

式中：U、I為光伏電池輸出電壓與電流；C1與C2為修正系數(shù)；

將U關(guān)于I的公式進(jìn)行變形可得：

將其代入U(xiǎn)I＝P中可得將C1與C2展開，得到

該式為五個(gè)未知參數(shù)與已知功率的表達(dá)式，其中所有參數(shù)均為單塊光伏板的值；

由光伏電池的等效電路可得出電流I的公式為：

I＝I_ph-I_d-I_sh

I為光伏電池的輸出電流；Iph為光生電流；Id為流過二極管的電流；Ish為流過內(nèi)部并聯(lián)電阻Rsh的電流

其中：

代入I的表達(dá)式可得：

式中，I0為二極管反向飽和電流；U為輸出電壓；K是玻耳茲曼常數(shù),為1.38×10^-23J/K；Rs為電阻Rs的電阻,T是絕對溫度；A是P-N結(jié)的理想因子,當(dāng)溫度T＝300K時(shí),取值為2.8；q是電子電荷,為1.6×10^-19C；S為光照強(qiáng)度；Tref為標(biāo)準(zhǔn)絕對溫度；CT的取值為10^-3級。