分布光伏并网在配网继电保护中的影响作用分析_李有荣.pdf

控制理论与应用Control Theory and Applications自动化技术与应用2023 年第 42 卷第 6 期Techniques ofAutomation&Applications分布光伏并网在配网继电保护中的影响作用分析李有荣,潘嘉琪,夏志乐,陈仲铎,阮伟兴（广东电网有限责任公司肇庆供电局，广东 肇庆 526040）摘要:电能质量、网损以及供电等指标影响配网继电保护效果，现有分析方法数据追踪能力不佳，为解决上述问题，提出分布光伏并网在配网继电保护中的影响作用分析。选择电能质量、网损、供电可靠性以及安全性参数，设置分布光伏并网的影响作用评估指标；采用分布光伏并网等效算法，跟踪继电保护过程中的最大功率；基于前推回代构建影响作用分析模型，实现对影响作用的跟踪分析。实验结果表明方法面对25%、50%、75%以及100%的电压和逆变电流，能够准确追踪到正确的波形，而现有分析方法只能追踪到正确的电压波形，研究方法得到的影响作用分析结果与实际数据更接近。关键词:分布光伏并网等效算法；配网继电保护；潮流分布计算中图分类号：TP18；TM711文献标识码:A文章编号:1003-7241(2023)06-0054-05Analysis of the Influence of Distributed Photovoltaic GridConnected in the Relay Protection of Distribution NetworkLI You-rong,PAN Jia-qi,XIA Zhi-le,CHEN Zhong-duo,RUAN Wei-xing(Guangdong Power Grid Co.,Ltd.,Zhaoqing Power Supply Bureau,Zhaoqing 526040 China)Abstract:Power quality,network loss,power supply and other indicators affect the effect of distribution network relay protection.The datatracking ability of existing analysis methods is poor.In order to solve the above problems,the impact analysis of distributed pho-tovoltaic grid connected in distribution network relay protection is proposed.The parameters of power quality,network loss,pow-er supply reliability and security are selected,and the impact evaluation index of distributed photovoltaic grid connection is set;The distributed photovoltaic grid connected equivalent algorithm is used to track the maximum power in the process of relay pro-tection;Based on the forward backward generation,the impact analysis model is constructed to realize the tracking analysis of theimpact.The experimental results show that the designed method can accurately track the correct waveform for 25%,50%,75%and 100%voltage and inverter current,while the existing analysis methods can only track the correct voltage waveform.The anal-ysis results of the influence effect obtained by the research method are closer to the actual data.Keywords:distributed photovoltaic grid connected equivalent algorithm;distribution network relay protection;power flow distribution calculation收稿日期:2021-07-08DOI:10.20033/j.1003-7241.（2023）06-0054-05.1引言分布光伏并网是将太阳能发电的电网，以分布式的方式应用到其他配电网中，通过光伏发电降低能源资源使用量以及污染物排放量。在配网继电保护工作中，分布光伏并网对于不同的指标，存在程度不同的影响作用。目前典型的光伏电站包括：深圳园博园光伏发电站、西藏羊八井并网光伏发电站等，现阶段进一步优化发展分布光伏并网，对于节约能源资源、减少废气废水污染、优化生态以及保护绿色环境具有重要作用。众多学者对此进行大量研究，孤岛检测方法利用电压的变化规律，实现对电流及电压值各次谐波方向的判断，根据最大谐波功率值，实现对影响作用的分析1。以中国典型类辐照地区运行的光伏并网为研究对象，建立针对该光伏并网的效率评价模型，利用模型获取环境温度、风速以及辐射倾角等参数，实现对影响结果的分析2。在上述方法的基础上，研究分布光伏并网在配网继电保护中的影响作用分析方法，对配网继电保护具有重要意义。2分布光伏并网在配网继电保护中的作用分析方法2.1分布光伏并网的影响作用评估指标设置分布光伏并网会影响到配网继电保护的供电可靠性、安全性、电能质量以及网损等，结合上述内容，设置不同影响作用评估指标3。其中有关于电能质量的指标与电压和波形相关，假设电压偏差为U、电压波动为U0，则两个参数通过下列公式计算获得：54自动化技术与应用2023 年第 42 卷第 6 期控制理论与应用Control Theory and ApplicationsTechniques ofAutomation&Applications(1)式中：U1、U2分别表示实际电压和额定电压；t表示电能质量的指标与电压波形的时间节点；t表示所需时间间隔；表示三相。设置正序和负序电压幅值分别为U+和U-，则三相电压不平衡值U*的计算公式为：(2)设置评估期内，各相最大谐波畸变率分别为、以及，其中a、b、c表所示对应的相，则谐波畸变指标HDR为：(3)设置电压改善程度为V，则通过下列计算公式确定该值：(4)式中：ri表示各节点的权重因子；Vi表示电压水平；Fi表示节点负荷；N表示节点数量。当V的值越大时，越能说明分布光伏并网的作用就越大4。网损是评估配网运行状态的重要指标之一，设置配网平均线损率为S1、网损改善程度为S2、最大线路损耗改善程度为S3，则有关网损的评估指标计算公式为：(5)式中：G1、G2分别表示非PV和PV年供电量；X表示负荷年需求量；S(1)、S(2)分别表示未接入PV、接入PV后的总网损；、分别表示第i条线路未接入PV、接入PV后的总损耗。当S1的值越小时，越说明配网损耗越小；当S2的值越大时，越说明接入PV能够降低网损5。而对于供电可靠性评估指标来说，设置配网缺供电量变化率为q1、白天供电可靠率变化率为q2，则两组参数的评估指标计算方式为：(6)式中：g1、g2分别表示未接入PV、接入PV后的缺供电量；T1、T2分别表示未接入PV、接入PV后的白天平均停电时间；T0表示白天总时间6。最后设置安全性评估指标，假设功率变化灵敏度为TPM、传输功率缓解度为TPI，则该参数的计算公式为：(7)式中：Ymn表示功率变化值；Yi表示节点i注入功率的变化值；mn表示线路；Rmn表示传输方向变量；Yi,mn表示过载功率；Y0表示个配网由于故障产生的过载功率相加之和7。通过上述计算，设置分布光伏并网的影响作用评估指标，作为衡量分布光伏并网影响作用的标准。2.2分布光伏并网等效算法跟踪最大功率分布光伏并网的输出功率具有非线性特性，所以构建一个等效算法跟踪最大功率，获取分布光伏并网在配网继电保护中的动态变化值8。设置光伏并网的输出电流为I0，则该值的计算公式为：(8)式中：I1表示光生电流；I2表示饱和电流；表示分布光伏并网电量；AKT、Y1以及S1分别表示二极管理想因子、波尔兹曼常数以及温度指数；Z1表示等效串联电阻；Z2表示并联电阻。根据上述公式的计算结果，获得分布光伏并网等效算法的一般计算方程9。假设环境温度和光照强度已知，则图1是根据上述结果，模拟获得的光伏输出特性曲线。图1分布光伏并网输出电压和输出电流关系曲线将公式(8)的左右两边同时乘以分布光伏并网输出电压U，得到输出功率：(9)获得输出电压和输出功率的数学关系，绘制分布光伏并网的特性曲线10，得到如图2所示的结果。根据图2显示的曲线可以看出，输出功率存在极大值，所以根据图3所示的跟踪流程，获取图2中最大功率55控制理论与应用Control Theory and Applications自动化技术与应用2023 年第 42 卷第 6 期Techniques ofAutomation&Applications点的所在位置。图2分布光伏并网输出电压和输出功率关系曲线图3分布光伏并网等效算法最大功率跟踪流程根据图3显示结果，获取分布光伏并网输出电导P，确定输出电压U、电流I以及环境温度T，利用下列公式计算最大功率点的电导值P：(10)式中：U、U分别表示补偿电压和分布光伏并网的开路电压；T表示环境温度变化值；k表示电压自适应系数11。根据上述流程判断P与P偏差是否小于设置的阈值，以此实现对最大功率点的跟踪。2.3基于前推回代构建影响作用分析模型前推回代按照潮流分布计算的方式，提取网络中各个母线和节点之间的特征，所以结合设置的影响评估指标和最大功率跟踪结果，构建影响作用分析模型。该模型利用前推回代的计算方式，获得分支和分支起始功率值。根据节点电压，求出该节点所在分支的结束电压和下一分支的起始电压12-13。设置Mij和Nij为两条线路i和j的节点，则其回代计算公式分别为：(11)式中：Mjj、Njj分别表示节点集合Cj中的随机参数；Mjc、Njc分别表示两条线中变量jc个任务被分配到任务节点的数量；Pij为公式(10)所求。根据上述计算结果可知，每一条线路的最大功率，都与分布光伏并网的电压存在直接性关联，所以基于前推回代构建的影响作用分析模型，利用自身的前推功能，得到Mj和Nj的值，公式为：(12)(13)根据上述公式得到的计算结果，得到Mj和Nj的值14。设置公式(1)到公式(7)的影响作用评估指标，统一用 表示，则要求该模型获得的结果，满足下列条件：(14)当满足上述条件时，说明分布光伏并网在配网继电保护中的供电可靠性、安全性、电能质量以及网损，有较为有效的影响作用；当不满足上述条件时，说明分布光伏并网在配网继电保护中，没能起到好的作用，严重影响配网继电保护工作15。至此通过上述模型的分析，得到分布光伏并网对配网继电保护的影响作用。3实验结果分析3.1实验准备为了验证提出的影响作用分析方法，能够得到可靠的分析结果，提出对比测试实验，将文中的分布光伏并网方法作为实验组，同时引入一种基于双向谐波方法1作为对照方法，通过比较测试的方式，探讨不同分析方法的使用性能。基于分布光伏并网系统搭建实验测试平台，两种分析方法均在该测试平台中完成影响作用分析任务。设置配网继电保护工作中的电压值和逆变电流值，分别利用两种不同的方法，获取具有代表性的25%、50%、75%、100%电压和逆变电流输出值的波形，根据得到的数据比较不同方法的跟踪性能，以此判断分布光伏并网在配网继电保护中，对于网损情况的影响。3.2跟踪性能测试在准备的实验平台、测试条件的基础上，利用MAT-LAB软件对两组方法进行仿真，分别利用新的分析方法和传统分析方法，获取不同波形的电压和逆变电流，结果如图4所示。根据图4显示的测试结果可知，提出的分析方法能够准确跟踪不同波形的电压和逆变电流，而基于双向谐波方法只对电压有可靠的跟踪效果。3.3网损程度分析56自动化技术与应用2023 年第 42 卷第 6 期控制理论与应用Control Theory and ApplicationsTechniques ofAutomation&Applications在电能质量、网损、供电可靠性以及安全性等多项影响条件中，选择网损作为测试条件，比较不同分析方法对于网损情况的分析结果，表1为实际网损数据。表1分布光伏并网对配网继电保护网损的影响季节冬季夏季负荷情况0%25%75%峰值均值0%25%75%峰值均值网损/MW0.1080.1040.1030.1440.1120.2320.2150.1760.1480.161将表1显示的真实数据作为参照，比较不同分析方法获得的网损数据，并根据得到的数据，计算两组分析结果与表1中实际数据之间的差异，结果如表2所示。根据表2显示的测试结果可知，方法的网损分析结果，与实际网损之间的差异性较小，而文献1方法的网损分析结果，只有三组数据没有差异。由此证实了文中分析方法的追踪性能更强，得到的影响作用分析结果更真实、准确。表2不同分析方法的网损计算结果发电月份冬季夏季负荷情况0%25%75%峰值均值0%25%75%峰值均值网损/MW文中方法0.1080.1040.1020.1440.1130.2320.2150.1780.1490.161差异000.00100.001000.0020.0010对照方法0.1080.1070.1050.1410.1150.2320.2240.1890.1570.168差异00.0030.0020.0030.00300.0090.0130.0090.0074结束语此次研究的分布光伏并网在配网继电保护中的影响作用分析方法将扩大评估指标作为研究前提，以此弥补现有分析方法的不足，加强了影响作用分析结果的准确性。根据实验测试结果可以看出，较好的数据追踪能力是影响分析方法结果的重要原因之一，通过更好的算法分析配网继电保护过程中的特征数据，能够获得更为精确的最大功率位置，为各项指标的影响效果，提供更准确的参数，为能源节约与保护提供更可靠的技术。(a)电压和逆变电流输出25%的波形图4不同方法获得的电压和逆变电流(c)电压和逆变电流输出75%的波形(b)电压和逆变电流输出50%的波形(d)电压和逆变电流输出100%的波形(下转第145页)57自动化技术与应用2023 年第 42 卷第 6 期行业应用与交流Industrial Applications and CommunicationsTechniques ofAutomation&ApplicationsPID自整定函数实现PID参数的自动整定及PID运算控制。根据实际使用需求，在程序中加入了判断环节，当流量偏差小于0.05l/min时，视为偏差为0，保持PID.vi输出不变；当流量偏差大于0.05l/min时，将实际流量输入PID.vi的实际值输入端，与设定值相减，进行PID调节，这样一方面满足使用需求，另一方面简化了系统控制。PID运算程序流程图如图5所示。4调试及效果图6闭环运行效果在对PID参数进行整定前，先将控制模式设置为“闭环”，然后设置自整定设置参数。根据流量信号噪声较大，且惯量小，易震荡的特点6-7，对自整定参数进行设置，如图4所示。由于现阶段流量范围为5-9l/min，设定值居中选择7l/min，点击“自整定”按钮完成PID自整定。闭环运行效果如图6所示。使用时尾缘开槽舵翼放置于循环水槽中，循环水槽中水流速度是在一定范围内调节的，流量控制系统的水源压力也有小幅波动，在这样的使用工况下，系统均能保持良好的使用效果,控制误差小于0.05l/min。5结束语本流量控制系统开发投入低、周期短，系统简洁可靠，避免了电动水泵控制等其他流量控制方案在小量程流量控制时可能出现的控制性能差、开发成本高等情况。确保了非恒定稳定的工况下，高精度的流量控制，为环量控制技术的应用研究提供有力支撑，具有较强的实用性及推广价值。参考文献:1 庄园,张宁宁,马龙博,黄咏梅.液体流量标准装置流量控制系统设计J.中国测试,2020,46(11):126-131.2 张彩萍,侯江,侯录,杨翀钰,夏新成.水冶吸附塔进液流量智能控制浅析J.铀矿冶,2018,37(2):104-107,111.3 吴上.模糊预测控制技术在变频恒压供水系统中的研究与应用D.株洲:湖南工业大学,2015.4 李宁,郑艺华.基于LabVIEW的PID自整定温控系统研究J.青岛大学学报(工程技术版),2019,34(2):27-32.5 高继昆.基于继电反馈PID自整定控制算法的环境温控系统实现J.电子器件,2019(3):679-683.6 陆之谔,蔡林松,赵爱菊.淬火线冷却水流量自动控制J.北方交通大学学报,1996,20(4):513-516.7 殷华文.流量控制继电反馈参数自整定研究J.自动化仪表,2020,41(6):68-72,76.作者简介:崔城诚（1983-），男,工程师，研究方向：测控技术。参考文献:1 吕干云,吴启宇,吴晨媛,等.基于双向谐波电压变动的光伏并网孤岛检测J.电力自动化设备,2019,39(3):194-199.2 王炳楠,谭占鳌.中国典型类辐照地区的光伏并网逆变器性能评价方法J.电力系统自动化,2020,44(12):139-145.3 柳君波,张静静,徐向阳,等.中国城市分布式光伏发电经济性与区域利用研究J.经济地理,2019,39(10):54-61.4 庄双勇,赵伟,何学农,等.超谐波引发的电能质量问题及相关研究J.电测与仪表,2019,56(1):41-52.5 邓威,郭钇秀,李勇,等.基于特征选择和Stacking集成学习的配电网网损预测J.电力系统保护与控制,2020,48(15):108-115.6 李晓华,刘飘,蔡旺延,等.适用于同塔四回输电线路的保护性能评估系统J.电力科学与技术学报,2019,34(1):59-66.7 王文焕,杨国生,周泽昕,等.基于随机截尾数据及极大似然估计的继电保护可靠性分布J.电力系统保护与控制,2019,47(12):125-131.8 曾江,丘国斌,黄艺英.基于等效算法和解析式拟合的快速配网暂降评估J.电测与仪表,2020,57(9):26-32.9 史林,郭宝锋,马俊涛,等.基于图像旋转相关的空间目标ISAR等效旋转中心估计算法J.电子与信息学报,2019,41(6):1280-1286.10 杨博,王俊婷,钟林恩,等.基于贪婪神经网络的集中式温差发电系统最大功率跟踪J.电工技术学报,2020,35(11):2349-2359.11 方云熠,曾喆昭,刘晴,等.永磁直驱风力发电系统最大功率跟踪非线性抗扰控制J.电力系统保护与控制,2019,47(5):145-151.12 刘佳宁,于淼,夏杨红,等.受弱电网影响光伏并网系统不同频段稳定性分析J.电网技术,2020,44(1):86-95.13 李安乐,田晶京,赵峰,等.含光伏电源的配电网潮流计算J.电测与仪表,2020,57(10):58-63.14 陈鹏伟,肖湘宁,Mesut BARAN.计及分布式电源无功特性的弱环配电网复仿射潮流算法J.电力系统自动化,2019,43(7):59-66.15 左剑,汤吉鸿,钟伟,等.考虑输配交互的含风电场电力系统多目标动态随机模糊最优潮流J.电力科学与技术学报,2020,35(1):50-60.作者简介:李有荣（1989-），男，本科，工程师，研究方向:配网继电保护、自愈电网。(上接第57页)145