光伏发电系统输出电流的计算方法、装置、设备及介质与流程

1.本技术涉及电力系统保护与控制技术领域，尤其涉及一种光伏发电系统输出电流的计算方法、装置、设备及介质。


背景技术：

2.光伏发电系统经过几十年的发展，现已成为电力系统中分布式电源的主流装备之一。在光伏发电系统中，光伏阵列通过逆变器与电网相连，利用光伏逆变器强大灵活的控制能力，可实现不同的功率输出需求。但由于逆变器中含有大量电力电子装置，使得系统运行工况更加复杂，安全稳定问题愈发严重。特别是光伏逆变器的输出特性受响应过程影响，而响应过程中光伏逆变器的性能与锁相环输出相角的准确性息息相关。
3.为避免故障造成光伏发电系统损坏，根据电网安全运行需求控制光伏逆变器输出电流是目前较为常用的方法。光伏发电站接入电力系统技术规定要求光伏发电系统需具备低电压穿越能力，满足系统的无功支撑要求，因此在电力系统发生短路接地故障时，光伏发电系统通常依据接入点电压幅值，确定输出电流参考值，经由逆变器响应后实现对应的光伏发电系统电流输出。通常情况下，对光伏逆变器响应过程中dq轴电压幅值计算依靠的电压相角的准确性会进一步影响输出电流计算的可靠性，因此对锁相环跟随能力提出了极大的要求。在系统正常运行阶段，锁相环处于稳定状态，具有较高的跟随性能，因此可认为锁相环输出的相角即为光伏发电系统接入点的实际相角。电力系统发生故障时，光伏发电系统接入点电压幅值瞬间跌落，相角发生跳变，锁相环在短时失去与电网保持同步的能力，锁相环输出相角将与光伏接入点实际相角产生偏差，此时光伏逆变器输出电流的计算将产生一定的幅值相角误差。在经过一段时间的锁相环闭环控制后，锁相偏差逐渐衰减，光伏发电系统进入故障稳态，输出电流进入故障稳态值。
4.现有光伏发电系统故障电流的计算方法大多基于功率平衡原理，结合光伏发电系统、电网、外部电源构成的故障等值模型计算短路后的输出电流。考虑到光伏发电系统根据控制策略的差异，通常采用考虑限幅和低穿要求的受控源模型，但均假设故障后光伏发电系统迅速进入稳态运行，忽略了锁相环暂态响应过程对输出特性的影响，无法针对故障全过程光伏发电系统的输出电流进行准确分析和计算，制约了电力系统设备选型、故障保护等的实施，可能对系统安全造成威胁。


技术实现要素：

5.本技术的主要目的在于提供一种光伏发电系统输出电流的计算方法、装置、设备及介质，可以解决现有技术中对故障全过程光伏发电系统的输出电流无法准确计算的技术问题。
6.为实现上述目的，本技术第一方面提供了一种故障时光伏发电系统输出电流的计算方法，该方法包括：
7.获取光伏发电系统参数、电网发生故障的故障位置以及电网参数；
8.根据电网发生故障的故障位置以及光伏发电系统参数和电网参数，计算电网故障后光伏发电系统的接入点的电压幅值和由故障引起的电压相角跳变量；
9.根据光伏发电系统参数和电网故障后接入点的电压幅值和电压相角跳变量，计算光伏发电系统的锁相环的输出相角与接入点的电压相角之间的偏差，得到锁相偏差；
10.根据光伏发电系统参数和电网故障后接入点的电压幅值，计算电网故障后光伏发电系统的电流控制参考值；
11.根据光伏发电系统参数、锁相偏差和电流控制参考值，计算光伏发电系统的三相输出电流；
12.对每相输出电流进行分解，得到每相输出电流的故障前电流分量、输出电流稳态分量和输出电流锁相暂态分量。
13.为实现上述目的，本技术第二方面提供一种故障时光伏发电系统输出电流的计算装置，该装置包括：
14.参数获取模块，用于获取光伏发电系统参数、电网发生故障的故障位置以及电网参数；
15.第一计算模块，用于根据电网发生故障的故障位置以及光伏发电系统参数和电网参数，计算电网故障后光伏发电系统的接入点的电压幅值和由故障引起的电压相角跳变量；
16.第二计算模块，用于根据光伏发电系统参数和电网故障后接入点的电压幅值和电压相角跳变量，计算光伏发电系统的锁相环的输出相角与接入点的电压相角之间的偏差，得到锁相偏差；
17.第三计算模块，用于根据光伏发电系统参数和电网故障后接入点的电压幅值，计算电网故障后光伏发电系统的电流控制参考值；
18.第四计算模块，用于据光伏发电系统参数、锁相偏差和电网故障后光伏发电系统的电流控制参考值，计算光伏发电系统的三相输出电流；
19.电流分解模块，用于对每相输出电流进行分解，得到每相输出电流的故障前电流分量、输出电流稳态分量和输出电流锁相暂态分量。
20.为实现上述目的，本技术第三方面提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行以下步骤：
21.获取光伏发电系统参数、电网发生故障的故障位置以及电网参数；
22.根据电网发生故障的故障位置以及光伏发电系统参数和电网参数，计算电网故障后光伏发电系统的接入点的电压幅值和由故障引起的电压相角跳变量；
23.根据光伏发电系统参数和电网故障后接入点的电压幅值和电压相角跳变量，计算光伏发电系统的锁相环的输出相角与接入点的电压相角之间的偏差，得到锁相偏差；
24.根据光伏发电系统参数和电网故障后接入点的电压幅值，计算电网故障后光伏发电系统的电流控制参考值；
25.根据光伏发电系统参数、锁相偏差和电网故障后光伏发电系统的电流控制参考值，计算光伏发电系统的三相输出电流；
26.对每相输出电流进行分解，得到每相输出电流的故障前电流分量、输出电流稳态分量和输出电流锁相暂态分量。
27.为实现上述目的，本技术第四方面提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行以下步骤：
28.获取光伏发电系统参数、电网发生故障的故障位置以及电网参数；
29.根据电网发生故障的故障位置以及光伏发电系统参数和电网参数，计算电网故障后光伏发电系统的接入点的电压幅值和由故障引起的电压相角跳变量；
30.根据光伏发电系统参数和电网故障后接入点的电压幅值和电压相角跳变量，计算光伏发电系统的锁相环的输出相角与接入点的电压相角之间的偏差，得到锁相偏差；
31.根据光伏发电系统参数和电网故障后接入点的电压幅值，计算电网故障后光伏发电系统的电流控制参考值；
32.根据光伏发电系统参数、锁相偏差和电网故障后光伏发电系统的电流控制参考值，计算光伏发电系统的三相输出电流；
33.对每相输出电流进行分解，得到每相输出电流的故障前电流分量、输出电流稳态分量和输出电流锁相暂态分量。
34.采用本技术实施例，具有如下有益效果：
35.本技术在电网出现短路故障时，基于光伏发电系统参数和电网参数，分别计算故障后光伏发电系统接入点电压的幅值和相角跳变量；根据故障后接入点电压相角跳变量和电压幅值计算光伏发电系统锁相环输出相角与接入点电压相角的锁相偏差，根据故障后接入点电压幅值确定故障后电流控制参考值；根据故障后电流控制参考值和锁相偏差确定光伏发电系统的三相输出电流；按照主要影响因素将光伏发电系统的三相输出电流分解为故障前电流分量、受电流内环控制影响的输出电流稳态分量、受锁相环控制暂态过程影响的输出电流锁相暂态分量，进而计算光伏发电系统输出电流的各个分量。本实施例充分考虑电压相角跳变造成的锁相环与电网相角短时异步对光伏发电系统输出电流的影响，充分考虑电压幅值变化经变流器控制耦合对光伏发电系统输出电流的影响，可准确的计算出故障后光伏发电系统的输出电流，为电力系统的设计、运行控制、保护等提供依据。
附图说明
36.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
37.其中：
38.图1为本技术实施例中光伏发电系统的示意图；
39.图2为本技术实施例中故障时光伏发电系统输出电流的计算方法的流程图；
40.图3为本技术实施例中短路故障时光伏发电系统等效电路图；
41.图4为本技术实施例中锁相环输出相角的波形图；
42.图5为本技术实施例中不同锁相环控制参数下锁相偏差的波形图；
43.图6为本技术实施例中不同锁相环控制参数下输出电流锁相暂态分量的波形图；
44.图7为本技术实施例中a相输出电流解析波形与仿真波形对比图；
45.图8为本技术实施例中故障时光伏发电系统输出电流的计算装置的结构框图；
46.图9为本技术实施例中计算机设备的结构框图。
具体实施方式
47.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护的范围。
48.随着煤炭、石油、天然气等传统化石能源的逐渐枯竭以及环境污染问题的进一步加剧，电力系统正面临巨大的变革，光伏发电以其独特的优越性逐渐成为推动我国能源转型的强大动力。截止至2022年10月我国新增装机同比增长98.7％，达到了58gw，超过2021年新增装机量的历史最高纪录，光伏已经成了我国第三大装机电源，仅次于火电和水电。
49.光伏发电系统经过几十年的发展，现已成为电力系统中分布式电源的主流装备之一。光伏发电系统中，光伏阵列通过逆变器与电网相连，利用光伏逆变器强大灵活的控制能力，可实现不同的功率输出需求。但由于逆变器中含有大量电力电子装置，使得系统运行工况更加复杂，安全稳定问题愈发严重。特别是光伏逆变器的输出特性受响应过程影响，而响应过程中光伏逆变器的性能与锁相环输出相角的准确性息息相关。
50.光伏发电系统(即光伏并网发电系统)是太阳能电池板产生的电能经过并网逆变器转换为符合公用电网要求的交流电，直接并入共用电网，省掉了蓄电池储能和释放电能的过程。充分利用了光伏方阵产生的电能，减小了电的损失，降低了光伏发电系统的成本，避免了电能的储存。
51.光伏并网发电系统包括光伏阵列模块、控制器和逆变器。控制器控制太阳能电池板发出电量的最大功率点追踪、控制逆变器并入公网的功率和正弦电流波形，从而使向输送的功率与光伏阵列模块发出的最大功率平衡。
52.逆变器将光伏阵列所产生的电能逆变成交流正弦电流后，再通过逆变器将电流并入公用电网。
53.锁相环pll(phase locked loop)是光伏发电系统并网的重要环节。锁相环实现电网电压频率、相位的追踪，为逆变器提供控制信号。锁相环是一种频率相位的自动控制系统。锁相环的主要作用是输入与输出信号的频率相等时，输入、输出电压保持固定的相位差值，即输出与输入电压的相位被锁定。
54.为了满足并网变流器在不平衡电网下的控制要求，需要利用锁相环算法来跟踪检测电网同步信号。锁相环实现对采集电压信号频率及相位数据的锁定。
55.如图2所示，在一个实施例中，提供了一种故障时光伏发电系统输出电流的计算方法。该方法应用于计算机设备，例如终端或服务器。该故障时光伏发电系统输出电流的计算方法具体包括如下步骤：
56.s100：获取光伏发电系统参数、电网发生故障的故障位置以及电网参数。
57.具体地，光伏发电系统通过接入点(并网点)接入电网。在在电网出现短路故障时，获取光伏发电系统参数和电网参数。
58.光伏发电参数可以包括光伏发电系统的锁相环的相关参数、控制参考值等其中的一种或多种。
59.电网参数包括故障电网的故障位置所在线路的线路参数、光伏发电系统外部的电网电压u等其中的一种或多种。
60.s200：根据电网发生故障的故障位置以及光伏发电系统参数和电网参数，计算电网故障后光伏发电系统的接入点的电压幅值和由故障引起的电压相角跳变量。
61.具体地，构建电网故障等效工频电路，图3为一具体实施例中电网短路故障时光伏发电系统等效电路图。
62.根据故障位置、光伏发电系统参数和电网参数，可以计算得到电网故障后光伏发电系统的接入点的电压幅值u
gf
和由故障前后电压相角变化引起的电压相角跳变量δθ
gf
。
63.另外，相位描述信号波形变化的度量，通常以度(角度)作为单位，也称作相角。本实施例的电压相角是指电压的相位。电压相角跳变量是指故障前后电压相角的差值。
64.s300：根据光伏发电系统参数和电网故障后接入点的电压幅值和电压相角跳变量，计算光伏发电系统的锁相环的输出相角与接入点的电压相角之间的偏差，得到锁相偏差。
65.具体地，光伏发电系统的锁相环的输出相角θ
pll
与光伏发电系统的接入点的电压相角θg之间的锁相偏差为δθ(t)。
66.s400：根据光伏发电系统参数和电网故障后接入点的电压幅值，计算电网故障后光伏发电系统的电流控制参考值。
67.具体地，故障后的电流控制参考值包括i
df.ref
和i
qf.ref
。
68.i
df.ref
为故障后的d轴电流参考值，i
df.ref
为故障后的q轴电流参考值。
69.s500：根据光伏发电系统参数、锁相偏差和电网故障后光伏发电系统的电流控制参考值，计算光伏发电系统的三相输出电流。
70.具体地，三相输出电流包括a相输出电流、b相输出电流和c相输出电流。本实施例求得的三相输出电流为电网短路故障后光伏发电系统的输出电流。
71.s600：对每相输出电流进行分解，得到每相输出电流的故障前电流分量、输出电流稳态分量和输出电流锁相暂态分量。
72.具体地，按照主要影响因素分别对每相输出电流进行分解。每一相输出电流经过电流分解后均包括对应的故障前电流分量、输出电流稳态分量和输出电流锁相暂态分量。其中，输出电流稳态分量具体为受电流内环控制影响的电流分量，输出电流锁相暂态分量具体为受锁相环控制暂态过程影响的电流分量。
73.例如，a相输出电流经过分解后，包括故障前电流分量i
a0
、输出电流稳态分量和输出电流锁相暂态分量
74.b相输出电流经过分解后，包括故障前电流分量i
b0
、输出电流稳态分量和输出电流锁相暂态分量
75.c相输出电流分解后，包括故障前电流分量i
c0
、输出电流稳态分量和输出电流锁相暂态分量
76.本实施例针对电网故障下引发的光伏发电系统接入点电压幅值改变和相角跳变
经光伏发电系统锁相环和变流器控制系统的传递过程，充分考虑了电压相角跳变造成的锁相环与电网相角短时异步对光伏发电系统输出电流的影响，充分考虑了电压幅值变化经变流器控制耦合对光伏发电系统输出电流的影响，进而对现有光伏发电系统输出电流的计算进行修正，可提高光伏发电系统在电网故障全过程中输出电流计算的准确性。
77.本实施例在电网出现短路故障时，基于光伏发电系统参数和电网参数，分别计算故障后光伏发电系统接入点电压的幅值和相角跳变量；根据故障后接入点电压相角跳变量和电压幅值计算光伏发电系统锁相环输出相角与接入点电压相角的锁相偏差，根据故障后接入点电压幅值确定故障后电流控制参考值；根据故障后电流控制参考值和锁相偏差确定光伏发电系统的三相输出电流；按照主要影响因素将光伏发电系统的三相输出电流分解为故障前电流分量、受电流内环控制影响的输出电流稳态分量、受锁相环控制暂态过程影响的输出电流锁相暂态分量，进而计算光伏发电系统输出输出电流的各个分量。本实施例充分考虑电压相角跳变造成的锁相环与电网相角短时异步对光伏发电系统输出电流的影响，充分考虑电压幅值变化经变流器控制耦合对光伏发电系统输出电流的影响，可准确的计算出光伏发电系统输出电流，为电力系统的设计、运行控制、保护等提供依据。
78.在一个实施例中，光伏发电系统参数包括有功功率控制参考值和无功功率控制参考值；电网参数包括电网电压、故障位置所在线路的总线路阻抗，总线路阻抗包括线路电阻和线路电抗；
79.电网故障后光伏发电系统接入点的电压幅值由以下公式(1)计算得到：
[0080][0081]
电压相角跳变量由以下公式(2)计算得到：
[0082][0083]
其中，u
gf
为电网故障后光伏发电系统接入点的电压幅值，δθ
gf
为电网故障后接入点的电压相角跳变量，为电网故障后接入点的电压相角，a1、a2、b1、b2、c1、c2均为与故障电网的电网参数相关的其他参数，p
ref
为有功功率控制参考值，q
ref
为无功功率控制参考值，u为电网电压，r为故障位置所在线路的线路电阻，x为故障位置所在线路的线路电抗。
[0084]
具体地，故障位置所在线路的总线路阻抗为z，z＝r+jx，其中，r为线路电阻，x为线路电抗。
[0085]
a1、a2、b1、b2为与电网参数相关的其他参数，c1、c2为与电网参数和光伏发电系统参数相关的其他参数。
[0086]
电网参数还包括故障后过渡电阻的电阻值rg。
[0087]
参数a1、a2、b1、b2、c1、c2分别通过以下公式(13)-公式(18)计算得到：
[0088]
[0089][0090][0091][0092][0093][0094]
其中，rg为故障后的过渡电阻的电阻值，k为从光伏发电系统的接入点到故障位置之间的线路阻抗与故障前故障位置所在的整条线路的总线路阻抗的比值，k为小于1的数值。
[0095]
电网短路故障计算需要确定短路位置(故障位置)，并构建包括光伏、等值系统、线路在内的故障后等效电路图，具体如图3所示。每条线路都有自身的线路阻抗，故障位置所在线路的总线路阻抗为z，从光伏发电系统侧的接入点到故障位置之间的线路的线路阻抗为kz，从故障位置到电网侧之间的线路的线路阻抗为(1-k)z。k根据故障位置确定，且为小于1的数值。图3中的为光伏发电系统接入点的电压，即为电网电压。
[0096]
电网故障后接入点的电压相角通过以下公式(19)计算得到：
[0097][0098]
p
ref
具体为电网故障前光伏发电系统的有功功率控制参考值或有功功率参考值，q
ref
具体为电网故障前光伏发电系统的无功功率控制参考值或无功功率参考值。
[0099]
在一个实施例中，锁相偏差由以下公式(3-1)或公式(3-2)计算得到：
[0100]
δθ(t)＝δθ
f0
(t)+δθf(t)
·
ε[t-t0]
ꢀꢀꢀ
公式(3-1)
[0101]
或，
[0102][0103]
其中，δθ(t)为t时刻的锁相偏差，δθ
f0
(t)为电网故障前的锁相偏差，若t为故障后的时刻，则δθf(t)为电网故障后的锁相偏差，δθ
f0
(t)和δθf(t)均与光伏发电系统参数和电网故障后接入点的电压幅值和电压相角跳变量相关，t0为故障发生的初始时刻，t为系统投入以来的任意时刻，ε[t-t0]为单位阶跃函数。
[0104]
具体地，考虑光伏发电系统锁相环控制参数和接入点电压对锁相偏差的影响，建立锁相环传递函数，求解得到锁相环输出相角θ
pll
与光伏发电系统并网点(接入点)电压相角之间的锁相偏差δθ(t)。锁相偏差为衰减分量。
[0105]
若t为故障后的任意时刻，则t大于或等于t0。t也可以为故障结束时刻。本实施例求取的锁相偏差δθ(t)为故障发生后锁相环输出相角与光伏发电系统接入点电压相角之间的锁相偏差，即t大于或等于t0。
[0106]
在一个实施例中，光伏发电系统参数包括光伏发电系统的锁相环的比例系数和积分系数；
[0107]
δθ
f0
(t)和δθf(t)由以下公式(4)或公式(5)计算得到：
[0108]
若则
[0109]
若则
[0110]
若则
[0111]
或，
[0112]
其中，θ
g0
表示电网故障前接入点的电压相角，u
gf
表示电网故障后光伏发电系统接入点的电压幅值，δθ
gf
表示电网故障后接入点的电压相角跳变量；k
pll.p
表示光伏发电系统的锁相环的比例系数，k
pll.i
表示光伏发电系统的锁相环的积分系数，a、b、γ、σ均为与光伏发电系统参数和电网故障后光伏发电系统接入点的电压幅值相关的其他参数。
[0113]
具体地，参数a、b、γ、σ分别通过以下公式(20)-公式(23)得到：
[0114][0115]
b＝k
pll.pugf
/2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式(21)
[0116][0117][0118]
在一个实施例中，光伏发电系统参数包括有功功率参考值、光伏发电系统短时允许的最大电流、无功支撑系数、光伏发电系统的额定电压幅值；
[0119]
电网故障后光伏发电系统的电流控制参考值包括i
df.ref
和i
qf.ref
；
[0120]idf.ref
和i
qf.ref
通过以下公式(6)计算得到：
[0121][0122]
其中，p
ref
为有功功率控制参考值，u
gf
表示电网故障后光伏发电系统接入点的电压幅值，i
max
为光伏发电系统短时允许的最大电流，kq无功支撑系数，α表示并网点电压跌落系数。
[0123]
具体地，α＝u
gf
/ue，ue为光伏发电系统的额定电压幅值。
[0124]kq
通常取值为1.5，具体根据实际应用场景设定，本技术对此不作限制。
[0125]
其中，i
df.ref
为故障后的d轴电流参考值，i
qf.ref
为故障后的q轴电流参考值。
[0126]
p
ref
具体为电网故障前光伏发电系统的有功功率控制参考值或有功功率参考值。
[0127]
在一个实施例中，电网故障时光伏发电系统的三相输出电流通过以下公式(7)-公式(9)计算得到：
[0128][0129][0130][0131]
其中，i
af
为a相输出电流，i
bf
为b相输出电流，i
cf
为c相输出电流，i
0.ref
为故障前的电流参考值幅值，且与电网故障前光伏发电系统的电流控制参考值相关；i
f.ref
为故障后的电流参考值幅值，且与电网故障后光伏发电系统的电流控制参考值相关；ψ0为故障前的电流参考值相角，且与电网故障前光伏发电系统的电流控制参考值相关；ψf为故障后的电流参考值相角，且与电网故障后光伏发电系统的电流控制参考值相关；θg表示d轴与q轴的夹角，δθ(t)为t时刻的锁相偏差。
[0132]
具体地，i
0.ref
、i
f.ref
、ψ0、ψf分别通过以下公式(24)-公式(27)计算得到：
[0133][0134][0135]
ψ0＝arctan(i
q0.ref
/i
d0.ref
)
ꢀꢀ
公式(26)
[0136]
ψf＝arctan(i
qf.ref
/i
df.ref
)
ꢀꢀ
公式(27)
[0137]
其中，i
d0.ref
和i
q0.ref
均为电网故障前光伏发电系统的电流控制参考值，i
df.ref
和i
qf.ref
均为电网故障后光伏发电系统的电流控制参考值。
[0138]
另外，i
d0.ref
和i
q0.ref
可以根据以下公式(28)得到：
[0139][0140]
其中，ue为光伏发电系统的额定电压幅值，p
ref
为有功功率控制参考值，ue和p
ref
均为光伏发电系统参数中的参数。
[0141]
其中，i
d0.ref
为故障前的d轴电流参考值，i
q0.ref
为故障前的q轴电流参考值。
[0142]
d轴与q轴的夹角θg通过以下公式(29)计算得到：
[0143][0144]
其中，ωg为同步角速度，θ
g0
表示电网故障前接入点的电压相角，ε[t-t0]为单位阶跃函数，t0为故障发生的初始时刻，t为故障发生后的时刻。δθ
gf
为电网故障后接入点的电压相角跳变量。
[0145]
在一个实施例中，根据以下公式(10)-公式(12)对每相输出电流进行分解，得到每相输出电流的故障前电流分量、输出电流稳态分量和输出电流锁相暂态分量：
[0146][0147][0148][0149]
其中，i
a0
为故障前a相电流分量，为故障后a相输出电流稳态分量，为故障后a相输出电流锁相暂态分量；
[0150]ib0
为故障前b相电流分量，为故障后b相输出电流稳态分量，为故障后b相输出电流锁相暂态分量；
[0151]ic0
为故障前c相电流分量，为故障后c相输出电流稳态分量，为故障后c相输出电流锁相暂态分量。
[0152]
具体地，以a相电流为例，i
a0
、通过以下公式(30)-公式(32)计算得到：
[0153]ia0
＝i
0.ref
cos(θg+ψ0)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式(30)
[0154][0155][0156]
本技术针对电网故障下引发的接入点电压幅值和相角跳变经光伏发电系统锁相环和变流器控制系统的传递过程，充分考虑了电压相角跳变造成的锁相环与电网相角短时异步对光伏发电系统输出电流的影响，进而对现有忽略锁相暂态响应的光伏发电系统输出电流计算方法进行修正，可提高光伏发电系统在电网故障全过程中输出电流计算的准确性，可用于含光伏发电系统的电力系统的暂态分析、故障保护与控制的研究和工程应用。
[0157]
在一个具体实施例中，以三相短路故障发生在第1s时刻为例，电网故障后锁相环
输出相角θ
pll
的波形如图4所示。
[0158]
在一个具体实施例中，不同锁相环控制参数下锁相环输出相角θ
pll
与光伏发电系统接入点的电压相角间的锁相偏差δθ(t)(即δθ)的波形如附图5所示。
[0159]
锁相偏差初始值、0.02s后的偏差值、锁相偏差衰减至小于0.01所用时间如以下表1所示：
[0160]
表1
[0161][0162]
表1为不同锁相环控制参数下的锁相偏差。
[0163]
其中，锁相偏差的初始值为第1s时刻的值，0.02s后的偏差值为第1.02s时刻的值。
[0164]
在一个具体实施例中，不同锁相环控制参数下a相输出电流锁相暂态分量的波形图6(图6的故障电流锁相暂态分量与时间的波形图即为a相输出电流锁相暂态分量与时间的波形图)所示；a相输出电流锁相暂态分量的初始值与峰值如附表2所示：
[0165]
表2
[0166][0167]
表2为a相输出电流锁相暂态分量初始值和峰值。
[0168]
在一个具体实施例中，k
pll.p
＝180，k
pll.i
＝3200时，光伏发电系统输出的a相输出电流解析波形与仿真波形对比效果如图7所示。
[0169]
参考图8，本技术还提供了一种故障时光伏发电系统输出电流的计算装置，该装置包括：
[0170]
参数获取模块100，用于获取光伏发电系统参数、电网发生故障的故障位置以及电网参数；
[0171]
第一计算模块200，用于根据电网发生故障的故障位置以及光伏发电系统参数和电网参数，计算电网故障后光伏发电系统的接入点的电压幅值和由故障引起的电压相角跳变量；
[0172]
第二计算模块300，用于根据光伏发电系统参数和电网故障后接入点的电压幅值和电压相角跳变量，计算光伏发电系统的锁相环的输出相角与接入点的电压相角之间的偏差，得到锁相偏差；
[0173]
第三计算模块400，用于根据光伏发电系统参数和电网故障后接入点的电压幅值，计算电网故障后光伏发电系统的电流控制参考值；
[0174]
第四计算模块500，用于据光伏发电系统参数、锁相偏差和电网故障后光伏发电系统的电流控制参考值，计算光伏发电系统的三相输出电流；
[0175]
电流分解模块600，用于对每相输出电流进行分解，得到每相输出电流的故障前电流分量、输出电流稳态分量和输出电流锁相暂态分量。
[0176]
现有技术在计算光伏发电系统短路时输出电流将光伏发电系统的控制响应过程假设为理想情况，认为锁相环能够无差跟踪光伏接入点电压相角，忽略了故障后的锁相暂态过程，本技术考虑了故障后电压相角跳变引起的锁相暂态，能够更为准确的计算电网短路故障后光伏发电系统的输出电流。
[0177]
现有技术将光伏发电系统的输出电流分解为稳态工频分量进行计算，本技术考虑了锁相暂态影响下光伏发电系统的暂态分量，将输出电流分解为稳态工频分量和锁相分量分别进行计算，能够更准确计算光伏发电系统的输出电流。
[0178]
目前尚无电网故障下光伏发电系统锁相偏差的计算方法，本技术提供了电网故障下光伏发电系统锁相偏差的计算方法，能够用于电网故障分析与计算，还能够支持光伏发电系统以及电网控制的研究和实施。
[0179]
本技术针对现有技术中光伏发电系统输出电流计算尚未计及故障时锁相环对光伏接入点电压相角跟随的暂态过程对输出电流的影响的问题，提供了一种计及锁相暂态响应的光伏发电系统输出电流计算方法。本技术充分考虑了故障时锁相环响应过程中的锁相偏差的变化，并由此引起的输出电流幅值和相角的变化，得到的光伏发电系统输出电流计算方法，计算结果准确性更高，可用于含光伏发电系统的电力系统输出电流计算和保护整定。
[0180]
图9示出了一个实施例中计算机设备的内部结构图。该计算机设备具体可以是终端，也可以是服务器。如图9所示，该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器和网络接口。其中，存储器包括非易失性存储介质和内存储器。该计算机设备的非易失性存储介质存储有操作系统，还可存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，可使得处理器实现上述方法实施例中的各个步骤。该内存储器中也可储存有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，可使得处理器执行上述方法实施例中的各个步骤。本领域技术人员可以理解，图9中示出的结构，仅仅是与本技术方案相关的部分结构的框图，并不构成对本技术方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
[0181]
在一个实施例中，提出了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行以下步骤：
[0182]
获取光伏发电系统参数、电网发生故障的故障位置以及电网参数；
[0183]
根据电网发生故障的故障位置以及光伏发电系统参数和电网参数，计算电网故障后光伏发电系统的接入点的电压幅值和由故障引起的电压相角跳变量；
[0184]
根据光伏发电系统参数和电网故障后接入点的电压幅值和电压相角跳变量，计算光伏发电系统的锁相环的输出相角与接入点的电压相角之间的偏差，得到锁相偏差；
[0185]
根据光伏发电系统参数和电网故障后接入点的电压幅值，计算电网故障后光伏发电系统的电流控制参考值；
[0186]
根据光伏发电系统参数、锁相偏差和电网故障后光伏发电系统的电流控制参考值，计算光伏发电系统的三相输出电流；
[0187]
对每相输出电流进行分解，得到每相输出电流的故障前电流分量、输出电流稳态分量和输出电流锁相暂态分量。
[0188]
在一个实施例中，提出了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行以下步骤：
[0189]
获取光伏发电系统参数、电网发生故障的故障位置以及电网参数；
[0190]
根据电网发生故障的故障位置以及光伏发电系统参数和电网参数，计算电网故障后光伏发电系统的接入点的电压幅值和由故障引起的电压相角跳变量；
[0191]
根据光伏发电系统参数和电网故障后接入点的电压幅值和电压相角跳变量，计算光伏发电系统的锁相环的输出相角与接入点的电压相角之间的偏差，得到锁相偏差；
[0192]
根据光伏发电系统参数和电网故障后接入点的电压幅值，计算电网故障后光伏发电系统的电流控制参考值；
[0193]
根据光伏发电系统参数、锁相偏差和电网故障后光伏发电系统的电流控制参考值，计算光伏发电系统的三相输出电流；
[0194]
对每相输出电流进行分解，得到每相输出电流的故障前电流分量、输出电流稳态分量和输出电流锁相暂态分量。
[0195]
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本技术所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(rom)、可编程rom(prom)、电可编程rom(eprom)、电可擦除可编程rom(eeprom)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(ram)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，ram以多种形式可得，诸如静态ram(sram)、动态ram(dram)、同步dram(sdram)、双数据率sdram(ddrsdram)、增强型sdram(esdram)、同步链路(synchlink)dram(sldram)、存储器总线(rambus)直接ram(rdram)、直接存储器总线动态ram(drdram)、以及存储器总线动态ram(rdram)等。
[0196]
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0197]
以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本技术专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：
1.一种故障时光伏发电系统输出电流的计算方法，其特征在于，所述方法包括：获取光伏发电系统参数、电网发生故障的故障位置以及电网参数；根据所述电网发生故障的故障位置以及所述光伏发电系统参数和电网参数，计算电网故障后光伏发电系统的接入点的电压幅值和由故障引起的电压相角跳变量；根据所述光伏发电系统参数和电网故障后所述接入点的电压幅值和电压相角跳变量，计算所述光伏发电系统的锁相环的输出相角与所述接入点的电压相角之间的偏差，得到锁相偏差；根据所述光伏发电系统参数和电网故障后所述接入点的电压幅值，计算电网故障后所述光伏发电系统的电流控制参考值；根据所述光伏发电系统参数、所述锁相偏差和电网故障后所述光伏发电系统的电流控制参考值，计算所述光伏发电系统的三相输出电流；对每相输出电流进行分解，得到每相输出电流的故障前电流分量、输出电流稳态分量和输出电流锁相暂态分量。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光伏发电系统参数包括有功功率控制参考值和无功功率控制参考值；所述电网参数包括电网电压、所述故障位置所在线路的总线路阻抗，所述总线路阻抗包括线路电阻和线路电抗；电网故障后光伏发电系统接入点的电压幅值由以下公式(1)计算得到：所述电压相角跳变量由以下公式(2)计算得到：其中，u
gf
为电网故障后光伏发电系统接入点的电压幅值，δθ
gf
为电网故障后所述接入点的电压相角跳变量，为电网故障后所述接入点的电压相角，a1、a2、b1、b2、c1、c2均为与故障电网的电网参数相关的其他参数，p
ref
为有功功率控制参考值，q
ref
为无功功率控制参考值，u为电网电压，r为所述故障位置所在线路的线路电阻，x为所述故障位置所在线路的线路电抗。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述锁相偏差由以下公式(3-1)或公式(3-2)计算得到：δθ(t)＝δθ
f0
(t)+δθ
f
(t)
·
ε[t-t0]
ꢀꢀꢀ
公式(3-1)或，其中，δθ(t)为t时刻的锁相偏差，δθ
f0
(t)为电网故障前的锁相偏差，若t为故障后的时刻，则δθ
f
(t)为电网故障后的锁相偏差，δθ
f0
(t)和δθ
f
(t)均与所述光伏发电系统参数和电网故障后所述接入点的电压幅值和电压相角跳变量相关，t0为故障发生的初始时刻，t
为系统投入以来的任意时刻，ε[t-t0]为单位阶跃函数。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述光伏发电系统参数包括光伏发电系统的锁相环的比例系数和积分系数；δθ
f0
(t)和δθ
f
(t)由以下公式(4)或公式(5)计算得到：若则若则若则或，其中，θ
g0
表示电网故障前所述接入点的电压相角，u
gf
表示电网故障后所述光伏发电系统接入点的电压幅值，δθ
gf
表示电网故障后所述接入点的电压相角跳变量；k
pll.p
表示光伏发电系统的锁相环的比例系数，k
pll.i
表示光伏发电系统的锁相环的积分系数，a、b、γ、σ均为与光伏发电系统参数和电网故障后光伏发电系统接入点的电压幅值相关的其他参数。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光伏发电系统参数包括有功功率参考值、光伏发电系统短时允许的最大电流、无功支撑系数、光伏发电系统的额定电压幅值；电网故障后所述光伏发电系统的电流控制参考值包括i
df.ref
和i
qf.ref
；i
df.ref
和i
qf.ref
通过以下公式(6)计算得到：其中，p
ref
为有功功率控制参考值，u
gf
表示电网故障后光伏发电系统接入点的电压幅值，i
max
为光伏发电系统短时允许的最大电流，k
q
无功支撑系数，α表示接入点电压跌落系数。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，电网故障时所述光伏发电系统的三相输出电流通过以下公式(7)-公式(9)计算得到：
其中，i
af
为a相输出电流，i
bf
为b相输出电流，i
cf
为c相输出电流，i
0.ref
为故障前的电流参考值幅值，且与电网故障前光伏发电系统的电流控制参考值相关；i
f.ref
为故障后的电流参考值幅值，且与电网故障后所述光伏发电系统的电流控制参考值相关；ψ0为故障前的电流参考值相角，且与电网故障前光伏发电系统的电流控制参考值相关；ψ
f
为故障后的电流参考值相角，且与电网故障后所述光伏发电系统的电流控制参考值相关；θ
g
表示d轴与q轴的夹角，δθ(t)为t时刻的锁相偏差。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据以下公式(10)-公式(12)对每相输出电流进行分解，得到每相输出电流的故障前电流分量、输出电流稳态分量和输出电流锁相暂态分量：暂态分量：暂态分量：其中，i
a0
为故障前a相电流分量，为故障后a相输出电流稳态分量，为故障后a相输出电流锁相暂态分量；i
b0
为故障前b相电流分量，为故障后b相输出电流稳态分量，为故障后b相输出电流锁相暂态分量；i
c0
为故障前c相电流分量，为故障后c相输出电流稳态分量，为故障后c相输出电流锁相暂态分量。8.一种故障时光伏发电系统输出电流的计算装置，其特征在于，所述装置包括：参数获取模块，用于获取光伏发电系统参数、电网发生故障的故障位置以及电网参数；第一计算模块，用于根据所述电网发生故障的故障位置以及所述光伏发电系统参数和电网参数，计算电网故障后光伏发电系统的接入点的电压幅值和由故障引起的电压相角跳变量；第二计算模块，用于根据所述光伏发电系统参数和电网故障后所述接入点的电压幅值和电压相角跳变量，计算所述光伏发电系统的锁相环的输出相角与所述接入点的电压相角
之间的偏差，得到锁相偏差；第三计算模块，用于根据所述光伏发电系统参数和电网故障后所述接入点的电压幅值，计算电网故障后所述光伏发电系统的电流控制参考值；第四计算模块，用于据所述光伏发电系统参数、所述锁相偏差和电网故障后所述光伏发电系统的电流控制参考值，计算所述光伏发电系统的三相输出电流；电流分解模块，用于对每相输出电流进行分解，得到每相输出电流的故障前电流分量、输出电流稳态分量和输出电流锁相暂态分量。9.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1至7中任一项所述方法的步骤。10.一种计算机设备，包括存储器和处理器，其特征在于，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1至7中任一项所述方法的步骤。

技术总结
本申请公开了一种光伏发电系统输出电流的计算方法、装置、设备及介质，该方法包括：基于电网的故障位置、光伏发电系统参数和电网参数，计算故障后光伏发电系统的接入点的电压幅值和电压相角跳变量；计算锁相环的输出相角与接入点的电压相角之间的锁相偏差；计算故障后的电流控制参考值；根据前面得到的数据计算光伏发电系统的三相输出电流；对每相输出电流进行分解得到电流分量。本申请充分考虑电压相角跳变造成的锁相环与电网相角短时异步对光伏发电系统输出短路电流的影响，充分考虑电压幅值变化经变流器控制耦合对光伏发电系统输出短路电流的影响，可准确的计算出光伏发电系统短路电流，为电力系统的设计、运行控制、保护等提供依据。提供依据。提供依据。


技术研发人员：许守东 李世伟 石恒初 张丽 奚鑫泽 毕书奇 欧阳金鑫 游昊 孔德志 陶睿 邢超 陈勇 徐吉用 何鑫 龚辉 彭俊臻 张元龙 李杰 龙治华 高甲 丁正宏
受保护的技术使用者：云南电网有限责任公司电力科学研究院
技术研发日：2023.04.13
技术公布日：2023/7/28