第 51 卷 第 9 期 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制 Vol.51 No.9

2023年5月1日 Power System Protection and Control May 1, 2023

DOI: 10.19783/j.cnki.pspc.221346

不對稱故障下考慮光儲出力的最優(yōu)電壓支撐策略研究

陳凌彬，夏向陽，李 紅，廖一丁，郭 源，關(guān)維德

(長沙理工大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院，湖南 長沙 410114)

摘要：電網(wǎng)發(fā)生不對稱故障會導(dǎo)致公共連接點(diǎn)(point of common coupling, PCC)電壓下降，嚴(yán)重情況下還存在切機(jī)

風(fēng)險。而傳統(tǒng)電壓支撐策略易受到機(jī)組出力影響，不能靈活支撐 PCC 電壓。針對上述問題，提出了一種不對稱故

障下考慮光儲出力的最優(yōu)電壓支撐策略。首先分析了不對稱故障下的電壓支撐原理，推導(dǎo)了電壓支撐方程。然后

基于上述方程，以并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)對 PCC 電壓的運(yùn)行要求為目標(biāo)，考慮電流峰值和有功功率波動幅值為約束條件，得出

了理想的電壓支撐方案。進(jìn)一步根據(jù)光儲實(shí)際出力和理想的有功功率參考值，對光儲出力場景進(jìn)行分類。當(dāng)理想

的電流參考值無法滿足最優(yōu)解時，聯(lián)立電壓支撐方程和相應(yīng)約束方程，建立關(guān)于電流各分量的非線性方程組，可

解得最優(yōu)電流參考值。最后通過仿真驗(yàn)證了所提策略的有效性和靈活性。

關(guān)鍵詞：不對稱故障；光伏；儲能；電壓支撐；低壓穿越

An optimal voltage support strategy considering the photovoltaic and storage

output under asymmetric faults

CHEN Lingbin, XIA Xiangyang, LI Hong, LIAO Yiding, GUO Yuan, GUAN Weide

(School of Electrical and Information Engineering, Changsha University of Science and Technology, Changsha 410114, China)

Abstract: Asymmetric faults in the power grid will lead to voltage drop at the point of common coupling (PCC), even

resulting in severe risk e.g. cutting machine. However, the traditional voltage support strategy is easily affected by the

output of the unit, and cannot flexibly support the PCC voltage. For the above problems, an optimal voltage support

strategy considering the photovoltaic and storage output under asymmetric faults is proposed. First, the principle of

voltage support under asymmetric fault is analyzed, and the voltage support equation is deduced. Then, based on the

above equation, taking the grid-connected standard's operating requirements for PCC voltage as the target, and

considering the current peak value and active power fluctuation amplitude as constraints, the ideal voltage support scheme

is obtained. Further, according to the actual output of photovoltaic and energy storage and the ideal reference value of

active power, the output scenarios of photovoltaic and energy storage are classified. When the ideal current reference

value cannot satisfy the optimal solution, the voltage support equation and the corresponding constraint equation are

combined to establish a nonlinear equation system about each component of the current, and the optimal current reference

value can be solved. Finally, the effectiveness and flexibility of the proposed strategy are verified by simulation.

This work is supported by the National Natural Science Foundation of China (No. 51977014).

Key words: asymmetric fault; photovoltaic; energy storage; voltage support; low voltage ride through

0 引言

為實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰，碳中和”目標(biāo)，光伏大規(guī)模

接入電網(wǎng)，但隨著光伏裝機(jī)容量的增大，其出力缺

陷給電網(wǎng)帶來了新的挑戰(zhàn)，嚴(yán)重影響了電力系統(tǒng)的

可靠運(yùn)行[1-2]。而儲能作為解決光伏平滑接入和靈活

消納的有效手段，近年來也得到了迅速的發(fā)展。并

網(wǎng)變換器是光儲并網(wǎng)的關(guān)鍵設(shè)備，它不僅在電網(wǎng)正

基金項目：國家自然科學(xué)基金項目資助(51977014)

常運(yùn)行時要保證系統(tǒng)可靠并網(wǎng)，還應(yīng)該在電網(wǎng)故障

時具備主動支撐電網(wǎng)的能力[3-4]，保證系統(tǒng)安全地進(jìn)

行故障穿越。不對稱故障是電網(wǎng)最常見的故障類型，

一旦發(fā)生，將對整個并網(wǎng)系統(tǒng)產(chǎn)生較大的沖擊，會

造成輸出電流峰值增大、功率波動和 PCC 電壓跌

落[5-6]等不利影響。因此，研究不對稱故障下并網(wǎng)變

換器的控制策略具有重要意義。

早期研究主要針對有功功率波動、無功功率波

動和電流平衡進(jìn)行控制，常用的控制策略有瞬時有

功無功控制、平均有功無功控制、正序分量瞬時控

陳凌彬，等 不對稱故障下考慮光儲出力的最優(yōu)電壓支撐策略研究 - 77 -

制、平衡正序分量控制和正負(fù)序分量補(bǔ)償控制[7-8]。

由于上述 5 種控制策略的控制目標(biāo)單一，很難靈活

應(yīng)對電網(wǎng)故障，于是文獻(xiàn)[9]提出了多目標(biāo)控制策

略，對有功功率波動、無功功率波動和電流平衡進(jìn)

行協(xié)調(diào)控制。對于低壓穿越而言，不僅要實(shí)現(xiàn)對功

率和電流的靈活控制，還要保證 PCC 電壓滿足運(yùn)行

要求[10]。例如德國的并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，若正序電壓低

于額定電壓的 90%，正序電壓每跌落 1%則并網(wǎng)變

換器需要向電網(wǎng)提供 2%的無功電流[11]。但是，現(xiàn)

有的并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)只考慮抬升正序電壓，沒有將降低負(fù)

序電壓作為控制目標(biāo)，并且還忽略了電網(wǎng)實(shí)際阻抗，

很容易造成電壓支撐效果不佳或者電壓越限。鑒于

此，文獻(xiàn)[12]以最大化抬升正序電壓為主要目標(biāo)，

在保證有功功率波動和電流峰值不越限的前提下，

進(jìn)一步降低了負(fù)序電壓。文獻(xiàn)[13-14]同時整定了正

負(fù)序無功電流參考值，不僅實(shí)現(xiàn)了電壓支撐，還降

低了電壓的不平衡度。

然而，上述研究針對的是大功率高壓電網(wǎng)，不

適用于中低壓配電網(wǎng)。在配電網(wǎng)中，系統(tǒng)阻抗呈現(xiàn)

阻感性[15]，因此不能僅靠輸出無功電流來支撐電

壓。為解決此問題，文獻(xiàn)[16]以支撐最低相電壓為

目標(biāo)，并根據(jù)線路阻抗比分配正序有功電流和無功

電流，實(shí)現(xiàn)了有效支撐最低相電壓，由于沒有考慮

降低負(fù)序電壓，仍具有局限性。文獻(xiàn)[17]以抬升正

序電壓為首要目標(biāo)，降低負(fù)序電壓為次要目標(biāo)，通

過拉格朗日乘數(shù)法整定了正負(fù)序有功電流和無功電

流參考值，能有效支撐 PCC 電壓。文獻(xiàn)[18]以小功

率分布式電源為研究對象，在根據(jù)阻抗比分配電流

各分量的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了最大化支撐 PCC 電壓。文

獻(xiàn)[17,19-20]證明了發(fā)電系統(tǒng)出力較大且并網(wǎng)變換

器輸出受限時，以阻抗比來約束電流各分量能最大

化支撐 PCC 電壓。需要注意的是，現(xiàn)有阻感性電網(wǎng)

故障下的電壓支撐策略，主要是根據(jù)阻抗比來分配

電流各分量，但電壓支撐效果往往還受到發(fā)電系統(tǒng)

有功出力的影響。當(dāng)有功出力較小時，根據(jù)阻抗比

分配電流各分量容易造成電壓支撐效果不佳；當(dāng)有

功出力較大時，根據(jù)阻抗比分配電流各分量會造成

大量棄光棄風(fēng)現(xiàn)象。因此，以阻抗比來約束電流各

分量不是所有情況下的最優(yōu)解。為實(shí)現(xiàn)不對稱故障

下靈活支撐 PCC 電壓，并網(wǎng)變換器的控制策略還需

進(jìn)一步優(yōu)化和完善。

針對上述問題，本文提出了一種不對稱故障下

考慮光儲出力的最優(yōu)電壓支撐策略。首先分析了不

對稱故障下的電壓支撐原理，推導(dǎo)了電壓支撐方程。

然后基于上述電壓支撐方程，以并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)對 PCC 電

壓的運(yùn)行要求為目標(biāo)，以最大電流峰值和有功功率

波動幅值為約束條件，得到了理想的電流參考值。

進(jìn)一步根據(jù)光儲實(shí)際出力和理想的有功功率參考

值，對光儲出力場景進(jìn)行分類。在理想的電流參考

值無法滿足最優(yōu)解時，聯(lián)立電壓支撐方程和相應(yīng)的

約束方程，建立關(guān)于電流各分量的非線性方程組，

可解得此時的最優(yōu)電流參考值。最后通過仿真驗(yàn)證

了所提策略的有效性和靈活性。

1 不對稱故障下的電壓支撐原理

光儲并網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。圖中：Cpvf 為

光伏輸出濾波電容；Lpvf 為光伏輸出濾波電感；Cbatf

為儲能輸出濾波電容； Lbatf 為儲能輸出濾波電感；

Cdc 為直流側(cè)電容；Udc 為直流側(cè)電壓；Lf 為交流側(cè)

濾波電感； abc i 為并網(wǎng)變換器輸出電流； abc u 為 PCC

電壓。光儲并網(wǎng)系統(tǒng)一般經(jīng)升壓變壓器并網(wǎng)，本文

在圖 1 中簡化了結(jié)構(gòu)，將電網(wǎng)參數(shù)都折算至低壓側(cè)，

Lg 為折算至低壓側(cè)的等效電感； Rg 為折算至低壓

側(cè)的等效電阻； gabc u 為折算至低壓側(cè)的電網(wǎng)電壓。

圖 1 光儲并網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

Fig. 1 Structure of photovoltaic and energy storage

grid-connected system

在圖 1 中，光伏系統(tǒng)首先利用 Boost 變換器實(shí)

現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤(maximum power point tracking,

MPPT)控制，然后通過后級并網(wǎng)變換器將功率輸送

到電網(wǎng)，儲能系統(tǒng)的作用是配合光伏出力和穩(wěn)定直

流側(cè)電壓。光儲并網(wǎng)系統(tǒng)的出力原理為

P PP bat c pvmpp ? ? (1)

式中： Pbat 為儲能系統(tǒng)輸出的功率； Pc 為調(diào)度中心

下發(fā)的功率指令；Ppvmpp 為光伏最大功率點(diǎn)(maximum

power point, MPP)功率。

升壓變壓器通常采用Dyn11或Yyn0接線方式，

故發(fā)生不對稱故障時，低壓側(cè)不能為零序分量提供

通路，可忽略零序分量，因此 PCC 電壓 u、電網(wǎng)電

壓 g u 和輸出電流 i 在?? 坐標(biāo)系上可表示為

cos( ) cos( )

sin( ) sin( )

u Ut Ut

u

u Ut Ut

?

?

?? ??

?? ??

? ?? ?

? ?? ?

? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ?

(2)

- 78 - 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制

g g gg g

g

g g gg g

cos( ) cos( )

sin( ) sin( )

uU t U t

u

u Ut Ut

?

?

?? ??

?? ??

? ?? ?

? ?? ?

? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?

(3)

+ +

p q

+ +

p q

p q

p q

cos( ) sin( )

sin( ) cos( )

cos( ) sin( )

sin( ) cos( )

i I t It

i i It I t

I t It

It I t

?

?

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?? ??

?? ??

?? ??

? ?

? ?

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? ? ? ? ?? ?

?? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?

? ? ?? ? ? ?

? ?? ? ? ?

(4)

式中：u? 、u? 、 g u ? 、 g u ? 、i

?、i? 分別為??坐標(biāo)

系上的 PCC 電壓、電網(wǎng)電壓和輸出電流；U? 和U?

分別為 PCC 正負(fù)序電壓幅值；Ug

? 和Ug

? 分別為電網(wǎng)

正負(fù)序電壓幅值；?? 和?? 分別為 PCC 正負(fù)序電壓

相位；? g

? 和? g

? 分別為電網(wǎng)正負(fù)序電壓相位；?為基

波角頻率； +

p I 和 p I ? 分別為正負(fù)序有功電流幅值； +

q I

和 q I ? 分別為正負(fù)序無功電流幅值，當(dāng)上述電流幅值

為正時，表示輸出，反之表示吸收。

由式(2)可得到 PCC 電壓幅值最大值Umax 和最

小值Umin ，如式(5)所示。

????

????

2 2

max max

2 2

min min

max

min

2

2

max cos( ),cos( 120 ),

cos( 120 )

min cos( ),cos( 120 ),

cos( 120 )

U UU U U

U UU U U

?

?

? ?? ??

? ?

? ?? ??

? ?

? ? ? ?

? ? ? ?

?? ??

? ?

?? ??

? ?

? ? ?? ?

? ? ?? ?

?

? ? ?

? ? ?? ?

? ? ? ?? ?

? ? ?? ? ?? ?

? ? ? ? ? ?

?

?

?

?

(5)

根據(jù)圖 1，可得到 PCC 電壓與電網(wǎng)電壓的電氣

關(guān)系為

gg g

d

d

i u u Ri L

t

?? ? (6)

將式(2)—式(4)代入式(6)，并進(jìn)一步化簡，可

得到

+ +

g gp gq

+ +

g gq gp

g gp gq

g gq gp

g

g

cos

sin + 0

cos +

sin 0

U U RI LI

U RI LI

U U RI LI

U RI LI

? ?

? ?

? ?

? ?

???

???

?? ?

? ?

?? ? ? ?

?? ? ?

? ??

? ??

? ? ?? ?

? ? ?

?

? ? ?

?

? ?? ?

? ? ? ?

? ? ? ?

(7)

式中：?? 為 PCC 正序電壓和電網(wǎng)正序電壓相位之

差；?? 為 PCC 負(fù)序電壓和電網(wǎng)負(fù)序電壓相位之差。

由式(5)和式(7)可知，合理輸出有功電流和無功

電流，能有效抬升正序電壓與降低負(fù)序電壓。而提

前獲取線路電阻和電感是關(guān)鍵，可通過注入非特征

諧波[21]在線測量線路阻抗。為實(shí)現(xiàn)有效支撐 PCC

電壓，下文將式(5)和式(7)作為電壓支撐方程來分析

PCC 電壓支撐策略。

2 理想的電壓支撐方案

2.1 電壓參考值

為便于對電壓支撐策略進(jìn)行分析，以電網(wǎng)最常

見的故障，即單相接地故障為例進(jìn)行說明。假設(shè)發(fā)

生 A 相接地故障，忽略相位跳變，電網(wǎng)三相電壓[17]

可表示為

ga N

gb N

gc N

cos( )

cos( 120 )

cos( 120 )

u kU t

uU t

uU t

?

?

?

? ? ?

? ? ? ?

? ? ? ? ?

(8)

式中：UN 為電網(wǎng)額定電壓；k 為電壓跌落程度系數(shù)，

k?[0,1]。

由對稱分量法可得到電網(wǎng)電壓正負(fù)序分量的表

達(dá)式為

gg g N

gg g N

2 cos( ) cos( ) 3

1 cos( ) cos( 180 ) 3

k uU t U t

k uU t U t

?? ?

?? ?

?? ?

?? ?

? ?

? ?? ??

? ? ? ? ? ? ?? ??

(9)

控制 PCC 正負(fù)序電壓的夾角與電網(wǎng)正負(fù)序電

壓的夾角一致，即?? ??? ，有利于簡化控制，下文

將用?? 代替?? 。由式(5)和式(9)可得到

???? 2 2

max

min

U UU U U

U UU

? ? ? ?

? ?

?

? ? ?? ?

?? ? ?

(10)

并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)[22]規(guī)定：當(dāng) PCC 電壓處于 0.9~

1.1 p.u. ，并網(wǎng)系統(tǒng)可不脫網(wǎng)連續(xù)運(yùn)行。將

max N U U ?1.1 和 min N U U ? 0.9 代入式(10)，可得到正

序電壓參考值Uref1

? 和負(fù)序電壓參考值Uref1

? 為

ref1 N

ref1 N

2.7 12.09

6

12.09 2.7

6

U U

U U

?

?

? ? ? ? ?

?

? ? ? ??

(11)

由式(10)和式(11)可知，當(dāng)U U g ref1

? ? ≤ 時，只需

抬升正序電壓就能支撐 PCC 電壓至0.9UN ~1.1UN 。

將 min N U U ? 0.9 和U Ug

? ? ? 代入式(10)，可得到正序

電壓參考值Uref2

? 為

ref2 N g U UU 0.9 + ? ? ? (12)

2.2 理想的電流參考值

根據(jù)阻抗比分配電流時，電流各分量之間的關(guān)

陳凌彬，等 不對稱故障下考慮光儲出力的最優(yōu)電壓支撐策略研究 - 79 -

系可表示為 +

qq g

+

p p g

I I L

I I R

? ?

? ? ? ? (13)

此時 PCC 電壓與電網(wǎng)電壓相位一致，即

? 0 ? ? 。將式(13)代入式(7)，可得到

+ 2

g pg g g

2

g pg g g

( )

( )

U U IR L R

U U IR L R

?

?

? ?

? ??

? ?? ? ? ? ?? ? ?

? ?? ? ? ? ? ? ?

(14)

當(dāng)U U g ref1

? ? ≤ 時，只需抬升正序電壓，若不考

慮光儲實(shí)際出力的影響，由式(12)—式(14)可得到電

流參考值 ref1 I 為

+ g ref2 g

pref1

+ + g

qref1 pref

g

pref1

qref1

( )

0

0

RU U

I

A

L

I I

R

I

I

?

? ?

?

?

? ? ? ?

?

?

? ? ?

?

? ? ?

? ? ?

(15)

式中， 2 2

g g A ? ? () ( ) R L ? ； +

pref1 I 、 +

qref1 I 、 pref1 I ? 和 qref1 I ?

分別為電流參考值 ref1 I 所對應(yīng)的正序有功、無功電

流參考值和負(fù)序有功、無功電流參考值。

為保證并網(wǎng)系統(tǒng)的安全，還需對并網(wǎng)變換器的

輸出性能進(jìn)行限制。由式(2)和式(4)，可得到 PCC

有功功率各分量和電流峰值的表達(dá)式為

p p

2 2

p p q q lim

3 ( )

2

3 ( )( ) 2

P UI UI

P IU IU IU IU P

?? ??

?? ?? ?? ??

? ? ? ?

?

?

??? ? ? ? ? ?? ≤

(16)

2 2

max lim

2 2

p q

2 2

p q

qp qp

() () 2

() ()

() ()

max cos( ),cos( 120 ),cos( 120 )

atan 2( , ) atan 2( , )

I I I II I

III

III

II II

?

? ?? ?

?? ?

? ? ??

???

???

? ?? ? ??

? ? ?? ?

? ? ? ?

?

? ? ? ?

? ? ?? ? ? ? ? ?

? ?? ?? ?

≤

? ?

(17)

式中：P 為有功功率的平均值；ΔP 為有功功率波動

幅值；?Plim 為允許的最大有功功率波動幅值； max I

為最大電流峰值； lim I 為允許的最大電流峰值；I ? 、

I ? 分別為正、負(fù)序電流幅值。

若式(15)會使并網(wǎng)變換器輸出性能越限，則令

U Ug

? ? ? 、 max lim I ? I 和 ? ?? P Plim ，由式(13)、式(14)、

式(16)和式(17)，可得到電流參考值 ref2 I 為

lim g lim g +

pref2

g

+ + g

qref2 pref2

g

pref2

qref2

2

min ,

3

0

0

I R PR

I

A U A

L

I I

R

I

I

?

?

?

?

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

?

? ?

?

? ? ?

? ? ?

(18)

式中， +

pref2 I 、 +

qref2 I 、 pref2 I ? 和 qref2 I ? 分別為電流參考值

ref2 I 所對應(yīng)的正序有功、無功電流參考值和負(fù)序有功、

無功電流參考值。

當(dāng)U U g ref1

?

＞ ? 時，首先判斷僅抬升正序電壓能否

將 Umax 支撐至 1.1 UN 以上。將 max N U U ?1.1 和

U Ug

? ? ? 代入式(10)，可得到正序電壓參考值Uref3

? 為

2 2

gg N

ref3

3( ) 4.84

2

UU U

U

? ?

? ? ?? ? ? (19)

由式(14)和式(19)，可得到電流參考值 ref3 I 為

+ g ref3 g

pref3

+ + g

qref3 pref3

g

pref3

qref3

( )

0

0

RU U

I

A

L

I I

R

I

I

?

? ?

?

?

? ? ? ?

?

?

? ? ?

?

? ? ?

? ? ?

(20)

式中， +

pref3 I 、 +

qref3 I 、 pref3 I ? 和 qref3 I ? 分別為電流參考值

ref3 I 所對應(yīng)的正序有功、無功電流參考值和負(fù)序有

功、無功電流參考值。

若式(20)會使并網(wǎng)變換器輸出性能越限，則說

明僅抬升正序電壓不能將Umax 支撐至 1.1UN 以上，

此時的電流參考值可通過式(18)進(jìn)行計算。否則，

同時抬升正序電壓和降低負(fù)序電壓，把Umax 穩(wěn)定在

1.1UN ，將Umin 支撐至 0.9UN 。由式(11)、式(13)和

式(14)，可得到電流參考值 ref4 I 為

+ g ref1 g

pref4

+ + g

qref4 pref4

g

g ref1 g

pref4

g

qref4 pref4

g

( )

( )

RU U

I

A

L

I I

R

RU U

I

A

L

I I

R

?

?

? ?

? ?

?

? ?

? ? ? ?

?

?

? ? ?

?

? ? ? ?

?

? ? ? ?

?

(21)

- 80 - 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制

式中， +

pref4 I 、 +

qref4 I 、 pref4 I ? 和 qref4 I ? 分別為電流參考值

ref4 I 所對應(yīng)的正序有功、無功電流參考值和負(fù)序有

功、無功電流參考值。

若式(21)會使并網(wǎng)變換器輸出性能越限，則重

新整定電流參考值。由式(10)、式(13)、式(14)、式

(16)和式(17)可知，Umax 、 max I 和 ΔP 都能看作關(guān)于

+

p I 和 p I ? 的二元函數(shù)。為最大化支撐 PCC 電壓，令

max N U U ?1.1 、 max lim I ? I 和 ? ?? P Plim ，可得到兩個

二元方程組，如式(22)所示。

????

????

2 2

N

lim

2 2

N

2 2

p p q q lim

g g

1.1

1.1

3 ( )( ) 2

,

U U UU U

III

U U UU U

I U IU IU IU P

U UU U

? ? ? ?

? ?

? ? ? ?

?? ?? ?? ??

? ?? ?

??

? ??? ??

??? ? ? ?

?? ??? ??

??

?? ? ? ? ?? ??

?

? ＞ ＜

(22)

將式(13)和式(14)代入式(22)，再利用牛頓迭代

法求解[23]，可得到兩組解，選取其中 max I 較小的一

組作為電流參考值 ref5 I ( +

pref5 I 、 +

qref5 I 、 pref5 I ? 和 qref5 I ? )，

其中， +

pref5 I 、 +

qref5 I 、 pref5 I ? 和 qref5 I ? 分別為電流參考值

ref5 I 所對應(yīng)的正序有功、無功電流參考值和負(fù)序有

功、無功電流參考值。

3 最優(yōu)電壓支撐策略

3.1 光儲出力場景分類

儲能系統(tǒng)的充放電性能一般用倍率進(jìn)行描述，

充放電倍率越高，充放電功率就越大。而儲能電池

在高倍率下進(jìn)行充放電時，會損害電池壽命，不利

于系統(tǒng)安全運(yùn)行。以文獻(xiàn)[24]為參考，設(shè)置儲能系

統(tǒng)充放電功率不超過其額定充放電功率，即

?PcN bat dN ≤ ≤ P P (23)

式中： PcN 為儲能系統(tǒng)額定充電功率； PdN 為儲能系

統(tǒng)額定放電功率。

荷電狀態(tài)(state of charge, SOC)也是影響儲能系

統(tǒng)出力的重要因素，在實(shí)際工程中，當(dāng) SOC 低于

20%，儲能系統(tǒng)不再進(jìn)行放電工作，此時可將 PdN 看

作 0；當(dāng) SOC 處于 20%~80%，儲能系統(tǒng)可以進(jìn)行

正常的充放電工作；當(dāng) SOC 高于 80%，儲能系統(tǒng)

不再進(jìn)行充電工作，此時可將 PcN 看作 0。

不考慮棄光時，光儲出力范圍可表示為

PoutL pvmpp cN out pvmpp dN outH ?? ? P P P P PP ≤ ≤ + (24)

式中： Pout 為光儲出力； PoutL 為不考慮棄光時的最

小出力； PoutH 為不考慮棄光時的最大出力。

根據(jù)光儲實(shí)際出力和理想的有功功率參考值，

可劃分 4 個場景。

1) 理想的有功功率參考值大于 PoutH ：若仍按阻

抗比分配電流各分量，將達(dá)不到理想的電流參考值，

會造成電壓支撐效果不佳。此時為提升電壓支撐效

果，需要輸出更多的無功功率。

2) 理想的有功功率參考值大于 PoutL ，且小于

PoutH ：此時可按照理想的電流參考值輸出電流。

3) 理想的有功功率參考值小于 PoutL ，且理想的

電流參考值為 ref1 I 或者 ref4 I ：若仍按 ref1 I 或者 ref4 I 輸

出電流，會造成大量棄光現(xiàn)象。此時為減小棄光量，

需要輸出更多的有功功率。

4) 理想的有功功率參考值小于 PoutL ，且理想的

電流參考值為 ref2 I 或者 ref5 I ：此時并網(wǎng)變換器輸出受

限[17,19-20]，根據(jù)阻抗比分配電流各分量能最大化支

撐電壓。

ref2 I 或者 ref5 I 可作為第 4 種場景下的最優(yōu)解，而

在第 1 種和第 3 種場景下，以阻抗比來約束電流各

分量不是最優(yōu)解。為實(shí)現(xiàn)最優(yōu)電壓支撐，還需進(jìn)一

步整定不同光儲出力時的最優(yōu)電流參考值。

3.2 最優(yōu)電壓支撐策略的電流參考值

將式(7)、Umax 、P、ΔP 和 max I 都看作非線性

方程，如式(25)和式(26)所示。

+ +

1 g gp gq

+ +

2 g gq gp

3 g gp gq

4 g gq gp

cos 0

sin + =0

cos 0

sin 0

f U U RI LI

f U RI LI

f U U RI LI

f U RI LI

? ?

? ?

? ?

? ?

?? ?

? ?

?? ? ? ?

?? ? ?

? ? ? ?? ? ?

? ? ? ?

?

? ? ? ?? ?

?

? ? ?? ? ?

(25)

式中： 1f 、 2f 為正序電壓抬升方程； 3f 、 4f 為負(fù)序

電壓抑制方程。

???? 2 2

u max max

p pp

2 2

p pp qq

2 2

i max

2 0

3 ( )0

2

3 ( )( ) 2

0

() () 2 0

f UU U U U

f UI UI P

f IU IU IU IU

P

f I I II I

?

?

? ? ? ?

?? ??

?? ?? ?? ??

?

? ? ??

? ? ? ? ?? ?

?

? ? ? ??

??

? ? ? ?? ? ?

?

? ? ?

?

? ? ? ? ?? ?

(26)

式中： uf 為 Umax的約束方程； pf 為 P 的約束方程；

p f? 為?P 的約束方程； i f 為 Imax的約束方程。

1) U U g ref1

? ≤ ?

陳凌彬，等 不對稱故障下考慮光儲出力的最優(yōu)電壓支撐策略研究 - 81 -

在理想的電壓支撐方案下，電流參考值為 ref1 I

或者 ref2 I ， ref1 I 和 ref2 I 對應(yīng)的有功功率參考值 Pref1和

Pref2 分別為

+ +

ref1 pref1 g pref1

g

+ +

ref2 pref2 g pref2

g

1.5

1.5

A

P I U I

R

A

P I U I

R

?

?

? ? ? ? ? ? ? ? ??? ?

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

(27)

當(dāng) outH ref1 ref2 0 min( , ) ≤ ＜ 時，為實(shí)現(xiàn)有效支 P PP

撐 PCC 電壓，必須增大無功功率的輸出。聯(lián)立式(25)

和 pf ，可得到方程組 F1 為

1 p1234 g g F fffff U UU U ( , , , , ), , ? ?? ? ? ＞ ≤ (28)

將U Uref2

? ? ? 、U Ug

? ? ? 和 P ? PoutH 代入式(28)，

可得到一個關(guān)于電流各分量和?? 的五元非線性方

程組，再利用牛頓迭代法求解，可解得一組解。同

時為保證并網(wǎng)變換器輸出性能不越限，聯(lián)立式(25)、

pf 和 i f ，可得到非線性方程組 F2 ；聯(lián)立式(25)、 pf

和 p f? ，可得到非線性方程組 F3 。

2 ip1234

g g

3 pp1234

(, ,, , , ) , , ( ,,,,, )

F ff ff ff

U UU U

F f fffff

? ?? ?

?

? ? ?

?

? ? ?

＞ ≤ (29)

將U Ug

? ? ? 、P ? PoutH 、 max lim I ? I 和 ? ?? P Plim

代入式(29)，可得到兩個關(guān)于電流各分量、?? 和U?

的六元非線性方程組，進(jìn)而可解得兩組解。最后在

解得的 3 組電流參考值中，選取 max I 較小的一組為

最終解。當(dāng) min( , ) Pref1 ref2 ref2 P P ? 時，通過式(29)即可

解得最終的電流參考值。由于牛頓迭代法的局部收

斂性，設(shè)置接近真實(shí)值的迭代初值有利于加快迭代

速度，迭代初值的設(shè)置見附錄 A。

當(dāng) PoutL ref1 ref2 outH ≤ ≤ 時，儲能能完全 min( , ) PP P

補(bǔ)償光伏出力，電流參考值仍可通過式(15)或式(18)

進(jìn)行計算。

當(dāng) min( , ) Pref1 ref2 ref1 outL P PP ? ＜ 時，為實(shí)現(xiàn)有效支

撐 PCC 電壓又減少棄光量，必須增大有功功率的輸

出。將U Uref2

? ? ? 、U Ug

? ? ? 、 max lim I ? I 和 ? ?? P Plim

代入式(29)，可得到兩個關(guān)于電流各分量、?? 和 P

的六元非線性方程組。需要注意的是，增大無功功

率的輸出也能實(shí)現(xiàn)U Uref2

? ? ? 和U Ug

? ? ? 。此時迭代

初值不僅會影響算法的收斂速度，還會影響算法的

收斂方向，根據(jù)附錄 A 設(shè)置迭代初值，可以解得兩

組滿足要求的解，再選取較小的 P 作為允許的最大

有功功率參考值 Prefmax 。若 P P outL refmax ≤ ，則將

U Uref2

? ? ? 、U Ug

? ? ? 和 P ? PoutL 代入式(28)，可解得

最終的電流參考值。否則，進(jìn)行棄光，將 Prefmax 對

應(yīng)的電流參考值作為最終解，棄光量為

P P outL refmax ? 。

當(dāng) min( , ) Pref1 ref2 ref2 outL P PP ? ＜ 時，根據(jù)阻抗比分

配電流各分量是最優(yōu)解，電流參考值可通過式(18)

進(jìn)行計算，棄光量為 PoutL ref2 ? P 。

2) U U g ref1

?

＞ ?

在理想的電壓支撐方案下，僅抬升正序電壓不

能將Umax 支撐至 1.1UN 以上時，電流參考值為 ref2 I 。

若考慮光儲實(shí)際出力，則按照 U U g ref1

?

＞ ? 且

min( , ) Pref1 ref2 ref2 P P ? 時的方法計算電流參考值。

在理想的電壓支撐方案下，僅抬升正序電壓能

夠?qū)max 支撐至 1.1UN 以上時，電流參考值為 ref4 I

或者 ref5 I 。 ref3 I 、 ref4 I 和 ref5 I 對應(yīng)的有功功率參考值

Pref3、 Pref4 和 Pref5 分別為

+ +

ref3 pref3 g pref3

g

+ +

ref4 pref4 g pref4

g

pref4 g pref4

g

+ +

ref5 pref5 g pref5

g

pref5 g pref5

g

ref3 ref4 ref5

1.5

1.5

1.5

1.5

1.5

min( , )

A

P I U I

R

A

P I U I

R

A

I U I

R

A

P I U I

R

A

I U I

R

P PP

?

?

? ? ?

?

? ? ?

? ? ? ? ? ? ? ? ?

? ? ? ? ? ? ?

? ?

? ? ? ? ? ? ? ?

? ? ? ? ? ? ?

? ?

? ? ? ? ? ? ?

＜

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

(30)

當(dāng) P PP outH ref4 ref5 ＜ 時，可分為兩種情況， min( , )

即 Pref3 outH ≤ 和 P outH ref3 0≤ ＜。 P P

當(dāng) Pref3 outH ≤ 時，將 P U Uref1

? ? ? 、U Uref1

? ? ＞ 和

P ? PoutH 代入式(28)，可解得一組解。同時聯(lián)立式

(25)、 pf 、 i f 和 uf ，可得到非線性方程組 F4 ；聯(lián)立

式(25)、 pf 、 p f? 和 uf ，可得到非線性方程組 F5 。

4 uip1234

g g

5 u pp1234

(,, ,, ,, ) , , (, ,,,,, )

F f ff ff ff

U UU U

F f f fffff

? ?? ?

?

? ? ?

?

? ? ?

＞ ≤

(31)

將 max N U U ?1.1 、 P ? PoutH 、 max lim I ? I 和 ?P ?

?Plim 代入式(31)，可得到兩個關(guān)于電流各分量、?? 、

U? 和U? 的七元非線性方程組，進(jìn)而可解得兩組

- 82 - 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制

解。最后在解得的三組電流參考值中，選取 max I 較

小的一組為最終解。min( , ) Pref4 ref5 ref5 P P ? 時，通過式

(31)即可解得最終的電流參考值。

當(dāng) outH ref3 0≤ ＜ 時， P P 首先需要判斷僅抬升正序

電壓能否將Umax 支撐至 1.1UN 以上。將U Uref3

? ? ? 、

U Ug

? ? ? 和 P ? PoutH 代入式(28)，可解得一組電流。

若此電流會使并網(wǎng)變換器輸出性能越限，則按照

U U g ref1

? ? ≤ 且 PoutH ref1 ref2 ref2 ＜ 時的方法計 min( , ) PP P ?

算電流參考值。否則，按照 Pref3 outH ≤ 時的方法計 P

算電流參考值。

當(dāng) PoutL ref4 ref5 outH ≤ ≤ 時，儲能能完全 min( , ) PP P

補(bǔ)償光伏出力，電流參考值仍可通過式(21)或式(22)

進(jìn)行計算。

當(dāng) min( , ) Pref4 ref5 ref4 outL P PP ? ＜ 時，電流參考值的

計算方法與U U g ref1

? ? ≤ 且 min( , ) Pref1 ref2 ref1 outL P PP ? ＜

時類似。首先利用式(29)求解 Prefmax ，然后通過比較

Prefmax 與 PoutL 的大小，進(jìn)一步整定最終的電流參考

值。需要注意的是，正負(fù)序電壓需替換為Uref1

? 和

Uref1

? 進(jìn)行計算。

當(dāng) min( , ) Pref4 ref5 ref5 outL P PP ? ＜ 時，式(22)是此時

的最優(yōu)解，棄光量為 PoutL ref5 ? P 。

4 仿真分析

為了驗(yàn)證所提最優(yōu)電壓支撐策略的有效性，在

Matlab/Simulink 中搭建了如圖 1 所示的光儲并網(wǎng)系

統(tǒng)仿真模型，控制結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。在仿真中，設(shè)

置 lim I 為 1 p.u.， ?Plim 為 0.3 p.u.。光伏列陣為 20 串

12 并，環(huán)境溫度保持 25 ℃不變，光伏列陣參數(shù)和

系統(tǒng)其他參數(shù)如表 1 所示。

在圖 2 中，若所提策略整定的有功功率參考值

大于 PoutL ，光伏 Boost 變換器繼續(xù)運(yùn)行在 MPPT 模

式；否則，進(jìn)行棄光，光伏 Boost 變換器運(yùn)行在

Non-MPPT 模式。MPPT 和 Non-MPPT 非本文重點(diǎn)，

具體控制過程可參考文獻(xiàn)[25]。

通過改變 A 相電壓跌落程度設(shè)計 3 個故障場

景，故障場景設(shè)置如表 2 所示。并且在每種故障場

景中，設(shè)置不同的光儲出力來驗(yàn)證最優(yōu)電壓支撐策

略的靈活性。

4.1 故障場景 1：A 相電壓跌落至 65%

0.3 s 時電網(wǎng)發(fā)生 A 相接地故障，電壓跌落至

0.65 p.u.，1.1 s 時電網(wǎng)恢復(fù)正常。由式(15)和式(27)，

可得到理想的正負(fù)序有功電流參考值分別為

32.07 A和0 A，正負(fù)序無功電流參考值分別為25.17 A

表 1 系統(tǒng)仿真參數(shù)

Table 1 Parameters of system simulation

光伏列陣參數(shù) 取值

開路電壓/V

短路電流/A

MPP 電壓/V

MPP 電流/A

36.3×20

7.84×12

29×20

7.35×12

系統(tǒng)其他參數(shù) 取值

光伏輸出濾波電感/mH

光伏輸出濾波電容/?F

儲能系統(tǒng)額定電壓/V

儲能系統(tǒng)額定放電功率/kW

儲能系統(tǒng)額定充電功率/kW

儲能輸出濾波電感/mH

儲能輸出濾波電容/?F

并網(wǎng)變換器額定功率/kW

并網(wǎng)變換器額定電流/A

直流側(cè)電壓/V

直流側(cè)電容/?F

電網(wǎng)電壓/V

交流側(cè)濾波電感/mH

線路電阻/?

線路電感/mH

5

100

550

10

8

5

100

50

107.18

800

5000

311

2

0.8

2

圖 2 控制結(jié)構(gòu)圖

Fig. 2 Control structure diagram

表 2 故障場景設(shè)置

Table 2 Setting of fault scenarios

場景 k g U /V?

g U /V? ?? ? g g ? /( ) ? ?

? ?

1

2

3

0.65

0.4

0

274.72

248.8

207.3

36.28

62.2

103.7

180

180

180

陳凌彬，等 不對稱故障下考慮光儲出力的最優(yōu)電壓支撐策略研究 - 83 -

和 0 A，有功功率參考值 Pref1為 15 209.84 W，理論

上可將 PCC 電壓支撐至 0.9UN ~1.1UN 。在故障場

景 1 中，所提策略整定的 Prefmax 為 44 478.9 W，不

同光儲出力時的電流參考值如表 3 所示。

表 3 故障場景 1 中電流參考值的設(shè)置

Table 3 Setting of current reference value in fault scenario 1

算例 pvmpp P /kW SOC/% +

pref I /A pref I /A ? +

qref I /A qref I /A ?

1

2

3

4

10

20

40

50

15

50

50

85

21.25

32.07

66.94

92.86

?1.43

0

4.61

8.03

39.96

25.17

?11.57

?31.55

?1.95

0

4.85

7.49

0.3~0.5 s 期間，采用算例 1；0.5~0.7 s 期間，

采用算例 2；0.7~0.9 s 期間，采用算例 3；0.9~1.1 s

期間，采用算例 4。仿真結(jié)果如圖 3 所示。

圖 3 故障場景 1 的仿真結(jié)果

Fig. 3 Simulation result of fault scenario 1

由圖 3 可知，0.3~0.5 s 期間， PoutH 小于 Pref1，

但仍能將 PCC 電壓支撐至 N 0.9U ~ N 1.1U 。若根據(jù)

阻抗比分配電流各分量，可得到正負(fù)序有功電流參

考值分別為 21.99 A 和 0 A，正負(fù)序無功電流參考值

分別為 17.26 A 和 0 A，代入式(10)和式(14)，可得

到Umin 的理論值為 N 266.87 V 0.9 ＜ 。由此說明， U

在光儲出力較小時，根據(jù)阻抗比分配電流各分量會

影響電壓支撐效果。0.5~0.7 s 期間，光伏出力大于

Pref1，而儲能能完全補(bǔ)償光伏出力，因此按照理想

的電流參考值輸出電流，能將 PCC 電壓支撐至

N 0.9U ~ N 1.1U ，加入儲能后，棄光量減少了

4739 W。0.7~0.9 s 期間， PoutL 遠(yuǎn)大于 Pref1，但所提

策略能在不棄光的基礎(chǔ)上，將 PCC 電壓支撐至

N 0.9U ~ N 1.1U ，相較于理想的電壓支撐方案，棄光

量減少了 24 780 W。0.9~1.1s 期間，由于 PoutL 大于

Prefmax ，因此采用 Prefmax 對應(yīng)的電流參考值進(jìn)行電壓

支撐，能將 PCC 電壓支撐至 N 0.9U ~ N 1.1U ，但需

要進(jìn)行棄光，棄光量為 5520 W，相較于理想的電壓

支撐方案，棄光量減少了 29 260 W。需要注意的是，

在算例 2 變化至算例 4 的過程中，電流峰值和有功

功率波動幅值都不斷增大。由此說明，當(dāng)電壓支撐

效果相同時，根據(jù)阻抗比分配電流各分量能使并網(wǎng)

變換器所剩容量最大，驗(yàn)證了文獻(xiàn)[17,19-20]的正確

性，即發(fā)電系統(tǒng)出力較大且并網(wǎng)變換器輸出受限時，

以阻抗比來約束電流各分量能最大化支撐 PCC 電

壓。同時，在上述 4 種算例中，所提策略還保證了

電流峰值和有功功率波動幅值不越限，使得并網(wǎng)變

換器能安全地支撐 PCC 電壓。

4.2 故障場景 2：A 相電壓跌落至 40%

0.3 s 時電網(wǎng)發(fā)生 A 相接地故障，電壓跌落至

0.4 p.u.，1.1 s 時電網(wǎng)恢復(fù)正常。由式(21)和式(30)，

可得到理想的正負(fù)序有功電流參考值分別為

55.20 A 和?16.95 A，正負(fù)序無功電流參考值分別為

43.33 A 和 13.31 A ，有功功率參考值 Pref4 為

25 486.67 W ，理論上可將 PCC 電壓支撐至

- 84 - 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制

0.9UN ~1.1UN 。在故障場景 2 中，所提策略整定的

Prefmax 為 43 232.48 W，不同光儲出力時的電流參考

值如表 4 所示。

表 4 故障場景 2 中電流參考值的設(shè)置

Table 4 Setting of current reference value in fault scenario 2

算例 pvmpp P /kW SOC/% +

pref I /A pref I /A ? +

qref I /A qref I /A ?

1

2

3

4

10

20

40

50

15

50

50

85

23.91

55.20

68.35

91.02

?19.94

?16.95

?13.67

?8.00

87.98

43.33

27.95

6.45

?1.65

13.31

17.16

22.53

故障期間，算例的先后順序與故障場景 1 一致。

仿真結(jié)果如圖 4 所示。

由圖 4 可知，0.3~0.5 s 期間，因?yàn)?PoutH 遠(yuǎn)小于

Pref4 ，所以需要輸出更多的無功功率來支撐電壓。

圖 4 故障場景 2 的仿真結(jié)果

Fig. 4 Simulation result of fault scenario 2

為保證并網(wǎng)變換器輸出性能不越限，此時僅能將

Umin 支撐至 N 272 V 0.9 ＜ 。若根據(jù)阻抗比分配電 U

流各分量，可得到正負(fù)序有功電流參考值分別為

23.84 A 和 0 A，正負(fù)序無功電流參考值分別為

18.71 A 和 0 A，代入式(10)和式(14)，可得到Umin 的

理論值為 217.19 V 272 V ＜ 。由此說明，在光儲出

力較小時，所提策略的電壓支撐效果更佳。0.5~1.1 s

期間，都能將 PCC 電壓支撐至 0.9UN ~1.1UN 。其

中，0.5~0.7 s 期間，光伏出力小于 Pref4 ，而儲能能

完全補(bǔ)償光伏出力，因此按照理想的電流參考值輸

出電流。0.7~0.9 s 期間， PoutL 遠(yuǎn)大于 Pref4 ，但所提

策略能在不棄光的基礎(chǔ)上有效支撐 PCC 電壓，相較

于理想的電壓支撐方案，棄光量減少了 14 360 W。

0.9~1.1s 期間，由于 PoutL 大于 Prefmax ，因此采用 Prefmax

對應(yīng)的電流參考值進(jìn)行電壓支撐，但需要進(jìn)行棄光，

棄光量為 6710 W，相較于理想的電壓支撐方案，棄

光量減少了 17 650 W。同時，所提策略還保證了并

網(wǎng)系統(tǒng)能安全地進(jìn)行故障穿越。

4.3 故障場景 3：A 相電壓跌落至 0

0.3 s 時電網(wǎng)發(fā)生 A 相接地故障，電壓跌落至 0，

1.1s 時電網(wǎng)恢復(fù)正常。由式(22)和式(30)，可得到理

想的正負(fù)序有功電流參考值分別為 67.08 A 和

?17.22 A，正負(fù)序無功電流參考值分別為 52.66 A 和

13.52 A，有功功率參考值 Pref5 為 27 481.96 W。在

PoutL 大于 Pref5 時，為保證最大化支撐 PCC 電壓，應(yīng)

該按照理想的電流參考值輸出電流。在故障場景 3

中，不同光儲出力時的電流參考值如表 5 所示。

表 5 故障場景 3 中電流參考值的設(shè)置

Table 5 Setting of current reference value in fault scenario 3

算例 pvmpp P /kW SOC/% +

pref I /A pref I /A ? +

qref I /A qref I /A ?

1

2

3

4

10

20

30

40

15

50

50

8%

28.41

67.08

67.08

67.08

?8.78

?17.22

?17.22

?17.22

62.39

52.66

52.66

52.66

?13.17

13.52

13.52

13.52

陳凌彬，等 不對稱故障下考慮光儲出力的最優(yōu)電壓支撐策略研究 - 85 -

故障期間，算例的先后順序與故障場景 1 一致。

仿真結(jié)果如圖 5 所示。

圖 5 故障場景 3 的仿真結(jié)果

Fig. 5 Simulation result of fault scenario 3

由圖 5 可知，0.3~0.5 s 期間，因?yàn)?PoutH 遠(yuǎn)小于

Pref5 ，所以需要輸出更多的無功電流來支撐電壓。

為保證并網(wǎng)系統(tǒng)的安全，僅能將 Umin 支撐至

N 163.5 V 0.9 ＜ 。若根據(jù)阻抗比分配電流各分量， U

可得到正負(fù)序有功電流參考值分別為 27.46 A 和

0 A，正負(fù)序無功電流參考值分別為 21.56 A 和 0 A，

代入式(10)和式(14)，可得到 Umin 的理論值為

139.49 V 163.5 ＜ V。由此說明，在光儲出力較小時，

所提策略能更好地支撐 PCC 電壓。0.5~0.7 s 和

0.7~0.9 s 期間，由于儲能在這兩個時段能完全補(bǔ)償

光伏出力，因此都按照理想的電流參考值輸出電流，

但僅能將Umin 支撐至 213.3 V<0.9UN 。0.9~1.1 s 期

間， PoutL 大于 Pref5 ，為最大化支撐Umin ，因此按照

理想的電流參考值輸出電流，棄光量為 12 510 W。

同時，所提策略還保證了并網(wǎng)變換器在故障期間安

全運(yùn)行。

需要說明的是，所提策略不僅限于單相接地故

障，類比本文思路，也可在其他類型的不對稱故障

下進(jìn)行電壓支撐。

5 結(jié)論

針對電網(wǎng)發(fā)生不對稱故障會影響光儲并網(wǎng)系統(tǒng)

安全的問題，本文提出了一種不對稱故障下考慮光

儲出力的最優(yōu)電壓支撐策略。通過仿真驗(yàn)證，得出

以下結(jié)論：

1) 所提最優(yōu)電壓支撐策略以并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)對 PCC

電壓的運(yùn)行要求為目標(biāo)，同時以最大電流峰值和有

功功率波動幅值為約束條件，在保證并網(wǎng)變換器安

全的基礎(chǔ)上對 PCC 電壓進(jìn)行最優(yōu)支撐。

2) 根據(jù)光儲實(shí)際出力整定最優(yōu)電流參考值，相

較于傳統(tǒng)電壓支撐策略，降低了光儲出力對電壓支

撐的影響。在光儲出力較小時，仍能較好地支撐

PCC 電壓。在光儲出力較大時，還能減少大量棄光。

在實(shí)際工程中，當(dāng)多個儲能電池組出力時，尤

其在電池組之間的 SOC 不均衡情況下，不考慮對

SOC 進(jìn)行控制，會進(jìn)一步加劇電池組之間 SOC 不

均衡，進(jìn)而會影響儲能系統(tǒng)安全運(yùn)行，這也是接下

來需要進(jìn)一步研究的重點(diǎn)，即如何在電壓支撐過程

中對多個儲能系統(tǒng)進(jìn)行 SOC 均衡控制。

附錄 A

以U U g ref1

? ≤ ? 為例，當(dāng) outH ref1 ref2 0 min( , ) ≤ ＜ P P P

時，需要輸出更多的無功功率來支撐電壓，正序電

流滿足式(A1)。

+

p pref1 pref2

+

q qref1 qref2

+

q g

+

p g

min( , )

min( , )

I II

I II

I L

I R

?

? ?

? ?

?

?

?

?

?

?

?

＜

＞

＞

(A1)

將正序有功電流迭代初值 +

p0 I 設(shè)置為

- 86 - 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制

+ outH

p0 pref1 pref2

ref1 ref2

min( , ) min( , )

P I II

P P

? ? ? (A2)

由式(7)和式(A2)，可得到?? 和其他電流分量的

迭代初值為

2 2

g 0 p0 g g 1

0 2 2

gg g

1 g

g

+ g p0 g 0

q0

g

g g 0 g 0 0g

p0 2 2

g g

g g 0 g 0 0g

q0 2 2

g g

() ( )

cos

() ( )

tan

sin

( sin cos )

() ( )

( cos sin )

() ( )

RU I R L

UR L

L

R

LI U

I

R

U L R UR

I

R L

U L R UL

I

R L

?

?

?

?

? ?

?? ?

?

?? ? ?

?

? ?

? ?

?

?

?? ?

? ? ??

?

? ? ??

?

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

? ? ? ? ?

? ? ? ?

? ?

? ? ?

? ? ? ?

? ? ? ?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

??

(A3)

式中： +

q0 I 、 p0 I ? 、 q0 I ? 為其他電流分量的迭代初值； 0 ??

為?? 的迭代初值；U0

? 和U0

? 分別為 PCC 正負(fù)序電

壓的迭代初值。

根據(jù) min , ?P P ref1 ref2 ? 的取值，將U0

? 和U0

? 設(shè)置為

ref2 ref1 ref2 ref1

2 2

+ g g

0 g pref2

g

ref1 ref2 ref2

0 g

,min( , )

() ( ) ,

min( , )

U PP P

R L

U U I

R

P P P

U U

?

?

? ?

? ?

? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

? ? ?

? ? ?

(A4)

當(dāng) min( , ) Pref1 ref2 ref1 outL P PP ? ＜ 時，為減少棄光，

需要輸出更多的有功功率來支撐電壓，正序電流會

滿足式(A5)。

+

p pref1

+

q qref1

+

q g

+

p g

I I

I I

I L

I R

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

＞

＜

＜

(A5)

將正序有功電流迭代初值 +

p0 I 設(shè)置為

+ outL

p0 pref1

ref1

P I I

P

? ? (A6)

由式(A3)、式(A4)和式(A6)，可得到除 P 以外

其他變量的迭代初值，P 的迭代初值可設(shè)置為 PoutL 。

類比上述思路，也可設(shè)置U U g ref1

? ? ＞ 時的迭代

初值。

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收稿日期：2022-08-22； 修回日期：2022-09-20

作者簡介：

陳凌彬(1998—)，男，碩士研究生，研究方向?yàn)閮δ馨?/p>

全運(yùn)行與控制；E-mail: 980967951@qq.com

夏向陽(1968—)，男，通信作者，博士，教授，研究方

向?yàn)槿嵝灾绷鬏旊娍刂坪蛢δ馨踩刂频取?E-mail:

307351045@qq.com

(編輯 周金梅)