考慮光伏逆變器壽命的配電網分布式光伏出力優化方法技術

本發明專利技術公開了屬于配電網分布式電源出力優化技術領域的一種考慮光伏逆變器壽命的配電網分布式光伏出力優化方法，本發明專利技術能夠在考慮光伏逆變器中IGBT壽命的同時，實現配電網分布式光伏電源出力優化。布式光伏電源出力優化。

【技術實現步驟摘要】
考慮光伏逆變器壽命的配電網分布式光伏出力優化方法


[0001]本專利技術屬于配電網分布式電源出力優化
，特別涉及考慮光伏逆變器壽命的配電網分布式光伏出力優化方法。

技術介紹

[0002]配電網是電力系統的核心組成部分，是連接輸電系統與終端用戶紐帶。近年來，隨著“雙碳”目標的提出，分布式電源(光伏、風機等)高比例接入配電網中已經成為一種趨勢。當高比例光伏電源接入配電網時，可以提升配電網新能源消納能力。然而，分布式光伏接入配電網使得配電網傳統單電源輻射狀的電力系統結構發生改變，可能會引起雙向潮流。同時，光伏發電具有波動性與隨機性，可能會導致配電網中某些節點電壓發生越上限現象，進而降低了配電網運行的可靠性與安全性。為了解決這一問題，可以依靠分布式光伏的無功能力來快速應對新能源功率輸出的波動性，維持節點電壓穩定。
[0003]分布式光伏輸出無功對配電網潮流、網損以及電能質量等方面均有影響，故需要對分布式光伏出力進行優化，以滿足配電網運行需求。目前，無功優化技術是主動配電網運行優化技術的重要組成部分，主要以降低網損、提高電能質量等為優化目標，以無功出力為決策變量，以配電網運行潮流以及電壓上下限等為約束條件，通過優化算法求解得到滿足配電網系統運行條件的無功最優出力。但目前在進行分布式光伏無功優化時，未能考慮到分布式光伏逆變器輸出無功對分布式光伏逆變器中IGBT運行壽命的影響。當逆變器輸出無功時，通過逆變器中IGBT電流會增大，逆變器中IGBT結溫波動更加劇烈，進而影響到IGBT壽命。
[0004]針對當前存在的問題，本專利技術提出考慮光伏逆變器壽命的配電網分布式光伏出力優化方法，建立了以配電網網損、光伏發電系統有功削減以及IGBT最大結溫最小的多目標優化模型，實現了在進行分布式光伏無功優化時考慮到無功出力對光伏逆變器中IGBT運行壽命的影響。

技術實現思路

[0005]本專利技術的目的是提出考慮光伏逆變器壽命的配電網分布式光伏出力優化方法，所述的考慮光伏逆變器壽命的配電網分布式光伏出力優化方法，該方法主要包括以下步驟：
[0006]S1.確定配電網光伏逆變器中IGBT型號；
[0007]S2.建立光伏陣列最大功率計算模型；
[0008]S3.建立IGBT熱電耦合模型；
[0009]S4.分別設置環境溫度為[
?
5 0 5 10 15 20 25 30 35 40]℃，設置光伏逆變器輸入功率為[0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11]kW，得到IGBT最大結溫曲線；
[0010]S5.根據IGBT最大結溫曲線，進行二次多項式擬合；
[0011]S6.提取配電網中光照強度與環境溫度任務剖面數據、配電網拓撲結構、線路參數以及配電網各節點負荷數據；
[0012]S7.建立以配電網網損、有功削減以及IGBT最大結溫最小的多目標優化模型；
[0013]S8.將步驟7中建立的多目標優化模型轉換為二階錐規劃模型，使得該優化問題由非凸優化問題轉變為凸優化問題；
[0014]S9.使用粒子群算法求解S8中凸優化模型，得到考慮光伏逆變器中IGBT壽命的配電網分布式電源最優無功出力。
[0015]本專利技術提出考慮光伏逆變器壽命的配電網分布式光伏出力優化方法，確定配電網光伏逆變器中IGBT型號，根據IGBT型號可查詢對應IGBT數據手冊，進而得到IGBT相關參數。
[0016]本專利技術提出考慮光伏逆變器壽命的配電網分布式光伏出力優化方法，所述光伏陣列最大功率計算模型首先借助光伏發電工程計算模型得到光伏陣列輸出特性，其次考慮到模擬仿真耗時長，為了在短時間內計算得到一年任務剖面下光伏陣列輸出最大功率，一種基于短步長遍歷搜索的光伏陣列最大輸出功率數值計算方法被提出；在不考慮局部陰影情況時，光伏陣列輸出P
?
U特性具有嚴格凹函數性質，即全局只有一個最大功率點，故可以通過遍歷搜索得到該最大功率點，在遍歷搜索時，光伏陣列輸出初始電壓設為0，每次迭代步長為0.01V，故光伏陣列輸出電壓可行域為
[0017]U
pv
∈{0,0.01,0.02,
…
U
mpp
…
,U
oc
}
[0018]通過光伏發電工程計算模型，可求得光伏陣列輸出功率可行域為
[0019]P
pv
∈{P1,P2,P3,
…
P
mpp
…
,P
n
}
[0020]本專利技術提出考慮光伏逆變器壽命的配電網分布式光伏出力優化方法，建立IGBT熱電耦合模型，其中，IGBT電損耗分為開關損耗和導通損耗
[0021][0022][0023][0024]其中，為IGBT導通損耗；δ(t)為占空比；i
a
為逆變器輸出電流；T
j_T
為IGBT結溫；V
CE_25℃
為IGBT在25℃時的額定通態壓降；r
CE_25℃
為IGBT在25℃時的額定通態電阻；K
V_T
為IGBT通態壓降的溫度影響系數；K
r_T
為IGBT通態電阻的溫度影響系數；f
sw
為IGBT模塊開通與關斷頻率；K
sw
為IGBT開關損耗的溫度影響系數；K1(V
dc
)為光伏并網直流電壓對IGBT開關功率損耗影響的電壓系數；K2(R
g
)為柵極電阻R
g
對IGBT開關功率損耗影響的電阻系數；
[0025][0026]其中，T
j
為IGBT結溫；T
a
為環境溫度；為IGBT與反并聯二極管的電損耗。
[0027]本專利技術考慮光伏逆變器壽命的配電網分布式光伏出力優化方法，其特征在于，分別設置環境溫度為[
?
5 0 5 10 15 20 25 30 35 40]℃，設置光伏逆變器輸入功率為[0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11]kW，得到對應環境溫度下IGBT結溫曲線。
[0028]本專利技術提出考慮光伏逆變器壽命的配電網分布式光伏出力優化方法，根據IGBT最大結溫曲線，進行二次多項式擬合
[0029][0030]其中，T
IGBT_max
為IGBT最大結溫，p為光伏逆變器輸入功率，a,b,c為擬合系數。
[0031]本專利技術提出考慮光伏逆變器壽命的配電網分布式光伏出力優化方法，提取配電網中光照強度與環境溫度任務剖面數據、配電網拓撲結構、線路參數以及配電網各節點負荷數據。
[0032]本專利技術考慮光伏逆變器壽命的配電網分布式光伏出力優化方法，建立以配電網網損、有功削減以及IGBT最大結溫最小的多目標優化模型
[0033]目標函數：
[0034]minω1P
net,loss
+ω2P
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【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.考慮光伏逆變器壽命的配電網分布式光伏出力優化方法，其特征在于，該方法主要包括以下步驟：S1、確定配電網光伏逆變器中IGBT型號；S2、建立光伏陣列最大功率工程計算模型；S3、建立IGBT熱電耦合模型；S4、分別設置環境溫度為[
?
5 0 5 10 15 20 25 30 35 40]℃，設置光伏逆變器輸入功率為[0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11]kW，得到IGBT最大結溫曲線；S5、根據IGBT最大結溫曲線，進行二次多項式擬合；S6、提取配電網中光照強度與環境溫度任務剖面數據、配電網拓撲結構、線路參數以及配電網各節點負荷數據；S7、建立以配電網網損、有功削減以及IGBT最大結溫最小為目標多目標優化模型；S8、將步驟7中建立的多目標優化模型轉換為二階錐規劃模型，使得該優化問題由非凸優化問題轉變為凸優化問題；S9、使用粒子群算法求解S8中凸優化模型，得到考慮光伏逆變器中IGBT壽命的配電網分布式電源最優無功出力。2.根據權利1所述的考慮光伏逆變器壽命的配電網分布式光伏出力優化方法，其特征在于，確定配電網光伏逆變器中IGBT型號，根據IGBT型號可查詢對應IGBT數據手冊，進而得到IGBT相關參數。3.根據權利1所述的考慮光伏逆變器壽命的配電網分布式光伏出力優化方法，其特征在于，所述光伏陣列最大功率計算模型首先借助光伏發電工程計算模型得到光伏陣列輸出特性，其次考慮到模擬仿真耗時長，為了在短時間內計算得到一年任務剖面下光伏陣列輸出最大功率，一種基于短步長遍歷搜索的光伏陣列最大輸出功率數值計算方法被提出，通過遍歷搜索得到該最大功率點。4.根據權利1所述的考慮光伏逆變器壽命的配電網分布式光伏出力優化方法，其特征在于，建立IGBT熱電耦合模型，其中，IGBT電損耗分為開關損耗和導通損耗在于，建立IGBT熱電耦合模型，其中，IGBT電損耗分為開關損耗和導通損耗在于，建立IGBT熱電耦合模型，其中，IGBT電損耗分為開關損耗和導通損耗其中，為IGBT導通損耗；δ(t)為占空比；i
a
為逆變器輸出電流；T
j_T
為IGBT結溫；V
CE_25℃
為IGBT在25℃時的額定通態壓降；r
CE_25℃
為IGBT在25℃時的額定通態電阻；K
V_T
為IGBT通態壓降的溫度影響系數；K
r_T
為IGBT通態電阻的溫度影響系數；f
sw
為IGBT模塊開通與關斷頻率；K
sw
為IGBT開關損耗的溫度影響系數；K1(V
dc
)為光伏并網直流電壓對IGBT開關功率損耗影響的電壓系數；K2(R
g
)為柵極電阻R
g
對IGBT開關功率損耗影響的電阻系數；其中，T
j
為IGBT結溫；T
a
為環境溫度；為IGBT與反并聯二極管的電損耗。5.根據權利1所述的考慮光伏逆變器壽命的配電網分布式光伏出力優化方法，其特征在于，分別設置環境溫度為[
?
5 0 5 10 15 20 25 30 35 40]℃，設置光伏逆變器輸入功率
為[0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11]kW，得到對應環境溫度下IGBT結溫曲線。6.根據權利1所述的考慮光伏逆變器壽命的配電網分布式光伏出力優化方法，特征在于，根據IGBT最大結溫曲線，進行二次多項式擬合其中，T
IGBT_max
為IGBT最大結溫，p為光伏逆變器輸...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張波，高遠，
申請(專利權)人：華北電力大學保定，
類型：發明
國別省市：