本发明涉及新能源与储能接入电网系统运行相关领域，特别是提出了一种适用于功率方向元件正确动作的电力电子电源准入容量边界的计算方法。
背景技术：
1、光伏、风电等新能源构建以新能源为主体的新型电力系统。随着新能源发电量占比的增加，由于其出力的波动性和随机性，电力系统的安全稳定运行面临巨大挑战。电化学储能因其高能量密度、快速响应、良好的灵活性以及强大的可拓展性等优点，为大规模新能源并网提供了有效的解决方案，保障了电力系统的安全稳定运行。
2、随着新能源发电与储能电站在电力系统中的重要性日益增加，对于其在功率方向元件保护动作适应性下运行边界的求解显得愈发重要。因此，“精确求解能够满足功率方向元件动作判据约束条件的电力电子电源准入容量边界”是进行电力电子电源接入电网系统方向保护适应性分析的重点。
3、在传统的电力系统中，功率方向元件的保护灵敏性较高。但是，在新能源与储能系统接入电网的场景下，由于电力电子电源的控制策略特殊，储能电站存在充电、放电两种不同的工作模式，电力电子电源在不对称故障时等值为压控电流源模型，功率方向元件的动作特性区别于传统的同步机系统，电力电子电源在满足功率方向元件动作判据约束条件的准入容量边界需要进行精确计算。
技术实现思路
1、针对电力电子电源接入电网系统，本发明提出了一种基于粒子群寻优的功率方向元件运行边界计算方法，基于粒子群优化算法的电力电子电源准入容量边界计算与分析，精确计算出电力电子电源接入电网系统功率方向元件运行边界。
2、为实现上述目的，本发明提供了一种基于粒子群寻优的功率方向元件运行边界计算方法，适用于单相接地故障、两相短路故障、两相短路接地故障和三相短路故障；包括以下步骤：
3、步骤1，选择调用带惯性权重的粒子群优化算法，将电力电子电源接入的容量优化解设置成粒子，初始化粒子群，在满足所提出的功率方向元件正方向故障正确动作的约束条件的基础上，以各粒子的位置，即电力电子电源接入的容量为适应度值，找到个体最优解和全局最优解，设置粒子群最优解修正迭代次数上限h，进行粒子群最优解修正；
4、步骤2，在电力电子电源接入电网系统发生不对称故障期间，根据与故障类型相关的电网系统的阻抗参数和复合序网得到电网系统的导纳矩阵y，如下式所示：
5、
6、式中，zg为电网系统的阻抗参数，也就是故障点对地等效阻抗，zs1+为电力电子电源接入侧的同步电源系统正序阻抗与电力电子电源到并网点线路的正序阻抗之和，zs1-为电力电子电源接入侧的同步电源系统负序阻抗与电力电子电源到并网点线路的负序阻抗之和，zs10为电力电子电源接入侧的同步电源系统零序阻抗与电力电子电源到并网点线路的零序阻抗之和，zs2+为对侧系统正序阻抗，zs2-为对侧系统负序阻抗，zs20为对侧系统零序阻抗，zbc+为故障点到电力电子电源并网点线路的正序阻抗，zbc-为故障点到电力电子电源并网点线路的负序阻抗，zbc0为故障点到电力电子电源并网点线路的零序阻抗，zcd+为故障点到对侧系统线路的正序阻抗，zcd-为故障点到对侧系统线路的负序阻抗，zcd0为故障点到对侧系统线路的零序阻抗，zf为过渡电阻；
7、步骤3，通过所述电网系统的导纳矩阵y构建复合序网的节点电压方程，如下所示：
8、
9、式中，y为电网系统的导纳矩阵，为独立节点1、独立节点2的电压，为馈入电源电压，为电网系统电源电压，为储能系统(电力电子电源)输入、输出的电流，与并网点电压有关，满足低电压穿越标准；
10、计算电力电子电源输入、输出的电流如下式所示：
11、
12、正序电流在dq坐标系下的参考值和如下式所示：
13、
14、式中，为故障后电力电子电源馈入/馈出电流的相角，为故障后并网点电压的相角，p*为电力电子电源接入的容量，idq.n为dq坐标系下的额定电流，un1为当前的并网点正序相电压有效值，un1.n为额定运行状态下的并网点正序相电压有效值，表示并网点电压的跌落程度；
15、步骤4，设置故障后电压、电流求解迭代次数上限k，进行故障后电压求解，具体步骤如下：
16、通过步骤3的所述复合序网的节点电压方程得到当前迭代次数(第l次迭代)的节点电压方程，故障后并网点复合序网的正序电压、电流如下式所示：
17、
18、式中，l为当前迭代次数，根据所述节点电压方程解得第k次迭代的故障后电压值；
19、步骤5，判断是否退出故障电压求解迭代，将当前第l次迭代计算得到的节点电压与上一迭代即第l-1次迭代得到的节点电压做差得到当的幅值最大值不大于给定最大允许误差ε时，判定所得结果满足计算精度，退出迭代；否则，返回步骤4，继续迭代，直至迭代次数达到迭代次数上限k；
20、其中，退出迭代的条件如下式所示：
21、
22、式中，g为退出计算故障后电压迭代次数(1＜g≤k)，ε为最大允许误差；
23、在第g次迭代计算得到故障后并网点正序电压、电流，如下式所示：
24、
25、式中，为第g次迭代计算得到故障后并网点正序电压，为第g次迭代计算得到故障后并网点正序电流，为第g次迭代独立节点1、独立节点2的节点电压；
26、步骤6，令步骤2中复合序网节点导纳矩阵中的zg＝+∞，设置故障前电压求解迭代迭代次数上限m，此后，与步骤2-步骤4同理，进行故障前并网点正序电压、电流求解，判断是否退出故障前电压求解迭代，将第p次迭代计算得到的节点电压与第p-1次迭代得到的节点电压做差得到当中幅值最大值不大于给定最大允许误差ε时，所得结果可认为是能够满足计算精度，退出迭代，否则将回到步骤3，继续进行故障前电压求解迭代，直至迭代次数达到m；其中，退出迭代的条件如下式所示：
27、
28、式中，q为退出迭代时的迭代次数(1＜q≤m)，ε为最大允许误差；
29、在第q次迭代计算得到故障前并网点正序电压、电流，如下式所示：
30、
31、式中，为第q次迭代计算得到故障后并网点正序电压，为第q次迭代计算得到故障后并网点正序电流，为第g次迭代独立节点1、独立节点2的节点电压；
32、步骤7，选取在保护范围最远端位置所发生的经电网系统最大耐受过渡电阻接地故障为求取功率方向元件运行边界的场景下，功率方向元件正方向故障动作判据如下式所示：
33、
34、其中，运行边界为电网系统发生正方向故障时保证功率方向元件正确动作的电力电子电源接入系统的容量上限，保护范围最远端位置和最大耐受过渡电阻为计算容量边界的条件；
35、将迭代计算得到的故障前、故障后并网点正序电压、电流求解式代入，得到更新后的功率方向元件正方向故障动作判据如下式所示：
36、
37、功率方向元件反方向故障动作判据如下式所示：
38、
39、若迭代计算结果不满足约束条件，也就是修正值超过限值，则将该粒子删去，若满足约束条件，也就是修正值未超过限值，则保留该粒子；重复迭代计算和约束条件判断过程直至k个粒子全部完成计算；
40、步骤8，定义粒子群的最优粒子数大小，将最优数组初始化为初始粒子值，找出初始粒子中的最优解并保存，初始化全局最优粒子，实现粒子个体最优值pbest(t)和粒子群全局最优值gbest(t)的更新；
41、令t＝t+1，直至达到粒子群最优解修正迭代次数上限h；
42、步骤9，按下式对粒子速度和位置进行修正，得到新一代粒子群s(t)：
43、δs(t)＝w(t)δs(t-1)+c1r1[pbest(t-1)-s(t-1)]+c2r2[gbest(t-1)-s(t-1)](18)
44、s(t)＝s(t-1)+δs(t)
45、
46、式中，δs(t)为迭代次数t下容量的变化量；δs(t-1)为迭代次数t-1下容量的变化量；s(t)为迭代次数t下的容量，s(t-1)为迭代次数t-1下的容量；c1为粒子下一步动作来源于自身经验部分所占的权重，即将粒子推向个体最优位置的加速权重，c2为粒子下一步动作来源于其它粒子经验部分所占的权重，即将粒子推向群体最优位置的加速权重，w(t)为粒子群最优解修正迭代次数t下的惯性权重，wmax为惯性权重最大值，wmin为惯性权重最小值；
47、步骤10，对新粒子群中全部粒子重复步骤2-6，进行故障前、后并网点正序电压、电流求解计算，再次判断是否满足约束条件，若满足则将满足约束条件的粒子保留；
48、步骤11，更新粒子自身位置和粒子群全局最优位置，即若新粒子群中的粒子存在个体最优值pbest(t)则更新该值，如果没有则保留之前的数值，全局最优值gbest(t)同理；
49、步骤12，重复步骤7至步骤11，直至粒子群算法达到最大迭代次数或满足退出迭代的条件，此时所得全局最优值gbest(t)即为所求电力电子电源接入的容量；
50、步骤13，退出粒子群最优解修正迭代，流程结束。
51、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
52、1)实现了故障前、故障后并网点电压和电力电子电源输入、输出电流的计算；
53、2)提出了满足功率方向元件动作判据约束条件的电力电子电源准入容量边界的计算方法；
54、3)提高了电力电子电源接入电网系统方向保护的适应性。
1.一种基于粒子群寻优的功率方向元件运行边界计算方法，适用于单相接地故障、两相短路故障、两相短路接地故障和三相短路故障；其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于粒子群寻优的功率方向元件运行边界计算方法，其特征在于，该方法进一步包括：
3.根据权利要求1所述的基于粒子群寻优的功率方向元件运行边界计算方法，其特征在于，所述步骤1中，初始化粒子群包括初始化粒子群参数包括个数k和维度，将每个待优化电力电子电源接入的容量作为粒子群初始参数；初始化每个粒子的位置和速度，即随机生成每个粒子的位置和速度，即随机生成待优化电力电子电源接入的初始容量优化解和初始修正速度。
