本发明涉及电力系统中含分布式光伏电源的短路电流计算，特别涉及一种基于光伏电源建模和牛顿迭代算法的短路电流计算方法。
背景技术：
1、随着能源转型战略的提出以及实施，风电、光伏等分布式新能源在电网中的占比越来越高，给电网的计算分析带来了新的挑战。在电网的短路电流计算中，分布式电源依靠电力电子化装置接入电网，其短路电流特性受低穿控制策略的影响，完全不同于传统的交流同步发电机故障特性。而随着分布式电源渗透率的增加，考虑数量繁多、控制策略复杂的分布式电源接入电网的短路电流计算是迫切需要解决的问题。
技术实现思路
1、为了能够解决上述现有技术中的问题，本发明提供了一种基于光伏电源建模和牛顿迭代算法的短路电流计算方法。
2、为了实现上述发明目的，本发明提供了一种基于光伏电源建模和牛顿迭代算法的短路电流计算方法，包括以下步骤：
3、根据分布式光伏并网系统构建拓扑网络结构图；
4、获取故障前所述分布式光伏并网系统的电气量数据初值集；
5、根据所述拓扑网络结构图和所述电气量数据初值集获取节点处潮流初值集；
6、根据所述拓扑网络结构图，构建所述分布式光伏并网系统的短路电流计算模型；
7、根据所述短路电流计算模型获取故障后所述短路电流计算模型的短路电流初值集；
8、对所述节点处潮流初值集和所述短路电流初值集进行牛顿迭代运算，获得所述分布式光伏并网系统的短路电压值集；
9、根据所述短路电压值集获得所述分布式光伏并网系统的短路电流。
10、进一步地，所述分布式光伏并网系统包括逆变器，所述短路电流计算模型包括逆变器数学模块，所述逆变器数学模块与所述逆变器相对应；
11、构建所述逆变器数学模块的步骤为：
12、以电流从所述逆变器至电网方向为电流正方向，构建三相静止坐标系下所述逆变器的第一数学模型；
13、在三相静止坐标系下对所述第一数学模型进行park变换，获得所述逆变器的第二数学模型；所述第二数学模型为：
14、
15、式中，是逆变器电感对应的有功电流产生的直轴电压，是逆变器电感对应的无功电流产生的交轴电压，id为逆变器有功电流，iq为逆变器无功电流，ed为电网d轴电压，eq为电网q轴电压，ud为逆变器d轴电压，uq为逆变器q轴电压，r为逆变器滤波部分的电阻，l为逆变器滤波部分的电感，ω是角频率；
16、在故障前对所述第二数学模型进行拉氏变换，获得所述逆变器数学模块；所述逆变器数学模块为：
17、
18、式中，ud为逆变器有功电压拉氏变换值，uq为逆变器无功电压拉氏变换的值，ed为逆变器出口侧有功电压拉氏变换值，eq为逆变器出口侧无功电压拉氏变换值，id为逆变器有功电流拉氏变换值、iq为逆变器无功电流拉氏变换值，s为拉氏变换参量，r为逆变器滤波部分的电阻，l为逆变器滤波部分的电感，ω0为同步角频率。
19、进一步地，根据所述逆变器数学模块，获得所述逆变器的控制环结构；所述控制环结构包括电压外环和电流内环；
20、所述电流内环指令值为：
21、
22、式中，为d轴电流指令值，为q轴电流指令值，p*为有功功率指令值，q*为无功功率指令值，ed为电网d轴电压，eq为电网q轴电压；
23、所述电流内环为：
24、
25、式中，ud为逆变器d轴电压，uq为逆变器q轴电压，kii、kip分别为电流控制环参数，s为拉氏变换参量，为d轴电流指令值，为q轴电流指令值，id为逆变器有功电流，iq为逆变器无功电流，r为逆变器滤波部分的电阻，l为逆变器滤波部分的电感，ω为角频率。
26、进一步地，所述短路电流计算模型包括正序网络和负序网络；
27、获取故障后所述短路电流计算模型的短路电流初值集的步骤为：
28、在所述短路电流计算模型中获得故障时所述正序网络的短路点正序短路电流；所述短路点正序短路电流为：
29、
30、式中，是节点j处的正序电压值，zjj为是正序网络中节点j的自阻抗值，为短路点正序短路电流，zj1为节点j处的正序阻抗值，zj,i为节点i，j之间的互阻抗值，为第i号逆变型分布式电源的短路电流值，i(1)为节点间正序电流值，i为正序网络节点序号，m为正序网络节点总数；
31、根据所述短路点正序短路电流获得所述短路电流初值集，所述短路电流初值集为所述短路点正序短路电流的集合。
32、进一步地，获取节点处潮流初值集的步骤为：
33、根据潮流计算公式获得正序网络的节点的电压；
34、根据所述节点的电压获得所述节点处潮流初值集，所述节点处潮流初值集为所述节点的电压的集合。
35、进一步地，获得正序网络中所述节点的电压的所述潮流计算公式为：
36、
37、
38、式中，δuj为节点j的电压降落纵分量，pj为节点j输出的有功功率，rj为支路j的电阻值，qj为节点j输出的无功功率，xj为支路j的电抗值，uj为节点j的电压值，δuj为节点j的电压降落的横分量，xk为支路k的电抗值，qk为节点k输出的无功功率，rk为支路k的电阻值，uk为节点k的电压值，ui为节点i的电压，∠ui为ui的相角，j为网络节点序号。
39、进一步地，获得牛顿迭代运算的目标函数的步骤为：
40、根据所述节点处潮流初值集和节点电压相量公式获得节点电压的实部分量集和节点电压的虚部分量集；所述节点电压的实部分量集为节点电压的实部分量的集合，所述节点电压的虚部分量集为节点电压的虚部分量的集合；
41、根据所述短路电流初值集和节点电流相量公式获得节点电流的实部分量集和节点电流的虚部分量集；所述节点电流的实部分量集为节点电流的实部分量的集合，所述节点电流的虚部分量集为节点电流的虚部分量的集合；
42、根据分布式光伏并网系统的线路参数获得网络节点导纳矩阵；
43、根据所述网络节点导纳矩阵、节点电压的实部分量集、节点电压的虚部分量集、节点电流的实部分量集和节点电流的虚部分量集获得所述目标函数。
44、进一步地，所述目标函数为：
45、
46、式中，fi(r)为节点i处目标函数的实部分量，fi(i)为节点i处目标函数的虚部分量，是第k次迭代运算过程中网络节点导纳矩阵中节点i，j之间的电导值，是第k次迭代运算过程中网络节点导纳矩阵中节点i，j之间的电纳值，为第k次迭代运算过程中节点i、j之间电压的实部分量，为第k次迭代运算过程中节点i、j之间电压的虚部分量，k为迭代运算次序，为第k次迭代运算中节点i处电流的实部分量，为第k次迭代运算中节点i处电流的虚部分量，j为网络节点序号，n为网络节点总数。
47、进一步地，求解所述目标函数的方法为：
48、分别对节点i处目标函数的实部分量、节点i处目标函数的虚部分量求偏导数，获得所述目标函数的求解公式，所述求解公式为：
49、
50、式中，f为目标函数值，f(r)为目标函数实部，f(i)为目标函数虚部，为第k次运算中节点j处的电压实部分量，为第k次运算中节点j处的电压虚部分量；
51、根据所述求解公式获得所述分布式光伏并网系统的短路电压值集，所述短路电压值集为：
52、
53、式中，f'(x0)为目标函数在x0处的导数值，g为导纳实部组成的矩阵，b为导纳虚部组成的矩阵，ar为附加的实部方程组对于电压实部e的导数；ai为附加的虚部方程组对于电压虚部f的导数。
54、进一步地，所述分布式光伏并网系统的短路电流为：
55、
56、式中，id为逆变器有功电流，iq为逆变器无功电流，in为基准电流值，为并网点最小电压瞬时值。
57、本发明的有益效果是：
58、1.本发明根据电源模型等效值获知较准确的短路电流，结合故障电流、节点电压进行牛顿迭代运算，可获得收敛性更好、准确性更高的短路电流计算结果，并依据此结果得到合适的新电源低电压穿越手段。
59、2.本发明提及的短路电流计算准确度比较好，收敛性较高，低电压穿越手段的应用范围较广，适用于各种情况下的短路电流计算，算法具有较高的可靠性和适用性。
60、3.本发明对于分布式电源进行详细建模，提高了短路迭代计算结果的精度，同时提供了由不动点迭代改进而来的牛顿迭代方法，优化了收敛速度和收敛性。
1.一种基于光伏电源建模和牛顿迭代算法的短路电流计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于光伏电源建模和牛顿迭代算法的短路电流计算方法，其特征在于，所述分布式光伏并网系统包括逆变器，所述短路电流计算模型包括逆变器数学模块，所述逆变器数学模块与所述逆变器相对应；
3.根据权利要求2所述的基于光伏电源建模和牛顿迭代算法的短路电流计算方法，其特征在于，根据所述逆变器数学模块，获得所述逆变器的控制环结构；所述控制环结构包括电压外环和电流内环；
4.根据权利要求1所述的基于光伏电源建模和牛顿迭代算法的短路电流计算方法，其特征在于：获取故障后所述短路电流计算模型的短路电流初值集的步骤为：
5.根据权利要求4所述的基于光伏电源建模和牛顿迭代算法的短路电流计算方法，其特征在于：获取节点处潮流初值集的步骤为：
6.根据权利要求5所述的基于光伏电源建模和牛顿迭代算法的短路电流计算方法，其特征在于：获得正序网络中所述节点的电压的所述潮流计算公式为：
7.根据权利要求5所述的基于光伏电源建模和牛顿迭代算法的短路电流计算方法，其特征在于：获得牛顿迭代运算的目标函数的步骤为：
8.根据权利要求7所述的基于光伏电源建模和牛顿迭代算法的短路电流计算方法，其特征在于：所述目标函数为：
9.根据权利要求7所述的基于光伏电源建模和牛顿迭代算法的短路电流计算方法，其特征在于：求解所述目标函数的方法为：
10.根据权利要求1-9任一项所述的基于光伏电源建模和牛顿迭代算法的短路电流计算方法，其特征在于：所述分布式光伏并网系统的短路电流为：
