CN109936153A - 一种虚拟同步机的低压穿越方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种虚拟同步机的低压穿越方法，包括以下步骤：判断故障是否发生，如果是，给出有功功率修正系数；根据修正系数调整虚拟同步机有功频率环中有功功率参考值，抑制瞬时过电流；利用改进的虚拟同步机的无功电压环，调整无功功率参考值，起到支撑电网电压的能力；利用相量限流法，对电压参考值进行控制，抑制瞬时过电流；利用平衡电流法对正负序电流进行分别控制，使虚拟同步机能够输出平衡电流。本发明实现了虚拟同步机在低压穿越时抑制瞬时过电流和注入无功功率支撑电网电压等要求。

Description

一种虚拟同步机的低压穿越方法

技术领域

本发明涉及逆变器控制领域，具体涉及一种虚拟同步机的低压穿越方法。

背景技术

在现代电力系统中，为了应对能源危机，国家大力发展分布式能源，虚拟同步机控制应运而生。虚拟同步机是通过模拟同步发电机的频率及电压控制特性，从而为分布式能源并网发电系统提供一定的惯性和阻尼特性，提高了电网稳定性。低压穿越是指在电网电压跌落的时候，并网逆变器能够保持并网，甚至向电网提供一定的无功功率，支持电网恢复，直到电网恢复正常，从而“穿越”这个低电压时间，提高电网供电的可靠性。

传统的虚拟同步机控制中并不具备低压穿越的能力，有文献提出利用模式切换的方式进行控制，有效的抑制了瞬时过电流，但需要考虑模式切换过程中相位是否同步的问题；有文献提出利用虚拟电阻和相量限流法抑制瞬时过电流，只适用于对称跌落的情况，不对称跌落时难以适用。

针对以上问题，本发明提出了一种基于平衡电流法和相量限流法结合的控制策略，同时在电压跌落发生后修改有功功率和无功功率的参考值，满足国家标准对于分布式发电系统低压穿越的要求。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种虚拟同步机的低压穿越方法，用以解决上述背景中提出的问题。

本发明是通过以下技术方案实现的。

本发明所述的一种虚拟同步机的低压穿越方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，当电网电压跌落时，给出有功功率的修正系数；

步骤2，修正有功功率的参考值，抑制瞬时过电流，同时给出无功功率的参考值，对电网电压进行支撑；

步骤3，利用相量限流法对虚拟同步机无功电压环进行改进，限制电压参考值的范围，抑制瞬时过电流；

步骤4，引入平衡电流法，对正负序电流进行分别控制，使三相输出电流平衡。

进一步的，步骤1所述的当电网电压跌落时，给出有功功率的修正系数的方法为：

当系统检测到电网电压幅值U_d小于0.9U_N时，K_d=U_d/U_N；

当检测到电网电压幅值U_d大于0.9U_N时，K_d=1，U_N为额定电网电压幅值。

进一步的，步骤2所述的修正有功功率的参考值，抑制瞬时过电流，同时给出无功功率的参考值，对电网电压进行支撑的方法为：

当判断发生低压穿越时，根据修正系数K_d得到有功功率参考值如式（1）所示，进而得到无功功率参考值如式（2）所示：

（1）

（2）

式中，P _ref 为正常运行时给定的有功功率参考值，S为系统容量。

进一步的，步骤3所述的利用相量限流法对虚拟同步机无功电压环进行改进，限制电压参考值的范围，抑制瞬时过电流的方法为：

当低压穿越发生时，设定电压参考值输出的最大值和最小值，当通过无功电压环得到的电压参考值大于最大值时，则通过相量限流法输出的电压参考值为所设定的最大值；

当通过无功电压环得到的电压参考值小于最小值时，则通过相量限流法输出的电压参考值为所设定的最小值；

当通过无功电压环得到的电压参考值介于最大值和最小值之间时，则通过相量限流法输出的电压参考值就是无功电压环得到的电压值。

进一步的，步骤4所述的引入平衡电流法，对正负序电流进行分别控制，使三相输出电流平衡的方法为：

利用电压环对正序电压进行控制得到正序电流参考值、，再利用电流环对正序电流进行控制得到正序电压参考值；

将负序电流参考值设置为0，利用电流环对负序电流进行控制，得到负序电压参考值；

将得到的正负序电压进行坐标反变化得到三相静止坐标系下的调制电压。

实施本发明，具有如下有益效果：通过根据电压跌落深度修改有功功率和无功功率的参考值，能够减少瞬时冲击电流和对电网电压提供支撑，使电网电压能快速恢复，利用相量限流法改进无功电压环抑制瞬时冲击电流的大小，通过平衡电流法实现输出三相电流的平衡。

附图说明

图1为虚拟同步机的低压穿越整体控制框图。

图2 为改进的虚拟同步机控制框图。

图3为虚拟同步机的正负序双环控制框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提供的一种虚拟同步机的低压穿越整体控制框图，包括如下步骤：

步骤1，采样电容电压u _cabc、电网电压u _g、电感电流i _abc和并网电流i _oabc，对u _cabc、u _g、i、i _o进行坐标变换得到u _cd、u _cq、u _gd、u _gq、i _d、i _q、i _od、i _oq，再经过正负序分离得到电容电压正序分量u _cdp、u _cqp和负序分量u _cdn、u _cqn，得到电感电流正序分量i _dp、i _qp和负序分量i _dn、i _qn，得到并网电流正序分量i _odp、i _oqp和负序分量i _odn、i _oqn。

步骤2，计算逆变器输出的有功功率和无功功率的直流分量，其计算值为P ₁、Q ₁，计算公式由式（1）给出：

（1）

步骤3，检测电网电压幅值U _d，当U _d小于0.9U _N时，k _d=U _d/U _N；当检测到电网电压幅值U _d大于0.9U _N时，k _d=1，U _N为额定电网电压幅值。

当判断发生低压穿越时，根据修正系数K_d得到有功功率参考值，进而得到无功功率参考值如式（2）所示：

（2）

式中，P _ref 为正常运行时给定的有功功率参考值，S为系统容量。

步骤4，图2是本发明提供的改进的虚拟同步机控制框图，虚拟同步机控制由有功频率环和无功电压环构成，模拟了同步发电机的旋转惯性、一次调频特性和一次调压特性，虚拟同步机数学模型如式（3）、式（4）所示：

（3）

（4）

式中，P _ref 、Q _ref 分别为有功功率和无功功率参考值，P' _ref 为修正后的有功功率参考值，J为转动惯量，D _p为阻尼系数，ω _n为额定角频率，k为励磁调节的惯性系数，u _c为虚拟同步机输出电压的参考幅值。

步骤5，当低压穿越发生时，设定电压参考值输出的最大值和最小值，当通过无功电压环得到的电压参考值大于最大值时，则通过相量限流法输出的电压参考值为所设定的最大值；当通过无功电压环得到的电压参考值小于最小值时，则通过相量限流法输出的电压参考值为所设定的最小值；当通过无功电压环得到的电压参考值介于最大值和最小值之间时，则通过相量限流法输出的电压参考值就是无功电压环得到的电压值，再对输出的电压参考值u' _c进行三相电压合成，再经过正负序分解和dq分解得到正序电压参考值u ^* _cdp、u ^* _cqp。

步骤6，如图3所示，将得到的正序电压参考值u ^* _cdp、u ^* _cqp和步骤（1）中得到的正序分量u _cdp、u _cqp经PI控制器得到正序输出电流的参考值i ^* _dp、i ^* _qp；将负序输出电流参考值设置为0。

步骤7，如图3所示，利用PI控制器对正负序电流进行控制，得到正负序电压的参考值u ^* _mdp、u ^* _mqp、u ^* _mdn、u ^* _mqn，经坐标反变换之后得到对正负序电压参考值，再做和得到三相调制电压u _m。

步骤8，将得到的调制电压u _m送入SVPWM控制算法之中，得到PWM信号对逆变器进行开关控制。

步骤9，当电网电压恢复之后，参考值变自动恢复到正常并网时的参考值，实现了虚拟同步机的低压穿越功能。

Claims (5)

1.一种虚拟同步机的低压穿越方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，当电网电压跌落时，给出有功功率的修正系数；

步骤2，修正有功功率的参考值，抑制瞬时过电流，同时给出无功功率的参考值，对电网电压进行支撑；

步骤3，利用相量限流法对虚拟同步机无功电压环进行改进，限制电压参考值的范围，抑制瞬时过电流；

步骤4，引入平衡电流法，对正负序电流进行分别控制，使三相输出电流平衡。

2.根据权利要求书1所述的一种虚拟同步机的低压穿越方法，其特征在于，步骤1中所述的当电网电压跌落时，给出有功功率的修正系数的方法为：

当系统检测到电网电压幅值U_d小于0.9U_N时，K_d=U_d/U_N；

当检测到电网电压幅值U_d大于0.9U_N时，K_d=1，U_N为额定电网电压幅值。

3.根据权利要求书1所述的一种虚拟同步机的低压穿越方法，其特征在于，步骤2中所述的修正有功功率的参考值，抑制瞬时过电流，同时给出无功功率的参考值，对电网电压进行支撑的方法为：

当判断发生低压穿越时，根据修正系数K_d得到有功功率参考值如式（1）所示，进而得到无功功率参考值如式（2）所示：

（1）

（2）

式中，P _ref 为正常运行时额定的有功功率参考值，S为系统额定容量。

4.根据权利要求书1所述的一种虚拟同步机的低压穿越方法，其特征在于，步骤3所述的利用相量限流法对虚拟同步机无功电压环进行改进，限制电压参考值的范围，抑制瞬时过电流的方法为：

当低压穿越发生时，设定电压参考值输出的最大值和最小值，当通过无功电压环得到的电压参考值大于最大值时，则通过相量限流法输出的电压参考值为所设定的最大值；

当通过无功电压环得到的电压参考值小于最小值时，则通过相量限流法输出的电压参考值为所设定的最小值；

当通过无功电压环得到的电压参考值介于最大值和最小值之间时，则通过相量限流法输出的电压参考值就是无功电压环得到的电压值。

5.根据权利要求书1所述的一种虚拟同步机的低压穿越方法，其特征在于，步骤（4）所述的引入平衡电流法，对正负序电流进行分别控制，使三相输出电流平衡的方法为：

利用电压环对正序电压进行控制得到正序电流参考值i ^* _dp、i ^* _qp，再利用电流环对正序电流进行控制得到正序电压参考值；

将负序电流参考值设置为0，利用电流环对负序电流进行控制，得到负序电压参考值；

将得到的正负序电压进行坐标变化得到三相静止坐标系下的调制电压。