CN114050561B - 限制对称短路故障下构网型变流器过电流的方法及系统 - Google Patents

限制对称短路故障下构网型变流器过电流的方法及系统 Download PDF

Info

Publication number
CN114050561B
CN114050561B CN202111260481.6A CN202111260481A CN114050561B CN 114050561 B CN114050561 B CN 114050561B CN 202111260481 A CN202111260481 A CN 202111260481A CN 114050561 B CN114050561 B CN 114050561B
Authority
CN
China
Prior art keywords
network
type converter
reference value
axis
voltage reference
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202111260481.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114050561A (zh
Inventor
林新春
黄光舟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Huazhong University of Science and Technology
Original Assignee
Huazhong University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Huazhong University of Science and Technology filed Critical Huazhong University of Science and Technology
Priority to CN202111260481.6A priority Critical patent/CN114050561B/zh
Publication of CN114050561A publication Critical patent/CN114050561A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114050561B publication Critical patent/CN114050561B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/02—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess current
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/24—Arrangements for preventing or reducing oscillations of power in networks
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2203/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J2203/20—Simulating, e g planning, reliability check, modelling or computer assisted design [CAD]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/76—Power conversion electric or electronic aspects

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

本发明公开了一种限制对称短路故障下构网型变流器过电流的方法及系统，属于新能源发电领域，方法包括：当检测到对称短路故障时，冻结构网型变流器的无功‑电压下垂控制特性，设定滤波电容电压参考值等于滤波电容电压检测值，将滤波电容电压参考值与滤波电容电压检测值之间的差值输入d轴PI控制模块，输出恒定的虚拟励磁电压；在d轴控制回路和q轴控制回路分别设置串联的虚拟限流电感后，计算虚拟励磁电压下滤波电容的d轴电压参考值，以及计算零电压参考值下滤波电容的q轴电压参考值；根据d轴电压参考值和q轴电压参考值生成PWM控制信号，并根据PWM控制信号控制构网型变流器的开关管。三相对称短路故障下可限制过电流。

Description

限制对称短路故障下构网型变流器过电流的方法及系统
技术领域
本发明属于新能源发电领域，更具体地，涉及一种限制对称短路故障下构网型变流器过电流的方法及系统。
背景技术
近年来，随着分布式电源在配电网中的广泛接入，传统同步机越来越多地被新能源变流器所取代，构网型变流器也被广泛提及和研究。构网型变流器在区域电网中替代传统同步机，为负荷提供稳定的电压和频率支撑，起到大电网的功能与效果。虚拟同步技术是构网型变流器的基础技术之一，但是，分布式网络很容易遭受以三相对称短路故障为代表的电路故障。由于构网型变流器本身承担构网功能，往往不与大电网直接连接，缺少强电网支撑，使其面临更加严重的故障期间过电流问题，威胁区域电网的安全稳定运行。
目前对于构网型变流器的研究主要以虚拟同步技术为切入点，针对构网型变流器过电流有两种限制方法，分别是切换控制策略和增加虚拟阻抗。切换控制策略是在故障发生时，将构网型变流器的虚拟同步控制切换为电流源型控制，以抑制过电流。增加虚拟阻抗是当构网型变流器电流超过设定阈值时，添加额外的虚拟阻抗。增加虚拟阻抗考虑工况较为理想，具有一定的实施难度；切换电流源型控制会导致变流器失去构网能力，二者均不能很好地解决三相对称短路故障下构网型变流器的过电流问题。
发明内容
针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种限制对称短路故障下构网型变流器过电流的方法及系统，其目的在于发生对称短路故障时，限制流过构网型变流器的过电流。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种限制对称短路故障下构网型变流器过电流的方法，构网型变流器输出侧连接有滤波电容，方法包括：S1，当检测到对称短路故障时，冻结所述构网型变流器的无功-电压下垂控制特性，设定滤波电容电压参考值等于滤波电容电压检测值，将所述滤波电容电压参考值与所述滤波电容电压检测值之间的差值输入d轴PI控制模块，输出恒定的虚拟励磁电压；S2，在d轴控制回路和q轴控制回路分别设置串联的虚拟限流电感后，计算所述虚拟励磁电压下滤波电容的d轴电压参考值，以及计算零电压参考值下滤波电容的q轴电压参考值；S3，根据所述d轴电压参考值和所述q轴电压参考值生成PWM控制信号，并根据所述PWM控制信号控制所述构网型变流器的开关管。
更进一步地，构网型变流器输出侧还连接有滤波电感，方法还包括：当滤波电感电流大于关断阈值且所述构网型变流器的开关管处于接通状态时，关断所述构网型变流器的开关管；当滤波电感电流小于开启阈值且所述构网型变流器的开关管处于断开状态时，开启所述构网型变流器的开关管；否则，控制所述构网型变流器的开关管保持当前通断状态。
更进一步地，所述关断阈值和所述开启阈值分别为：
I1＝ktIomax
I2＝klIomax
其中，I1为所述关断阈值，I2为所述开启阈值，kt为关断阈值系数，kl为开启阈值系数，Iomax为构网型变流器额定电流的最大值。
更进一步地，所述d轴电压参考值和所述q轴电压参考值为：
Figure BDA0003324033120000021
Figure BDA0003324033120000031
其中，Ucdref为所述d轴电压参考值，Ucqref为所述q轴电压参考值，E为所述虚拟励磁电压，Lv为构网型变流器输出侧连接的滤波电感的电感值，Lvlim为所述虚拟限流电感的电感值，Iod、Ioq分别为所述构网型变流器输出电流的d轴分量、q轴分量，t为时间，ω为基波角频率。
更进一步地，所述虚拟限流电感为：
Figure BDA0003324033120000032
其中，Lvlim为所述虚拟限流电感的电感值，E为所述虚拟励磁电压，Uc为所述滤波电容电压检测值，ω为基波角频率，klim为过电流限制系数，IoN为所述构网型变流器的额定电流，Lv为构网型变流器输出侧连接的滤波电感的电感值。
更进一步地，所述S1还包括：控制所述构网型变流器对外部呈现电压源特性，以及控制所述构网型变流器的有功-频率下垂特性保持不变。
按照本发明的另一个方面，提供了一种限制对称短路故障下构网型变流器过电流的系统，构网型变流器输出侧连接有滤波电容，系统包括：冻结模块，用于当检测到对称短路故障时，冻结所述构网型变流器的无功-电压下垂控制特性，设定滤波电容电压参考值等于滤波电容电压检测值，将所述滤波电容电压参考值与所述滤波电容电压检测值之间的差值输入d轴PI控制模块，输出恒定的虚拟励磁电压；虚拟限流模块，用于在d轴控制回路和q轴控制回路分别设置串联的虚拟限流电感后，计算所述虚拟励磁电压下滤波电容的d轴电压参考值，以及计算零电压参考值下滤波电容的q轴电压参考值；控制模块，用于根据所述d轴电压参考值和所述q轴电压参考值生成PWM控制信号，并根据所述PWM控制信号控制所述构网型变流器的开关管。
更进一步地，构网型变流器输出侧还连接有滤波电感，系统还包括：通断控制模块，用于当滤波电感电流大于关断阈值且所述构网型变流器的开关管处于接通状态时，关断所述构网型变流器的开关管；当滤波电感电流小于开启阈值且所述构网型变流器的开关管处于断开状态时，开启所述构网型变流器的开关管；否则，控制所述构网型变流器的开关管保持当前通断状态。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：
(1)在构网型变流器遭遇对称短路故障时，保持构网型变流器的调频特性而冻结其调压特性，避免电容电压负反馈调节将导致虚拟励磁电压持续上升而导致过电流提高，输出恒定的虚拟励磁电压以对过电流的稳态分量进行限制；此外，在控制策略中增加串联虚拟电感以进一步限制过电流的稳态分量，基于此生成相应的PWM信号控制开关管，从而实现限制过电流稳态分量的目的，保证对称短路故障下构网型变流器输出电流保持在可接受范围内，避免过电流对构网型变流器和负载安全运行的威胁，降低停机风险；
(2)为开关管设置开启和关断的阈值，当暂态过电流超阈值时关断开关管，整个构网型变流器-短路点回路通过续流二极管导通，形成一个反向电压降，从而限制过电流中的暂态分量；进一步地，设置为开关管滞环控制，可以最大限度防止开关管频繁高频动作对构网型变流器造成不利影响；
(3)维持构网型变流器的有功调频特性，有利于维持故障期间的多机并联，同时在故障后迅速恢复，提高其稳定性，方法操作简单，易于工程实施。
附图说明
图1为本发明实施例提供的限制对称短路故障下构网型变流器过电流的方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的构网型变流器在正常工况下和对称短路故障下的等效电路模型；
图3为本发明实施例提供的限制对称短路故障下构网型变流器稳态过电流的控制框图；
图4为本发明实施例提供的限制对称短路故障下构网型变流器暂态过电流的控制框图；
图5为本发明实施例提供的对称短路故障下构网型变流器中有功频率P-f下垂控制框图；
图6为采用正常工况控制方法时对称短路故障下瞬间的三相输出电流；
图7为采用本发明实施例提供的方法时对称短路故障下瞬间的三相输出电流；
图8为采用正常工况控制方法时故障恢复的三相输出电流；
图9为采用本发明实施例提供的方法时故障恢复的三相输出电流；
图10为本发明实施例提供的限制对称短路故障下构网型变流器过电流的系统的框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
在本发明中，本发明及附图中的术语“第一”、“第二”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
图1为本发明实施例提供的限制对称短路故障下构网型变流器过电流的方法的流程图。参阅图1，结合图2-图9，对本实施例中限制对称短路故障下构网型变流器过电流的方法进行详细说明，方法包括操作S1-操作S3。
S1，当检测到对称短路故障时，冻结构网型变流器的无功-电压下垂控制特性，设定滤波电容电压参考值等于滤波电容电压检测值，将滤波电容电压参考值与滤波电容电压检测值之间的差值输入d轴PI控制模块，输出恒定的虚拟励磁电压。
参阅图4，构网型变流器的输入侧连接有直流电源，输出侧连接有滤波电感Lf、滤波电容Cf和负载，用于对直流电源输出的直流电进行逆变、滤波后并入电网。
正常工况下，构网型变流器的控制策略采用有功频率P-f下垂特性和无功电压Q-V下垂特性，通过有功功率控制频率，通过无功功率控制输出电压幅值。遭遇对称短路故障时，构网型变流器的控制策略有切换电流源型控制和保持电压源型控制两种。电流源型控制策略可以有效限制故障期间的输出电流，但无法提供电压和频率支撑，导致构网型变流器失去构网能力，尤其在多机并联时更不利于整个系统的安全稳定运行。
基于此，本实施例中采用电压源型控制策略，当检测到对称短路故障时，不切换构网型变流器的控制策略，控制构网型变流器对外部呈现电压源特性。进一步地，冻结构网型变流器的无功电压Q-V下垂控制特性，控制构网型变流器的有功频率P-f下垂特性保持不变，有功频率P-f下垂控制如图5所示。
有功频率P-f控制环路不直接影响对称短路故障下过电流的产生和大小，在单机系统中对构网型变流器对称短路故障下的稳定性影响也有限。考虑到本实施例面向多机并联系统的可推广性，在多机并联系统中，保持有功频率P-f下垂特性有利于维持故障期间的多机并联和故障后的迅速恢复，因此，本实施例保持构网型变流器在对称短路故障下的调频特性。
正常工况下，构网型变流器的无功电压Q-V控制环路的控制过程如下：
1)对构网型变流器三相输出电流Ioabc和三相电容电压Uoabc进行采样，利用有功频率P-f控制环路的输出功角θ以及无功功率表达式得到输出无功功率Qout。
2)无功功率信号值Qref与输出无功功率Qout相减后乘以下垂系数kv，将相乘结果叠加到额定电容电压UcN，生成电容电压给定值Ucref，从而实现无功电压Q-V下垂控制。
进一步地，正常工况下，构网型变流器的整体控制过程如下：
3)对电容电压给定值Ucref与额定电容电压UcN之间的差值输入d轴PI控制模块，输出变化的虚拟励磁电压E。
4)依据dq轴电容电压方程，在dq轴控制回路输入上分别叠加滤波电感电压ωLvIoq和-ωLvIod，添加dq轴固有虚拟电感
Figure BDA0003324033120000071
和
Figure BDA0003324033120000072
保持整个电路特性呈感性，计算虚拟励磁电压E下滤波电容的d轴电压参考值Ucdref，以及计算零电压参考值下滤波电容的q轴电压参考值Ucqref。
5)将d轴电压参考值Ucdref、q轴电压参考值Ucqref以及有功频率P-f控制环路的输出功角θ输入电压电流双环控制以及PWM生成环节，输出PWM信号，以控制构网型变流器的开关管。
参阅图2，从正常工况到发生短路故障，电容电压Uc和电容电压参考值Ucref均大幅下降，此时忽略电容电压，构网型变流器的输出电流仅由虚拟励磁电压E和固有虚拟电感Lv共同决定，等效电路为纯感性电路，输出电流Io≈Ioq。同时，无功电压Q-V控制环路中，电容电压Uc大幅下降，而额定电容电压UcN保持恒定，电容电压负反馈调节将导致虚拟励磁电压E持续上升。与正常工况相比，构网型变流器在对称短路故障下电容电压Uc大幅下降而虚拟励磁电压E持续上升的情况下将产生更大的电压降，固有虚拟电感Lv不变时将产生巨大的输出过电流。
基于上述过电流产生原理可知，影响过电流的因素主要有电容电压Uc、虚拟励磁电压E和固有虚拟电感Lv。电容电压Uc与故障属性有关，无法通过控制策略调节。因此，本实施例的控制策略通过两种方式来限制过电流，这两种方式分别为：增加串联虚拟电感，使等效电路的电路阻抗升高，从而限制故障电流；优化电容电压负反馈调节环路，抑制虚拟励磁电压E上升，减小电压降，从而限制故障电流。相较于增加串联虚拟电阻而言，增加串联虚拟电感能保持构网型变流器的阻抗特性。
对于优化电容电压负反馈调节环路的方式，本实施例中通过冻结构网型变流器的无功电压Q-V下垂控制特性，采用滤波电容电压参考值Ucref等于滤波电容电压检测值Uc进行控制，不再进行负反馈调节，二者差值恒为0，差值0输入d轴PI控制模块后，输出恒定的虚拟励磁电压E。该恒定的虚拟励磁电压E的取值为进入故障瞬间的虚拟励磁电压值。
S2，在d轴控制回路和q轴控制回路分别设置串联的虚拟限流电感后，计算虚拟励磁电压下滤波电容的d轴电压参考值，以及计算零电压参考值下滤波电容的q轴电压参考值。
根据等效电路，本实施例中在d轴控制回路和q轴控制回路中设置的虚拟限流电感为：
Figure BDA0003324033120000081
其中，Lvlim为虚拟限流电感的电感值；Uc为滤波电容电压检测值；ω为基波角频率；klim为过电流限制系数，IoN为构网型变流器的额定电流，即对称短路故障期间期望过电流周期分量保持在klimIoN的水平；Lv为构网型变流器输出侧连接的滤波电感的电感值。
根据本发明的实施例，d轴电压参考值和q轴电压参考值为：
Figure BDA0003324033120000091
Figure BDA0003324033120000092
其中，Ucdref为d轴电压参考值，Ucqref为q轴电压参考值，E为虚拟励磁电压，Lv为构网型变流器输出侧连接的滤波电感的电感值，Lvlim为虚拟限流电感的电感值，Iod、Ioq分别为构网型变流器输出电流的d轴分量、q轴分量，t为时间，ω为基波角频率。
S3，根据d轴电压参考值和q轴电压参考值生成PWM控制信号，并根据PWM控制信号控制构网型变流器的开关管。
具体地，将d轴电压参考值Ucdref、q轴电压参考值Ucqref以及有功频率P-f控制环路的输出功角θ输入电压电流双环控制以及PWM生成环节，输出PWM信号，以控制构网型变流器的开关管。
上述操作S1-操作S3的具体控制过程如图3所示。需要说明的是，等效电路表征的是构网型变流器在对称短路故障下各变量稳态分量之间的关系，上述操作S1-操作S3仅能限制过电流中的周期分量(即稳态分量)。对于过电流中的非周期分量(即暂态分量)，由于虚拟电感的衰减能力弱，且过电流暂态分量往往具有峰值高、时间短的特点，处于极快的时间尺度，传统的无功电压Q-V控制很难有效应对。
过电流本质是由于构网型变流器和短路点存在电压降，因此，通过为构网型变流器的开关管设置开启和关断的阈值可以实现当暂态过电流超阈值时关断开关管，整个构网型变流器-短路点回路通过续流二极管导通，等效于短路点直接反接直流侧电压源，形成一个反向电压降，从而限制暂态过电流。同时，为了最大限度防止开关管频繁高频动作对构网型变流器自身的影响，设置开关管滞环环节，并对三相过电流进行分别控制。
具体地，用于限制暂态分量的控制策略包括：当滤波电感电流大于关断阈值且构网型变流器的开关管处于接通状态时，关断构网型变流器的开关管；当滤波电感电流小于开启阈值且构网型变流器的开关管处于断开状态时，开启构网型变流器的开关管；否则，控制构网型变流器的开关管保持当前通断状态。
根据本发明的实施例，关断阈值I1和开启阈值I2分别为：
I1＝ktIomax
I2＝klIomax
其中，kt为关断阈值系数，kl为开启阈值系数，Iomax为构网型变流器额定电流的最大值。
参阅图4，实施限制暂态分量的控制策略时，构网型变流器的工作过程如下：
1)发生对称短路故障，Uc下降，输出电流实际值Ion开始上升，此时Uon＝UonPWM，Uon、UonPWM分别为三相输出电压实际值和三相输出电压PWM参考值，n＝a，b，c，分别代表A、B、C三相。当|Ion|＞ktIomax时，关断开关管，等效于直接反接直流侧电压源，由于Ion是交流电流实际值，此时Uon为：
Figure BDA0003324033120000101
2)开关管关断导致Ion下降，当|Ion|＜klIomax，开关管开启，此时Uon＝UonPWM。
3)开关管开启导致Ion重新开始上升，重复上述过程，直到过电流的非周期性分量全部衰减完成。
对于对称短路故障而言，短路点距离和短路点阻抗对于构网型变流器的影响存在差异，为了保证构网型变流器的安全稳定运行，本实施例中针对最极端的对称短路故障分析提出的方法的可靠性。即，针对短路点距离构网型变流器滤波电容较近且短路阻抗较低的情况进行分析，此时线路阻抗可忽略不计，电容电压Uc大幅下降至极低值，可忽略不计。
以一台构网型变流器(系统参数见表1)为例进行仿真研究。仿真工况为：(1)故障发生前，电机运行于稳定状态；(2)故障瞬间，负载1处发生三相对称短路故障；(3)故障后，负载1恢复运行，短路故障消失。
表1
参数 数值 参数 数值
额定电压/V 690 过电流限制系数 1.3
额定功率/MW 5 开关管封禁触发系数 1.67
基准频率/Hz 50 开关管开启触发系数 1.33
LC滤波电感/mH 0.112 固有虚拟电感/mH 0.112
LC滤波电容/mF 3.62 新增串联虚拟电感/mH 0.134
负载1电阻/Ω 0.19 无功环下垂系数/10<sup>-6</sup> 2
负载2电阻/Ω 0.19 有功环下垂系数/10<sup>6</sup> 1
需要说明的是，构网型变流器自身承担构网功能，没有强电网支撑，不能通过电网电压跌落深度来判定故障。考虑到本实施例旨在解决对称短路故障下的过电流问题，因此，在仿真中设定当输出电流达到1.1倍额定电流时即判定发生对称短路故障，进入故障工况。仿真结果如图6-图9所示。
图6和图8为负载1处发生对称短路故障时，正常工况控制方法的仿真结果。参阅图6和图8可知，在1s时发生对称短路故障后，三相输出电流迅速上升，并在短时间内到达构网型变流器输出限幅，然后开始进行长时间的等幅振荡；在1.2s时故障恢复后，三相输出电流也未恢复到额定值，同时频率逐渐下降，最终发生失稳。可见，构网型变流器正常工况下无法承受对称短路故障带来的冲击，极易产生巨大过电流引发失稳。
图7和图9为负载1处发生对称短路故障时，本实施例中所提出的方法的仿真结果。参阅图7和图9可知，在1s时发生对称短路故障后，三相输出电流在经历短暂暂态过程后迅速稳定在1.3倍电流额定值附近并平稳运行，在暂态过程中，过电流也保持在1.33-1.67倍电流额定值区间，满足构网型变流器的安全运行条件；在1.2s时故障恢复后，三相输出电流迅速下降至电流额定值，未发生频率异常下降的情况，最后保持平稳运行。
对比上述仿真结果可知，发生对称短路故障时，本实施例中的方法能将三相输出电流的稳态过电流有效限制在1.3倍电流额定值附近，暂态过电流限制在1.33-1.67倍电流额定值区间；且在故障恢复后，三相输出电流能够迅速下降至电流额定值，在极短时间内恢复正常；使整个系统的抗扰动能力和故障期间的持续运行能力都得到了很大的提升。
图10为本发明实施例提供的限制对称短路故障下构网型变流器过电流的系统的框图。构网型变流器输出侧连接有滤波电容，参阅图10，该限制对称短路故障下构网型变流器过电流的系统100包括冻结模块101、虚拟限流模块102以及控制模块103。
冻结模块101例如执行操作S1，用于当检测到对称短路故障时，冻结构网型变流器的无功-电压下垂控制特性，设定滤波电容电压参考值等于滤波电容电压检测值，将滤波电容电压参考值与滤波电容电压检测值之间的差值输入d轴PI控制模块，输出恒定的虚拟励磁电压。
虚拟限流模块102例如执行操作S2，用于在d轴控制回路和q轴控制回路分别设置串联的虚拟限流电感后，计算虚拟励磁电压下滤波电容的d轴电压参考值，以及计算零电压参考值下滤波电容的q轴电压参考值。
控制模块103例如执行操作S3，用于根据d轴电压参考值和q轴电压参考值生成PWM控制信号，并根据PWM控制信号控制构网型变流器的开关管。
根据本发明的实施例，构网型变流器输出侧还连接有滤波电感，限制对称短路故障下构网型变流器过电流的系统100还包括通断控制模块。通断控制模块用于当滤波电感电流大于关断阈值且构网型变流器的开关管处于接通状态时，关断构网型变流器的开关管；当滤波电感电流小于开启阈值且构网型变流器的开关管处于断开状态时，开启构网型变流器的开关管；否则，控制构网型变流器的开关管保持当前通断状态。
限制对称短路故障下构网型变流器过电流的系统100用于执行上述图1-图9所示实施例中的限制对称短路故障下构网型变流器过电流的方法。本实施例未尽之细节，请参阅前述图1-图9所示实施例中的限制对称短路故障下构网型变流器过电流的方法，此处不再赘述。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种限制对称短路故障下构网型变流器过电流的方法，构网型变流器输出侧连接有滤波电容，其特征在于，方法包括：
S1，当检测到对称短路故障时，冻结所述构网型变流器的无功-电压下垂控制特性，设定滤波电容电压参考值等于滤波电容电压检测值，将所述滤波电容电压参考值与所述滤波电容电压检测值之间的差值输入d轴PI控制模块，输出恒定的虚拟励磁电压；
S2，在d轴控制回路和q轴控制回路分别设置串联的虚拟限流电感后，计算所述虚拟励磁电压下滤波电容的d轴电压参考值，以及计算零电压参考值下滤波电容的q轴电压参考值；
所述虚拟限流电感为：
Figure FDA0003720622680000011
其中，Lvlim为所述虚拟限流电感的电感值，E为所述虚拟励磁电压，Uc为所述滤波电容电压检测值，ω为基波角频率，klim为过电流限制系数，IoN为所述构网型变流器的额定电流，Lv为构网型变流器输出侧连接的滤波电感的电感值；
所述d轴电压参考值和所述q轴电压参考值为：
Figure FDA0003720622680000012
Figure FDA0003720622680000013
其中，Ucdref为所述d轴电压参考值，Ucqref为所述q轴电压参考值，Iod、Ioq分别为所述构网型变流器输出电流的d轴分量、q轴分量，t为时间；
S3，根据所述d轴电压参考值和所述q轴电压参考值生成PWM控制信号，并根据所述PWM控制信号控制所述构网型变流器的开关管。
2.如权利要求1所述的限制对称短路故障下构网型变流器过电流的方法，其特征在于，构网型变流器输出侧还连接有滤波电感，方法还包括：
当滤波电感电流大于关断阈值且所述构网型变流器的开关管处于接通状态时，关断所述构网型变流器的开关管；
当滤波电感电流小于开启阈值且所述构网型变流器的开关管处于断开状态时，开启所述构网型变流器的开关管；
否则，控制所述构网型变流器的开关管保持当前通断状态。
3.如权利要求2所述的限制对称短路故障下构网型变流器过电流的方法，其特征在于，所述关断阈值和所述开启阈值分别为：
I1＝ktIomax
I2＝klIomax
其中，I1为所述关断阈值，I2为所述开启阈值，kt为关断阈值系数，kl为开启阈值系数，Iomax为构网型变流器额定电流的最大值。
4.如权利要求1-3任一项所述的限制对称短路故障下构网型变流器过电流的方法，其特征在于，所述S1还包括：控制所述构网型变流器对外部呈现电压源特性，以及控制所述构网型变流器的有功-频率下垂特性保持不变。
5.一种限制对称短路故障下构网型变流器过电流的系统，构网型变流器输出侧连接有滤波电容，其特征在于，系统包括：
冻结模块，用于当检测到对称短路故障时，冻结所述构网型变流器的无功-电压下垂控制特性，设定滤波电容电压参考值等于滤波电容电压检测值，将所述滤波电容电压参考值与所述滤波电容电压检测值之间的差值输入d轴PI控制模块，输出恒定的虚拟励磁电压；
虚拟限流模块，用于在d轴控制回路和q轴控制回路分别设置串联的虚拟限流电感后，计算所述虚拟励磁电压下滤波电容的d轴电压参考值，以及计算零电压参考值下滤波电容的q轴电压参考值；
所述虚拟限流电感为：
Figure FDA0003720622680000031
其中，Lvlim为所述虚拟限流电感的电感值，E为所述虚拟励磁电压，Uc为所述滤波电容电压检测值，ω为基波角频率，klim为过电流限制系数，IoN为所述构网型变流器的额定电流，Lv为构网型变流器输出侧连接的滤波电感的电感值；
所述d轴电压参考值和所述q轴电压参考值为：
Figure FDA0003720622680000032
Figure FDA0003720622680000033
其中，Ucdref为所述d轴电压参考值，Ucqref为所述q轴电压参考值，Iod、Ioq分别为所述构网型变流器输出电流的d轴分量、q轴分量，t为时间；
控制模块，用于根据所述d轴电压参考值和所述q轴电压参考值生成PWM控制信号，并根据所述PWM控制信号控制所述构网型变流器的开关管。
6.如权利要求5所述的限制对称短路故障下构网型变流器过电流的系统，其特征在于，构网型变流器输出侧还连接有滤波电感，系统还包括：
通断控制模块，用于当滤波电感电流大于关断阈值且所述构网型变流器的开关管处于接通状态时，关断所述构网型变流器的开关管；当滤波电感电流小于开启阈值且所述构网型变流器的开关管处于断开状态时，开启所述构网型变流器的开关管；否则，控制所述构网型变流器的开关管保持当前通断状态。
CN202111260481.6A 2021-10-27 2021-10-27 限制对称短路故障下构网型变流器过电流的方法及系统 Active CN114050561B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111260481.6A CN114050561B (zh) 2021-10-27 2021-10-27 限制对称短路故障下构网型变流器过电流的方法及系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111260481.6A CN114050561B (zh) 2021-10-27 2021-10-27 限制对称短路故障下构网型变流器过电流的方法及系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114050561A CN114050561A (zh) 2022-02-15
CN114050561B true CN114050561B (zh) 2022-08-16

Family

ID=80206661

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111260481.6A Active CN114050561B (zh) 2021-10-27 2021-10-27 限制对称短路故障下构网型变流器过电流的方法及系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114050561B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11641109B2 (en) 2022-05-17 2023-05-02 Zhejiang University Grid-forming wind turbine control method for diode rectifier unit-based offshore wind power transmission system
CN114640141B (zh) * 2022-05-17 2022-08-05 浙江大学 海上风电二极管整流单元送出系统的构网型风机控制方法
CN117269838B (zh) * 2023-11-22 2024-01-30 中国电力科学研究院有限公司 一种确定构网型电力电子设备短路电流的方法及系统
CN117578621A (zh) * 2023-11-24 2024-02-20 国网江苏省电力有限公司泰州供电分公司 一种构网型逆变器控制方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106655272A (zh) * 2017-01-16 2017-05-10 湖南大学 抑制故障瞬时冲击电流型虚拟同步逆变器及其控制方法
CN108365636A (zh) * 2018-01-29 2018-08-03 湖南大学 一种虚拟同步发电机控制方法
CN111416393A (zh) * 2020-04-15 2020-07-14 上海电力大学 基于自适应虚拟阻抗的虚拟同步发电机故障电流抑制方法
WO2021008664A1 (en) * 2019-07-15 2021-01-21 Vestas Wind Systems A/S Power generating unit with virtural synchronous generator with current limitation

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016066194A1 (en) * 2014-10-29 2016-05-06 Younicos Ag System for handling short circuits on an electrical network
EP3836337A1 (de) * 2019-12-10 2021-06-16 Wobben Properties GmbH Verfahren zur strombegrenzung einer virtuellen synchronmaschine, insbesondere während eines netzfehlers
CN111541274B (zh) * 2020-05-27 2023-08-22 燕山大学 一种基于虚拟同步发电机特性的孤岛微电网控制方法
CN113346507B (zh) * 2021-04-29 2023-06-20 西安交通大学 基于虚拟压降的虚拟同步机低电压穿越方法及系统

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106655272A (zh) * 2017-01-16 2017-05-10 湖南大学 抑制故障瞬时冲击电流型虚拟同步逆变器及其控制方法
CN108365636A (zh) * 2018-01-29 2018-08-03 湖南大学 一种虚拟同步发电机控制方法
WO2021008664A1 (en) * 2019-07-15 2021-01-21 Vestas Wind Systems A/S Power generating unit with virtural synchronous generator with current limitation
CN111416393A (zh) * 2020-04-15 2020-07-14 上海电力大学 基于自适应虚拟阻抗的虚拟同步发电机故障电流抑制方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
电网对称故障下双馈风力发电机的虚拟同步控制策略;程雪坤等;《电力系统自动化》;20170822;第41卷(第20期);第47-54页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN114050561A (zh) 2022-02-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN114050561B (zh) 限制对称短路故障下构网型变流器过电流的方法及系统
CN105958548B (zh) 一种适用于弱电网工况的逆变器功率-电压控制方法
CN110994628B (zh) 一种两级式光伏逆变器的高电压穿越控制方法
Wu et al. An adaptive phase-locked loop for the transient stability enhancement of grid-connected voltage source converters
CN104201694A (zh) 一种新型智能动态混成无功补偿系统及其控制方法
CN115102149A (zh) 一种构网型变流器过电流抑制系统及方法
CN113489049A (zh) 一种并网逆变器网侧电流控制方法
Benrabah et al. Improved grid-side current control of lcl-filtered grid-tied inverters under weak grid conditions
CN113241748A (zh) 电力电子变流器接入弱电网暂态过电压抑制方法及系统
Xu et al. Stability analysis of grid-connected inverters during the transient of grid voltage fluctuations in weak grid cases
Huang et al. Comparison of dc-link voltage control schemes on grid-side and machine-side for type-4 wind generation system under weak grid
CN112688337B (zh) 一种基于静止无功发生器的光伏并网系统次同步振荡抑制方法
Wang et al. Operation control strategy for photovoltaic/battery micro-grid
Sowjanya et al. Comparative analysis of LCL filter with active and passive damping methods for grid-interactive inverter system
Xiao et al. A single-phase grid-connected PV inverter with improved grid-connected current
CN106410850B (zh) 含两级式电压逆变器的并网光伏发电系统的控制方法
Liu et al. Research on LVRT Control Combination Strategy of PV Station
Yang et al. Harmonic Current Suppression of Grid-Connected PV Based on PR Control Strategy
CN111641228B (zh) 多功能光伏并网逆变器等效负载电流检测环节的构建方法
Hua et al. A Proportional-Lead Compensation Method for LCL Grid-connected Inverter
Jia et al. A New Control Strategy Based on Capacitor Current Feedback Source Damping for LCL Three-Phase Public Electric Network Inverter
Wang et al. Transient Stability Analysis and Stable Forms of the Grid-Connected VSC System with Limiter
Djema et al. Optimized Direct Power Control for Single Phase Grid-connected Inverters
Zhao et al. Direct charge control method for mixed conduction mode (DCM and TPCM) grid-connected inverter
Zhang et al. Current Control of Shunt Active Power Filter Based on Repetitive Control

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant