CN114884132A - 具有动态限流功能的构网型逆变器控制方法 - Google Patents

Abstract

具有动态限流功能的构网型逆变器控制方法，涉及构网型逆变器控制领域。解决了针对电网电压跌落严重时系统失稳时，现有控制方法未考虑功率外环的作用导致控制精度低的问题。本发明限流功能通过两方面实现，一方面是虚拟阻抗引起虚拟压降，继而间接起到限制电流的作用；而另一方面从注入电网的功率入手对控制方法进行改进，并以构网型并网逆变器在电网电压跌落时的功角变化入手，通过动态限流方法，保证了系统在严重电压跌落时的限流效果。本发明主要用于对构网型逆变器进行控制，在电网电压跌落时动态地限制构网逆变器的输出电流。

Description

具有动态限流功能的构网型逆变器控制方法

技术领域

本发明涉及构网型逆变器控制领域。

背景技术

随着经济全球化趋势，能源与环境问题成为制约人类社会发展的一大难题，在我国“双碳”战略目标的指引下，新能源发电技术作为解决能源紧缺与环境污染的有效举措得到广泛研究。近年来随着以光伏和风电为代表的新能源发电容量迅速增长，电力系统展现出“双高”趋势，即新能源渗透率升高，电力电子设备渗透率升高，这种趋势给传统电力系统带来了新的挑战。

目前新能源并网逆变器通常采用随网型(Grid-Following,GFL)控制，随网型逆变器在电力系统中表现为电流源，自身无法提供电压与频率的支撑，其稳定性往往依赖于大电网。而事实上，以变流器为代表的电力电子装置将逐步替代以同步发电机为主的机电能量转换装置，导致电力系统在物理层面体现为转子物理实体减少，系统抗干扰能力进而减弱，降低了系统惯性，更易引发谐波谐振以及稳定性问题。同时，发电系统的交流相位与电压幅值由传统同步电机转子主导转变为电力电子设备多环路控制主导，而可再生能源的间歇性与波动性对并网逆变器的调控能力又提出了更高的要求。基于以上现状，要求变流器可以在无同步发电机的条件下支撑电网，因此，需要采用构网型(Grid-Forming,GFM)控制策略。

构网型控制策略主要是模拟同步发电机的发电特性和频率同步机理实现自同步功能，并且输出给定的电压幅值和相位。与通过控制有功电流和无功电流来调节有功和无功功率注入的传统的随网型逆变器不同，构网型逆变器通过调节公共耦合点(PCC)电压的幅值和相位来控制注入功率。构网型逆变器对电网故障的响应与随网型逆变器的响应有很大不同，构网型逆变器可以对任何电网事件及时做出快速反应，而随网型逆变器需要实时检测当前的实际运行情况。尽管这种快速反应优于随网型逆变器，能够在电网故障时保持并网运行状态，但在实际应用中，由于构网型控制表现为电压源特性，电网故障引起的逆变器电流快速增长会带来过流问题。传统的同步发电机可以支持高达其额定电流7倍的电流，但构网型逆变器只能处理20％～50％的过电流，因此需要考虑构网型逆变器的故障限流措施。

目前的构网型逆变器限流措施通常采用控制类型切换的方式，比如在电流不超过允许值时，保持构网型控制的并网运行，在检测到故障时，则切换至电网跟随模式或直接脱网运行，这种模式显然失去了构网型控制的优势。另外也存在通过直接或间接限制电流参考值的方法来实现限流功能，但此方法未考虑功率外环的作用，导致功率外环的失稳，进一步导致系统失稳的问题。

发明内容

本发明目的是为了解决针对电网电压跌落严重时系统失稳时，现有控制方法未考虑功率外环的作用导致控制精度低的问题，本发明提供了一种用于具有动态限流功能的构网型逆变器控制方法。为实现电力系统“双高”趋势下电力电子设备对电压、频率信号的独立支撑，以及解决作为电压源的构网型逆变器在故障中处理过电流能力不足的问题，本发明以构网型并网逆变器在电网电压跌落时的功角变化入手，通过动态限流方法，保证了系统在严重电压跌落时的限流效果。

具有动态限流功能的构网型逆变器控制方法，该控制方法包括：

首先、根据电网电压跌落后的幅值V_F和逆变器额定电压V_n之间的关系，获得电网电压标幺值

当电网电压标幺值V_pu≤0.9时，动态功率限制环节启动，由下垂控制产生有功功率参考值P^*和无功功率参考值Q^*切换至由动态功率限制环节产生有功功率参考值P^*和无功功率参考值Q^*；

其次、功率同步控制器根据有功功率参考值P^*和无功功率参考值Q^*生成参考电压的幅值E*和逆变器输出电压相角θ；

电压/电流环根据参考电压的幅值E*、逆变器输出电压相角θ以及由逆变器输出电流的d轴有功电流i_d、逆变器输出电流的q轴无功电流i_q、虚拟电阻R_V和虚拟电感L_V引起的虚拟压降Δu，生成三相电压调制波

PWM调制器对三相电压调制波

进行调制，生成三相逆变桥开关状态信号S_abc对构网型逆变器的开关状态进行控制。

优选的是，动态功率限制环节产生有功功率参考值P^*和无功功率参考值Q^*的实现方式为：

其中，公式1中电网故障后的允许视在功率S_F的表达式为：

S_n为额定视在功率；

同时，根据电网故障后的允许视在功率S_F和无功功率参考值Q^*，获得有功功率参考值P^*；其中，

优选的是，虚拟电阻R_V和虚拟电感L_V的计算方式包括：

根据虚拟电抗X_V获得虚拟电阻R_V和虚拟电感L_V，其中，

其中，σ_X/R为阻抗控制系数，ω为逆变器输出电压角频率。

优选的是，虚拟电抗X_V的表达式为：

X_V＝K_P·σ_X/R·ΔI 公式6；

且

其中，K_P为比例增益，ΔI为电流差值，I_max为逆变器最大输出电流。

优选的是，由逆变器输出电流的d轴有功电流i_d、逆变器输出电流的q轴无功电流i_q、虚拟电阻R_V和虚拟电感L_V引起的虚拟压降Δu的实现方式包括：

首先、由逆变器输出电流的d轴有功电流i_d和逆变器输出电流的q轴无功电流i_q，共同引起电压降落的d轴压降Δu_d和电压降落的q轴压降Δu_q；其中，

其中，ω为逆变器输出电压角频率，j为虚数单位；

其次、根据电压降落的d轴压降Δu_d、电压降落的q轴压降Δu_q、虚拟电阻R_V和虚拟电感L_V，获得虚拟压降Δu，其中，

Δu＝Δu_d+jΔu_q 公式9；

再将公式8代入公式9中，整理获得Δu，其中，

优选的是，电压/电流环生成三相电压调制波

的实现方式包括：

S1、根据参考电压的幅值E*和逆变器输出电压相角θ，生成电压环外给定电压e^*；

S2、根据电压环外给定电压e^*减去虚拟压降Δu的差值作为电压环给定电压

电压环给定电压

减去逆变器输出电压v_pcc的差值作为电压环控制器的输入；

S3、电压环控制器对接收的差值进行电压环控制，生成电流环给定电流i^*；

S4、将电流环给定电流i^*减去逆变器输出电流i_pcc的差值，作为电流环控制器的输入，并对其进行电流环控制，获得三相电压调制波

优选的是，构网型逆变器控制方法所依赖的控制系统的阻尼系数ζ和系统自然振荡角频率ω_n的表现形式为：

其中，P_max为逆变器的最大输出功率，J为模拟同步发电机转动惯量，ω₀为逆变器输出电压额定角频率，D为模拟同步发电机阻尼系数。

原理分析：

本发明所述的具有动态限流功能的构网型逆变器控制方法采用同步功率控制，利用控制手段改善了电力电子设备稳定性不足的问题，同时从功率限制与电流限制两方面入手，改善了构网型逆变器在严重电压跌落故障下的限流能力。该方法不仅能够提升新能源发电系统对电压、频率的支撑力，还能够在保持构网型逆变器以电压源的形式并网的前提下动态地限制故障电流。

本发明带来的有益效果：

本发明所述具有动态限流功能的构网型逆变器控制方法，其限流功能通过两方面实现，一方面是虚拟阻抗引起虚拟压降，继而间接起到限制电流的作用；而另一方面从注入电网的功率入手，根据国家电网要求，应对不同的故障程度，采取不同的功率参考，以解决无功功率分配不平衡和无功环流等问题。首先通过检测电网电压跌落后的幅值V_F和逆变器额定电压V_n之间的关系，判断电网电压跌落情况，如果检测到电网电压跌落后的幅值V_F电网电压幅值低于或等于额定电压V_n值额定值的0.9倍，则动态功率限制环节启动，由正常运行时的下垂控制产生有功、无功功率参考值切换为动态功率限制环节产生有功功率参考值P^*和无功功率参考值Q^*。本发明以构网型并网逆变器在电网电压跌落时的功角变化入手，通过动态限流方法，保证了系统在严重电压跌落时的限流效果。

本发明提出一种具有动态限功能的构网型逆变器控制方法。该方法实现了在新能源高渗透率的电力系统中电力电子设备对电压、频率信号的独立支撑，使新能源大规模并网下的新型电力系统对可再生能源的消纳能力进一步提高。

在构网型控制使逆变器作为受控电压源运行的同时，结合功率限制与虚拟阻抗控制两种方法，从功角关系层面与间接限流层面实现了对电网电压跌落故障的动态限流功能，增强了构网型逆变器在电力系统中的适应性，提高控制精度。

本发明具有动态限流功能的构网型逆变器控制方法主要由电压/电流环作为内环结合了虚拟阻抗的电压电流控制、外环同步功率控制以及参考功率控制组成。该方法可以在新能源大规模并网情境中，构网型逆变器充当电压源以提供电压、频率支撑的同时，在电网电压跌落故障期间限制输出电流，并提高系统的动态响应能力。在可再生能源并网容量日益增加的趋势下，真正实现了电力电子设备独立支撑电网的诉求。

附图说明

图1是功率同步控制器(SPC)的控制原理示意图；

图2是逆变器的有功功率闭环等效框图；

图3是电网故障后的构网型逆变器的单相等效电路图；

图4是本发明所述的具有动态限流功能的构网型逆变器控制方法的原理框图；

图5是电网电压三相对称跌落故障下，逆变器输出电压v_pcc、电流i_pcc和频率f的仿真波形；其中，A11为逆变器输出电压v_pcc波形，A12为逆变器输出电流i_pcc波形，A13为逆变器输出频率f波形；

图6是采用本发明具有动态限流功能的控制方法对构网型逆变器控制后，逆变器输出电压v_pcc、输出电流i_pcc和频率f仿真波形；其中，图6a为在电网电压跌落至原电网电压的70％条件下，且在限流控制下的逆变器输出电压v_pcc、输出电流i_pcc和频率f仿真波形图；

图6b为在电压跌落至原电网电压的90％条件下，且在限流控制下的逆变器输出电压v_pcc、输出电流i_pcc和频率f仿真波形图；且A21为逆变器输出电压v_pcc波形，A22为逆变器输出电流i_pcc波形，A23为逆变器输出频率f波形；A24为逆变器输出电压v_pcc波形，A25为逆变器输出电流i_pcc波形，A26为逆变器输出频率f波形；

图7是限流控制下，逆变器输出电流的d轴有功电流i_d和q轴无功电流i_q的波形；其中，A31为逆变器输出电流的d轴有功电流i_d波形，A32为逆变器输出电流的q轴无功电流i_q波形；

图8是电网电压跌落至原电网电压的70％条件下，且在限流控制下逆变器输出电流i_pcc和输出电压v_pcc的实验波形图；其中，A41为逆变器输出电流i_pcc波形图，A42为公共耦合点处a相电压的波形，且公共耦合点处电压也即逆变器输出电压；

图9是电压跌落至原电网电压的70％条件下，且在限流控制下有功电流i_d、无功电流i_q、有功功率P和无功功率Q的实验波形；其中A51为有功电流i_d波形，A52为无功电流i_q波形，A53为有功功率P波形，A54为无功功率Q波形；

图10是电压跌落为0.1倍额定值，且在限流控制下的逆变器输出电流i_pcc和逆变器输出电压v_pcc的实验波形图，也即：电网电压跌落至原电网电压的90％，且在限流控制下的逆变器输出电流i_pcc和逆变器输出电压v_pcc的实验波形图；其中，A61为逆变器输出电流i_pcc波形，A62为公共耦合点处a相电压波形，且公共耦合点处电压也即逆变器输出电压；

图11是本发明的应用示意图。

附图中，ω^*表示参考角频率；ω表示逆变器输出电压角频率；P^*表示有功功率参考值；P表示逆变器的有功功率，ω₀表示逆变器输出电压额定角频率，Δω表示角频率差值，J为模拟同步发电机转动惯量，D为模拟同步发电机阻尼系数，s表示拉普拉斯变换中的复频率，θ表示逆变器输出电压相角，V^*表示给定电圧幅值，V_PCC表示逆变器输出电压幅值，Q^*表示无功功率参考值，Q表示逆变器的无功功率，ΔE表示电压差值，E₀表示逆变器输出额定电压幅值，E^*表示参考电压的幅值，

表示三相电压调制波，S_abc表示三相逆变桥开关状态信号，D_p表示有功下垂系数，D_q表示无功下垂系数，K_q表示无功静态调差系数；

θ_g表示电网电压相角，δ表示功角，且δ＝θ-θ_g，P_max表示逆变器的最大输出功率；R_F表示电网电压跌落后的等效电阻，L_F表示电网电压跌落后的等效电感，V_F表示电网电压跌落后的幅值，E∠δ表示逆变器输出电压相量，V_pu表示电网电压标幺值，F_s表示故障信号，i_d表示逆变器输出电流的d轴有功电流，i_q表示逆变器输出电流的q轴无功电流，v_pcc表示逆变器输出电压，

表示电压环给定电压，v_pcc表示逆变器输出电压，i^*表示电流环给定电流，i_pcc表示逆变器输出电流，G_V表示电压环控制器，G_I表示电流环控制器，

表示三相电压调制波，S_abc表示三相逆变桥开关状态信号，t表示时间，i_Labc表示滤波电感电流，L_f表示滤波电感，R_f表示滤波电阻，C_f表示滤波电容，PCC表示公共耦合点，R_g表示线路电阻，L_g表示线路电感。

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的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。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例：

参见图1和图4说明本实施例，本实施例所述的具有动态限流功能的构网型逆变器控制方法，该控制方法包括：

首先、根据电网电压跌落后的幅值V_F和逆变器额定电压V_n之间的关系，获得电网电压标幺值

当电网电压标幺值V_pu≤0.9时，动态功率限制环节启动，由下垂控制产生有功功率参考值P^*和无功功率参考值Q^*切换至由动态功率限制环节产生有功功率参考值P^*和无功功率参考值Q^*；

其次、功率同步控制器根据有功功率参考值P^*和无功功率参考值Q^*生成参考电压的幅值E*和逆变器输出电压相角θ；

电压/电流环根据参考电压的幅值E*、逆变器输出电压相角θ以及由逆变器输出电流的d轴有功电流i_d、逆变器输出电流的q轴无功电流i_q、虚拟电阻R_V和虚拟电感L_V引起的虚拟压降Δu，生成三相电压调制波

PWM调制器对三相电压调制波

进行调制，生成三相逆变桥开关状态信号S_abc对构网型逆变器的开关状态进行控制。

本发明所述具有动态限流功能的构网型逆变器控制方法，其限流功能通过两方面实现，一方面是虚拟阻抗引起虚拟压降，继而间接起到限制电流的作用；而另一方面从注入电网的功率入手，根据国家电网要求，应对不同的故障程度，采取不同的功率参考，以解决无功功率分配不平衡和无功环流等问题。首先通过检测电网电压跌落后的幅值V_F和逆变器额定电压V_n之间的关系，判断电网电压跌落情况，如果检测到电网电压跌落后的幅值V_F电网电压幅值低于或等于额定电压V_n值额定值的0.9倍，则动态功率限制环节启动，由正常运行时的下垂控制产生有功、无功功率参考值切换为动态功率限制环节产生有功功率参考值P^*和无功功率参考值Q^*。有功和无功功率参考值通过功率同步控制器控制产生参考电压的幅值E*和相角θ，含有虚拟阻抗的电压/电流环产生开关状态信号S_abc。

参见图1，本发明所述具有动态限流功能的构网型逆变器控制方法中所使用的功率同步控制器(Synchronous Power Controller，SPC)为现有技术，其中，功率环控制器(Power Loop Controller，PLC)为逆变器提供同步电机的机械特性，形成功率平衡与仿真电机的虚拟角频率之间的关系。无功功率控制器(Reactive Power Controller，RPC)通过控制无功功率来控制虚拟机的电压幅值。根据电压源功角特性，得到：

其中，P表示逆变器的有功功率，Q表示逆变器的无功功率，X为逆变器与电网之间的总阻抗，V_g为电网电压的幅值，E为逆变器输出电压的幅值，δ表示功角，且δ＝θ-θ_g，P_max为逆变器的最大输出功率；

逆变器的有功功率控制环的闭环框图如图2所示，由图2可以看出，有功功率控制的闭环传递函数是二阶的，其表达式为：

其中，

其中，P^*表示有功功率参考值，P表示逆变器的有功功率，P_max为逆变器的最大输出功率，J为模拟同步发电机转动惯量，ω₀为逆变器输出电压额定角频率，D为模拟同步发电机阻尼系数，s表示拉普拉斯变换中的复频率，ζ为控制系统的阻尼系数和ω_n为系统自然振荡角频率。

通过上述推导可知，构网型逆变器控制方法所依赖的控制系统的阻尼系数ζ和系统自然振荡角频率ω_n，同时受PLC中的控制参数J和D影响，通过调整有功功率闭环控制的控制参数J和D，可以改变逆变器输出功率与频率特性，为逆变器控制系统提供虚拟惯性。

进一步的，具体参见图4，动态功率限制环节产生有功功率参考值P^*和无功功率参考值Q^*的实现方式为：

其中，公式1中电网故障后的允许视在功率S_F的表达式为：

S_n为额定视在功率；

同时，根据电网故障后的允许视在功率S_F和无功功率参考值Q^*，获得有功功率参考值P^*；其中，

根据并网标准，在电网电压跌落时，将图1中功率环同步控制器(SPC)的有功和无功功率的参考值P^*、Q^*，根据公式1至3进行限制。当电网电压幅值为V_F时，要求逆变器向电网注入的无功功率Q^*。

更进一步的，虚拟电阻R_V和虚拟电感L_V的计算方式包括：

根据虚拟电抗X_V获得虚拟电阻R_V和虚拟电感L_V，其中，

其中，σ_X/R为阻抗控制系数，ω为逆变器输出电压角频率。

更进一步的，虚拟电抗X_V的表达式为：

X_V＝K_P·σ_X/R·ΔI 公式6；

且

其中，K_P为比例增益，ΔI为电流差值，I_max为逆变器最大输出电流。

更进一步的，由逆变器输出电流的d轴有功电流i_d、逆变器输出电流的q轴无功电流i_q、虚拟电阻R_V和虚拟电感L_V引起的虚拟压降Δu的实现方式包括：

首先、由逆变器输出电流的d轴有功电流i_d和逆变器输出电流的q轴无功电流i_q，共同引起电压降落的d轴压降Δu_d和电压降落的q轴压降Δu_q；其中，

其中，ω为逆变器输出电压角频率，j为虚数单位；

其次、根据电压降落的d轴压降Δu_d、电压降落的q轴压降Δu_q、虚拟电阻R_V和虚拟电感L_V，获得虚拟压降Δu，其中，

Δu＝Δu_d+jΔu_q 公式9；

再将公式8代入公式9中，整理获得Δu，其中，

更进一步的，电压/电流环生成三相电压调制波

的实现方式包括：

S1、根据参考电压的幅值E*和逆变器输出电压相角θ，生成电压环外给定电压e^*；

S2、根据电压环外给定电压e^*减去虚拟压降Δu的差值作为电压环给定电压

电压环给定电压

减去逆变器输出电压v_pcc的差值作为电压环控制器的输入；

S3、电压环控制器对接收的差值进行电压环控制，生成电流环给定电流i^*；

S4、将电流环给定电流i^*减去逆变器输出电流i_pcc的差值，作为电流环控制器的输入，并对其进行电流环控制，获得三相电压调制波

图3给出了电网故障前后的单相等效电路图，该部分分析虚拟阻抗随电流变化的关系，设电网电压跌落后的等效阻抗为R_F+jωL_F，其中，包括跌落前内电势与电网电压之间的总阻抗R₀+jωL₀以及为限制过电流而加入的虚拟阻抗(即：虚拟电阻R_V和虚拟电感L_V)，故障前的虚拟内电势幅值为E。进而有以下关系：

R_F表示电网电压跌落后的等效电阻，L_F表示电网电压跌落后的等效电感，R₀表示线路等效电阻，L₀表示线路等效电感，E∠δ表示逆变器输出电压相量。

为验证具有动态限流功能的构网型逆变器控制方法在构网型逆变器限流方面的作用，通过PLECS仿真了如图5所示的三相对称跌落故障时，逆变器输出电压v_pcc(也即：公共耦合点出电压)、输出电流i_pcc和逆变器频率f的仿真波形。其中，并网结构的线路参数与动态功率限制环节、虚拟阻抗参数如表1所示。控制策略中的虚拟阻抗根据公式6和公式7计算得到，选取K_P为0.085，σ_X/R为5，限制最大过电流为50％，则ΔI为11A，计算得X_v＝ωL_v＝4.675Ω，L_v≈15mH，R_v≈0.94Ω。在仿真中，为了模拟电网的对称三相故障，在某一时刻将电网电压的幅值瞬间降低，以验证电网电压波动时构网型逆变器的行为。图5中电压跌落至原电网电压的70％，当未采取动态限流策略时，故障电流达到了额定值的5倍左右，曲线A12上106A为故障电流幅值，且在电流恢复期间频率波动较大，具体参见图5。

表1仿真主要参数

当采取动态限流策略后，参见图6，故障期间过电流幅度限制为额定值的1.4倍，(也即：图6中32.1A/22.6A≈1.4)。并在3个周期内恢复到正常工作状态，故障发生和恢复时频率响应显著改善。

图7可以看到在所提出的控制方法下，故障期间限制向电网输送的有功功率，而增加了无功功率的输出，在实现限流作用的同时，改善了动态响应效果。

为了进一步验证所提出的动态限流控制策略和动态响应优化性能，进一步在三相并网逆变器实验平台中进行了实验验证。采用可编程交流电源供应器Chroma61511模拟电网电压变化，通过直接控制其输出端的三相电压来模拟电网电压跌落，实验中将电网电压分别降低为额定值的0.3倍(也即：电压跌落至原电网电压的70％)和0.1倍(也即：电压跌落至原电网电压的90％)，来验证所提出限流控制方案的限流能力。

图8为电网电压峰值跌落到0.3倍额定值时的并网电流波形，故障持续0.35s后恢复正常，其中，A41为逆变器输出电流i_pcc波形，A42为公共耦合点处a相电压(三相对称)的波形。由图8可以看出，在电压幅值跌落为0.3倍额定值(即：电压跌落至原电网电压的70％)期间，故障电流幅值被限制在1.4倍额定值以内，并且在3个周期内即可恢复正常状态，具有良好的动态性能。

图9中给出了并网逆变器有功功率和无功功率、有功电流和无功电流的实验波形，验证了上述分析中电网电压跌落时功率的变化，通过限制故障期间的功率参考，故障发生时功率的动态响应得到了改善，能够更好的面对较为严重的电压跌落故障。

图10对电网电压幅值跌落到0.1倍额定值(即：电压跌落至原电网电压的90％)时的故障情况进行了实验验证，由于在提出的限流控制中，故障期间的有功功率参考由电网电压跌落程度决定，所以可以更有效的限制不同电压跌落深度下的并网电流幅值，并具备良好的动态响应性能。

图11是本发明的应用示意图，从图11中可以看出生成三相逆变桥开关状态信号S_abc对构网型逆变器的开关状态进行控制来抑制电网电压的跌落。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

Claims (7)

1.具有动态限流功能的构网型逆变器控制方法，其特征在于，该控制方法包括：

首先、根据电网电压跌落后的幅值V_F和逆变器额定电压V_n之间的关系，获得电网电压标幺值

当电网电压标幺值V_pu≤0.9时，动态功率限制环节启动，由下垂控制产生有功功率参考值P^*和无功功率参考值Q^*切换至由动态功率限制环节产生有功功率参考值P^*和无功功率参考值Q^*；

其次、功率同步控制器根据有功功率参考值P^*和无功功率参考值Q^*生成参考电压的幅值E*和逆变器输出电压相角θ；

电压/电流环根据参考电压的幅值E*、逆变器输出电压相角θ以及由逆变器输出电流的d轴有功电流i_d、逆变器输出电流的q轴无功电流i_q、虚拟电阻R_V和虚拟电感L_V引起的虚拟压降Δu，生成三相电压调制波

PWM调制器对三相电压调制波

进行调制，生成三相逆变桥开关状态信号S_abc对构网型逆变器的开关状态进行控制。

2.根据权利要求1所述的具有动态限流功能的构网型逆变器控制方法，其特征在于，动态功率限制环节产生有功功率参考值P^*和无功功率参考值Q^*的实现方式为：

其中，公式1中电网故障后的允许视在功率S_F的表达式为：

S_n为额定视在功率；

同时，根据电网故障后的允许视在功率S_F和无功功率参考值Q^*，获得有功功率参考值P^*；其中，

3.根据权利要求1所述的具有动态限流功能的构网型逆变器控制方法，其特征在于，虚拟电阻R_V和虚拟电感L_V的计算方式包括：

根据虚拟电抗X_V获得虚拟电阻R_V和虚拟电感L_V，其中，

其中，σ_X/R为阻抗控制系数，ω为逆变器输出电压角频率。

4.根据权利要求3所述的具有动态限流功能的构网型逆变器控制方法，其特征在于，虚拟电抗X_V的表达式为：

X_V＝K_P·σ_X/R·ΔI 公式6；

且

其中，K_P为比例增益，ΔI为电流差值，I_max为逆变器最大输出电流。

5.根据权利要求1所述的具有动态限流功能的构网型逆变器控制方法，其特征在于，由逆变器输出电流的d轴有功电流i_d、逆变器输出电流的q轴无功电流i_q、虚拟电阻R_V和虚拟电感L_V引起的虚拟压降Δu的实现方式包括：

首先、由逆变器输出电流的d轴有功电流i_d和逆变器输出电流的q轴无功电流i_q，共同引起电压降落的d轴压降Δu_d和电压降落的q轴压降Δu_q；其中，

其中，ω为逆变器输出电压角频率，j为虚数单位；

其次、根据电压降落的d轴压降Δu_d、电压降落的q轴压降Δu_q、虚拟电阻R_V和虚拟电感L_V，获得虚拟压降Δu，其中，

Δu＝Δu_d+jΔu_q 公式9；

再将公式8代入公式9中，整理获得Δu，其中，

6.根据权利要求1所述的具有动态限流功能的构网型逆变器控制方法，其特征在于，电压/电流环生成三相电压调制波

的实现方式包括：

S1、根据参考电压的幅值E*和逆变器输出电压相角θ，生成电压环外给定电压e^*；

S2、根据电压环外给定电压e^*减去虚拟压降Δu的差值作为电压环给定电压

电压环给定电压

减去逆变器输出电压v_pcc的差值作为电压环控制器的输入；

S3、电压环控制器对接收的差值进行电压环控制，生成电流环给定电流i^*；

S4、将电流环给定电流i^*减去逆变器输出电流i_pcc的差值，作为电流环控制器的输入，并对其进行电流环控制，获得三相电压调制波

7.根据权利要求1所述的具有动态限流功能的构网型逆变器控制方法，其特征在于，构网型逆变器控制方法所依赖的控制系统的阻尼系数ζ和系统自然振荡角频率ω_n的表现形式为：

其中，P_max为逆变器的最大输出功率，J为模拟同步发电机转动惯量，ω₀为逆变器输出电压额定角频率，D为模拟同步发电机阻尼系数。

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