[發明專利]一種虛擬同步電機電壓源換流器最小電流應力控制方法

有效

• 申請號: 201710718281.8
• 申請日: 2017-08-21
• 公開（公告）號: CN107623458B
• 公開（公告）日: 2019-07-09
• 發明（設計）人: 葉華;唐亞南;裴瑋;孔力
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: H02M7/537
• 分類號: H02M7/537;H02J3/38
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 關玲

一種虛擬同步電機電壓源換流器最小電流應力控制方法，首先通過虛擬同步電機控制算法計算虛擬轉子角度δ_v與虛擬電機內部電動勢E_t，根據虛擬轉子角度δ_v與虛擬電機內部電動勢E_t設計單位功率最小電流應力控制模塊，進而向換流器內環電流解耦控制環提供最小電流指令與獲得調制信號驅動換流器電力電子開關，實現換流器最小電流應力控制。

技術領域

本發明涉及一種交直流系統電壓源換流器的控制方法。

背景技術

分布式可再生能源發電、電動汽車以及儲能單元一般通過并網逆變器，特別是電壓源換流器(voltage source converter)等電力電子裝置接入配電系統。可再生能源發電、電動汽車充放電具有的間歇性和隨機性等特性對主動配電系統的動態特性、電能質量、電壓與頻率調節以及保護等方面產生諸多影響。由于電力電子裝置相對于同步發電機缺乏自然慣性，因此當一部分分布式發電單元、儲能和負荷形成局部交流系統時，該系統運行中的旋轉備用與轉動慣量以及振蕩阻尼出現弱化，這勢必會影響配電系統的穩定與安全運行。

虛擬同步電機控制技術主要通過模擬同步電機的本體模型、有功-調頻以及無功-調壓等特性，使并網逆變器從運行機制和外特性上可與傳統同步電機相比擬，從而實現分布式電源的友好接入，并提高配電系統的安全穩定性。然而，虛擬同步控制的有功-調頻與無功-調壓功能易受換流站接入交流系統的動態特性影響，特別是可再生能源發電以及負荷的波動性，有可能導致弱交流配電系統電壓平衡的動態失穩。當配電系統發生大擾動，如發生短路故障時，虛擬同步電機的控制受電力電子器件過流特性的限制，不能支持較大的短路電流，同時受變流器過載能力限制，電壓-無功控制能力不如常規同步機組。因此，現有的虛擬同步電機控制方法的理論體系和工程應用，在面向交直流配電系統安全、穩定、高效運行方面還有待完善。

無論是針對弱交流系統的電壓穩定，還是電網故障時提供無功功率支撐，虛擬同步電機控制換流站輸出無功功率，同時感性負載和容性負載需求換流站提供無功功率支撐。有功與無功功率的傳輸增大了線路電流，進而增大了換流站運行損耗。另一方面，已有的換流站虛擬同步機控制方法，通過虛擬調速系統調整弱交流系統的頻率，通過虛擬勵磁調整弱交流系統電壓，較少考慮交直流混合配電出現大擾動如故障對換流站本身的影響，也沒有考慮故障時無功功率支撐對換流站運行損耗的負面影響。

發明內容

本發明的目的是克服現有方法的缺點，提出一種虛擬同步電機電壓源換流器最小電流應力控制方法。本發明可以更好地適應交直流配電系統不同的暫態運行場景，降低虛擬同步電機控制換流站的運行損耗，實現換流站的高效節能運行。

本發明的虛擬同步電機電壓源換流器最小電流應力控制方法，首先通過虛擬同步電機控制算法，計算虛擬轉子角度δ_v與虛擬電機內部電動勢E_t，根據虛擬轉子角度δ_v與虛擬電機內部電動勢E_t設計單位功率最小電流應力控制模塊，進而向換流器內環電流解耦控制環提供最小電流指令與獲得調制信號驅動換流器電力電子開關，實現換流器最小電流應力控制。

本發明虛擬同步電機電壓源換流器最小電流應力控制方法具體如下：

步驟1：通過電壓源換流器虛擬同步電機控制算法，計算虛擬轉子角度δ_v與虛擬電機內部電動勢E_t

電壓源換流器虛擬同步電機控制算法主要包括有功功率-頻率調節算法和無功功率-交流電壓調節算法。

電壓源換流器基于虛擬同步電機控制引入了直流電壓下垂環節，將直流電壓u_dc與其參考值比較，獲得直流電壓偏差將直流電壓偏差作為虛擬同步電機等效轉速偏差。因此，將直流電壓偏差應用于有功功率-頻率調節方程如下：