[發明專利]一種快速無功支撐的虛擬同步機低電壓穿越控制策略

有效

• 申請號: 201910407623.3
• 申請日: 2019-05-15
• 公開（公告）號: CN110112792B
• 公開（公告）日: 2021-02-19
• 發明（設計）人: 孫丹;王仰銘;趙琛;王霄鶴;張利
• 申請（專利權）人: 浙江大學;中國電力科學研究院有限公司
• 主分類號: H02J3/50
• 分類號: H02J3/50;H02J3/48;H02J3/42
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 王琛

本發明公開了一種快速無功支撐的虛擬同步機低電壓穿越控制策略，在常規虛擬同步機控制的基礎上，提出了一種改進的虛擬同步機控制結構，可以在電網電壓對稱跌落時屏蔽虛擬同步機的無功?電壓下垂特性和功率誤差，降低電網電壓跌落帶來的負面影響。同時，本發明提出了一種新的電流參考值計算方法，可以在低電壓穿越時抑制過電流并向電網快速提供無功功率支撐。本發明方法無需模式切換算法，可以抑制電網電壓跌落導致的電流沖擊，并向電網快速提供無功支撐，同時還可以根據電網需求靈活分配有功和無功功率，使并網逆變器的容量得到充分利用。

技術領域

本發明屬于電力電子技術領域，具體涉及一種快速無功支撐的虛擬同步機低電壓穿越控制策略。

背景技術

隨著風電、光伏等分布式電源在電力系統中所占比例的不斷提高，電力系統電力電子化特征明顯。分布式電源主要通過并網逆變器接入電網，相比傳統同步發電機，并網逆變器具有控制靈活、響應迅速等優點，但也存在缺少慣性和阻尼等不足，這對電網的安全穩定運行帶來了嚴峻挑戰。為此，國內外學者提出了虛擬同步發電機(VSG)技術，可使并網逆變器模擬傳統同步發電機的運行機理，使并網逆變器具有與傳統同步發電機相似的運行特性，實現分布式電源的友好接入并提高電力系統的穩定性，常規的VSG系統結構如圖1所示。目前對于VSG的研究大多都是針對電網電壓正常的工況，對VSG低電壓穿越(LVRT)運行的問題鮮有研究；在電網實際運行過程中，配電網容易因短路故障發生電壓跌落的現象，因此研究虛擬同步機的低電壓穿越控制策略具有重要的意義。

VSG雖然優勢明顯，但其對外呈現電壓源型外特性，這限制了VSG對電流的控制能力，同時VSG控制算法中的積分環節導致其電壓調節速度較慢，難以對電網故障做出快速響應。當前的VSG在電網電壓暫降時會產生嚴重的過電流，導致設備損壞或脫網，且其難以提供可控的無功功率支撐，無法協助電網電壓的恢復。

針對VSG在電網電壓跌落故障下的改進控制策略，陳天一等人在文獻[基于模式平滑切換的虛擬同步發電機低電壓穿越控制方法[J].電網技術,2016,40(07):2134-2140.]中提出了基于模式平滑切換的VSG低電壓穿越控制方法，該方法的思路是在電網故障期間將VSG控制切換為傳統低電壓穿越控制，在故障恢復后再切換為VSG控制；由于低電壓穿越期間VSG控制的輸出電壓的幅值、頻率、相位和傳統低電壓穿越控制的輸出電壓存在不確定差異，在控制模式切換時可能導致暫態電流沖擊，因此該控制策略提出一種讓VSG控制輸出電壓在低電壓穿越期間跟隨傳統低電壓穿越控制輸出電壓的算法來實現控制模式的平滑切換，但該低電壓穿越控制策略的不足是需要額外的模式切換算法保證控制模式的平滑過渡，且在運行模式切換時可能存在電流和功率振蕩。

X.Nie等人在文獻[A low-voltage ride-through strategy for three-phasedistributed generation inverters during voltage sags,2016IEEE 8thInternational Power Electronics and Motion Control Conference(IPEMC-ECCEAsia),Hefei,2016,pp.933-938.]中提出不需切換算法的附加電流環低電壓穿越控制策略，該控制策略根據電網電壓和功率指令計算出電流指令值，再通過電流環實現對并網逆變器的控制，但該控制策略的不足是在低電壓穿越期間系統無法向電網提供無功功率支撐。