[發明專利]用于電力電子變流器的混合型相位同步控制器及控制方法

有效

• 申請號: 202110162027.0
• 申請日: 2021-02-05
• 公開（公告）號: CN113013917B
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發明（設計）人: 胡鵬飛;姜衛同;江道灼;辛煥海;李知藝
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/24;H02M1/32;H02M1/08
• 代理公司: 杭州宇信聯合知識產權代理有限公司 33401
• 代理人: 劉艷艷

本發明公開了一種用于電力電子變流器的混合型相位同步控制器及控制方法，所述電力電子變流器接入電網系統內，所述混合型相位同步控制器的輸入端與電網系統連接、輸出端與電力電子變流器連接；所述混合型相位同步控制器包括混合同步外環控制器、電壓控制器、限流型電流控制器和脈沖調制器，其中，電壓控制器的輸入端與混合同步外環控制器的輸出端連接，限流型電流控制器的輸入端與電壓控制器的輸出端連接，脈沖調制器的輸入端與限流型電流控制器的輸出端連接，脈沖調制器的輸出端與電力電子變流器連接。本發明的方法既能夠為交流系統提供頻率支撐和慣性，又可以在電網發生嚴重故障時持續保持與電網同步且不會使電力電子變流器遭受過電流的損害。

技術領域

本發明涉及電力電子系統控制領域，特別涉及一種用于電力電子變流器的混合型相位同步控制器及控制方法。

背景技術

電力電子變流器最廣泛的應用是：將可再生能源發出的電能以及蓄電池中的電能轉變為交流形式向電網輸送。

在現代電網中，電力電子變流器作為可再生能源發電單元與電網的接口，越來越多地接入電網。早期電網中分布式發電單元的滲透率低，對電力系統的影響較弱，因此早期的電力電子變流器的控制方案中不涉及電力系統的功率調節，這種控制方式實際上是將分布式電源當作一個不可控的發電單元。隨著分布式電源越來越多地接入電網，在電網中的滲透率逐漸增大，上述控制方式會對電力系統的穩定性、安全性造成較大影響。因此，分布式電源不能只是向電網提供電能，還應具備一定的電網電壓幅值和頻率支撐能力，以維持電網的穩定運行。

虛擬同步發電機控制(Virtual Synchronous Generator Control，簡稱VSG控制)是一種可以使電力電子變流器具有同步發電機的外特性的控制方法，其基本思想是借鑒同步發電機的機械方程和電磁方程來控制電力電子器件的開斷使得并網逆變器模擬同步發電機的特性，即慣性、一次調頻特性和一次調壓特性。這種控制方法可以為電網提供必要的電壓和頻率支撐，并為弱電網提供必要的阻尼作用，在電力系統中具有廣泛的應用前景。

雖然VSG控制有眾多優點，但它也有一定的缺陷。由于VSG模擬了同步發電機特性，因此必須考慮大擾動下的暫態穩定問題。此外電力電子器件具有嚴格的過電流限制，必須考慮電流限幅策略以避免對電力電子器件造成損害。因此尋找一種合適的含電流限幅環節的VSG控制方法已成為人們關注的熱點。

發明內容

本發明為了克服以上技術的不足，提供了一種用于電力電子變流器的混合型相位同步控制器及控制方法。

本發明克服其技術問題所采用的技術方案是：

一種用于電力電子變流器的混合型相位同步控制器，所述電力電子變流器接入電網系統內，所述混合型相位同步控制器的輸入端與電網系統連接、輸出端與電力電子變流器連接；

所述混合型相位同步控制器包括混合同步外環控制器、電壓控制器、限流型電流控制器和脈沖調制器，其中，電壓控制器的輸入端與混合同步外環控制器的輸出端連接，限流型電流控制器的輸入端與電壓控制器的輸出端連接，脈沖調制器的輸入端與限流型電流控制器的輸出端連接，脈沖調制器的輸出端與電力電子變流器連接；

所述混合同步外環控制器用于檢測電力電子變流器輸出的有功功率、無功功率和電壓，從而得到電力電子變流器控制坐標系中d軸的相位角和輸出電壓的d軸分量；

所述電壓控制器用于根據混合同步外環控制器輸出的控制坐標系中d軸的相位角和輸出電壓的d軸分量，從而得到輸出電流d軸和q軸的參考值；

所述限流型電流控制器用于根據輸出電流的d軸和q軸的參考值、實測的電力電子變流器輸出電流d軸和q軸值以及電力電子變流器注入電網電流的最大容許幅值，從而產生脈沖調制器所需的參考電壓的d軸和q軸參考值；

所述脈沖調制器用于根據所需的參考電壓的d軸和q軸參考值，從而產生觸發脈沖控制電力電子變流器的開關管。