[發明專利]內電勢限幅及旋轉的虛擬同步發電機低壓穿越方法及系統

在審

• 申請號: 202310040178.8
• 申請日: 2023-01-11
• 公開（公告）號: CN116154850A
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發明（設計）人: 鄭濤;王子鳴;鄒芃鎣
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/24
• 代理公司: 北京君有知識產權代理事務所(普通合伙) 11630
• 代理人: 焦麗雅

內電勢限幅及旋轉的虛擬同步發電機低壓穿越方法及系統，包括：建立內電勢定向dq旋轉坐標系，采集并網點電壓得到其基本信息，包括故障后電壓幅值及并網點電壓向量超前d軸的角度；根據并網點電壓幅值，計算故障期間有功功率、無功功率的參考值，并在利用功率切換控制對有功、無功功率參考值進行切換；根據并網點電壓的電壓幅值，計算得到限幅環節的上下限值，同時，得到限幅環節的數學實現公式，利用限幅環節對內電勢幅值進行限制；根據并網點電壓向量超前d軸的角度，建立旋轉環節的數學實現公式，并利用旋轉環節對內電勢進行旋轉。本發明實現了電網對稱短路故障時的變流器過流抑制與穩定輸出；具有可靠、無需物理設備投入經濟性較強特點。

技術領域

本發明涉及電力系統繼電保護技術領域，特別是涉及一種基于內電勢限幅及旋轉的虛擬同步發電機低壓穿越方法及其系統。

背景技術

隨著國家以電力電子變流器為重要載體的新能源發電技術近年來得到了迅速發展，但也使電網逐漸呈現出“低慣量”、“弱阻尼”等特征。學者結合傳統同步發電機的基本優勢，提出虛擬同步發電機控制技術，其利用控制來模擬同步發電機的基本運行原理，使得變流器呈現出類似同步機發電機的阻尼與慣性特征，可顯著提高電網的運行穩定性。然而，電力電子變流器不僅沒有與同步發電機相當的過流能力，而且也還存在同步機相關的故障暫態穩定性問題。因此，亟需針對電網短路時的變流器過流及故障暫態穩定性問題，對虛擬同步發電機的低電壓穿越控制策略進行全面、具體的研究。

虛擬同步發電機控制技術作為構網型控制技術的一種，其在短路故障時的低電壓穿越方案已有相關研究進行了闡述，但依然存在一定不足。文獻[1]及文獻[2]采用向量限流和虛擬電抗限流的方法，強制減小內電勢向量值，并增大了內電勢與并網點電壓間的阻抗，進而實現過流抑制，但未考慮到增加電壓間的阻抗值會減小暫態期間的運行穩定性。文獻[3]從暫態功角穩定性的角度出發，提出了故障時通過減小有功輸出來增加穩定性的方法，但當并網點電壓相位產生較大跳變造成與內電勢相位差較大時，該方法并不能保證暫態運行穩定，且該發明在限流方面僅依靠電壓電流級聯控制中的電流限幅環節，該限幅環節不僅不能有效抑制過流還會對虛擬同步機穩定性產生影響。

綜上，現有方法并不能同時兼顧暫態穩定性與過流抑制問題。因此，為解決過流抑制問題，放棄使用增大虛擬阻抗這一影響系統穩定性的過流抑制方法，考慮從減小內電勢出發，進而減小與并網點電壓的電壓差來實現過流抑制；同時，為解決暫態運行的功角穩定性問題，可以控制內電勢對并網點電壓相位的追蹤，減小故障初始時刻兩者間的電壓相角差，進而增強虛擬同步發電機在故障暫態期間的功角穩定性。

技術背景相關文獻

文獻[1]楊旭紅,陳昊,宋興龍,郝鵬飛,陸浩,姚鳳軍,陳陽,方劍峰,羅新,高子軒.基于自適應虛擬阻抗的虛擬同步發電機故障電流抑制方法[P].?上海市：CN111416393A,2020-07-14.

文獻[2]王雪梅,王藝博,劉雨桐,劉闖,王順江,胡博.基于虛擬電抗的主動支撐型新能源機組低電壓穿越控制方法[J].電網技術,2022,46(11):4435-4444.?DOI:10.13335/j.1000-3673.pst.2021.2148.

文獻[3]?張興,管瑋琦,李明,張行,張海崢,謝震.?計及虛擬同步機飽和特性的對稱故障暫態控制方法[P].?安徽省：CN108376998B,2019-10-11.

發明內容

本發明的目的是通過一種虛擬同步發電機低壓穿控制方法和系統實現電網對稱短路故障時的變流器過流抑制與暫態穩定輸出；具有程序簡單易實現、無需物理設備投入經濟性較強的特點。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

基于內電勢限幅及旋轉的虛擬同步發電機低壓穿越方法，其特征在于，所述方法包括：

步驟1：建立內電勢定向的dq旋轉坐標系；采集并網點電壓并得到其基本信息，該信息包括故障后的電壓幅值以及并網點電壓向量超前d軸的角度；