[發明專利]一種直流孤島檢測速度與穩定裕度協同提升方法

在審

• 申請號: 202310074565.3
• 申請日: 2023-02-07
• 公開（公告）號: CN116388259A
• 公開（公告）日: 2023-07-04
• 發明（設計）人: 向鑫;施天靈;陳泓佚;黃慶輝;雷錦濤;汪飛;李武華
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/04
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 鄭海峰

本發明公開了一種直流孤島檢測速度與穩定裕度協同提升方法，通過調節直流變換器的輸出阻抗，抑制由特定頻率電壓正反饋直流孤島檢測環路引發的等效電流源子系統相位超前問題，解決直流孤島檢測快速性與穩定性之間的矛盾，實現寬范圍內的檢測速度和穩定裕度協同提升。本發明通過引入并網電流作為有源阻尼控制器的反饋輸入，并將阻尼電流疊加至電流環控制指令，實現相位超前–滯后調節。該有源阻尼控制器只在并網模式下有效，不會影響孤島檢測性能。所發明方法相比傳統通過參數折中設計保證并網穩定性的方法，可以在提升孤島檢測速度的同時顯著提高并網穩定裕度，在直流微網保護領域具有重要應用價值。

技術領域

本發明屬于電力電子控制技術領域，具體涉及一種直流孤島檢測速度與穩定裕度協同提升方法。

背景技術

隨著光伏、燃料電池、電動汽車等具有直流屬性的分布式電源和負載的廣泛應用，直流微網比交流微網顯示出功率變換等級更少、效率更高、建造成本更低等優勢。此外，直流微網不存在同步和無功功率補償問題，有效降低了系統復雜度。這些優點使得直流微網成為現代電力系統中的重要組成部分。直流微網具有兩種運行狀態，即并網運行與孤島運行。所謂孤島運行，指微電網與公共電網斷開的工況，此時只有分布式電源向負載供電，母線電壓失去控制，嚴重威脅設備和運維人員的安全。但是，由于檢測自由度的缺乏，直流微網孤島檢測仍然面臨巨大挑戰。

直流孤島檢測主要分為被動法和主動法兩種。傳統的被動孤島檢測法通過觀測母線電壓或電流是否超出正常范圍來判斷直流孤島事件的發生，該方法只適用于源荷功率不匹配的情況，具有非常大的檢測盲區。另一方面，基于電壓正反饋的主動式孤島檢測方法通過向控制器疊加小擾動信號，使母線電壓在孤島事件發生后產生振蕩來表征孤島事件，可以有效減小檢測盲區，在直流微網保護領域具有廣泛應用前景。

傳統基于全頻率電壓正反饋的直流孤島檢測方法需要將并網電壓移出正常工作范圍以表征孤島事件的發生，這對電能質量有很大影響。為了改善無縫切換過程的電能質量，基于特定頻率電壓正反饋的直流孤島檢測方法能夠使并網電壓在特定頻率下發生微小振蕩來表征孤島事件。但是，正反饋環路極大降低了直流系統在并網工況下的穩定裕度。現有方法通過參數折中設計來保證系統的并網穩定性，但這種方法極大地犧牲了檢測速度。因此，孤島檢測速度和并網系統穩定性之間的矛盾需要進一步探索和解決。

發明內容

針對現有技術所存在的上述問題，本發明提出了一種基于并網電流的直流孤島檢測速度與穩定裕度協同提升方法。該發明引入并網電流反饋，然后將其送入有源阻尼控制器獲取阻尼電流，并將其疊加至電流環控制指令上，實現相位超前–滯后調節。該阻尼環節等效于在分布式電源變換器輸出端口并聯了有源電阻，有源電阻的倒數被稱為有源導納，通過調節變換器的輸出阻抗，抑制等效電流源子系統的相位超前問題，使得互聯子系統的最小環路增益在正反饋系數的變化范圍內始終滿足阻抗穩定準則，從而可以有效解決孤島檢測速度隨正反饋系數的增大而提高，但系統穩定裕度隨之降低的矛盾。相比傳統參數折中設計方案，本發明有源阻尼控制器設計簡單，可實現寬范圍內的穩定裕度和檢測速度協同提升。

本發明首先公開了一種直流孤島檢測速度與穩定裕度協同提升方法，通過引入并網電流作為有源阻尼致穩環節的反饋輸入，然后將其送入有源阻尼控制器，獲取阻尼電流，并將其疊加至電流環控制指令上，實現相位超前–滯后調節。使得互聯子系統的最小環路增益的相位始終在[-180°,180°]范圍內，滿足阻抗穩定準則。

作為本發明的優選方案，本發明有源阻尼控制器主要包括比例增益環節、微分環節和低通濾波環節。有源阻尼控制器傳遞函數可表示為G_damp(s)＝K_d(s+ω_d)/(s+ω_c)，其中K_d是穩定增益，ω_d是臨界穩定頻率點，ω_c是低通濾波截止頻率，s是拉普拉斯算子；通過調節ω_d可以準確提升有源導納負阻尼頻帶的相位；再通過調整K_d可以提升有源導納的幅值；進一步，為了避免微分器導致的諧波噪聲，引入低通濾波環節對阻尼電流進行調節。