[发明专利]抑制故障瞬时冲击电流型虚拟同步逆变器及其控制方法

说明书

本发明公开了抑制故障瞬时冲击电流型虚拟同步逆变器及其控制方法，通过设置逆变器输出电压电流信息采集模块、虚拟同步逆变控制模块、故障检测和综合模块、滞环比较控制环节模块及故障切除后反切换并网控制模块，解决在电网侧发生对称故障等极端情况时虚拟同步逆变器会因瞬时冲击电流而被烧毁的问题。

技术领域

本发明属于逆变器控制技术领域，涉及一种抑制故障瞬时冲击电流型虚拟同步逆变器及其控制方法。

背景技术

近年来，随着社会的高速发展，能源需求的激增与环境的急剧恶化形成重大矛盾。这使得风能、太阳能等各种新能源得到了越来越多的关注。但这些新能源大多是以各种频率的交流或者直流的形式输出电能，这就必须通过DC-AC变换器，也称逆变器来接入电网。因此，随着微电网的持续发展，研究逆变器的安全性和可靠性变得越来越迫切。

为了使逆变器能更好的工作，各种各样的逆变器控制方法得到了研究，如下垂控制，PQ控制，VF控制和虚拟同步控制等。其中，虚拟同步控制策略是一种由钟庆昌教授于2011年提出的模拟同步发电机特性的逆变器控制策略，其使得没有机械惯性的电力电子逆变器具备了等同于同步发电机惯性的特性，极大的改善了逆变器的动态性能，使得逆变器能像同步发电机一样进行发电的同时抑制电网中的高频纹波。这也直接导致了虚拟同步逆变器相对于其他控制策略的优势地位。因此，虚拟同步逆变器得到了广泛的关注。然而，为了模拟出更好的动态性能，电流内环没有添加进虚拟同步控制策略中，而这将导致在电网发生故障时，虚拟同步逆变器中容易出现较大的暂态冲击电流，此时，为保证逆变器安全，需要提高逆变器的容量。这将使得虚拟同步逆变器的成本增加，不利于其推广。

在电网故障时，传统的做法是直接把逆变器从电网中断开，以此来保证逆变器的安全。实际上，这将威胁到电网的供电可靠性和稳定性。因此，国家制定了相关的逆变器并网法规，要求逆变器在电网故障是仍能维持并网一段时间。这对于解决电网供电可靠性和稳定性是有利的，但是更加恶化了逆变器自身的安全。因此，研究一种能抑制虚拟同步逆变器暂态冲击电流的方法非常有意义。

目前对于虚拟同步逆变器的研究主要集中在稳态控制和参数优化等问题上。如已经有很多学者研究了如何把虚拟同步控制应用到光伏电池、风机、燃料电池及燃气轮机等新能源上，也有很多学者利用小信号分析研究了虚拟同步逆变器的控制参数优化和稳定性问题。虚拟同步逆变器的并网控制方式也得到了大量的研究，并且已经应用到了实际虚拟同步逆变器的并网控制中。然而，这些研究都集中在虚拟同步逆变器的稳态控制和参数优化问题上，很少考虑到当电网发生故障时对逆变器本身可能造成的冲击，实际上，这个冲击电流足以摧毁整个逆变器，对逆变器的稳定运行构成了巨大的威胁。

发明内容

为了达到上述目的，本发明实施例提供一种抑制故障瞬时冲击电流型虚拟同步逆变器及其控制方法，解决在电网侧发生对称故障等极端情况时虚拟同步逆变器会因瞬时冲击电流而被烧毁的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种抑制故障瞬时冲击电流型虚拟同步逆变器，由逆变器输出电压电流信息采集模块、虚拟同步逆变控制模块、故障检测和综合模块、滞环比较控制环节模块及故障切除后反切换并网控制模块组成；其中，

所述逆变器输出电压电流信息采集模块，用于采集逆变器输出端电压信号、逆变器输出端电流信号和并网点电压信号；

所述虚拟同步逆变控制模块，用于实现当系统正常运行时的虚拟同步发电机特性；

所述故障检测和综合模块，用于实时检测逆变器输出电流的瞬时值和电压的峰值，判断电网侧是否发生故障和故障是否切除，并起到一个逻辑综合的作用；

所述滞环比较控制模块，用于电网侧故障时的冲击电流抑制；

所述反切换并网控制模块，用于通过故障检测和综合模块给出的故障切除信号，启动反切换控制，并完成从滞环比较控制输出转换为传统虚拟同步逆变控制的状态。