[发明专利]一种虚拟同步电机电压源换流器最小电流应力控制方法

说明书

一种虚拟同步电机电压源换流器最小电流应力控制方法，首先通过虚拟同步电机控制算法计算虚拟转子角度δ_v与虚拟电机内部电动势E_t，根据虚拟转子角度δ_v与虚拟电机内部电动势E_t设计单位功率最小电流应力控制模块，进而向换流器内环电流解耦控制环提供最小电流指令与获得调制信号驱动换流器电力电子开关，实现换流器最小电流应力控制。

技术领域

本发明涉及一种交直流系统电压源换流器的控制方法。

背景技术

分布式可再生能源发电、电动汽车以及储能单元一般通过并网逆变器，特别是电压源换流器(voltage source converter)等电力电子装置接入配电系统。可再生能源发电、电动汽车充放电具有的间歇性和随机性等特性对主动配电系统的动态特性、电能质量、电压与频率调节以及保护等方面产生诸多影响。由于电力电子装置相对于同步发电机缺乏自然惯性，因此当一部分分布式发电单元、储能和负荷形成局部交流系统时，该系统运行中的旋转备用与转动惯量以及振荡阻尼出现弱化，这势必会影响配电系统的稳定与安全运行。

虚拟同步电机控制技术主要通过模拟同步电机的本体模型、有功-调频以及无功-调压等特性，使并网逆变器从运行机制和外特性上可与传统同步电机相比拟，从而实现分布式电源的友好接入，并提高配电系统的安全稳定性。然而，虚拟同步控制的有功-调频与无功-调压功能易受换流站接入交流系统的动态特性影响，特别是可再生能源发电以及负荷的波动性，有可能导致弱交流配电系统电压平衡的动态失稳。当配电系统发生大扰动，如发生短路故障时，虚拟同步电机的控制受电力电子器件过流特性的限制，不能支持较大的短路电流，同时受变流器过载能力限制，电压-无功控制能力不如常规同步机组。因此，现有的虚拟同步电机控制方法的理论体系和工程应用，在面向交直流配电系统安全、稳定、高效运行方面还有待完善。

无论是针对弱交流系统的电压稳定，还是电网故障时提供无功功率支撑，虚拟同步电机控制换流站输出无功功率，同时感性负载和容性负载需求换流站提供无功功率支撑。有功与无功功率的传输增大了线路电流，进而增大了换流站运行损耗。另一方面，已有的换流站虚拟同步机控制方法，通过虚拟调速系统调整弱交流系统的频率，通过虚拟励磁调整弱交流系统电压，较少考虑交直流混合配电出现大扰动如故障对换流站本身的影响，也没有考虑故障时无功功率支撑对换流站运行损耗的负面影响。

发明内容

本发明的目的是克服现有方法的缺点，提出一种虚拟同步电机电压源换流器最小电流应力控制方法。本发明可以更好地适应交直流配电系统不同的暂态运行场景，降低虚拟同步电机控制换流站的运行损耗，实现换流站的高效节能运行。

本发明的虚拟同步电机电压源换流器最小电流应力控制方法，首先通过虚拟同步电机控制算法，计算虚拟转子角度δ_v与虚拟电机内部电动势E_t，根据虚拟转子角度δ_v与虚拟电机内部电动势E_t设计单位功率最小电流应力控制模块，进而向换流器内环电流解耦控制环提供最小电流指令与获得调制信号驱动换流器电力电子开关，实现换流器最小电流应力控制。

本发明虚拟同步电机电压源换流器最小电流应力控制方法具体如下：

步骤1：通过电压源换流器虚拟同步电机控制算法，计算虚拟转子角度δ_v与虚拟电机内部电动势E_t

电压源换流器虚拟同步电机控制算法主要包括有功功率-频率调节算法和无功功率-交流电压调节算法。

电压源换流器基于虚拟同步电机控制引入了直流电压下垂环节，将直流电压u_dc与其参考值比较，获得直流电压偏差将直流电压偏差作为虚拟同步电机等效转速偏差。因此，将直流电压偏差应用于有功功率-频率调节方程如下：