[发明专利]基于励磁状态分析的虚拟同步发电机低电压穿越控制方法

说明书

本发明公开了基于励磁状态分析的虚拟同步发电机低电压穿越控制方法，所述方法包括:借鉴同步发电机与电网并联时无功功率调节原理，改进下垂特性、无功环和有功环的设计，有效应对无功增量过大、冲击电流难以避免、环路耦合加强问题；在不改变系统VSG特性的基础上重新设计附加电流环,在电网故障期间可辅助系统欠励磁状态运行,调节输出电流并发出无功功率支撑。本发明采取了新的定向方法，加速了暂态过程，在电网故障期间无需切换控制算法，也无需另加入状态间平滑切换策略，可同时应对低电压穿越问题和电网不对称跌落问题。

技术领域

本发明涉及一种虚拟同步发电机低电压穿越控制方法，尤其涉及基于励磁状态分析的虚拟同步发电机低电压穿越控制方法，属于分布式发电微网技术领域。

背景技术

清洁的可再生能源对于改善能源结构、推动生态和环境建设具有十分重要的意义。分布式电源作为将来可再生能源应用的主要形式，具有污染少、可靠性高、能源利用率高、安装地点灵活等多方面优点，是未来世界能源技术发展的重要方向，可有效解决大容量电力系统集中式单一供电带来的诸多弊端。

同步发电机具有对电网天然友好的优势，若借鉴传统电力系统运行经验，使得并网逆变器具有类似同步发电机的运行特性，即可实现分布式电源的友好接入并提高电力系统稳定性。虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator，VSG)技术就是在此背景之下提出的并网逆变器控制新技术，它融合了电力电子设备的灵活性与同步发电机的运行机制，不仅可实现分布式电源的即插即用与自主运行，还可有效解决系统欠阻尼、低惯性的问题。引入VSG技术至分布式电源系统，可有效解决其友好消纳的难题，并具有广阔的应用前景。

实际运行过程中，电网易受短路故障影响发生电压暂降，低电压穿越是微网系统应当具备的基本能力。对于风电容量占总容量大于5％的电网，该风电场应当具备低电压穿越能力。具体要求为：1.风电机组在并网点电压跌至20％额定电压时，能够保证不脱网连续运行625ms；2.风电场并网点电压在发生跌落后，2s内能够恢复到额定电压的90％。在低电压穿越过程中，VSG的惯性和阻尼设计与暂态运行要求互相矛盾，VSG的电压源特性难以直接控制电流，在正常励磁状态和过励磁状态间相互转化时冲击电流难以避免，电势震荡和功角震荡也会加剧并网运行时的冲击电流。如何对微网中逆变器进行有效的控制,借鉴继承传统并网控制策略的优势并发扬虚拟同步发电机自身独有的特点，如何抑制状态突变瞬间产生的冲击电流并限制输出电流至合适范围内，如何解决VSG自身特性在低电压穿越时带来的难点，应对环路耦合强化问题，并提供适当无功支撑，如何在不改变原控制结构和响应特征的基础上提高VSG的低电压穿越能力，是虚拟同步化并网控制策略能否可靠高效运行的关键。这就亟需本领域技术人员解决相应的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供基于励磁状态分析的虚拟同步发电机低电压穿越控制方法及系统，加强虚拟同步发电机的低电压穿越能力，不切换算法，不改变原VSG响应特征，避免产生冲击电流，有效限制稳态电流，并提供相应容性无功支撑。本发明采取了新的定向方法，加速了暂态过程，在电网故障期间无需切换控制算法，也无需另加入状态间平滑切换策略，可同时应对低电压穿越问题和电网电压不对称跌落问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一方面，本发明提供了基于励磁状态分析的虚拟同步发电机低电压穿越控制方法，所述方法包括:

S1、执行准同期算法和VSG控制模块中的预同步算法，调节逆变器输出电压，自动选择并网时机闭合并网开关；

S2、并网瞬间将VSG控制模块中的预同步算法切出系统，并接入有功功率给定和无功功率给定，待有功功率给定和无功功率给定达到期望值，系统进入稳定运行状态；

S3、检测到电网发生低电压穿越故障，运用VSG控制模块中新下垂特性屏蔽原下垂特性响应，运用VSG控制模块中新有功环和新无功环保持VSG的虚拟电角速度和电势，并在附加电流环中计算电流给定的PI环节处加入限幅作用；