[发明专利]一种快速无功支撑的虚拟同步机低电压穿越控制策略

说明书

本发明公开了一种快速无功支撑的虚拟同步机低电压穿越控制策略，在常规虚拟同步机控制的基础上，提出了一种改进的虚拟同步机控制结构，可以在电网电压对称跌落时屏蔽虚拟同步机的无功‑电压下垂特性和功率误差，降低电网电压跌落带来的负面影响。同时，本发明提出了一种新的电流参考值计算方法，可以在低电压穿越时抑制过电流并向电网快速提供无功功率支撑。本发明方法无需模式切换算法，可以抑制电网电压跌落导致的电流冲击，并向电网快速提供无功支撑，同时还可以根据电网需求灵活分配有功和无功功率，使并网逆变器的容量得到充分利用。

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种快速无功支撑的虚拟同步机低电压穿越控制策略。

背景技术

随着风电、光伏等分布式电源在电力系统中所占比例的不断提高，电力系统电力电子化特征明显。分布式电源主要通过并网逆变器接入电网，相比传统同步发电机，并网逆变器具有控制灵活、响应迅速等优点，但也存在缺少惯性和阻尼等不足，这对电网的安全稳定运行带来了严峻挑战。为此，国内外学者提出了虚拟同步发电机(VSG)技术，可使并网逆变器模拟传统同步发电机的运行机理，使并网逆变器具有与传统同步发电机相似的运行特性，实现分布式电源的友好接入并提高电力系统的稳定性，常规的VSG系统结构如图1所示。目前对于VSG的研究大多都是针对电网电压正常的工况，对VSG低电压穿越(LVRT)运行的问题鲜有研究；在电网实际运行过程中，配电网容易因短路故障发生电压跌落的现象，因此研究虚拟同步机的低电压穿越控制策略具有重要的意义。

VSG虽然优势明显，但其对外呈现电压源型外特性，这限制了VSG对电流的控制能力，同时VSG控制算法中的积分环节导致其电压调节速度较慢，难以对电网故障做出快速响应。当前的VSG在电网电压暂降时会产生严重的过电流，导致设备损坏或脱网，且其难以提供可控的无功功率支撑，无法协助电网电压的恢复。

针对VSG在电网电压跌落故障下的改进控制策略，陈天一等人在文献[基于模式平滑切换的虚拟同步发电机低电压穿越控制方法[J].电网技术,2016,40(07):2134-2140.]中提出了基于模式平滑切换的VSG低电压穿越控制方法，该方法的思路是在电网故障期间将VSG控制切换为传统低电压穿越控制，在故障恢复后再切换为VSG控制；由于低电压穿越期间VSG控制的输出电压的幅值、频率、相位和传统低电压穿越控制的输出电压存在不确定差异，在控制模式切换时可能导致暂态电流冲击，因此该控制策略提出一种让VSG控制输出电压在低电压穿越期间跟随传统低电压穿越控制输出电压的算法来实现控制模式的平滑切换，但该低电压穿越控制策略的不足是需要额外的模式切换算法保证控制模式的平滑过渡，且在运行模式切换时可能存在电流和功率振荡。

X.Nie等人在文献[A low-voltage ride-through strategy for three-phasedistributed generation inverters during voltage sags,2016IEEE 8thInternational Power Electronics and Motion Control Conference(IPEMC-ECCEAsia),Hefei,2016,pp.933-938.]中提出不需切换算法的附加电流环低电压穿越控制策略，该控制策略根据电网电压和功率指令计算出电流指令值，再通过电流环实现对并网逆变器的控制，但该控制策略的不足是在低电压穿越期间系统无法向电网提供无功功率支撑。