[发明专利]负荷虚拟同步机低电压穿越控制方法

说明书

负荷虚拟同步机低电压穿越控制方法，建立在负荷虚拟同步机统一拓扑及其基本控制策略基础上。负荷虚拟同步机统一拓扑适用于储能型直流负荷和非储能型直流负荷。负荷虚拟同步机基本控制策略不仅模拟同步电机的转子惯性、励磁惯性及定子电气特性，同时具备主动参与电网调压调频需求响应的功能。在负荷虚拟同步机基本控制策略上加设电网电压正序分量提取、低电压穿越检测、改变功率设定值、负序电流抑制、故障期间电流环输入限幅5个环节，实现在电网故障的短时间内不脱网运行并最大限度的向电网提供无功支撑以及惯性支撑，同时不影响直流负荷供电质量。

技术领域

本发明涉及多功能变流器控制技术领域，涉及负荷虚拟同步机低电压穿越控制方法，具体涉及为储能型、非储能型直流负荷提供友好并网接口并使其具备低电压穿越的能力。

背景技术

随着分布式发电技术的迅猛发展，以及大量整流型负荷的分散接入，电力系统中电力电子设备所占比重越来越大，导致系统整体阻尼与惯量水平的下降，给系统的稳定可靠运行带来不可忽视的影响。传统电力系统中的电源(同步发电机)和负荷(同步电动机)都能自主地参与系统的运行和管理，并在系统频率/电压、有功/无功异常情况下做出响应。这主要得益于源、网、荷具有同步的频率，在电源、电网或负荷出现扰动时，依靠三者之间的同步机制实现耦合，以抵御外部扰动对系统的干扰。相应地，如果使分布式电源和负荷分别模拟同步发电机和同步电动机的特性，自然可以实现“源-网-荷”自治运行和主动管理。基于这种思路，有学者提出虚拟同步发电机的概念，使基于逆变器并网的分布式发电系统模仿传统同步发电机的输出特性，为电力系统提供虚拟惯性与阻尼。相应的，通过合理的拓扑结构与控制策略，使负荷侧并网接口表现出同步电动机的特性，这便是负荷虚拟同步机。目前，关于虚拟同步机的研究较多，涉及建模分析、参数整定等理论研究，以及在光伏电站、交直流微电网以及高压直流输电等具体场景中的应用研究。相比之下，关于负荷虚拟同步机的研究较少，大多围绕在电动汽车充电桩这类储能型负荷的应用场景。目前负荷虚拟同步机尚未有适用于多种负荷的统一拓扑结构，并且缺乏一种适用于电网各种短路故障的低电压穿越控制方法。

发明内容

为了解决上述存在的问题，本发明提供负荷虚拟同步机低电压穿越控制方法，为各类直流负荷(包括整流型负荷)提供一种友好并网接口，能够为电网提供惯性与阻尼支撑，主动参与系统调压调频，并具备低电压穿越的能力，在电网故障期间尽可能多的向电网提供无功支撑以及惯性支撑，为达此目的，本发明提供负荷虚拟同步机低电压穿越控制方法，所述控制方法建立在负荷虚拟同步机统一拓扑及其基本控制策略的基础上，其特征在于：所述负荷虚拟同步机统一拓扑由并网点至直流负荷，依次经过的主要电路环节有LC滤波电路、三相全桥双向DC/AC变流器，直流母线电容和双向DC/DC变流电路，所述双向DC/AC变流器控制策略包括功率下垂控制环节，模拟同步电机的转子阻尼与惯性的有功功率控制环，模拟同步电机的励磁惯性的无功功率控制环，瞬时虚拟内电势计算环节，模拟同步电机的定子电气特性的虚拟阻抗控制环，基于PI控制器的单电流环和SVPWM调制生成驱动信号，所述双向DC/DC变流器控制策略包括基于PI控制器的直流母线电压控制环，基于PI控制器的电感电流控制环，所述控制方法包括如下环节：

1)电网电压正序分量提取；

2)低电压穿越检测；

3)改变功率设定值；

4)负序电流抑制；

5)故障期间电流环输入限幅。

作为本发明进一步改进，所述负荷虚拟同步机统一拓扑中直流负荷为储能型负荷或非储能型负荷。