[发明专利]一种基于虚拟电压前馈控制的真空开关灭弧系统及方法

说明书

一种基于虚拟电压前馈控制的真空开关灭弧方法，利用工作在电流源模式下的并网电压源型逆变器对真空开关实施灭弧，通过将虚拟电压前馈控制与电流跟踪控制相结合的逆变器控制算法实现真空开关的快速灭弧，可以大大缩短真空开关的灭弧时间，是一种操作方便，容易实现，实用性强且应用广泛的灭弧方法。

(一)技术领域：

本发明属于电力设备领域，涉及通过虚拟电压前馈控制算法控制电网并联型三相逆变器实现真空开关的快速灭弧，尤其是一种基于虚拟电压前馈控制的真空开关灭弧系统及方法。

(二)背景技术：

随着快速真空开关技术的发展，基于永久磁铁的快速真空开关在电力行业应用越来越广泛。开关的快速分闸与快速合闸不但可以大大缩小电力系统故障扩散范围，而且可以实现企业双回路供电的快速倒闸，为工况企业的工艺流程提供高可靠性供电。

目前，无论是基于涡流盘的快速真空开关还是基于永久磁铁的快速真空开关，在开关分闸时都会出现拉弧现象，由于弧光仍然具有导电特性，因此在拉弧过程中即使开关触点实现了物理分断，但并没有实现真正的绝缘分断。真空灭弧罩是目前快速开关的重要灭弧设备，但其只能在电流过零点后实现完全灭弧，从而导致灭弧时间仍然会持续最大10ms。

考虑到检测时间，这个10ms灭弧时间对一些电压敏感性负荷仍然是无法忍受的，同时如果能进一步缩短灭弧时间还可以缩小电力系统故障范围。然而目前依靠开关本体的真空灭弧技术发展已经到达瓶颈，因此通过与其他电力设备配合实现快速灭弧是一种可行的解决方案。

(三)发明内容：

本发明的目的在于提供一种基于虚拟电压前馈控制的真空开关灭弧系统及方法，它可以弥补现有技术的不足，利用工作在电流源模式下的并网电压源型逆变器对真空开关实施灭弧，通过将虚拟电压前馈控制与电流跟踪控制相结合，实现真空开关的快速灭弧，是一种结构简单，方法易行的方法。

本发明的技术方案：一种基于虚拟电压前馈控制的真空开关灭弧系统，包括被控对象LCL滤波器和被控对象直流电容，其特征在于它包括电压外环目标值给定单元、比例积分算法单元、电压角频率生成及计算单元及电流跟踪虚拟前馈算法单元；其中，所述电压外环目标值给定单元采集逆变器直流侧电压瞬时值信号，生成控制目标值；所述比例积分算法单元的输入端分别与电压外环目标值给定单元的输出端及直流电容的输出端连接，其输出端与电流跟踪虚拟前馈算法单元连接；所述电压角频率生成及计算单元的输入端采集系统电源A、B、C三相的每一相的相电压瞬时值，其输出端连接电流跟踪虚拟前馈算法单元；所述电流跟踪虚拟前馈算法单元的输入端还与被控对象LCL滤波器连接，其输出端与被控对象LCL滤波器和被控对象直流电容连接。

所述电压角频率生成及计算单元是由锁相环模块和正弦信号生成模块构成；所述锁相环模块用于对系统电源的相电压瞬时值进行检测，得到实时相位，其输出端与正弦信号生成模块连接；所述正弦信号生成模块的输出端连接电流跟踪虚拟前馈算法单元。

所述锁相环模块为3个，分别用于对系统电源的A、B、C三相的每一相的相电压瞬时值的V_a、V_b、V_c进行检测，得到每相相电压的实时相位。

所述正弦信号生成模块为3个，分别用于由锁相环模块得到每相相电压的实时相位进行正弦信号的计算处理。

所述电流跟踪虚拟前馈算法单元为3个，用于实现对系统A、B、C三相的电流信号的跟踪和虚拟电压的前馈控制，其输入端分别与3个正弦信号生成模块连接，其输出端分别连接被控对象LCL滤波器的A、B、C三相及直流电容。

一种基于虚拟电压前馈控制的真空开关灭弧方法，其特征在于，它包括以下步骤：

(1)基于逆变器直流电压瞬时值V_dc的电压外环控制：