[发明专利]一种电网电压对称跌落故障下的VSG控制方法

权利要求书

1.一种电网电压对称跌落故障下的VSG控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，采集联络线处电网电压信息，并传输至微电网中VSG的本地控制器中；

S2，对步骤S1采集到的电网电压信息做故障检测，当检测到电网电压对称跌落故障时，计算有功与无功参考指令；

其中，Q_ref与P_ref分别为故障期间VSG的无功功率与有功功率参考指令；U_G为电网电压幅值的标幺值；S_N为VSG的额定装机容量；S_max为线路传输有功功率容量；

根据无功功率参考指令计算电压参考指令：

U_ref＝U_g+k_Qp(Q_ref-Q)+k_Qi∫(Q_ref-Q)

其中，U_ref为故障期间VSG的电压指令；U_g为电网相电压幅值瞬时测量值；k_Qp和k_Qi分别为PI控制器的比例系数和积分系数；Q为VSG的输出无功测量值；

S3，建立故障运行点处的并网小信号模型并求解满足给定动态性能与稳定性能指标的控制参数与同步切换有功与电压额定值至有功与电压参考指令，以及切换控制参数与所述步骤进一步包括：

S31，建立故障运行点处的并网小信号模型，所述模型为：

其中

其中，U_g0为跌落后电网相电压的幅值，U_g0∠0为跌落后的电网电压相量；U_s0为故障稳定后VSG输出电压的相电压幅值；θ₀为VSG输出电压超前于电网电压的相位值，U_s0∠θ₀为跌落后VSG的输出电压相量；θ、ω与U_s分别为VSG输出电压参考指令的相位扰动量、角频率扰动量和幅值扰动量；J为转动惯量；D为阻尼系数；K为励磁调节惯量；k_ω与k_u分别为一次调频系数与一次调压系数；ω_n为输出角频率额定值；X为VSG并网连接线路电抗；

S32，设定约束条件，使得VSG在运行点处满足给定的动态性能与稳定性能指标，所述约束条件为：

其中，S_1,2为对应运行点处VSG并网小信号模型特征方程的主导极点；ζ为阻尼比；ω_s为自然频率；t_s为稳定调节时间；△为误差带；

S33，根据步骤S31与步骤S32计算出满足给定动态性能与稳定性能指标的VSG控制参数与同步切换有功与电压额定值至有功与电压参考指令，切换控制参数与

S34，按照以下控制方法，计算得到VSG输出电压的幅值和相位参考值：

其中，θ、ω与U分别为VSG输出电压的相位参考值、角频率参考值和幅值参考值；与分别为在故障运行点处满足给定的动态性能与稳定性能指标的VSG控制参数取值；Q_n为VSG的输出无功额定值；P与Q分别为VSG的输出有功与无功测量值；

S4，通过本地控制器采集本地电压与电流信息，分别建立电压环控制模型、故障限流控制模型以及电流环控制模型,所述电压环控制模型为：

其中，i_idref与i_iqref分别表示在dq参考坐标系下电流参考设定值的d轴分量与q轴分量；k_up与k_ui分别表示电压PI控制器的比例系数和积分系数；与分别表示在dq参考坐标系下电压参考值的d轴分量与q轴分量；u_od与u_oq分别表示在dq参考坐标系下逆变器输出电压的d轴分量与q轴分量；C_f表示逆变器终端所连接的LC滤波器中电容值；dq参考坐标系是指将abc交流静止坐标系经过派克变换得到的直流旋转坐标系；从abc参考坐标系到dq参考坐标系变换的相角取VSG输出电压的相位参考值θ；

所述故障限流控制模型为：

其中，I_m为限幅后的电流幅值；I_max为触发保护的最大峰值电流值；与分别为限流之后的dq参考坐标系下电流参考设定值的d轴分量与q轴分量；

所述电流环控制模型为：

其中，u_id与u_iq分别表示逆变器电流控制器输出的调制波电压在dq参考坐标系下d轴分量与q轴分量；k_ip与k_ii分别表示电流PI控制器的比例系数和积分系数；i_id与i_iq分别表示在dq参考坐标系下逆变器输出电流值的d轴分量与q轴分量；L_f表示逆变器终端所连接LC滤波器中的电感值；

S5,当检测到故障消除时，采用以下相角调节量实现从故障状态到正常状态的平滑过渡：

δθ＝k_Pp(P_n-P)+k_Pi∫(P_n-P)

其中，δθ为VSG输出相角调节量；k_Pp和k_Pi分别为PI控制器的比例系数和积分系数；P_n为VSG的输出有功额定值；P为VSG的输出有功测量值；

将VSG的功率和电压参考指令切换成功率和电压额定值，同步将控制参数与动态调整为正常运行状态的对应取值J、D和K，按照如下控制方程计算得到VSG输出电压的幅值和相位参考值：

其中，为故障恢复控制过程中VSG的输出电压参考相角。