[发明专利]用于电力电子变流器的混合型相位同步控制器及控制方法

说明书

本发明公开了一种用于电力电子变流器的混合型相位同步控制器及控制方法，所述电力电子变流器接入电网系统内，所述混合型相位同步控制器的输入端与电网系统连接、输出端与电力电子变流器连接；所述混合型相位同步控制器包括混合同步外环控制器、电压控制器、限流型电流控制器和脉冲调制器，其中，电压控制器的输入端与混合同步外环控制器的输出端连接，限流型电流控制器的输入端与电压控制器的输出端连接，脉冲调制器的输入端与限流型电流控制器的输出端连接，脉冲调制器的输出端与电力电子变流器连接。本发明的方法既能够为交流系统提供频率支撑和惯性，又可以在电网发生严重故障时持续保持与电网同步且不会使电力电子变流器遭受过电流的损害。

技术领域

本发明涉及电力电子系统控制领域，特别涉及一种用于电力电子变流器的混合型相位同步控制器及控制方法。

背景技术

电力电子变流器最广泛的应用是：将可再生能源发出的电能以及蓄电池中的电能转变为交流形式向电网输送。

在现代电网中，电力电子变流器作为可再生能源发电单元与电网的接口，越来越多地接入电网。早期电网中分布式发电单元的渗透率低，对电力系统的影响较弱，因此早期的电力电子变流器的控制方案中不涉及电力系统的功率调节，这种控制方式实际上是将分布式电源当作一个不可控的发电单元。随着分布式电源越来越多地接入电网，在电网中的渗透率逐渐增大，上述控制方式会对电力系统的稳定性、安全性造成较大影响。因此，分布式电源不能只是向电网提供电能，还应具备一定的电网电压幅值和频率支撑能力，以维持电网的稳定运行。

虚拟同步发电机控制(Virtual Synchronous Generator Control，简称VSG控制)是一种可以使电力电子变流器具有同步发电机的外特性的控制方法，其基本思想是借鉴同步发电机的机械方程和电磁方程来控制电力电子器件的开断使得并网逆变器模拟同步发电机的特性，即惯性、一次调频特性和一次调压特性。这种控制方法可以为电网提供必要的电压和频率支撑，并为弱电网提供必要的阻尼作用，在电力系统中具有广泛的应用前景。

虽然VSG控制有众多优点，但它也有一定的缺陷。由于VSG模拟了同步发电机特性，因此必须考虑大扰动下的暂态稳定问题。此外电力电子器件具有严格的过电流限制，必须考虑电流限幅策略以避免对电力电子器件造成损害。因此寻找一种合适的含电流限幅环节的VSG控制方法已成为人们关注的热点。

发明内容

本发明为了克服以上技术的不足，提供了一种用于电力电子变流器的混合型相位同步控制器及控制方法。

本发明克服其技术问题所采用的技术方案是：

一种用于电力电子变流器的混合型相位同步控制器，所述电力电子变流器接入电网系统内，所述混合型相位同步控制器的输入端与电网系统连接、输出端与电力电子变流器连接；

所述混合型相位同步控制器包括混合同步外环控制器、电压控制器、限流型电流控制器和脉冲调制器，其中，电压控制器的输入端与混合同步外环控制器的输出端连接，限流型电流控制器的输入端与电压控制器的输出端连接，脉冲调制器的输入端与限流型电流控制器的输出端连接，脉冲调制器的输出端与电力电子变流器连接；

所述混合同步外环控制器用于检测电力电子变流器输出的有功功率、无功功率和电压，从而得到电力电子变流器控制坐标系中d轴的相位角和输出电压的d轴分量；

所述电压控制器用于根据混合同步外环控制器输出的控制坐标系中d轴的相位角和输出电压的d轴分量，从而得到输出电流d轴和q轴的参考值；

所述限流型电流控制器用于根据输出电流的d轴和q轴的参考值、实测的电力电子变流器输出电流d轴和q轴值以及电力电子变流器注入电网电流的最大容许幅值，从而产生脉冲调制器所需的参考电压的d轴和q轴参考值；

所述脉冲调制器用于根据所需的参考电压的d轴和q轴参考值，从而产生触发脉冲控制电力电子变流器的开关管。