[发明专利]含三相四线制逆变器的微电网故障电压优化支撑方法

权利要求书

1.含三相四线制逆变器的微电网故障电压优化支撑方法，其特征在于，所述含三相四线制逆变器的微电网包括控制系统、三相四线制并网逆变器主电路、微电网等效电路；

所述控制系统用于获取公共耦合点处的电压信号和三相四线制逆变器的输出电流信号，并对公共耦合点处的电压信号和三相四线制逆变器的输出电流信号进行计算分析，得到驱动信号；

所述三相四线制并网逆变器主电路用于执行驱动信号的动作，实现相应故障穿越功能；

所述微电网等效电路用于简化逆变器支撑故障电压策略的分析；

所述方法具体包括步骤：

步骤S1：利用所述控制系统中的调理电路采集公共耦合点处的三相电压v_a、v_b、v_c和三相四线制逆变器输出电流i_abc，并利用对称分量法获取三相电压v_a、v_b、v_c正序分量v_a⁺、v_b⁺、v_c⁺，负序分量v_a^-、v_b^-、v_c^-，零序分量v⁰，并求得正序分量无功电压v_a⊥⁺、v_b⊥⁺、v_c⊥⁺，负序分量无功电压v_a⊥^-v_b⊥^-v_c⊥^-，零序分量无功电压v_⊥⁰；

步骤S2：利用等幅值Clark变换获取公共耦合点处αβ0坐标系下电压正序分量v_α⁺、v_β⁺，负序分量v_α^-、v_β^-，及正序分量无功电压v_α⊥⁺、v_β⊥⁺，负序分量无功电压v_α⊥^-、v_β⊥^-，及输出电流i_abc在αβ0坐标系下的分量i_α、i_β、i₀；

步骤S3：利用所述控制系统中DSP28335核心控制器的故障检测单元获取公共耦合点电压的各相幅值V_am、V_bm、V_cm，然后将电压各相幅值V_am、V_bm、V_cm与额定电压幅值V_N比较判定微电网是否发生故障；

步骤S4：当步骤S3判定为微电网发生故障时，获取故障类型系数m，负序电压不平衡度u_-和零序电压不平衡度u₀以及正序、负序与零序电压相位差δ_v^+-、δ_v^-0、δ_v⁰⁺；

步骤S5：获取三相四线制并网逆变器主电路在αβ0坐标系下具备故障电压支撑能力的参考电流i_αref、i_βref、i_0ref；

步骤S6：将参考电流i_αref、i_βref、i_0ref分别与三相四线制并网逆变器主电路实际输出电流i_α、i_β、i₀进行比较，生成αβ0坐标系下的调制波电压E_αref、E_βref、E_0ref；

步骤S7：将E_αref、E_βref、E_0ref通过反Clark变换得到abc坐标系下三相半桥IGBT模块S₁～S₆调制波电压E_aref、E_bref、E_cref和第四桥臂IGBT模块S₇～S₈调制波电压E_nref；

步骤S8：利用DSP28335核心控制器的PWM模块分别产生三相半桥IGBT模块S₁～S₆和第四桥臂IGBT模块S₇～S₈的驱动信号；

步骤S9：返回步骤S1并继续执行以上步骤；

所述步骤S5具体为：

三相四线制并网逆变器主电路在αβ0坐标系下具备故障电压支撑能力的参考电流i_αref、i_βref、i_0ref模型为

通过参考电流i_αref、i_βref、i_0ref满足故障穿越的公共耦合点处电压优化支撑、输出有功振荡抑制和最大峰值电流限制控制目标，求得正序有功电流幅值I_p⁺、负序有功电流幅值I_p^-、零序有功电流幅值I_p⁰、正序无功电流幅值I_q⁺、负序无功电流幅值I_q^-、零序无功电流幅值I_q⁰，进而求得参考电流i_αref、i_βref、i_0ref，公共耦合点的三相电压v_a、v_b、v_c的正序分量幅值为V_m⁺、负序分量幅值V_m^-和零序分量幅值V_m⁰；

所述故障穿越的公共耦合点处电压优化支撑、输出有功振荡抑制和最大峰值电流限制控制目标确定参考电流i_αref、i_βref、i_0ref具体为：

1)参考电流i_αref、i_βref、i_0ref满足公共耦合点处电压优化支撑目标

根据正序、负序和零序网络中基尔霍夫电压定律，逆变器输出的正序无功电流幅值I_q⁺与正序有功电流幅值I_p⁺之比、负序无功电流幅值I_q^-与负序有功电流幅值I_p^-之比、零序无功电流幅值I_q⁰与零序有功电流幅值I_p⁰之比应保持相等，且等于估计网侧等效阻抗角θ_g的正切值tanθ_g，即

I_q⁺/I_p⁺＝I_q^-/I_p^-＝I_q⁰/I_p⁰＝tanθ_g (1)

最大程度提高了公共耦合点处正序电压，降低了公共耦合点处负序和零序电压分量；

此时，正序电流幅值I_m⁺、负序电流幅值I_m^-和零序电流幅值I_m⁰为

此时，正序电流相位δ_i⁺、负序电流相位δ_i^-和零序电流相位δ_i⁰与公共耦合点处正序电压相位δ_v⁺、负序电压相位δ_v^-和零序电压相位δ_v⁰满足

δ_v⁺-δ_i⁺＝θ_g,δ_v^--δ_i^-＝δ_v⁰-δ_i⁰＝π+θ_g (5)

2)参考电流i_αref、i_βref、i_0ref满足输出有功振荡抑制目标

根据瞬时功率理论，三相四线制逆变器输出瞬时有功功率p为：

p＝v·i＝(v⁺+v^-)·(i⁺+i^-)+v⁰·i⁰ (6)

其中，v为三相四线制逆变器输出瞬时电压，i为三相四线制逆变器输出瞬时电流，v⁺为三相四线制逆变器输出瞬时电压正序分量，v^-为三相四线制逆变器输出瞬时电压负序分量，i⁺为三相四线制逆变器输出瞬时电流正序分量，i^-为三相四线制逆变器输出瞬时电流负序分量，v⁰为三相四线制逆变器输出瞬时电压零序分量，i⁰为三相四线制逆变器输出瞬时电流零序分量；

进一步化简得到

P₀、P_c2和P_s2分别为瞬时有功的直流分量、余弦和正弦二倍频分量；

P_c2和P_s2均等于0，此时正序电流幅值I_m⁺、负序电流幅值I_m^-和零序电流幅值I_m⁰将满足式

I_m^-＝u_-I_m⁺+mu₀I_m⁰＝(u_-+kmu₀)I_m⁺ (8)

其中，k为零序电流系数，设为零序电流幅值I_m⁰与正序电流幅值I_m⁺的比值；

则零序电流幅值在允许范围内为

I_m⁰＝k·I_m⁺ (9)

3)参考电流i_αref、i_βref、i_0ref满足最大峰值电流限制目标

中间变量x₁、x₂、x₃为

其最大值赋予中间变量x为

x＝max{x₁,x₂,x₃} (11)

设最大峰值电流允许值为I_limit，则可以得到正序电流幅值I_m⁺满足式(12)

综合式(1)至(12)求得正序无功电流幅值I_q⁺、正序有功电流幅值I_p⁺、负序无功电流幅值I_q^-、负序有功电流幅值I_p^-、零序无功电流幅值I_q⁰、零序有功电流幅值I_p⁰，进而求得参考电流i_αref、i_βref、i_0ref。