[发明专利]一种考虑虚拟电阻和故障限流器的VSG故障穿越方法

说明书

本发明涉及电力系统自动化技术，具体涉及一种考虑虚拟电阻和故障限流器的VSG故障穿越方法，系统包括VSG、磁通耦合型故障限流器FC‑FCL、自适应虚拟电阻控制AVRC的控制系统、滤波电感、附加电阻、滤波电容。控制方法在传统VSG系统的基础上，增设自适应虚拟电阻控制，并协调采用磁通耦合型故障限流器控制；轻度故障时，沿用VSG固有控制；中度故障时，采用自适应虚拟电阻控制；重度故障时，采取虚拟电阻控制协调故障限流器的控制。通过虚拟电阻和故障限流器的协同应用，成功提升了VSG面对电网故障的鲁棒性，以及故障穿越的能力。

技术领域

本发明属于电力系统自动化技术领域，特别涉及一种考虑虚拟电阻和故障限流器的VSG故障穿越方法。

背景技术

随着对清洁能源需求的不断增加，以光伏和风电为代表的新能源发电装备在电力系统中的占比不断提高。电力系统正逐步向高比例新能源和高比例电力电子装置趋势发展，然而，电力电子装置缺乏惯性与阻尼的特点将导致电力系统变得相对脆弱。通过在新能源发电装备并网逆变器中引入虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)控制，可以模拟同步发电机外特性，提供虚拟惯量与阻尼支撑，进而能够在面对电网频率、幅值波动情况下，具备有效支撑能力。

但是，一旦遭遇短路故障致使电网电压跌落，新能源发电装备并网逆变器中将产生故障电流冲击。传统VSG控制缺少电流限幅器，难以抑制故障电流水平，使得VSG故障穿越性能较差。部分研究引入虚拟阻抗/电阻来抑制冲击电流，但虚拟阻抗/电阻在重度短路故障下的限流效果显得较为不足，响应速度较慢，且对电力系统稳定性造成了影响。

发明内容

针对背景技术存在的问题，本发明提供一种考虑自适应虚拟电阻控制和磁通耦合型故障限流器的VSG故障穿越方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种考虑虚拟电阻和故障限流器的VSG系统，包括VSG、磁通耦合型故障限流器FC-FCL、自适应虚拟电阻控制AVRC的控制系统、第一滤波电感、第二滤波电感、第三滤波电感、第一附加电阻、第二附加电阻、第三附加电阻、第一滤波电容、第二滤波电容、第三滤波电容；直流电源用于模拟光伏新能源产生的直流电源电压，直流电源经DC/AC逆变器输出为交流电压，分别经第一滤波电感、第二滤波电感、第三滤波电感、第一附加电阻、第二附加电阻、第三附加电阻、第一滤波电容、第二滤波电容、第三滤波电容和磁通耦合型故障限流器FC-FCL，在公共耦合点(PCC)处与电网侧线路相连接；磁通耦合型故障限流器FC-FCL由快速开关、耦合变压器及限流线圈组成；自适应虚拟电阻控制AVRC的控制系统包括电流电压采样模块、功率计算模块、有功控制模块、无功控制模块和PWM调制波模块。

考虑虚拟电阻和故障限流器的VSG系统的故障穿越方法，根据故障程度分为三个故障穿越方法，具体如下：

方法1、若判定为轻度故障，VSG沿用固有控制执行故障穿越；其中，V_gn为电网电压，V_res为故障后电网残压；

方法2、若判定为中度故障，采取自适应虚拟电阻限流控制，保障VSG的故障穿越能力；

方法3、若判定为重度故障，采取虚拟电阻控制协调故障限流器的VSG穿越措施；

其中，V_res为故障残压，V_gn为电网电压，A_{vth_low}为下限门槛电压，A_{vth_upp}为上限门槛电压。

在上述考虑虚拟电阻和故障限流器的VSG系统的故障穿越方法，方法1所述VSG沿用固有控制故障方程为：