本發(fā)明涉及模擬同步發(fā)電機特性的控制，具體為一種虛擬同步發(fā)電機在電網(wǎng)故障后的限流方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、vsg(virtual?synchronous?generator)是一種以模擬同步發(fā)電機特性為特征的控制技術(shù)，廣泛應(yīng)用于新能源并網(wǎng)系統(tǒng)，如光伏、電池儲能和風電等。由于新能源電源普遍采用電力電子接口，其短路電流輸出能力較弱，在電網(wǎng)故障(如短路、電壓跌落)時容易導(dǎo)致系統(tǒng)失穩(wěn)。

2、在電網(wǎng)發(fā)生故障時，電網(wǎng)電壓和頻率可能發(fā)生劇烈波動，導(dǎo)致變流器輸出電流超出安全范圍，甚至損壞設(shè)備。通過對構(gòu)網(wǎng)控制技術(shù)的對比，現(xiàn)在主要的構(gòu)網(wǎng)控制為虛擬同步發(fā)電機控制，能夠為系統(tǒng)提供慣性和電壓支撐?，F(xiàn)有的限流方法大多數(shù)為將具有電壓源性質(zhì)的構(gòu)網(wǎng)型變流器切換至跟網(wǎng)型變流器，違背了構(gòu)網(wǎng)型變流器支撐電力系統(tǒng)的特性，在應(yīng)對電網(wǎng)故障時存在響應(yīng)延遲、控制不精確等問題，無法有效避免過電流和設(shè)備損壞。

3、因此，改進vsg控制策略在電網(wǎng)故障后提升其故障穿越能力、限制故障電流、增強系統(tǒng)穩(wěn)定性是當前研究的熱點。

4、傳統(tǒng)有功環(huán)模型依賴阻尼d抑制功角震蕩，但系統(tǒng)響應(yīng)較慢、穩(wěn)態(tài)誤差明顯，尤其在電網(wǎng)擾動和頻率偏差時。

5、專利申請公開號為cn116316602a的發(fā)明專利，公開一種適用于柔性互聯(lián)裝備的混合同步控制方法，技術(shù)方案中整流側(cè)變流器采用雙環(huán)控制器驅(qū)動，并將采集的三相電壓經(jīng)過pll鎖相，雙環(huán)中內(nèi)環(huán)電流控制器經(jīng)pi控制輸出期望電壓1；逆變側(cè)變流器采用雙環(huán)控制器驅(qū)動，內(nèi)環(huán)電壓環(huán)經(jīng)pi控制輸出期望電壓2；所述期望電壓1和期望電壓2經(jīng)過脈寬調(diào)制單元產(chǎn)生pwm脈沖信號，驅(qū)動三相橋式變流器的開通與關(guān)斷，實現(xiàn)功率傳輸。但該專利中，pi控制器是為了實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)精確控制與多設(shè)備同步，作用點是提升穩(wěn)態(tài)精度、柔性連接性能。

6、專利申請公開號為cn117614016a的發(fā)明專利，公開一種孤立電網(wǎng)的構(gòu)網(wǎng)型新能源發(fā)電單元暫態(tài)穩(wěn)定性提升方法，該專利中主要利用無功電壓控制環(huán)中的kq參數(shù)，根據(jù)電壓偏差或頻率變化進行動態(tài)調(diào)整，但kq參數(shù)自適應(yīng)機制更偏重于提升構(gòu)網(wǎng)能力與電壓支撐性能。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于：電網(wǎng)故障時，保證不失去構(gòu)網(wǎng)型電壓源特性的同時，實現(xiàn)電網(wǎng)電壓對稱跌落時，準確快速的限制住過電流。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種虛擬同步發(fā)電機故障限流方法，包括：

4、s10，監(jiān)測電網(wǎng)電壓與額定電壓的比值；

5、s20，將比值與電壓跌落程度閾值進行對比；

6、s30，當比值小于電壓跌落程度閾值時，開啟故障限流策略；

7、s31，當達到限流策略停止條件后，判斷電網(wǎng)電流的幅值是否小于等于限流閾值；

8、s32，若電網(wǎng)電流的幅值小于等于限流閾值，則結(jié)束，否則，再次進行故障限流策略；

9、s40，當比值大于等于電壓跌落程度閾值時，則不需要開啟故障限流策略；

10、其中，故障限流策略包括基于角頻率偏差反饋的有功環(huán)調(diào)整策略同步聯(lián)合基于自適應(yīng)調(diào)節(jié)無功下垂系數(shù)的無功調(diào)整策略。

11、技術(shù)效果：傳統(tǒng)有功環(huán)模型依賴阻尼抑制功角震蕩，但系統(tǒng)響應(yīng)較慢、穩(wěn)態(tài)誤差明顯，尤其在電網(wǎng)擾動和頻率偏差時最為明顯。所以本發(fā)明在傳統(tǒng)基礎(chǔ)上引入了pi控制器，將阻尼d與pi控制器并聯(lián)，共同作用于頻率偏差調(diào)節(jié)。比例項kp對擾動響應(yīng)敏感、提升初始響應(yīng)速度有著重要作用。積分項ki可確保系統(tǒng)頻率的穩(wěn)定回歸，提高了功角穩(wěn)定性，增強系統(tǒng)對頻率擾動的抗擾能力。當電網(wǎng)擾動(如故障、電壓跌落)情況下，傳統(tǒng)凍結(jié)無功環(huán)的方法需要凍結(jié)當前無功參考值或下垂輸出，避免震蕩。但其具有電壓支撐能力弱、響應(yīng)速度慢、適應(yīng)性差(需要人為設(shè)定閾值)等缺點。所以選擇采用自適應(yīng)無功下垂系數(shù)的方法，不同于凍結(jié)控制，該方法實時響應(yīng)電壓變化，更加靈活。避免因固定kq設(shè)計不足或設(shè)計過高導(dǎo)致的性能瓶頸或過補。在面對嚴重電壓跌落時自動增強無功支撐，有效提升了電壓穩(wěn)定性。

12、在本實施例中，基于角頻率偏差反饋的有功環(huán)調(diào)整策略中，對虛擬同步發(fā)電機的角頻率偏差通過比例積分反饋至有功環(huán)中。

13、在本實施例中，基于角頻率偏差反饋的有功環(huán)調(diào)整策略對應(yīng)的調(diào)控模型為：

14、

15、式中，d為阻尼系數(shù)，δω為角頻率偏差，pm為虛擬同步發(fā)電機的機械功率，pe為虛擬同步發(fā)電機的電磁功率，ω0為額定角頻率，kp為比例增益，ki為積分增益，為復(fù)頻域的積分算子，d為微分符號，t為時間。

16、在本實施例中，基于角頻率偏差反饋的有功環(huán)調(diào)整策略對應(yīng)的限流策略停止條件為：角頻率偏差恢復(fù)至設(shè)定值，且持續(xù)一定時間。

17、技術(shù)效果：通過降低等效有功參考值，確保功角穩(wěn)定?；趘sg的有功功率控制與功角控制系統(tǒng)，用于模擬虛擬同步發(fā)電機的動態(tài)特性，并在原有的有功環(huán)基礎(chǔ)上增加了pi控制器，為系統(tǒng)提供了有效的頻率和功率控制，幫助vsg應(yīng)對電網(wǎng)中的頻率變化，優(yōu)化動態(tài)性能和穩(wěn)定性。

18、在本實施例中，基于自適應(yīng)調(diào)節(jié)無功下垂系數(shù)的無功調(diào)整策略中，根據(jù)虛擬同步發(fā)電機的額定電壓與當前狀態(tài)下電網(wǎng)電壓的對比，自適應(yīng)調(diào)節(jié)無功下垂系數(shù)。

19、在本實施例中，基于自適應(yīng)調(diào)節(jié)無功下垂系數(shù)的無功調(diào)整策略對應(yīng)的調(diào)控模型為：

20、kq＝kq0+α·(un-u)；

21、式中，kq為無功下垂系數(shù)，kq0為正常情況下的無功下垂系數(shù)，α為自適應(yīng)增益，un為虛擬同步發(fā)電機的額定電壓，u為當前狀態(tài)下電網(wǎng)電壓。

22、在本實施例中，通過以下公式，獲取自適應(yīng)增益：

23、

24、式中，kq,max為最大的無功下垂系數(shù)，umin為最嚴重跌落時的電壓。

25、在本實施例中，基于自適應(yīng)調(diào)節(jié)無功下垂系數(shù)的無功調(diào)整策略中對應(yīng)的限流策略停止條件為：虛擬同步發(fā)電機的額定電壓與當前狀態(tài)下電網(wǎng)電壓的差值，穩(wěn)定在預(yù)設(shè)電壓差范圍內(nèi)，且持續(xù)穩(wěn)定一定時間。

26、技術(shù)效果：自適應(yīng)調(diào)節(jié)無功下垂系數(shù)的無功調(diào)整策略中，設(shè)計了自適應(yīng)無功電壓支撐和限流控制方法，適用于新能源微電網(wǎng)、光伏逆變器、儲能系統(tǒng)等場景。能有效限制故障電流，同時增強電網(wǎng)電壓支撐能力，并確保系統(tǒng)平穩(wěn)恢復(fù)，具備較好的實用性。

27、在本實施例中，限流閾值為1.5倍電網(wǎng)電流的額定值。

28、技術(shù)效果：用于電網(wǎng)故障情況下，結(jié)合故障限流策略，在變流器與電網(wǎng)連接時，提供一種能夠適應(yīng)電網(wǎng)電壓故障的限制保護機制。通過電網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測和限制控制，保障變流器在電網(wǎng)故障時穩(wěn)定運行，電流抑制在1.5倍的額定電流內(nèi)，保護變流裝置提高系統(tǒng)在電網(wǎng)故障時的魯棒性。

29、本發(fā)明還提供一種虛擬同步發(fā)電機在電網(wǎng)故障后的限流系統(tǒng)，包括：

30、監(jiān)測與對比模塊，用于監(jiān)測電網(wǎng)電壓與額定電壓的比值；并將比值與電壓跌落程度閾值進行對比；

31、策略開啟判斷模塊，用于當比值小于電壓跌落程度閾值時，開啟故障限流策略；

32、故障限流策略執(zhí)行模塊，用于當達到限流策略停止條件后，判斷電網(wǎng)電流的幅值是否小于等于限流閾值；若電網(wǎng)電流的幅值小于等于限流閾值，則結(jié)束，否則，再次進行故障限流策略；其中，故障限流策略包括基于角頻率偏差反饋的有功環(huán)調(diào)整策略同步聯(lián)合基于自適應(yīng)調(diào)節(jié)無功下垂系數(shù)的無功調(diào)整策略；

33、原操作執(zhí)行模塊，用于當比值大于等于電壓跌落程度閾值時，則不需要開啟故障限流策略。

34、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

35、本發(fā)明旨在提升變流器在突發(fā)電網(wǎng)擾動時的響應(yīng)能力和運行穩(wěn)定性，在檢測到電網(wǎng)電壓或電流異常后，自動觸發(fā)故障限流策略，綜合優(yōu)化有功功率與無功功率控制環(huán)路，兼顧限流保護與系統(tǒng)動態(tài)性能。一旦檢測到故障，自動啟動故障限流策略；基于角頻率偏差反饋的有功環(huán)調(diào)整策略降低了等效有功參考值，從而減小了有功功率不平衡，增強了暫態(tài)穩(wěn)定性?；谧赃m應(yīng)調(diào)節(jié)無功下垂系數(shù)的無功調(diào)整策略，根據(jù)故障程度自適應(yīng)調(diào)節(jié)無功下垂系數(shù)，不使用傳統(tǒng)的凍結(jié)無功功率環(huán)的方法，改用一種結(jié)合無功功率支撐、電壓調(diào)節(jié)以及自適應(yīng)調(diào)節(jié)的無功下垂系數(shù)動態(tài)調(diào)整的控制方法，以實現(xiàn)故障電流的有效限制和電網(wǎng)電壓的快速恢復(fù)。

36、在有功控制方面，采用引入pi控制器的改進有功環(huán)，通過增強頻率調(diào)節(jié)能力，降低故障期間等效有功參考值，抑制功角震蕩，顯著提升系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性。在無功控制方面，摒棄了傳統(tǒng)凍結(jié)策略，提出一種基于電壓跌落程度自適應(yīng)調(diào)節(jié)無功–電壓下垂系數(shù)的機制，實現(xiàn)快速且精確的無功支撐，提升電壓跌落的恢復(fù)速度。

37、本發(fā)明的限流方法能夠通過自適應(yīng)調(diào)節(jié)策略，有效避免過補償和滯后響應(yīng)問題；同時，將輸出電流限制在1.5倍額定值以內(nèi)，有效保護變流器及電網(wǎng)設(shè)備，提升系統(tǒng)故障穿越能力。該方法適用于新能源微電網(wǎng)、光伏逆變器及儲能系統(tǒng)等對電力電子設(shè)備保護要求較高的場景，具有廣泛的工程應(yīng)用價值。