申请/专利权人：武汉大学

申请日：2021-12-23

公开（公告）日：2024-03-08

公开（公告）号：CN114336679B

主分类号：H02J3/24

分类号：H02J3/24;H02J3/38;H02J3/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.08#授权;2022.04.29#实质审查的生效;2022.04.12#公开

摘要：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。

主权项：1.一种考虑虚拟电阻和故障限流器的VSG系统故障穿越方法，该系统包括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DCAC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；其特征在于：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，Vgn为电网电压，Vres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，Vres为故障后电网残压，Vgn为电网电压，Avth_low为下限门槛电压，Avth_upp为上限门槛电压；方法1所述VSG沿用固有控制故障方程为： 式中，故障电阻Rf＝Ri+Req，故障电感Lf＝Li+Leq，if为故障电流，Em为VSG电势，θ1为Em的相角，Vres为故障后电网残压，θ2为Vres的相角，ωv为VSG的转速；解得故障电流交流分量if-ac和直流分量if-dc分别为： β＝arctanωnLfRf4式中，β为修正阻抗角，If0是故障发生瞬间电流；方法2所述虚拟电阻具有自适应性，即取值由故障程度决定： 其中，KR为虚拟电阻系数；当电压达到时，虚拟电阻取最大值Rv-max＝KRVgn1-Avth_low，此时式2和式3改写为： 式中，if-acVR表示投入虚拟电阻之后故障电流的交流分量，if-dcVR表示投入虚拟电阻之后故障电流的直流分量；方法3所述采取虚拟电阻与故障限流器协调控制后，虚拟电阻与故障限流器的投切存在时序配合，不同时段内故障电流的变化如下：当t＝t0时，故障发生；当t＝t1时，虚拟电阻投入，故障限流器未投入；当t＝t2时，故障限流器投入，虚拟电阻和故障限流器协调控制；以下为协调控制下故障限流效果：方法3.1.当t＝t1时，由式6和式7，故障电流最大值ipeak-AVRC为： 其中，Vp、θpm和γ为中间量；当t0＝0且ωv≈ωn时，Vp、θpm和满足式9： 采用传统VSG控制时，由式2和式3可得，最大故障电流如下式： 则此时由式8和式10，限流效果可描述为式11： 显然ΔiAVRC0，虚拟电阻的限流效果得证；方法3.2.当t＝t2时，故障限流器投入，虚拟电阻和故障限流器协同控制时的最大故障电流为ipeak-AVRC-FCL；虚拟电阻和故障限流器协同控制相对于纯虚拟电阻限流的限流效果表达式： ΔiFCL0，故障限流器的限流效果得证；由式11和式12，得到t2时刻虚拟电阻和故障限流器协同控制相对于传统VSG控制的限流效果表达式： 方法3.3.当发生重度故障时，虚拟电阻取最大值为Rv-max＝KRVgn1-Avth_low，联系系统稳定性确定虚拟电阻最大值； 其中，Gvpi和GPWM代表电压环控制器和PWM的传递函数；GLR、GC分别代表滤波电感和电容的传递函数；Gref为VSG控制系统的传递函数；Zeq为故障后电网侧的等效阻抗，满足Zeq＝Req+sLeq；Zo为VSG控制系统的输出阻抗；G'ref为结合VSG控制系统与故障电路后的传递函数；Gv为VSG控制系统与故障电路的阻抗比；搭建VSG并网模型，直流侧用恒定电压源替代储能电池，用理想交流电压源等值无穷大电网；根据VSG并网系统参数，对传递函数进行稳定性分析；通过对s作双线性变换，求得从中改变虚拟电阻RV取值，评估z域下传递函数主导极点位置，从而判断故障期间控制系统能否保持稳定。

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百度查询： 武汉大学 一种考虑虚拟电阻和故障限流器的VSG故障穿越方法

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