[发明专利]计及VSG逆变器电流限幅的暂态能量函数方法

权利要求书

1.一种计及VSG逆变器电流限幅的暂态能量函数方法，其特征在于，包括

步骤1，构建逆变器的电流限幅模型；

步骤2，获取逆变器电流饱和下的功角特性；

步骤3，构建VSG策略下计及逆变器饱和的系统功角模型；

步骤4，构建改进后逆变器电流饱和环节模型，获取改进后的功角与未饱和时功角的关系；

步骤5，输入电气部分的主要参数，包括VSG、线路、变压器、故障位置和限幅装置电流的最大最小值；

步骤6，用龙格库塔法方法求解转子运动方程获取VSG转子的δ(t)与以获取故障轨线，δ(t)表示系统功角与时间的关系；表示系统角速度与时间的关系；

步骤7，获取故障切除时刻系统暂态能量V_cl与临界能量V_cr；

步骤8，将步骤7求取的故障切除时刻系统暂态能量V_cl与临界能量V_cr比较，若V_cl≤V_cr，则系统稳定，否则系统失稳；

步骤9，求取临界故障切除时间；

步骤3所述的VSG策略下计及逆变器饱和的系统功角模型如下：

其中，E为VSG机端电压，U为无穷大母线参考电压，X_∑为线路电抗，I为逆变器输出电流，δ为VSG系统功角；

步骤4中采用反正切函数对逆变器电流饱和环节进行改进，改进模型如式(6)

步骤4中根据式(5)和式(6)获取改进后的功角与未饱和时功角的关系

其中，δ_新为逆变器电流饱和环节近似改进之后的虚拟功角，δ_原为未含饱和环节的传统电力系统功角。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中选用dq轴电流动态限幅控制方式构建的逆变器电流限幅模型，模型如下：

其中，I_max、I_min为逆变器限幅环节电流上下限，I为逆变器输出电流。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤2的具体过程在于：

步骤2.1，若逆变器电流饱和后，逆变器则变成一个电流源，其输出功率为

其中，电网侧的功率因数角θ为与的夹角，U是无穷大母线参考电压，和分别为U和I的向量，θ'＝90°-θ为逆变器电流饱和下的功角，为网侧滤波电抗和线路电抗之和的倒数，为无穷大电网的诺顿等效电流源，X_S是无穷大母线处的等效电抗，j为虚数单位；

步骤2.2，采用d轴电流优先的限幅方式，d轴电流逐渐增大到I_max，q轴电流将逐渐减小到零，令θ'＝δ'+90°，得到逆变器电流饱和下的功角特性，式(3)所示：

其中，δ'为d轴与之间的夹角，是逆变器虚拟功角；P_sm为最大电磁功率。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤7的具体过程在于：

其中，ω为发电机角速度，M＝T_J/ω₀，T_J为发电机惯性常数，ω₀为同步电角速度，P_M为原动机的机械输入功率，为系统故障后稳定工作的功角，P_em3为故障后发电机电磁功率最大值，系统的临界能量V_cr为：

V_cr＝P_em3[2cosδ_s-(π-2δ_s)sinδ_s] (9)。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤9的具体过程在于：根据系统能量轨线，令V_cl＝V_cr，有t_c＝t_cr；V_cl表示在某时刻切除故障时系统的能量，是一个关于角速度w和功角δ的函数，表示在故障清除时刻，系统的能量等于临界能量，此时V_cl对应的故障切除时刻为系统的临界切除时间。