[发明专利]一种虚拟同步机的电流限幅方法

说明书

一种虚拟同步机电流限幅方法。通过增加两个PI调节器和两个限幅环节，使变流器运行过程中，尤其是电网跌落故障时，可限制变流器输出电流，达到了电网跌落故障穿越以及自我保护的目的。本发明在电流过流时响应速度快，在电流受限与不受限之间切换平滑，在电流恢复至正常区间时可快速进入正常的虚拟同步机控制状态。本发明计算过程简单，易于数字控制器实现。

技术领域

本发明涉及一种基于虚拟同步机控制方式变流器的电流限幅方法，尤其涉及一种单下垂控制环的虚拟同步机的电流限幅方法。

背景技术

近年来，随着分布式可再生能源和微电网的快速发展，将变流器虚拟成同步发电机的虚拟同步机控制技术因其可以使变流器呈现带有惯性和阻尼特性的电压源，受到广泛关注。但是，变流器作为电力电子装置，过流能力有限，因此研究其电流限幅方法具有重要意义。

传统的虚拟同步机控制器，通常采用下垂控制-电压环-电流环的三环控制方案，通过在其中的电流环的参考电流给定位置进行限幅，达到对实际电流限幅的目的。CN201610824214《一种基于参考滤波电感电流的下垂控制微电网的限流方法》即使用了此种限流方式。CN201510711593《一种针对下垂控制逆变器的增强型限流控制方法》则在下垂环节引入了闭环调节器补偿角速度，但没有针对电压幅值进行处理。由于以上方法引入了电压环和电流环，提高了控制器阶数，降低了虚拟同步机控制带宽，同时也增加了数字控制器的设计复杂度。

对于虚拟同步机单环控制方案，其优点是控制算法简单，控制器带宽高，但由于缺少电流环环节，在运行过程中不可避免会有过流情况发生。

文献《Current-Limiting Droop Control ofGrid-connected Inverters》针对单相并网逆变器，提出了一种限流下垂控制器，利用非线性输入状态稳定理论实现了虚拟同步机电流限幅，但是其实现方式复杂，且未提出三相变流器的实现方案。

发明内容

为了克服常规虚拟同步机单环控制方案中电流不受控的缺点，本发明提出一种虚拟同步机的电流限幅方法。本发明在变流器运行过程中，尤其是电网跌落故障时，可限制变流器输出电流，达到电网跌落故障穿越以及自我保护的目的。

本发明通过增加两个PI调节器和两个限幅环节实现虚拟同步机的电流限幅，步骤如下：

1、通过锁频环获取变流器输出电压的角度θ_g和幅值v_g。

2、对电流采样并使用变流器输出电压的角度θ_g进行旋转变换，得到有功电流i_d和无功电流i_q。

3、设定总电流限幅值i_limit，根据有功电流和无功电流的优先级别求取有功电流限幅值i_{d_limit}和无功电流限幅值i_{q_limit}。

有功电流优先时：

i_{d_limit}＝i_limit

无功电流优先时：

i_{q_limit}＝i_limit

4、以电流限幅值做死区区间，对有功电流和无功电流处理，得到有功电流限幅PI调节器的偏差输入i_{d_err}和无功电流限幅PI调节器的偏差输入i_{q_err}：

PI调节器的传递函数W(s)为：