[发明专利]具有弱电网故障穿越能力的下垂控制逆变器及其控制方法

说明书

本发明公开了一种具有弱电网故障穿越能力的下垂控制逆变器及其控制方法，该逆变器由三相半桥逆变电路、AD采样及调理电路、DSP控制模块和IGBT驱动保护电路组成；DSP控制模块包括：获取PCC并网点电压相位的电网电压锁相单元，产生电网故障信号的故障检测单元，进行工作模式切换的控制模式切换单元，在下垂控制模式输出参考电压u_od^*和相位θ_d的功率外环控制单元和输出参考电流i_ldqr的电压内环控制单元，输出调制波的电流内环控制单元，计算PCC并网点电压幅值并在电流控制模式输出参考电流的参考电流计算单元和相位θ_d的相位跟踪单元、输出参考电流i_ldqr的电流跟踪单元，坐标变换单元和PWM单元。

技术领域

本发明属于含储能型微源的并网逆变器控制领域，涉及一种具有弱电网故障穿越能力的下垂控制逆变器及其控制方法。

背景技术

随着光伏、风电和储能等分布式发电技术的快速发展，越来越多的分布式能源通过电力电子装置连接到电网，以电压源型逆变器为并网接口的电力电子变换器渗透率不断增加，配电网也逐渐由刚性低阻抗向较大阻抗的弱电网特性转变。一方面，并网逆变器具有过流能力弱、惯性阻尼小和拓扑结构多样等特点，给电力电子化电力系统的安全稳定运行带来了新的挑战，如电压频率偏移、谐波谐振失稳等问题。另一方面，配电网位于传统电力系统的末端，运行环境十分复杂，短路故障时常发生，并网逆变器容易发生过流烧毁，或者保护动作脱网而影响系统供电可靠性，严重制约了新能源并网逆变器的友好接入。

在众多的逆变器控制方法中，基于无互联线的下垂控制策略优势明显，可以实现并网模式和孤岛模式的无缝切换以及不同逆变器之间的功率均流，因而广泛应用于交流微电网中。弱电网发生短路故障时，故障穿越能力是下垂控制逆变器必须具备的重要特性，决定着逆变器自身和故障电网能否安全可靠运行。可以知道，下垂控制逆变器由于具有电压源外特性，在弱电网故障发生时容易产生2倍以上暂态及稳态冲击电流而导致逆变器发生故障，而在弱电网故障期间以及故障清除时也容易导致系统失稳、冲击电流及电压等不利影响。因此，研究具有弱电网故障穿越及可靠并网支撑能力的下垂控制逆变器控制方法十分必要。

授权公告号为CN 103956768B的发明专利，公开了一种光伏并网逆变器故障穿越控制方法。该方法利用有功和无功参考电流、电压正负序分量以及调节系数生成并网参考电流；采用PR调节器和SVPWM调制模块生成开关管驱动信号。可以实现光伏并网逆变器故障穿越时有功电流和无功电流协调控制，同时并网电流始终保持在安全工作区，避免过流问题的产生，保证光伏并网逆变器实现有效的故障穿越和抑制输出过电流。

公开号为CN 108242821A的发明专利，公开了一种故障穿越控制方法和装置、风力发电机组。该故障穿越控制方法包括：根据风力发电机组并网侧的三相电压信号，得到第一目标电压值，并根据变流器网侧的三相电压信号，得到第二目标电压值；根据第一目标电压值和第一预定电压值，得到第一故障穿越信号，并根据第二目标电压值和第二预定电压值，得到第二故障穿越信号；对第一故障穿越信号和第二故障穿越信号进行逻辑运算，得到第三故障穿越信号；根据第二故障穿越信号以及第三故障穿越信号，进行故障穿越控制。能够使基于各个电网故障判断点进行故障穿越控制的时序同步。但是以上专利大都基于光伏、风机等新能源接入时功率控制型并网逆变器的情况开展相关讨论，而对于采用下垂控制的储能型并网逆变器的故障穿越控制策略研究较少。另外，现有功率控制型并网逆变器的故障穿越策略研究大都将电网看成理想情况，未考虑弱电网特性对并网逆变器的影响，故障期间容易产生失稳现象，忽略了较大阻抗弱电网带来的系统稳定性问题。