[发明专利]一种计及逆变电源控制器饱和特性的故障暂态电流解析方法

权利要求书

1.一种计及逆变电源控制器饱和特性的故障暂态电流解析方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、根据新能源电源控制系统电流环的控制器输出刻画故障过程中的控制器工作状态；

步骤2、根据故障暂态过程中的电流环控制响应，基于该控制响应解析故障后控制器饱和阶段的暂态电流；

步骤3、根据所得暂态电流解析式，引入相应时间参数，并基于分段等值的方法实现电流环控制器饱和场景下的故障全暂态电流解析。

2.根据权利要求1所述的一种计及逆变电源控制器饱和特性的故障暂态电流解析方法，其特征在于，所述步骤1中，根据PI控制器输出f及饱和环节限值±M₀对故障发生后电流环dq轴分量各自饱和环节的作用情况进行说明，如式(1)所示：

所述q轴控制器输出饱和时的并网点电压范围如式(2)所示：

U≤0.9-M₀/(k_ipKI_N) (2)，

式中，U表示并网点电压标幺值；k_ip为电流环的比例系数；K表示故障期间无功电流补偿系数；I_N表示额定电流；

当a₁＝k_ip{{(AI_N)²-[K(0.9-U)I_N]²}^0.5-BI_N}≥M₀，其中，A表示逆变器允许最大电流对于I_N的倍数，B表示正常运行时的d轴电流对于I_N的倍数；

所述d轴控制器输出饱和时的并网点电压范围如式(3)所示：

式中，a₂＝A²-[B+M₀/(k_ipI_N)]²，a₃＝0.9-(a₂)^0.5/K；

当a₁≤-M₀时，所述d轴控制器输出饱和时的并网点电压范围如式(4)所示：

式中，a₄＝B-M₀/(k_ipI_N)，a₅＝a₂+4BM₀/(k_ipI_N)，a₆＝0.9-(a₅)^0.5/K。

3.根据权利要求2所述的一种计及逆变电源控制器饱和特性的故障暂态电流解析方法，其特征在于，所述步骤2中，逆变器端口到并网点之间的电气量之间存在如下如式(5)所示的关系：

式中，v，u，i分别表示逆变器端口输出电压、并网点电压及并网电流，下标d，q表示对应dq轴分量，上标“*”表示相应的指令值；R和L分别为逆变器端口到并网点间的等效电阻与电感，ω为工频角速度；

倘若以故障发生后q轴控制器受饱和上边界M₀作用为例，此时逆变器的被调制电压指令与电流满足如式(6)所示的关系：

消去式(5)和式(6)中的q轴逆变器端口电压，得到q轴电流环一阶动态响应，如式(7)所示：

代入初始电流条件求解式(7)，其中表示故障时刻t₀的前、后瞬间，可得故障后q轴控制器饱和阶段的暂态电流表达式如式(8)所示：

4.根据权利要求3所述的一种计及逆变电源控制器饱和特性的故障暂态电流解析方法，其特征在于，所述步骤3中，当q轴控制器不饱和阶段的暂态电流表达式可由电流环二阶微分方程解得，具体如式(9)所示：

PI控制器输出饱和场景下故障后的暂态过程，PI环节输出将从饱和工作状态，即饱和非线性区过渡至不饱和工作状态，即线性区，其中饱和非线性区的电流表达式与式(8)所示相同，线性区的电流表达式与式(9)所示相同，通过引入相应时间参数将两种工作状态进行组合，对控制器不同工作区域进行等值替代，得到如式(10)所示的暂态电流表达式：

式中，时间参数t_kq为饱和非线性区与线性区的时域分界点，即状态变化时刻；时间参数t_mq的作用是保证t_kq时刻电流值不发生突变；

通过求解t_kq与t_mq得到最终的故障全暂态电流解析表达式如式(11)所示：

式中，q；满足式(12)所示的方程：

所述式(11)对dq轴均适用。