導沒有考慮逆變器輸出電流的限幅控制，故由上式得到的是逆變器輸出電 流不飽和時的虛擬功角特性曲線（本發(fā)明中簡稱為"非飽和虛擬功角曲線"），如圖4所示， 在[0,π]中存在Α和Β兩個平衡點，其中Α點是穩(wěn)定平衡點，Β點是不穩(wěn)定平衡點。。
[0073] 由于過電流會導致逆變器損壞，因此常在控制中對逆變器的輸出電流幅值進行限 制。常用的逆變器電流限幅方式有d，q軸電流比例限幅和d，q軸電流動態(tài)限幅。假定逆變 器采用d軸電流優(yōu)先的限幅方式（若采用其它的限幅方式，其分析過程和方法也類似）。
[0074] 為分析d，q軸電流動態(tài)限幅方式下系統(tǒng)的大干擾穩(wěn)定問題，記d軸電壓外環(huán)的PI 調(diào)節(jié)器輸出為,
在d軸電流優(yōu)先的限幅方式下，限幅 環(huán)節(jié)的電流給定輸出信號為：
[0077]由式（15)和（16)可以看出：當Img< 1_時，限幅調(diào)節(jié)不起作用，逆變器電流/可 由式（7)得到；當Img>I_時，有：= 。d軸電流優(yōu)先的限幅方式可以使Id保持優(yōu)先增 大并達到1_。當F定位在d軸上時，穩(wěn)態(tài)下逆變器的輸出功率如式（17)，可見讓d軸電流 優(yōu)先增大可以使逆變器達到最大功率的輸出。
[0078]PE=VdId (17)
[0079] 當電流達到了最大值時（根據(jù)假設(shè)4可知，此時對應(yīng)電流參考值達到上限），此時 逆變器將褪變成一個電流源。因此，考慮飽和后逆變器的輸出功率為：
[0080]
[0081] 其中，θ= 是無窮大電網(wǎng)側(cè)的功率因數(shù)角，Θ，=90。-Θ，爲二;
[0082] 由圖4可看出，Θ'即為/與矣之間的夾角。電流飽和后逆變器的輸出功率表達 式（18)與未飽和時的表達式（12)呈對耦關(guān)系，因此，逆變器電流飽和后也存在同步穩(wěn)定問 題。
[0083] 進一步，定義Θ'為逆變器電流飽和下的功角，結(jié)合式（8)可得：
[0084]θ，=δ，+β+90。 (19)
[0085]將式（19)代入式（18)，可得逆變器電流飽和下的虛擬功角特性：
[0086]
[0087] 當電流飽和后，由于d軸電流優(yōu)先的限幅方式的作用，d軸電流將逐漸增大到1_， q軸電流將逐漸減小到〇。此后，β= 〇和|/| = /_成立，從而可將式（20)進一步寫為：[0088]
[0089] 其中，Psni表示輸出電流飽和時逆變器輸出有功功率的最大值。
[0090]由式（20)或（21)可得逆變器電流飽和下的虛擬功角特性曲線（由于考慮了逆變 器電流飽和，故本發(fā)明中稱之為"飽和虛擬功角曲線"），如圖5所示，在[-31，31]中存在c 和D兩個平衡點，其中C點是穩(wěn)定平衡點，D點是不穩(wěn)定平衡點。
[0091] 逆變器暫態(tài)過程中的矢量圖如圖6所示，當逆變器接受到功率增加指令時，頻率 變大，虛擬功角S'變大。在理想的電壓跟蹤情況下，輸出電壓、電流矢量能跟蹤上虛擬功 角的變化，即α=〇，β=0。但由于采用三環(huán)控制，電壓的控制需要通過電流的控制實現(xiàn)， 電壓控制的帶寬受到限制，會落后于dq坐標，產(chǎn)生一負q軸電壓分量和一正q軸電流分量， 因而α、β均大于零。
[0092]由于暫態(tài)過程中α、β均大于零，由非飽和虛擬功角曲線的特性方程式（13)和飽 和虛擬功角曲線的特性方程式（20)這兩個公式可以看出，非飽和虛擬功角曲線與飽和虛 擬功角曲線均發(fā)生偏移，如圖7中曲線1、2所示?？梢钥闯?，偏移后的兩條曲線交點的縱坐 標減小，即逆變器電流飽和時對應(yīng)的輸出功率減小，逆變器的穩(wěn)定裕度降低。
[0093]圖8給出了考慮暫態(tài)虛擬功角曲線偏移后，逆變器功率指令從Ρ。階躍到Pi后虛擬 功角的軌跡圖，可以看到，虛擬功角不再沿著理想虛擬功角曲線移動，而是呈現(xiàn)明顯的下移 趨勢，從而可能更早進入電流源失穩(wěn)模式。偏移量α、β越大，則將越早進入電流源模式， 進而越早出現(xiàn)虛擬功角失穩(wěn)的問題。
[0094]本發(fā)明的具體實施例如下：
[0095]實施例以單逆變器并入無窮大系統(tǒng)（如圖1所示）為例，以單機無窮大系統(tǒng)進行 仿真，電流采用d軸電流優(yōu)先的限幅方式，其限幅值為Ι_= 1. 05,仿真使用的其余參數(shù)見 附錄表2。逆變器以P0 = 0. 3啟動，在t= 3s時，P0階躍至1. 0,以不含輸出電流前饋的 下垂控制策略作為對照組，測試所提出的控制方法的暫態(tài)性能。
[0096]表2實施例仿真驗證中部分系統(tǒng)變量的參數(shù)值
[0099] 當采用針對下垂控制逆變器電流內(nèi)環(huán)飽和的增強型限流方法時，圖9-圖12給出 了使用該控制方法的仿真波形，以及與對照組的比較。為了便于比較，增強控制中不含有輸 出電流前饋項，緊急限流啟動值Ilinut為1. 05,等于內(nèi)環(huán)電流限幅值1. 05。
[0100] 圖9給出了暫態(tài)過程中虛擬功角曲線的偏移量α和β，可以看到，正常時增強型 方法并不啟動，因而在暫態(tài)過程中也出現(xiàn)了明顯的虛擬功角偏移現(xiàn)象。
[0101] 圖10給出了暫態(tài)過程中逆變器輸出頻率的變化，在達到Ilinut后，采用增強型限流 控制方法的逆變器頻率快速下降，并最終穩(wěn)定于1。圖9給出了暫態(tài)過程中虛擬功角的變 化，可以看到，盡管增強型方法開始偏離理想虛擬功角曲線較遠，但是通過緊急限流，虛擬 功角被"拉回"，并最終穩(wěn)定到給定值上。其輸出功率如圖12所示也最終達到給定值。
[0102] 本發(fā)明具有突出顯著的技術(shù)效果：分析了暫態(tài)過程中的虛擬功角曲線發(fā)生偏移從 而導致逆變器暫態(tài)穩(wěn)定裕度下降的現(xiàn)象，研究表明電壓外環(huán)控制的傳遞函數(shù)中存在右半平 面零點，會約束電壓跟蹤性能。在此基礎(chǔ)上，提出了一種不影響逆變器穩(wěn)態(tài)性能的增強型限 流方法，通過緊急降低逆變器的輸出頻率，調(diào)節(jié)逆變器虛擬功角，從而控制逆變器的輸出電 流，避免其進入電流源失穩(wěn)模式。該方法不改變系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)運行特性。
[0103] 根據(jù)逆變器失穩(wěn)的機理，本發(fā)明方法也可應(yīng)用于其他采用電壓外環(huán)-電流內(nèi)環(huán) (雙環(huán)控制）的逆變器，如虛擬同步機等，也可進一步推廣運用于多機被動孤網(wǎng)、孤網(wǎng)大負 荷投切等大干擾場景，提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性。
【主權(quán)項】
1. 一種針對下垂控制逆變器的增強型限流控制方法，其特征在于： 針對逆變器電流內(nèi)環(huán)飽和導致的虛擬功角失穩(wěn)問題，采用加入電流限幅的方法，增強 逆變器中的限流以不影響逆變器穩(wěn)態(tài)性能，通過緊急降低逆變器輸出頻率調(diào)節(jié)虛擬功角， 防止逆變器電流飽和，從而保持逆變器的暫態(tài)穩(wěn)定。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種針對下垂控制逆變器的增強型限流控制方法，其特征在 于：在逆變器的控制過程中設(shè)置限幅值Ilinilt，在逆變器輸出電流幅值I niag超過限幅值I linut 時，馬上降低逆變器頻率，使虛擬功角減小，從而使逆變器輸出電流降低，重新回到非飽和 功角曲線上運行，避免逆變器進入電流源模式運行而失去穩(wěn)定。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種針對下垂控制逆變器的增強型限流控制方法，其特征在 于：所述逆變器的輸出角速度ω#通過以下方式控制： 當= Ilimit時，輸出角速度ω米用正常下垂te制：其中，是逆變器輸出的角速度，ω 。是逆變器的角速度給定值，ω g是無窮大電網(wǎng) 的角速度，kP是正常下垂控制時比例積分控制器的比例參數(shù)，Pe是逆變器輸出有功功率的 實際值，P。是逆變器輸出有功功率的給定值； 當ImgHlinilt時，輸出角速度ω $采用以下緊急限流措施：其中，《$是逆變器輸出的角速度，ω rafci是逆變器的角速度給定值，K ρ1ιηι是緊急限流措 施下比例積分控制器的比例參數(shù)，Kllini是緊急限流措施下比例積分控制器的積分參數(shù)，T ls 是濾波器的時間常數(shù)，s表示復數(shù)頻率。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種針對下垂控制逆變器的增強型限流控制方法。采用加入電流限幅的方法，增強逆變器中的限流以不影響逆變器穩(wěn)態(tài)性能，通過緊急降低逆變器輸出頻率調(diào)節(jié)虛擬功角，防止逆變器電流飽和，從而保持逆變器的暫態(tài)穩(wěn)定；設(shè)置限幅值，逆變器輸出電流幅值超過限幅值時降低逆變器頻率，使虛擬功角減小，從而使逆變器輸出電流降低，重新回到非飽和功角曲線上運行，避免逆變器進入電流源模式運行而失去穩(wěn)定。本發(fā)明避免其進入電流源失穩(wěn)模式，且本發(fā)明方法不改變系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)運行特性，其控制方法也可應(yīng)用于其他采用雙環(huán)控制的逆變器，如虛擬同步機等，也可進一步推廣運用于多機被動孤網(wǎng)、孤網(wǎng)大負荷投切等大干擾場景，提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性。
【IPC分類】H02J3/38, H02M7/537
【公開號】CN105356783
【申請?zhí)枴緾N201510711593
【發(fā)明人】辛煥海, 章雷其, 黃林彬, 樂程毅, 甘德強
【申請人】浙江大學
【公開日】2016年2月24日
【申請日】2015年10月28日