CN106655272B - 抑制故障瞬时冲击电流型虚拟同步逆变器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了抑制故障瞬时冲击电流型虚拟同步逆变器及其控制方法，通过设置逆变器输出电压电流信息采集模块、虚拟同步逆变控制模块、故障检测和综合模块、滞环比较控制环节模块及故障切除后反切换并网控制模块，解决在电网侧发生对称故障等极端情况时虚拟同步逆变器会因瞬时冲击电流而被烧毁的问题。

Description

抑制故障瞬时冲击电流型虚拟同步逆变器及其控制方法

技术领域

本发明属于逆变器控制技术领域，涉及一种抑制故障瞬时冲击电流型虚拟同步逆变器及其控制方法。

背景技术

近年来，随着社会的高速发展，能源需求的激增与环境的急剧恶化形成重大矛盾。这使得风能、太阳能等各种新能源得到了越来越多的关注。但这些新能源大多是以各种频率的交流或者直流的形式输出电能，这就必须通过DC-AC变换器，也称逆变器来接入电网。因此，随着微电网的持续发展，研究逆变器的安全性和可靠性变得越来越迫切。

为了使逆变器能更好的工作，各种各样的逆变器控制方法得到了研究，如下垂控制，PQ控制，VF控制和虚拟同步控制等。其中，虚拟同步控制策略是一种由钟庆昌教授于2011年提出的模拟同步发电机特性的逆变器控制策略，其使得没有机械惯性的电力电子逆变器具备了等同于同步发电机惯性的特性，极大的改善了逆变器的动态性能，使得逆变器能像同步发电机一样进行发电的同时抑制电网中的高频纹波。这也直接导致了虚拟同步逆变器相对于其他控制策略的优势地位。因此，虚拟同步逆变器得到了广泛的关注。然而，为了模拟出更好的动态性能，电流内环没有添加进虚拟同步控制策略中，而这将导致在电网发生故障时，虚拟同步逆变器中容易出现较大的暂态冲击电流，此时，为保证逆变器安全，需要提高逆变器的容量。这将使得虚拟同步逆变器的成本增加，不利于其推广。

在电网故障时，传统的做法是直接把逆变器从电网中断开，以此来保证逆变器的安全。实际上，这将威胁到电网的供电可靠性和稳定性。因此，国家制定了相关的逆变器并网法规，要求逆变器在电网故障是仍能维持并网一段时间。这对于解决电网供电可靠性和稳定性是有利的，但是更加恶化了逆变器自身的安全。因此，研究一种能抑制虚拟同步逆变器暂态冲击电流的方法非常有意义。

目前对于虚拟同步逆变器的研究主要集中在稳态控制和参数优化等问题上。如已经有很多学者研究了如何把虚拟同步控制应用到光伏电池、风机、燃料电池及燃气轮机等新能源上，也有很多学者利用小信号分析研究了虚拟同步逆变器的控制参数优化和稳定性问题。虚拟同步逆变器的并网控制方式也得到了大量的研究，并且已经应用到了实际虚拟同步逆变器的并网控制中。然而，这些研究都集中在虚拟同步逆变器的稳态控制和参数优化问题上，很少考虑到当电网发生故障时对逆变器本身可能造成的冲击，实际上，这个冲击电流足以摧毁整个逆变器，对逆变器的稳定运行构成了巨大的威胁。

发明内容

为了达到上述目的，本发明实施例提供一种抑制故障瞬时冲击电流型虚拟同步逆变器及其控制方法，解决在电网侧发生对称故障等极端情况时虚拟同步逆变器会因瞬时冲击电流而被烧毁的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种抑制故障瞬时冲击电流型虚拟同步逆变器，由逆变器输出电压电流信息采集模块、虚拟同步逆变控制模块、故障检测和综合模块、滞环比较控制环节模块及故障切除后反切换并网控制模块组成；其中，

所述逆变器输出电压电流信息采集模块，用于采集逆变器输出端电压信号、逆变器输出端电流信号和并网点电压信号；

所述虚拟同步逆变控制模块，用于实现当***正常运行时的虚拟同步发电机特性；

所述故障检测和综合模块，用于实时检测逆变器输出电流的瞬时值和电压的峰值，判断电网侧是否发生故障和故障是否切除，并起到一个逻辑综合的作用；

所述滞环比较控制模块，用于电网侧故障时的冲击电流抑制；

所述反切换并网控制模块，用于通过故障检测和综合模块给出的故障切除信号，启动反切换控制，并完成从滞环比较控制输出转换为传统虚拟同步逆变控制的状态。

进一步的，所述逆变器输出电压电流信息采集模块，采集逆变器输出侧滤波电容C处电压信号和输出滤波电感L_s上的电流信号，并将电流信号传送给虚拟同步逆变控制模块的电流信号输入端、滞环比较控制模块的电流输入端和故障检测综合模块的电流信号输入端，同时将电压信号传送给故障检测和综合模块的电压信号输入端。

进一步的，所述虚拟同步逆变控制模块以逆变器输出电流信号i_s为输入并以此时三相电压参考值为电压按功率计算公式进行相乘作为虚拟同步逆变控制模块的功率输入，然后所述虚拟同步逆变控制模块中的有功惯性下垂环接收有功功率输入后进行惯性计算和下垂计算，得到参考波角速度，同时对角速度进行积分，得到参考波的相位角；所述虚拟同步逆变控制模块中的无功惯性下垂环接收无功功率输入后进行惯性和下垂计算，得到虚拟励磁大小，然后乘以得到的参考波角速度得到输出信号的幅值，最后，该幅值乘以参考波相位角的正弦值作为虚拟同步逆变控制模块的输出。

进一步的，所述故障检测和综合模块以逆变器输出电流信号和并网点电压信号为输入，其中电流信号瞬时值与设定的电流保护值做比较，当瞬时电流值的大小大于电流保护值时，输出切换信号t_rig，此切换信号作为故障检测和综合模块输入；同时，并网点电压信号输入到故障检测和综合模块中，经过峰值检测得到其峰值，然后与故障触发模块输出的切换信号进行综合后的输出作为切换信号；当故障发生时，切换信号将会发出并维持一段时间，直至并网点电压幅值恢复到***的额定电压值附近时，切换信号恢复，此切换信号即为故障检测和综合模块的输出。

进一步的，所述滞环比较控制环节模块将逆变器输出电压电流信息采集模块的并网点电压值进行锁相后得到并网点A相的相位输出到滞环比较控制中，然后结合设定的保护值产生三相电流给定；将逆变器输出电压电流信息采集模块的电流值与三相电流给定做差后经过滞环比较器，其输出作为驱动IGBT的控制信号。

进一步的，所述故障切除后反切换并网控制模块以逆变器输出电压电流信息采集模块的采集得到的并网点电压值与故障检测和综合模块的输出为输入信号，其中并网点电压信号和逆变器三相电势做差后除以虚拟阻抗得到虚拟电流作为虚拟同步逆变控制模块的电流输入，故障检测和综合模块的输出则作为切换信号，用于启动从滞环比较控制到虚拟同步逆变控制模块的切换过程。

本发明所采用的另一技术方案是，抑制故障瞬时冲击电流型虚拟同步逆变器的控制方法，当***正常运行，没有发生故障时，虚拟同步逆变器的输出电流经过逆变器输出电压电流信息采集模块送到故障检测和综合模块后，判断没有超过设定的保护值，反切换并网控制模块和滞环比较控制模块不动作，虚拟同步逆变控制模块正常运行；

当***中出现短路故障时，虚拟同步逆变器的输出电流经过逆变器输出电压电流信息采集模块送到故障检测和综合模块后，判断超过设定的保护值，此时故障检测和综合模块会发出启动切换信号给虚拟同步逆变控制模块，虚拟同步逆变控制模块会切换为反切换并网控制模块，并且逆变器的驱动控制信号会从虚拟同步逆变控制模块的输出切换为滞环比较控制模块的输出；当***故障清除后，虚拟同步逆变器的并网点电压经过逆变器输出电压电流信息采集模块送到故障检测和综合模块后，判断峰值已经恢复，此时故障检测和综合模块会发出反切换启动信号给反切换并网控制模块，反切换并网控制模块会切换为虚拟同步逆变控制模块，并且逆变器的驱动控制信号会从滞环比较控制模块切换为虚拟同步逆变控制模块，实现无冲击的反切换，整个抑制冲击电流动作过程完成。

本发明的有益效果是：采用了虚拟同步逆变控制和滞环比较控制相结合的方法，实现了两种控制的优势结合。当电网电压跌落到危害逆变器安全的程度后，虚拟同步逆变器迅速切换为滞环比较输出状态快速限流，在保证逆变器不脱网的同时为电网提供电压支撑，也为后期故障稳定时低压穿越提供保障，当故障清除后又能无冲击的切换回虚拟同步运行模式。所提出的具备冲击电流抑制能力的虚拟同步逆变控制既具备虚拟同步逆变控制的优秀特性，同时也具备在电网故障时抑制冲击电流对逆变器本身冲击的能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的抑制故障瞬时冲击电流型虚拟同步逆变器于直流源逆变并网的应用实例图。

图2是本发明实施例提供的虚拟同步逆变器的控制器内部逻辑图。

图3是本发明实施例提供的虚拟同步逆变器控制框图。

图4是本发明实施例提供的虚拟同步逆变器的滞环电流参考图。

图5是本发明实施例提供的虚拟同步逆变器的反切换功率参考计算图。

图6是本发明实施例提供的PWM驱动模块控制信号产生原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种抑制故障瞬时冲击电流型虚拟同步逆变器；

由逆变器输出电压电流信息采集模块、虚拟同步逆变控制模块、故障检测和综合模块、滞环比较控制环节模块及故障切除后反切换并网控制模块组成；

其中，逆变器输出电压电流信息采集模块用于采集逆变器输出端电压信号、逆变器输出端电流信号和并网点(PCC点)电压信号；

虚拟同步逆变控制模块用于实现当***正常运行时的虚拟同步发电机特性；

故障检测和综合模块用于实时检测逆变器输出电流的瞬时值和电压的峰值，判断电网侧是否发生故障和故障是否切除，并起到一个逻辑综合的作用；

滞环比较控制环节模块用于电网侧故障时的冲击电流抑制；

反切换并网控制模块用于通过故障检测和综合模块给出的故障切除信号，启动反切换控制，并完成从滞环比较控制输出转换为传统虚拟同步逆变控制的状态。

当***正常运行，没有发生故障时，虚拟同步逆变器的输出电流经过逆变器输出电压电流信息采集模块送到故障检测和综合模块后，判断没有超过设定的保护值，反切换并网控制模块和滞环比较控制模块不动作，虚拟同步逆变控制模块正常运行；

当***中出现短路故障时，虚拟同步逆变器的输出电流经过逆变器输出电压电流信息采集模块送到故障检测和综合模块后，判断超过设定的保护值，此时故障检测和综合模块会发出启动切换信号给虚拟同步逆变控制模块，虚拟同步逆变控制模块会切换为反切换并网控制模块，并且逆变器的驱动控制信号会从虚拟同步逆变控制模块的输出切换为滞环比较控制模块的输出；当***故障清除后，虚拟同步逆变器的并网点电压经过逆变器输出电压电流信息采集模块送到故障检测和综合模块后，判断峰值已经恢复，此时故障检测和综合模块会发出反切换启动信号给反切换并网控制模块，反切换并网控制模块会切换为虚拟同步逆变控制模块，并且逆变器的驱动控制信号会从滞环比较控制模块切换为虚拟同步逆变控制模块，实现无冲击的反切换，整个抑制冲击电流动作过程完成。

进一步，逆变器输出电压电流信息采集模块，如图1所示，包括霍尔1、霍尔2、信号调理模块1、信号调理模块2、故障触发模块、AD1、AD2、AD3，其连接方式为：采集逆变器输出侧滤波电容C处电压信号和输出滤波电感L_s上的电流信号，将其以包括但不限于有线传输的方式将电压、电流信号传送给虚拟同步逆变控制模块的逆变器输出电压电流信号的输入端(如图1中a、b端口所示)与故障检测和综合模块的逆变器输出电压电流信号的输入端(如图1中c、d端口所示)；

进一步，虚拟同步逆变控制模块(如图2中“虚拟同步控制模块”及S₁、S₂、S₃、S₄、S_p、S_q所示)的连接方式，此时S₁、S₂、S₄均接到位置1上，S₃接到位置2上，S_p、S_q均闭合：以逆变器输出电流信号i_s为输入并以此时三相电压参考值为电压按功率计算公式进行相乘作为虚拟同步控制模块的功率输入，然后虚拟同步控制模块中的有功惯性下垂环接收有功功率输入后进行惯性计算和下垂计算，得到参考波角速度，同时对角速度进行积分，得到参考波的相位角；虚拟同步控制模块中的无功惯性下垂环接收无功功率输入后进行惯性和下垂计算，得到虚拟励磁大小，然后乘以得到的参考波角速度得到输出信号的幅值，最后，该幅值乘以参考波相位角的正弦值作为虚拟同步逆变控制模块的输出；

进一步，故障检测和综合模块，由图1中的“故障触发模块”和图2中右上角部分“故障综合模块”组成，连接方式为：以逆变器输出电流信号和并网点(PCC点)电压信号为输入，其中电流信号瞬时值与设定的电流保护值做比较，当瞬时电流值的大小大于电流保护值时，输出切换信号t_rig，此切换信号作为故障综合模块(如图2中“故障综合模块”所示)的输入；同时，并网点(PCC点)电压信号输入到故障综合模块中，经过峰值检测得到其峰值，然后与故障触发模块输出的切换信号进行综合后的输出作为切换信号；当故障发生时，切换信号将会发出并维持一段时间，直至并网点电压幅值恢复到***的额定电压值附近时，切换信号恢复。此切换信号即为故障检测和综合模块的输出；

进一步，滞环比较控制环节模块(如图2)的连接方式：将电压电流信号采集模块的并网点(PCC点)电压值进行锁相后得到并网点A相的相位输出到滞环比较控制中，然后结合设定的保护值产生三相电流给定(如图4所示)；将电流信号采集模块的电流值与三相电流给定做差后经过滞环比较器，其输出作为驱动IGBT(如图1虚线框所示)的控制信号；

进一步，反切换并网控制模块(如图2中灰色底框和“虚拟同步控制模块”及S₁、S₂、S₃、S₄、S_p、S_q所示)，连接方式为(此时S₁、S₂、S₄均接到位置2上，S₃接到位置1上，S_p、S_q均断开)：以电压电流信号采集模块的采集得到的并网点(PCC点)电压值与故障检测和综合模块的输出为输入信号，其中并网点(PCC点)电压信号和逆变器三相电势做差后除以虚拟阻抗得到虚拟电流作为虚拟同步逆变控制算法的电流输入，故障检测和综合模块的输出则作为切换信号，用于启动从滞环比较控制到虚拟同步逆变控制的切换过程；

进一步详细来说，虚拟同步控制模块的根本原理为：在有功功率和无功功率下垂特性的基础上，有功环和无功环分别增加一个惯性环节；可以通过调节有功和无功下垂控制系数达到输出电压频率和幅值分别下垂的目的；其中因下垂作用导致的电压频率和幅值下垂值为

其中，ω表示参考电压频率值，n_p表示有功下垂系数，ω^*表示给定角频率，P表示逆变器输出的电磁功率，P^*表示逆变器输出的电磁功率的给定值，而τ_f表示模拟同步发电机转子惯性的惯性参数。

s表示复变量，是将时域信号转化到复频域信号的变量，变量s又称“复频率”。

同理，E表示参考电压幅值，n_q表示无功下垂系数，E^*表示电压幅值给定，Q表示逆变器输出的无功功率，Q^*表示逆变器输出的无功功率的给定值，而τ_v表示模拟同步发电机无功惯性的惯性参数。

显然，当电网故障时，由于这个惯性环节的影响，虚拟同步逆变器的电势频率ω变化较慢，这将导致逆变器与网侧出现较大的有功冲击甚至振荡。并且，由于虚拟同步逆变器能使得逆变器具备等同于同步发电机惯性特性的根本原因即是此惯性环节。当电网故障时，由于这个惯性环节的影响，虚拟同步逆变器的电势幅值E变化较慢，这将导致逆变器与网侧出现较大的无功冲击甚至振荡。

为解决这一问题，本发明采用了模式切换的思路，从控制角度出发来抑制网侧故障时导致的冲击过程。并且，为了提高抑制冲击电流的速度，本发明采用检测逆变器输出电流瞬时值的方式来启动抑制切换过程，在故障切除后，通过检测并网点(PCC点)电压是否恢复来产生切换回虚拟同步控制的切换信号。滞环比较是一种瞬时电流跟踪调制方法，其基本原理为：检测逆变器输出电流瞬时值，并与正弦参考波作差，当差值大于H_w/2时，下桥臂管子导通，减小输出电流；当差值小于环宽-H_w/2时，上桥臂管子导通，增大输出电流。H_w的含义是滞环控制环宽。

进一步，对抑制冲击电流型虚拟同步逆变控制方法进行详细阐释：为了确保当网侧出现故障时虚拟同步逆变器不被损坏，同时仍能给电网提供功率支撑，可直接切换控制为滞环比较控制模式，并按照国标的要求向电网注入合适比例的有功和无功，通过检测PCC点电压幅值是否恢复确定电网中的故障切除后启动反切换过程，并于一段时间后无冲击的切换回虚拟同步控制，尽力消除电网冲击对逆变器的不利影响，与此同时，仍能保证逆变器的虚拟同步发电机特性；本发明检测到三相输出电流瞬时值后与逆变器电势相乘得到输出有功功率P和无功功率Q，以给定有功P^*和无功Q^*分别与逆变器输出有功和无功做差，分别得到P-P^*和Q-Q^*，将P-P^*和Q-Q^*分别与有功下垂系数n_p和无功下垂系数n_q相乘后得到n_p(P-P^*)和n_q(Q-Q^*)，然后分别用ω^*和E^*减去前面得到的结果；与此同时，有功和无功惯性环节分别对前面相减后得到的结果进行积分，可分别得到角速度ω和电压幅值E，然后对角速度ω进行积分可得到参考波的A相相位，得到的幅值和A相角度即可计算出A相参考正弦波，分别逆时针和顺时针旋转120度即可得到B和C相参考波，此参考波信号与PWM控制器内锯齿波发生器所发出的锯齿波信号做比较运算，得到逆变器内各IGBT的控制信号，以此控制逆变器内各IGBT的通断；一旦故障检测模块通过检测逆变器输出瞬时值检测到网侧出现故障时，立刻切换为滞环比较控制模式，此时通过锁相环PLL检测PCC节点的A相相位，并根据国标给出的有功无功注入比例计算出功率因数角δ，δ加上PCC点A相相位得到滞环参考波的A相相位，而滞环参考波的电流幅值则根据***的设计给定整定好，通过幅值和相位确定滞环参考波，然后把逆变器输出电流瞬时值与该参考波作比较，并通过滞环比较作用产生的驱动脉冲控制IGBT的通断；与此同时，对逆变器输出电流进行dq分解，并对逆变器电势也进行dq分解，然后电势幅值乘以i_d得到虚拟同步逆变器此时有功的给定，电势幅值乘以i_q得到无功的给定，并且引入一个和连接到并网点(PCC点)阻抗相等的虚拟阻抗，用于连接此时的虚拟同步逆变控制算法和并网点(PCC点)，从而使得虚拟阻抗上的电流与滞环输出电流完全一致，为无冲击反切换提供基础，当通过检测PCC点电压幅值检测到电压恢复后，等待一段时间，当虚拟电流与滞环输出电流完全一致后可启动反切换过程，完成从滞环限流到虚拟同步逆变控制的切换。

图1为抑制冲击电流型虚拟同步逆变器控制方法于直流源逆变并网的应用实例图。本实例主要由直流电源Udc、三相PWM逆变器(如图1中虚线框部分所示)、PWM驱动器(如图1左下角“IGBT驱动器”所示)、线路等效阻抗(R_g、L_g)交流电网、逆变器输出LC滤波器(L_s和C)、控制器(如图1中“数字信号处理器DSP”所示)。直流电源Udc给逆变器提供电能并维持直流母线电压稳定，采集逆变器输出电压、电流信号及PCC点电压信号分别作为虚拟同步控制环节、故障检测和综合模块与反切换并网控制模块输入信号。逆变器侧阻抗分别为R_s、L_s，网侧连接线路阻抗为R_g、L_g。采集逆变器输出端电压及电流信号u_s和i_s及并网点(PCC点)电压信号u_g传送给抑制冲击电流型虚拟同步逆变器，作为其实际电压电流输入。

直流电源Udc包括但不限于电池、光伏板等直流形式电源，直流输入经过PWM逆变器变换为频率在50Hz附近的交流电向电网提供电能。

三相PWM逆变器输出端接LC滤波器，达到滤出高频谐波，提高波形质量的目的。

图2为图1中数字信号处理器的内部逻辑结构，其输入有故障触发信号t_rig，逆变器输出电压信号u_s、逆变器输出电流信号i_s及并网点(PCC点)电压信号u_g；其输出为IGBT驱动信号。其算法如图3所示。

图3中虚线框S₁、S₂、S₃、S₄、S_p、S_q为控制模式切换辅助开关、抑制冲击电流结构及虚拟阻抗结构，其为图1中的核心控制算法；图3详细标识了抑制冲击电流型虚拟同步逆变控制的数学机理，以图3为实施例对抑制冲击电流型虚拟同步逆变控制的具体数学机理进行分析；

图3抑制冲击电流型虚拟同步逆变控制数学框图中包含图1中三组输入信号：逆变器输出端电压信号u_s、逆变器输出电流信号i_s以及PCC点电压u_g之外还包括控制目标参考电压e。

图3抑制冲击电流型虚拟同步逆变控制数学框图中具体数学原理为：检测到三相输出电流瞬时值i_s后与逆变器电势相乘得到输出有功功率P和无功功率Q，以给定有功P^*和无功Q^*分别与逆变器输出有功和无功做差，分别得到P-P^*和Q-Q^*，将P-P^*和Q-Q^*分别与有功下垂系数n_p和无功下垂系数n_q相乘后得到n_p(P-P^*)和n_q(Q-Q^*)，然后分别用ω^*和E^*减去前面得到的结果；与此同时，有功和无功惯性环节分别对前面相减后得到的结果进行积分，可分别得到角速度ω和电压幅值E，然后对角速度ω进行积分可得到参考波的A相相位，得到的幅值和A相角度即可计算出A相参考正弦波，分别逆时针和顺时针旋转120度即可得到B和C相参考波，此参考波信号与DSP内部锯齿波发生器所发出的锯齿波信号做比较运算，得到逆变器内各IGBT的控制信号，以此控制逆变器内各IGBT的通断；一旦故障检测模块通过检测逆变器输出瞬时值检测到网侧出现故障时，立刻切换为滞环比较控制模式，其参考波的给定如图5所示，此时通过锁相环检测PCC节点的A相相位，并根据国标给出的有功无功注入比例计算出功率因数角δ，δ加上PCC点A相相位得到滞环参考波的A相相位，而滞环参考波的电流幅值则根据***的设计给定整定好，通过幅值和相位确定滞环参考波，然后把逆变器输出电流瞬时值与该参考波作比较，并通过滞环比较作用产生的驱动脉冲控制IGBT的通断；与此同时，对逆变器输出电流进行dq分解，并对逆变器电势也进行dq分解，然后电势幅值乘以i_d(逆变器输出电流i_s在同步旋转坐标系下的直轴电流分量)得到虚拟同步逆变器此时有功的给定，电势幅值乘以i_q(逆变器输出电流i_s在同步旋转坐标系下的直轴电流分量)得到无功的给定；并且引入一个和连接到PCC点阻抗相等的虚拟阻抗，用于连接此时的虚拟同步逆变控制算法和并网点(PCC点)，从而使得虚拟阻抗上的电流与滞环输出电流一致，为无冲击反切换提供基础，当通过检测并网点(PCC点)电压幅值检测到电压恢复后，等待一段时间，当虚拟电流与滞环输出电流完全一致后可启动反切换过程，完成从滞环限流到虚拟同步逆变控制的切换。

故障检测和综合模块具体工作方式：故障检测和综合模块的输入为逆变器输出三相瞬时电流i_s和PCC点三相电压u_g，每当采样模块(如图1中间部分所示，包括霍尔1、霍尔2、信号调理模块1、信号调理模块2、AD1、AD2、AD3)给故障触发模块发送一次数据时，故障触发模块首先检查i_s是否达到或超过整定的保护值，一旦检测到达到或超过保护值，即立刻发出切换信号给主控制部分，使得控制从虚拟同步逆变控制迅速切换为滞环比较控制，同时检测u_g的幅值，一旦当检测到u_g的幅值恢复，维持约0.3s，0.3s后立刻发出反切换信号，促使控制从滞环控制切换为虚拟同步控制，此处延时0.3s的作用是给控制器充足的时间使得虚拟电阻上的虚拟电流与滞环输出电流一致，从而削弱切换过程或者那个形成的冲击电流；本实施例仅仅现有模型估算延时时间为0.3s，而仅举例为此延时数值，实际应用此延时时间并不只限于该数值；

PWM驱动器具体控制方式：PWM驱动器接收到抑制冲击电流型虚拟同步逆变控制输出三相参考波信号e时，一般情况下有-1<e<1，将三相参考波信号e分别与PWM驱动器内6.4kHz频率锯齿波进行比较如图6所示，当三相参考波信号e的值大于或等于锯齿波信号值时，由PWM驱动器向直流变换器中IGBT控制端输送高电平开通驱动信号，直至信号值e大于锯齿波信号值，此时PWM驱动器向IGBT控制端输送低电平关断信号；本实施例仅仅现有模型锯齿波信号频率为6.4kHz而仅举例为此频率数值，实际应用此频率并不只限于该数值。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种抑制故障瞬时冲击电流型虚拟同步逆变器，其特征在于，由逆变器输出电压电流信息采集模块、虚拟同步逆变控制模块、故障检测和综合模块、滞环比较控制环节模块及故障切除后反切换并网控制模块组成；其中，

所述逆变器输出电压电流信息采集模块，用于采集逆变器输出端电压信号、逆变器输出端电流信号和并网点电压信号；

所述虚拟同步逆变控制模块，用于实现当***正常运行时的虚拟同步发电机特性；

所述故障检测和综合模块，用于实时检测逆变器输出电流的瞬时值和电压的峰值，判断电网侧是否发生故障和故障是否切除，并起到一个逻辑综合的作用；

所述滞环比较控制模块，用于电网侧故障时的冲击电流抑制；

所述反切换并网控制模块，用于通过故障检测和综合模块给出的故障切除信号，启动反切换控制，并完成从滞环比较控制输出转换为传统虚拟同步逆变控制的状态；

所述虚拟同步逆变控制模块以逆变器输出电流信号i_s为输入并以此时三相电压参考值为电压按功率计算公式进行相乘作为虚拟同步逆变控制模块的功率输入，然后所述虚拟同步逆变控制模块中的有功惯性下垂环接收有功功率输入后进行惯性计算和下垂计算，得到参考波角速度，同时对角速度进行积分，得到参考波的相位角；所述虚拟同步逆变控制模块中的无功惯性下垂环接收无功功率输入后进行惯性和下垂计算，得到虚拟励磁大小，然后乘以得到的参考波角速度得到输出信号的幅值，最后，该幅值乘以参考波相位角的正弦值作为虚拟同步逆变控制模块的输出；

所述滞环比较控制环节模块将逆变器输出电压电流信息采集模块的并网点电压值进行锁相后得到并网点A相的相位输出到滞环比较控制中，然后结合设定的保护值产生三相电流给定；将逆变器输出电压电流信息采集模块的电流值与三相电流给定做差后经过滞环比较器，其输出作为驱动IGBT的控制信号。

2.根据权利要求1所述的抑制故障瞬时冲击电流型虚拟同步逆变器，其特征在于，所述逆变器输出电压电流信息采集模块，采集逆变器输出侧滤波电容C处电压信号和输出滤波电感L_s上的电流信号，并将电流信号传送给虚拟同步逆变控制模块的电流信号输入端、滞环比较控制模块的电流输入端和故障检测综合模块的电流信号输入端，同时将电压信号传送给故障检测和综合模块的电压信号输入端。

3.根据权利要求1所述的抑制故障瞬时冲击电流型虚拟同步逆变器，其特征在于，所述故障检测和综合模块以逆变器输出电流信号和并网点电压信号为输入，其中电流信号瞬时值与设定的电流保护值做比较，当瞬时电流值的大小大于电流保护值时，输出切换信号t_rig，此切换信号作为故障检测和综合模块输入；同时，并网点电压信号输入到故障检测和综合模块中，经过峰值检测得到其峰值，然后与故障触发模块输出的切换信号进行综合后的输出作为切换信号；当故障发生时，切换信号将会发出并维持一段时间，直至并网点电压幅值恢复到***的额定电压值附近时，切换信号恢复，此切换信号即为故障检测和综合模块的输出。

4.根据权利要求1所述的抑制故障瞬时冲击电流型虚拟同步逆变器，其特征在于，所述故障切除后反切换并网控制模块以逆变器输出电压电流信息采集模块的采集得到的并网点电压值与故障检测和综合模块的输出为输入信号，其中并网点电压信号和逆变器三相电势做差后除以虚拟阻抗得到虚拟电流作为虚拟同步逆变控制模块的电流输入，故障检测和综合模块的输出则作为切换信号，用于启动从滞环比较控制到虚拟同步逆变控制模块的切换过程。

5.一种如权利要求1所述的抑制故障瞬时冲击电流型虚拟同步逆变器的控制方法，其特征在于，当***正常运行，没有发生故障时，虚拟同步逆变器的输出电流经过逆变器输出电压电流信息采集模块送到故障检测和综合模块后，判断没有超过设定的保护值，反切换并网控制模块和滞环比较控制模块不动作，虚拟同步逆变控制模块正常运行；

当***中出现短路故障时，虚拟同步逆变器的输出电流经过逆变器输出电压电流信息采集模块送到故障检测和综合模块后，判断超过设定的保护值，此时故障检测和综合模块会发出启动切换信号给虚拟同步逆变控制模块，虚拟同步逆变控制模块会切换为反切换并网控制模块，并且逆变器的驱动控制信号会从虚拟同步逆变控制模块的输出切换为滞环比较控制模块的输出；当***故障清除后，虚拟同步逆变器的并网点电压经过逆变器输出电压电流信息采集模块送到故障检测和综合模块后，判断峰值已经恢复，此时故障检测和综合模块会发出反切换启动信号给反切换并网控制模块，反切换并网控制模块会切换为虚拟同步逆变控制模块，并且逆变器的驱动控制信号会从滞环比较控制模块切换为虚拟同步逆变控制模块，实现无冲击的反切换，整个抑制冲击电流动作过程完成。