基于动态可重构虚拟电压参考单元的孤岛微电网的协同故障穿越控制方法技术

基于动态可重构虚拟电压参考单元的孤岛微电网的协同故障穿越控制方法，该方法包括：稳态下监测各个微源接口变换器的输出电压和电流；利用本地故障电流差异延时法实现故障时微源接口变换器协同进行正向切换限流；故障清除后系统恢复，以及系统恢复后微源接口变换器的协同反切换。故障时，每个通信周期内最快达到设定阈值且通信正常的微源接口变换器将作为虚拟电压参考单元占用通信发送权，将其设定的电压参考信号以及故障切换信号发送给其他微源接口变换器，所有微源接口变换器共同切换为具备统一电压参考的电流控制模式并存储上一次切换时的电流信息以执行本地故障电流差异延时法，保证任一微源通信故障时参考电压的可靠性以及系统的协同安全性。可靠性以及系统的协同安全性。可靠性以及系统的协同安全性。

【技术实现步骤摘要】
基于动态可重构虚拟电压参考单元的孤岛微电网的协同故障穿越控制方法


[0001]本专利技术涉及微电网控制
，尤其指一种基于动态可重构虚拟电压参考单元的孤岛微电网的协同故障穿越控制方法。

技术介绍

[0002]孤岛微电网集合了光伏、风机等多种分布式绿色能源，是解决传统化石能源危机、环境问题，以及实现偏远地区供电的有效途径。其中，各类分布式能源一般通过基于电力电子器件的接口变换器并入系统，可控性高、灵活性强。通常，微源接口变换器的控制可以结合新能源的特征，分为电压控制型或电流控制型，这两不同类型的微源接口变换器分别给微电网提供电压频率支撑以及功率支撑功能。然而，微电网故障率高，电力电子器件过流能力弱，因此故障时，微源接口变换器易烧毁，严重威胁装备安全以及用户供电可靠性。
[0003]电流控制型微源接口变换器可以直接控制其故障电流，因此可以通过直接改进限流控制方案实现变换器的保护。电压控制型微源接口变换器的控制间接影响了输出电流，其故障穿越控制通常可分为三种类型，增加限流器，改进控制，以及模式切换。增加限流器的方案只能针对有内电流环的电压控制，不具备通用性。改进控制的可以增加虚拟阻抗或者改变外电压控制环，但是应对深度故障的能力不足。模式切换控制是指在故障发生时，微源接口变换器由电压控制模式切换为电流控制模式，以实现装备限流的保护方案。适用于各种电压控制型变换器以及故障深度。然而，当孤岛微电网中的电压控制型微源接口变换器故障时，切换为电流控制模式，孤岛系统将失去电压频率支撑，甚至直接失稳。因此，现有的微电网故障穿越技术难以实现孤岛微电网的安全稳定运行。

技术实现思路

[0004]为了解决孤岛微电网在故障穿越过程中，电压控制型微源接口变换器切换为电流控制时系统容易失去电压频率支撑，系统不安全、稳定性差的问题，本专利技术提供了一种基于动态可重构虚拟电压参考单元的孤岛微电网的协同故障穿越控制方法。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方法：一种基于动态可重构虚拟电压参考单元的孤岛微电网的协同故障穿越控制方法，包括：
[0006]稳态下监测微源接口变换器的输出电压和电流；
[0007]故障时微源接口变换器正向切换进行限流；
[0008]故障清除后系统恢复；
[0009]系统恢复后微源接口变换器反切换；
[0010]具体而言，故障时所述微源接口变换器采用基于本地故障电流差异延时法正向切换进行限流，每个通信周期内最快达到设定阈值且通信正常的微源接口变换器将作为虚拟电压参考单元占用通信发送权，将其设定的电压参考信号以及故障切换信号发送给其他微源接口变换器，所有微源接口变换器共同切换为具备统一电压参考的电流控制模式。
[0011]进一步地，在所述基于本地故障电流差异延时法中，所有微源接口变换器在切换为电流控制模式的同时均分别存储其各自上一次切换时的电流信息，若当前虚拟电压参考单元出现故障，次个达到设定阈值的微源接口变换器将作为新的虚拟电压参考单元进行更替。
[0012]进一步地，在所述基于本地故障电流差异延时法中，微源接口变换器的设定阈值为额定电流值的两倍，如公式(1)所示：
[0013][0014]其中，I
acsi
为第i个微源接口变换器的电流幅值，I
acmaxi
为第i个微源接口变换器的最大允许电流值，I
acni
为第i个微源接口变换器的额定电流值；H
acni
为微电网系统设定的最大允许过流倍数。
[0015]再进一步地，在所述基于本地故障电流差异延时法中，所有微源接口变换器在切换为电流控制模式的同时均分别存储其各自在该时刻的本地电流系数H
aci
，如公式(2)所示：
[0016][0017]并根据此，计算每个微源接口变换器的本地故障电流延时系数t
aci
，如公式(3)所示：
[0018]t
aci
＝
‑
k(H
aci
‑
H
acni
)+T
ac
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0019]其中，T
ac
为固定等待时间常数，k为比例系数；
[0020]依据式(3)，在每一个通信周期中，具备最大本地电流系数H
aci
的微源接口变换器每次都会优先获得通信权益，从而始终作为虚拟电压参考单元；若某一时刻，当前的虚拟电压参考单元通信失败，系统会自动选出具备次级大本地电流系数H
aci
的微源接口变换器成为下一个虚拟电压参考单元，并且通信故障的微源接口变换器会停止对电压的闭环跟踪以防止机组之间的环流。
[0021]再进一步地，所述电流控制模式为恒定电流控制模式、滞环控制模式、PQ控制模式的任意一种。
[0022]或者，所述电流控制模式为准PR控制模式，在该准PR控制模式下，微源接口变换器的输入信号为微源接口变换器输出端的电压和电流、PCC点电压、以及通信总线接收的统一电压参考信号；微源接口变换器以统一电压参考信号为相位频率基准，并以最大电流幅值为最大允许过流值为约束，生成调制信号，传输给内部的PWM调制模块。
[0023]更进一步地，故障期间，电流控制模式下的电流参考值i
aci
采用公式(4)、(5)进行计算：
[0024][0025]I
acsi
＝I
acmaxi
＝H
acni
I
acni
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0026]其中，ω
ref
为统一电压参考u
ref
的角频率信号，u
ref
可以结合实际微电网情况和孤岛故障穿越需求进行预先设置，为根据实际系统需求可以调节的有功无功比例的相位信号。
[0027]更进一步地，故障清除以后系统开始恢复，每个微源接口变换器将根据当前的电
压实际值来调整电流参考值，以防止系统过电压，此时电流控制模式下的电流幅值采用公式(6)进行计算：
[0028][0029]其中，G
PI
(t)为PI控制器,U
pccn
为PCC额定电压幅值,U
pcc
为电压实际幅值,s为拉式算子,τ为惯性时间常数。
[0030]更进一步地，在稳态工况下，每个微源接口变换器实时监测其输出端的电压和电流，微源接口变换器为系统提供电压频率支撑。
[0031]优选地，故障清除且系统稳定之后，当前时刻的虚拟电压参考单元会监测是否已经与PCC点电压同步，如果同步，当前时刻的虚拟电压参考单元会经过通信总线向其他微源接口变换器发送反切换信号，所有微源接口变换器进行反切换为电压控制模式，整个系统的故障穿越过程结束。
[0032]本专利技术提供的基于动态可重构虚拟电压本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于动态可重构虚拟电压参考单元的孤岛微电网的协同故障穿越控制方法，包括：稳态下监测微源接口变换器的输出电压和电流；故障时微源接口变换器正向切换进行限流；故障清除后系统恢复；以及系统恢复后微源接口变换器反切换，其特征在于：故障时所述微源接口变换器采用基于本地故障电流差异延时法正向切换进行限流，每个通信周期内最快达到设定阈值且通信正常的微源接口变换器将作为虚拟电压参考单元占用通信发送权，将其设定的电压参考信号以及故障切换信号发送给其他微源接口变换器，所有微源接口变换器共同切换为具备统一电压参考的电流控制模式。2.根据权利要求1所述的基于动态可重构虚拟电压参考单元的孤岛微电网的协同故障穿越控制方法，其特征在于：在所述基于本地故障电流差异延时法中，所有微源接口变换器在切换为电流控制模式的同时均分别存储其各自上一次切换时的电流信息，若当前虚拟电压参考单元出现故障，次个达到设定阈值的微源接口变换器将作为新的虚拟电压参考单元进行更替。3.根据权利要求2所述的基于动态可重构虚拟电压参考单元的孤岛微电网的协同故障穿越控制方法，其特征在于：在所述基于本地故障电流差异延时法中，微源接口变换器的设定阈值为额定电流值的两倍，如公式(1)所示：其中，I
acsi
为第i个微源接口变换器的电流幅值，I
acmaxi
为第i个微源接口变换器的最大允许电流值，I
acni
为第i个微源接口变换器的额定电流值；H
acni
为微电网系统设定的最大允许过流倍数。4.根据权利要求3所述的基于动态可重构虚拟电压参考单元的孤岛微电网的协同故障穿越控制方法，其特征在于：在所述基于本地故障电流差异延时法中，所有微源接口变换器在切换为电流控制模式的同时均分别存储其各自在该时刻的本地电流系数H
aci
，如公式(2)所示：并根据此，计算每个微源接口变换器的本地故障电流延时系数t
aci
，如公式(3)所示：t
aci
＝
‑
k(H
aci
‑
H
acni
)+T
ac
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)其中，T
ac
为固定等待时间常数，k为比例系数；依据式(3)，在每一个通信周期中，具备最大本地电流系数H
aci
的微源接口变换器每次都会优先获得通信权益，从而始终作为虚拟电压参考单元；若某一时刻，当前的虚拟电压参考单元通信失败，系统会自动选出具备次级大本地电流系数H
aci
的微源接口变换器成为下一个虚拟电压...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈霞，帅智康，黄文，沈阳，赵慧敏，彭也伦，葛俊，张巍，何梨梨，赵峰，曹石然，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：