一种适用于构网型变换器的故障限流及快速恢复方法

本发明涉及电池储能变换，尤其涉及一种适用于构网型变换器的故障限流及快速恢复方法。

背景技术：

1、构网型控制通过模拟同步发电机机电特性，动态调节输出电压幅值与相位，具备自主调压调频、惯量支撑与阻尼补偿能力。与依赖电网相位同步的跟网型控制不同，构网型变换器等效为低阻抗电压源，不依赖外部电压支撑，在极弱电网环境下仍可稳定工作。该控制策略有效弥补了跟网型控制的固有短板，在新能源大规模接入的新型电力系统中发挥着重要的支撑作用，应用前景广阔。

2、构网型储能变换器的电压源特性为新型电力系统提供了关键支撑，但在电网发生电压骤降瞬间，由于构网型储能变换器需维持内电势恒定，导致变换器内电势与电网电压的差值急剧扩大，进而引发输出电流的瞬时激增。过大的故障冲击电流会直接导致器件损坏，甚至引发变换器永久性故障。电网电压跌落故障还会诱发系统暂态失稳风险。与此同时，为增强储能系统在故障工况下的无功支撑能力，构网型储能变换器需向故障电网持续输出一定的无功功率，以此实现对并网点电压的有效支撑。

3、传统构网型储能变换器的低电压穿越控制策略常采用固定虚拟阻抗与圆形限幅，对于前者，若采用较大的虚拟阻抗难以在故障期间充分利用变换器的容量，造成无功输出的降低；若采用较小的虚拟阻抗则易造成电网电压跌落瞬间变换器发生过流导致开关管的损坏。而若采用圆形限幅的方法则会使变换器在故障期间呈现为电流源特性，导致构网特性的丧失等，这些问题成为构网型控制策略面临的核心挑战。亟需研究构网型储能系统的故障限流控制技术。此外，在故障清除后的恢复阶段，传统限流控制策略的动态响应速度较慢，系统需经历较长时间才能恢复至正常运行状态，难以满足数据中心、精密制造等对供电质量要求极高的场景需求。因此，亟需研究构网型储能系统的故障限流与快速恢复控制技术，保证保障新型电力系统安全稳定运行。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种用于构网型变换器低压故障限流及快速恢复方法及系统，实现并网变换器在低电压故障下的电流限制并尽可能提高变换器的容量利用率以及加速故障恢复的速度。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种适用于构网型变换器的故障限流及快速恢复方法，包括：

3、步骤s1：获取电网电压，判断系统是否进入故障状态；

4、步骤s2：若是，则基于电网电压更改系统功率指令，将故障阶段分为暂态阶段及稳态阶段，并根据电网电压及电流幅值分别计算对应阶段的自适应虚拟阻抗；结合三相电压、电流及系统阻抗计算自适应虚拟内电势；

5、步骤s3：结合计算得出的自适应虚拟阻抗及自适应虚拟内电势，经过电压电流闭环后得到spwm调制信号。

6、可选地，步骤s1中，判断是否进入故障状态的具体实现过程包括：

7、s11：采集构网型变换器公共并网点pcc处的相电压，并进行

dq变换，并求得电网电压，如下式所示:

8、；

9、式中，

θ为电网电压相位，为三相电压d轴分量，为三相电压q轴分量，为电网电压；

10、s12：判断电网电压是否小于0.9p.u.以确定系统是否进入故障状态，如下式所示：

11、；

12、可选地，步骤s2的具体实现过程包括：

13、步骤s21：依据采集的电网电压确定故障阶段的有功及无功功率指令，如下式所示：

14、；

15、式中：

pset是系统中设定的额定有功功率；

snom为系统的额定容量；

ugn是电网电压额定值；

16、；

17、步骤s22：计算故障暂态阶段的自适应虚拟阻抗

rv、

xv，如下式所示：

18、；

19、式中，

rv为虚拟电阻，

lv为虚拟电感，为故障电流限制值，

rg、

lg为网侧阻抗；

n为虚拟感抗和虚拟电阻比值；为虚拟内电势与电网电压的差值；

20、步骤s23：确定故障暂态阶段的持续时间

ttran，如下式所示：

21、；

22、其中，

j为系统转动惯量，

dp为阻尼系数；

23、步骤s24：在故障暂态过程结束后，系统进入故障稳态过程，此过程虚拟阻抗初值继承故障暂态期间结束瞬间的虚拟阻抗值，设立状态机，根据三相电流幅值、虚拟阻抗的大小切换状态，不同的状态对应不同的自适应虚拟阻抗计算方式，如下式所示：

24、；

25、式中，

kp为比例系数，为积分系数，

lv0为故障暂态结束瞬间其虚拟电感；为故障电流最大值，为故障电流最小值；

26、其中，的值由下式确定：

27、；

28、式中，为稳态运行时额定电流幅值；

29、步骤s25：当电网电压回升至0.9p.u.以上，系统故障稳态过程结束，自适应虚拟阻抗重新由步骤s22中的公式计算，持续时间为步骤s23中计算出的

ttran，而后整个故障过程结束；

30、步骤s26：在整个故障期间，依据上述步骤计算得出的自适应虚拟阻抗、线路阻抗以及三相电流幅值，结合实时电网电压幅值，计算自适应虚拟内电势区间，如下式所示，并将无功环输出的内电势限制在该区间：

31、；

32、式中，

k

e为常数，代表可调系数，为故障电压跌落幅值与预设限流值的比值；为虚拟内电势最大值；为虚拟内电势最小值。

33、可选地，步骤s3的具体实现过程包括：变换器采用虚拟同步机控制，故障期间将其无功环输出的虚拟内电势

e限制在步骤s26计算出的[

emin,

emax]区间内，结合有功环输出的相位得到虚拟同步机三相电压，与公共并网点pcc处线电压做差并经过步骤s22或s24计算出的自适应虚拟阻抗处理后生成变换器三相电流的参考值，再经过变换器实际相电流的反馈送入准pr控制器处理后生成spwm调制信号，与载波信号比较后生成pwm信号，驱动变换器各个开关管。

34、与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：

35、1）本发明使用自适应虚拟阻抗的方法既能将故障电流限制在可控范围内，又实现了并网变换器在故障期间的最大容量利用以输出更多无功起到对电网电压的支撑作用。

36、2）由于未直接限制电流指令，保留了构网型变换器的电压源特性。

37、3）本发明使用自适应虚拟内电势的方法加速了电网电压回升后变换器的故障恢复过程。