一种基于虚拟电容的跟网-构网切换过程电压支撑方法与流程

本发明涉及电力电子控制，尤其涉及一种基于虚拟电容的跟网-构网切换过程电压支撑方法。

背景技术：

1、随着储能系统在不间断供电、微网离网自治等高可靠供电场景中的规模化应用，储能变流器需兼容并网跟网运行与市电故障后独立构网带载两种工作模式。市电正常工况下，储能变流器多采用跟网型 pq 控制策略，以电流源特性跟踪电网电压，通过有功、无功双功率外环解耦调节输出电流，精准完成有功功率调度与电网无功补偿；当市电发生电压跌落、断相等故障时，系统需快速切换至构网型虚拟同步发电机（vsg）控制，依托 vsg 模拟同步发电机的惯性、励磁调压特性自主建立母线电压，保障后端敏感负荷不间断供电。

2、现有技术中，储能变流器由并网 pq 模式向离网 vsg 模式切换的平滑优化手段主要分为两类：一类通过锁存切换前电网相位、电压幅值并赋值给 vsg 控制环路积分器，减小模式切换带来的电压相位、幅值阶跃跳变；另一类通过优化 vsg 虚拟电感、虚拟阻抗、惯量阻尼等控制参数，削弱切换过程功率振荡。上述方案虽能在一定程度降低切换冲击，但仍存在以下固有技术缺陷：

3、切换暂态电压跌落问题突出

4、传统 vsg 无功 - 电压调节环路响应速度较慢，无功调节时间尺度可达百毫秒级，而市电故障属于毫秒级突发扰动，切换瞬间负载与储能变流器之间会出现瞬时功率不平衡，现有稳态参数优化、积分初值同步手段无法提供瞬时无功支撑，极易造成 pcc 公共耦合点电压大幅跌落、波形畸变，对于服务器、精密检测设备等对电压暂降高度敏感的负荷，极易引发停机、数据丢失、设备损坏等故障，供电可靠性难以保障。

5、控制时序与补偿机制适配性差，无法实现无缝零压降切换

6、现有多数切换方案仅单一优化相位同步或稳态无功调压，缺少适配故障快速切换场景的瞬时无功补偿链路；部分方案需先停机断开并网开关再启动 vsg 控制，存在明显供电中断间隙；即便采用积分器预赋初值的无缝切换架构，也仅依靠 vsg 自身励磁调节能力被动稳压，不存在主动瞬时无功补偿支路，暂态电压抑制效果存在上限，无法实现切换过程零电压凹陷过渡。

7、无功调压链路缺少快速补偿通道

8、常规 vsg 无功调压方程仅基于无功偏差完成比例积分调压，仅适用于稳态无功扰动调节，未设置面向切换瞬态的快速电压补偿项。并联电容具备毫秒级瞬时容性无功输出能力，现有技术并未将虚拟电容等效支路引入 vsg 无功调压环路，未能利用电容瞬时无功特性抵消切换瞬间功率缺额带来的电压跌落，该快速稳压潜力未得到挖掘。

9、综上，现有 pq-vsg 切换控制方案仅能缓解切换扰动，无法从机理上消除故障切换瞬间的电压暂降，难以满足高端制造、数据中心等高可靠负荷对不间断供电、优质电能质量的严苛需求，亟需提出一种新型电压支撑控制方法，在跟网转构网切换过程中实现瞬时无功主动补偿，抑制电压跌落，达成零时间、零电压凹陷的无缝切换。

技术实现思路

1、本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种基于虚拟电容的跟网-构网切换过程电压支撑方法。

2、本发明是通过以下技术方案实现的：

3、一种基于虚拟电容的跟网-构网切换过程电压支撑方法，包括以下步骤：

4、s1：实时监测市电状态，当市电正常运行时，控制储能变流器工作在并网pq模式下，向负载输出有功功率和无功功率；

5、s2：当检测到市电故障需切换至储能变流器独立供电时，生成切换触发信号；

6、s3：响应于所述切换信号，在离网vsg控制的无功-电压环中引入虚拟电容值和虚拟电容电压补偿量；

7、s4：基于所述虚拟电容值和虚拟电容电压补偿量对离网vsg控制的输出电压参考值进行修正，并控制储能变流器从并网pq模式无缝切换至离网vsg模式，以在切换瞬间提供瞬时无功电流支撑负载电压。

8、所述步骤s1中，储能变流器工作在并网 pq模式，具体包括：

9、在并网pq模式下，储能变流器工作在跟网型pq控制模式，并网pq控制中通过有功环生成储能变流器的d轴电流参考值，通过无功环生成储能变流器的q轴电流参考值；

10、将d轴电流参考值与储能变流器输出电流的d轴分量的差值、以及q轴电流参考值与储能变流器输出电流的q轴分量的差值输入至电流内环控制器；

11、所述电流内环控制器输出信号控制pwm发生器，生成开关管导通和关断信号，使得储能变流器在并网pq模式下输出参考的有功功率和无功功率。

12、所述步骤s2中，实时监测市电三相电压状态，根据市电三相电压的幅值或频率偏差判断市电是否发生故障，并在判定故障时快速生成切换触发信号。

13、所述步骤s3中，计算虚拟电容值，是根据系统额定参数和硬件参数，并实时采集储能变流器公共连接点的电压值，计算得到；其中所述系统额定参数为额定电压，所述硬件参数包括滤波电容值和滤波电感值。

14、所述步骤s4中，利用计算得到的虚拟电容值和虚拟电容电压补偿量对vsg的无功调压方程进行修正，修正后的无功调压方程用于生成包含电压支撑分量的电压幅值参考值。

15、所述步骤s4之前还包括状态变量初始化步骤：

16、获取切换前并网pq控制跟踪的电网相位，并将所述电网相位作为离网vsg控制有功-频率控制环中角频率积分器的初值；

17、获取切换前并网pq控制生成的电压幅值，并将所述电压幅值作为无功功率积分器的初值。

18、所述状态变量初始化步骤还包括：

19、将并网pq控制和离网vsg控制共用的电流环控制器的积分项清零，并根据当前系统状态给积分项赋予初值，消除切换过程中的控制误差突变。

20、所述步骤s4中，控制储能变流器从并网pq模式无缝切换至离网vsg模式的具体过程包括：

21、断开储能变流器与市电之间的隔离开关；

22、启动离网vsg控制，其中有功-频率控制环生成储能变流器输出电压相位参考值，引入虚拟电容值和虚拟电容电压补偿量后的无功-电压控制环生成储能变流器的输出电压幅值参考值。

23、将输出电压相位参考值和输出电压幅值参考值进行合成，得到三相输出电压参考值；

24、将三相输出电压参考值经过park变换得到三相输出电压参考值的d轴分量和q轴分量；

25、所述三相输出电压参考值的d轴分量和q轴分量依次经过虚拟阻抗控制和电压电流双闭环控制，得到输出调制波信号；

26、将输出调制波信号输入至pwm发生器，驱动储能变流器在离网vsg模式下输出电压。

27、本发明的优点是：本发明通过在离网vsg控制中引入虚拟电容环节，模拟并联电容的瞬时无功补偿特性，在切换瞬间提供瞬时无功电流，增强对负载电压的支撑能力，有效抑制因功率不平衡导致的电压跌落。本发明实现了跟网至构网的零时间无缝切换，保障了负荷供电的连续性与电能质量。

1.一种基于虚拟电容的跟网-构网切换过程电压支撑方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于虚拟电容的跟网-构网切换过程电压支撑方法，其特征在于，所述步骤s1中，储能变流器工作在并网 pq模式，具体包括：

3.根据权利要求1所述的一种基于虚拟电容的跟网-构网切换过程电压支撑方法，其特征在于，所述步骤s2中，实时监测市电三相电压状态，根据市电三相电压的幅值或频率偏差判断市电是否发生故障，并在判定故障时快速生成切换触发信号。

4.根据权利要求1所述的一种基于虚拟电容的跟网-构网切换过程电压支撑方法，其特征在于，所述步骤s3中，计算虚拟电容值，是根据系统额定参数和硬件参数，并实时采集储能变流器公共连接点的电压值，计算得到；其中所述系统额定参数为额定电压，所述硬件参数包括滤波电容值和滤波电感值。

5.根据权利要求1所述的一种基于虚拟电容的跟网-构网切换过程电压支撑方法，其特征在于，所述步骤s4中，利用计算得到的虚拟电容值和虚拟电容电压补偿量对vsg的无功调压方程进行修正，修正后的无功调压方程用于生成包含电压支撑分量的电压幅值参考值。

6.根据权利要求1所述的一种基于虚拟电容的跟网-构网切换过程电压支撑方法，其特征在于，所述步骤s4之前还包括状态变量初始化步骤：

7.根据权利要求6所述的一种基于虚拟电容的跟网-构网切换过程电压支撑方法，其特征在于，所述状态变量初始化步骤还包括：

8.根据权利要求1所述的一种基于虚拟电容的跟网-构网切换过程电压支撑方法，其特征在于，所述步骤s4中，控制储能变流器从并网pq模式无缝切换至离网vsg模式的具体过程包括：

9.根据权利要求8所述的一种基于虚拟电容的跟网-构网切换过程电压支撑方法，其特征在于，将输出电压相位参考值和输出电压幅值参考值进行合成，得到三相输出电压参考值；