本發(fā)明屬于逆變器控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種抑制故障瞬時(shí)沖擊電流型虛擬同步逆變器及其控制方法。

背景技術(shù)：

近年來，隨著社會(huì)的高速發(fā)展，能源需求的激增與環(huán)境的急劇惡化形成重大矛盾。這使得風(fēng)能、太陽能等各種新能源得到了越來越多的關(guān)注。但這些新能源大多是以各種頻率的交流或者直流的形式輸出電能，這就必須通過DC-AC變換器，也稱逆變器來接入電網(wǎng)。因此，隨著微電網(wǎng)的持續(xù)發(fā)展，研究逆變器的安全性和可靠性變得越來越迫切。

為了使逆變器能更好的工作，各種各樣的逆變器控制方法得到了研究，如下垂控制，PQ控制，VF控制和虛擬同步控制等。其中，虛擬同步控制策略是一種由鐘慶昌教授于2011年提出的模擬同步發(fā)電機(jī)特性的逆變器控制策略，其使得沒有機(jī)械慣性的電力電子逆變器具備了等同于同步發(fā)電機(jī)慣性的特性，極大的改善了逆變器的動(dòng)態(tài)性能，使得逆變器能像同步發(fā)電機(jī)一樣進(jìn)行發(fā)電的同時(shí)抑制電網(wǎng)中的高頻紋波。這也直接導(dǎo)致了虛擬同步逆變器相對于其他控制策略的優(yōu)勢地位。因此，虛擬同步逆變器得到了廣泛的關(guān)注。然而，為了模擬出更好的動(dòng)態(tài)性能，電流內(nèi)環(huán)沒有添加進(jìn)虛擬同步控制策略中，而這將導(dǎo)致在電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，虛擬同步逆變器中容易出現(xiàn)較大的暫態(tài)沖擊電流，此時(shí)，為保證逆變器安全，需要提高逆變器的容量。這將使得虛擬同步逆變器的成本增加，不利于其推廣。

在電網(wǎng)故障時(shí)，傳統(tǒng)的做法是直接把逆變器從電網(wǎng)中斷開，以此來保證逆變器的安全。實(shí)際上，這將威脅到電網(wǎng)的供電可靠性和穩(wěn)定性。因此，國家制定了相關(guān)的逆變器并網(wǎng)法規(guī)，要求逆變器在電網(wǎng)故障是仍能維持并網(wǎng)一段時(shí)間。這對于解決電網(wǎng)供電可靠性和穩(wěn)定性是有利的，但是更加惡化了逆變器自身的安全。因此，研究一種能抑制虛擬同步逆變器暫態(tài)沖擊電流的方法非常有意義。

目前對于虛擬同步逆變器的研究主要集中在穩(wěn)態(tài)控制和參數(shù)優(yōu)化等問題上。如已經(jīng)有很多學(xué)者研究了如何把虛擬同步控制應(yīng)用到光伏電池、風(fēng)機(jī)、燃料電池及燃?xì)廨啓C(jī)等新能源上，也有很多學(xué)者利用小信號(hào)分析研究了虛擬同步逆變器的控制參數(shù)優(yōu)化和穩(wěn)定性問題。虛擬同步逆變器的并網(wǎng)控制方式也得到了大量的研究，并且已經(jīng)應(yīng)用到了實(shí)際虛擬同步逆變器的并網(wǎng)控制中。然而，這些研究都集中在虛擬同步逆變器的穩(wěn)態(tài)控制和參數(shù)優(yōu)化問題上，很少考慮到當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)對逆變器本身可能造成的沖擊，實(shí)際上，這個(gè)沖擊電流足以摧毀整個(gè)逆變器，對逆變器的穩(wěn)定運(yùn)行構(gòu)成了巨大的威脅。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明實(shí)施例提供一種抑制故障瞬時(shí)沖擊電流型虛擬同步逆變器及其控制方法，解決在電網(wǎng)側(cè)發(fā)生對稱故障等極端情況時(shí)虛擬同步逆變器會(huì)因瞬時(shí)沖擊電流而被燒毀的問題。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種抑制故障瞬時(shí)沖擊電流型虛擬同步逆變器，由逆變器輸出電壓電流信息采集模塊、虛擬同步逆變控制模塊、故障檢測和綜合模塊、滯環(huán)比較控制環(huán)節(jié)模塊及故障切除后反切換并網(wǎng)控制模塊組成；其中，

所述逆變器輸出電壓電流信息采集模塊，用于采集逆變器輸出端電壓信號(hào)、逆變器輸出端電流信號(hào)和并網(wǎng)點(diǎn)電壓信號(hào)；

所述虛擬同步逆變控制模塊，用于實(shí)現(xiàn)當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)的虛擬同步發(fā)電機(jī)特性；

所述故障檢測和綜合模塊，用于實(shí)時(shí)檢測逆變器輸出電流的瞬時(shí)值和電壓的峰值，判斷電網(wǎng)側(cè)是否發(fā)生故障和故障是否切除，并起到一個(gè)邏輯綜合的作用；

所述滯環(huán)比較控制模塊，用于電網(wǎng)側(cè)故障時(shí)的沖擊電流抑制；

所述反切換并網(wǎng)控制模塊，用于通過故障檢測和綜合模塊給出的故障切除信號(hào)，啟動(dòng)反切換控制，并完成從滯環(huán)比較控制輸出轉(zhuǎn)換為傳統(tǒng)虛擬同步逆變控制的狀態(tài)。

進(jìn)一步的，所述逆變器輸出電壓電流信息采集模塊，采集逆變器輸出側(cè)濾波電容C處電壓信號(hào)和輸出濾波電感L_s上的電流信號(hào)，并將電流信號(hào)傳送給虛擬同步逆變控制模塊的電流信號(hào)輸入端、滯環(huán)比較控制模塊的電流輸入端和故障檢測綜合模塊的電流信號(hào)輸入端，同時(shí)將電壓信號(hào)傳送給故障檢測和綜合模塊的電壓信號(hào)輸入端。

進(jìn)一步的，所述虛擬同步逆變控制模塊以逆變器輸出電流信號(hào)i_s為輸入并以此時(shí)三相電壓參考值為電壓按功率計(jì)算公式進(jìn)行相乘作為虛擬同步逆變控制模塊的功率輸入，然后所述虛擬同步逆變控制模塊中的有功慣性下垂環(huán)接收有功功率輸入后進(jìn)行慣性計(jì)算和下垂計(jì)算，得到參考波角速度，同時(shí)對角速度進(jìn)行積分，得到參考波的相位角；所述虛擬同步逆變控制模塊中的無功慣性下垂環(huán)接收無功功率輸入后進(jìn)行慣性和下垂計(jì)算，得到虛擬勵(lì)磁大小，然后乘以得到的參考波角速度得到輸出信號(hào)的幅值，最后，該幅值乘以參考波相位角的正弦值作為虛擬同步逆變控制模塊的輸出。

進(jìn)一步的，所述故障檢測和綜合模塊以逆變器輸出電流信號(hào)和并網(wǎng)點(diǎn)電壓信號(hào)為輸入，其中電流信號(hào)瞬時(shí)值與設(shè)定的電流保護(hù)值做比較，當(dāng)瞬時(shí)電流值的大小大于電流保護(hù)值時(shí)，輸出切換信號(hào)t_rig，此切換信號(hào)作為故障檢測和綜合模塊輸入；同時(shí)，并網(wǎng)點(diǎn)電壓信號(hào)輸入到故障檢測和綜合模塊中，經(jīng)過峰值檢測得到其峰值，然后與故障觸發(fā)模塊輸出的切換信號(hào)進(jìn)行綜合后的輸出作為切換信號(hào)；當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，切換信號(hào)將會(huì)發(fā)出并維持一段時(shí)間，直至并網(wǎng)點(diǎn)電壓幅值恢復(fù)到系統(tǒng)的額定電壓值附近時(shí)，切換信號(hào)恢復(fù)，此切換信號(hào)即為故障檢測和綜合模塊的輸出。

進(jìn)一步的，所述滯環(huán)比較控制環(huán)節(jié)模塊將逆變器輸出電壓電流信息采集模塊的并網(wǎng)點(diǎn)電壓值進(jìn)行鎖相后得到并網(wǎng)點(diǎn)A相的相位輸出到滯環(huán)比較控制中，然后結(jié)合設(shè)定的保護(hù)值產(chǎn)生三相電流給定；將逆變器輸出電壓電流信息采集模塊的電流值與三相電流給定做差后經(jīng)過滯環(huán)比較器，其輸出作為驅(qū)動(dòng)IGBT的控制信號(hào)。

進(jìn)一步的，所述故障切除后反切換并網(wǎng)控制模塊以逆變器輸出電壓電流信息采集模塊的采集得到的并網(wǎng)點(diǎn)電壓值與故障檢測和綜合模塊的輸出為輸入信號(hào)，其中并網(wǎng)點(diǎn)電壓信號(hào)和逆變器三相電勢做差后除以虛擬阻抗得到虛擬電流作為虛擬同步逆變控制模塊的電流輸入，故障檢測和綜合模塊的輸出則作為切換信號(hào)，用于啟動(dòng)從滯環(huán)比較控制到虛擬同步逆變控制模塊的切換過程。

本發(fā)明所采用的另一技術(shù)方案是，抑制故障瞬時(shí)沖擊電流型虛擬同步逆變器的控制方法，當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行，沒有發(fā)生故障時(shí)，虛擬同步逆變器的輸出電流經(jīng)過逆變器輸出電壓電流信息采集模塊送到故障檢測和綜合模塊后，判斷沒有超過設(shè)定的保護(hù)值，反切換并網(wǎng)控制模塊和滯環(huán)比較控制模塊不動(dòng)作，虛擬同步逆變控制模塊正常運(yùn)行；

當(dāng)系統(tǒng)中出現(xiàn)短路故障時(shí)，虛擬同步逆變器的輸出電流經(jīng)過逆變器輸出電壓電流信息采集模塊送到故障檢測和綜合模塊后，判斷超過設(shè)定的保護(hù)值，此時(shí)故障檢測和綜合模塊會(huì)發(fā)出啟動(dòng)切換信號(hào)給虛擬同步逆變控制模塊，虛擬同步逆變控制模塊會(huì)切換為反切換并網(wǎng)控制模塊，并且逆變器的驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)會(huì)從虛擬同步逆變控制模塊的輸出切換為滯環(huán)比較控制模塊的輸出；當(dāng)系統(tǒng)故障清除后，虛擬同步逆變器的并網(wǎng)點(diǎn)電壓經(jīng)過逆變器輸出電壓電流信息采集模塊送到故障檢測和綜合模塊后，判斷峰值已經(jīng)恢復(fù)，此時(shí)故障檢測和綜合模塊會(huì)發(fā)出反切換啟動(dòng)信號(hào)給反切換并網(wǎng)控制模塊，反切換并網(wǎng)控制模塊會(huì)切換為虛擬同步逆變控制模塊，并且逆變器的驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)會(huì)從滯環(huán)比較控制模塊切換為虛擬同步逆變控制模塊，實(shí)現(xiàn)無沖擊的反切換，整個(gè)抑制沖擊電流動(dòng)作過程完成。

本發(fā)明的有益效果是：采用了虛擬同步逆變控制和滯環(huán)比較控制相結(jié)合的方法，實(shí)現(xiàn)了兩種控制的優(yōu)勢結(jié)合。當(dāng)電網(wǎng)電壓跌落到危害逆變器安全的程度后，虛擬同步逆變器迅速切換為滯環(huán)比較輸出狀態(tài)快速限流，在保證逆變器不脫網(wǎng)的同時(shí)為電網(wǎng)提供電壓支撐，也為后期故障穩(wěn)定時(shí)低壓穿越提供保障，當(dāng)故障清除后又能無沖擊的切換回虛擬同步運(yùn)行模式。所提出的具備沖擊電流抑制能力的虛擬同步逆變控制既具備虛擬同步逆變控制的優(yōu)秀特性，同時(shí)也具備在電網(wǎng)故障時(shí)抑制沖擊電流對逆變器本身沖擊的能力。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的抑制故障瞬時(shí)沖擊電流型虛擬同步逆變器于直流源逆變并網(wǎng)的應(yīng)用實(shí)例圖。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的虛擬同步逆變器的控制器內(nèi)部邏輯圖。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的虛擬同步逆變器控制框圖。

圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的虛擬同步逆變器的滯環(huán)電流參考圖。

圖5是本發(fā)明實(shí)施例提供的虛擬同步逆變器的反切換功率參考計(jì)算圖。

圖6是本發(fā)明實(shí)施例提供的PWM驅(qū)動(dòng)模塊控制信號(hào)產(chǎn)生原理圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

一種抑制故障瞬時(shí)沖擊電流型虛擬同步逆變器；

由逆變器輸出電壓電流信息采集模塊、虛擬同步逆變控制模塊、故障檢測和綜合模塊、滯環(huán)比較控制環(huán)節(jié)模塊及故障切除后反切換并網(wǎng)控制模塊組成；

其中，逆變器輸出電壓電流信息采集模塊用于采集逆變器輸出端電壓信號(hào)、逆變器輸出端電流信號(hào)和并網(wǎng)點(diǎn)(PCC點(diǎn))電壓信號(hào)；

虛擬同步逆變控制模塊用于實(shí)現(xiàn)當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)的虛擬同步發(fā)電機(jī)特性；

故障檢測和綜合模塊用于實(shí)時(shí)檢測逆變器輸出電流的瞬時(shí)值和電壓的峰值，判斷電網(wǎng)側(cè)是否發(fā)生故障和故障是否切除，并起到一個(gè)邏輯綜合的作用；

滯環(huán)比較控制環(huán)節(jié)模塊用于電網(wǎng)側(cè)故障時(shí)的沖擊電流抑制；

反切換并網(wǎng)控制模塊用于通過故障檢測和綜合模塊給出的故障切除信號(hào)，啟動(dòng)反切換控制，并完成從滯環(huán)比較控制輸出轉(zhuǎn)換為傳統(tǒng)虛擬同步逆變控制的狀態(tài)。

當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行，沒有發(fā)生故障時(shí)，虛擬同步逆變器的輸出電流經(jīng)過逆變器輸出電壓電流信息采集模塊送到故障檢測和綜合模塊后，判斷沒有超過設(shè)定的保護(hù)值，反切換并網(wǎng)控制模塊和滯環(huán)比較控制模塊不動(dòng)作，虛擬同步逆變控制模塊正常運(yùn)行；

當(dāng)系統(tǒng)中出現(xiàn)短路故障時(shí)，虛擬同步逆變器的輸出電流經(jīng)過逆變器輸出電壓電流信息采集模塊送到故障檢測和綜合模塊后，判斷超過設(shè)定的保護(hù)值，此時(shí)故障檢測和綜合模塊會(huì)發(fā)出啟動(dòng)切換信號(hào)給虛擬同步逆變控制模塊，虛擬同步逆變控制模塊會(huì)切換為反切換并網(wǎng)控制模塊，并且逆變器的驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)會(huì)從虛擬同步逆變控制模塊的輸出切換為滯環(huán)比較控制模塊的輸出；當(dāng)系統(tǒng)故障清除后，虛擬同步逆變器的并網(wǎng)點(diǎn)電壓經(jīng)過逆變器輸出電壓電流信息采集模塊送到故障檢測和綜合模塊后，判斷峰值已經(jīng)恢復(fù)，此時(shí)故障檢測和綜合模塊會(huì)發(fā)出反切換啟動(dòng)信號(hào)給反切換并網(wǎng)控制模塊，反切換并網(wǎng)控制模塊會(huì)切換為虛擬同步逆變控制模塊，并且逆變器的驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)會(huì)從滯環(huán)比較控制模塊切換為虛擬同步逆變控制模塊，實(shí)現(xiàn)無沖擊的反切換，整個(gè)抑制沖擊電流動(dòng)作過程完成。

進(jìn)一步，逆變器輸出電壓電流信息采集模塊，如圖1所示，包括霍爾1、霍爾2、信號(hào)調(diào)理模塊1、信號(hào)調(diào)理模塊2、故障觸發(fā)模塊、AD1、AD2、AD3，其連接方式為：采集逆變器輸出側(cè)濾波電容C處電壓信號(hào)和輸出濾波電感L_s上的電流信號(hào)，將其以包括但不限于有線傳輸?shù)姆绞綄㈦妷骸㈦娏餍盘?hào)傳送給虛擬同步逆變控制模塊的逆變器輸出電壓電流信號(hào)的輸入端(如圖1中a、b端口所示)與故障檢測和綜合模塊的逆變器輸出電壓電流信號(hào)的輸入端(如圖1中c、d端口所示)；

進(jìn)一步，虛擬同步逆變控制模塊(如圖2中“虛擬同步控制模塊”及S₁、S₂、S₃、S₄、S_p、S_q所示)的連接方式，此時(shí)S₁、S₂、S₄均接到位置1上，S₃接到位置2上，S_p、S_q均閉合：以逆變器輸出電流信號(hào)i_s為輸入并以此時(shí)三相電壓參考值為電壓按功率計(jì)算公式進(jìn)行相乘作為虛擬同步控制模塊的功率輸入，然后虛擬同步控制模塊中的有功慣性下垂環(huán)接收有功功率輸入后進(jìn)行慣性計(jì)算和下垂計(jì)算，得到參考波角速度，同時(shí)對角速度進(jìn)行積分，得到參考波的相位角；虛擬同步控制模塊中的無功慣性下垂環(huán)接收無功功率輸入后進(jìn)行慣性和下垂計(jì)算，得到虛擬勵(lì)磁大小，然后乘以得到的參考波角速度得到輸出信號(hào)的幅值，最后，該幅值乘以參考波相位角的正弦值作為虛擬同步逆變控制模塊的輸出；

進(jìn)一步，故障檢測和綜合模塊，由圖1中的“故障觸發(fā)模塊”和圖2中右上角部分“故障綜合模塊”組成，連接方式為：以逆變器輸出電流信號(hào)和并網(wǎng)點(diǎn)(PCC點(diǎn))電壓信號(hào)為輸入，其中電流信號(hào)瞬時(shí)值與設(shè)定的電流保護(hù)值做比較，當(dāng)瞬時(shí)電流值的大小大于電流保護(hù)值時(shí)，輸出切換信號(hào)t_rig，此切換信號(hào)作為故障綜合模塊(如圖2中“故障綜合模塊”所示)的輸入；同時(shí)，并網(wǎng)點(diǎn)(PCC點(diǎn))電壓信號(hào)輸入到故障綜合模塊中，經(jīng)過峰值檢測得到其峰值，然后與故障觸發(fā)模塊輸出的切換信號(hào)進(jìn)行綜合后的輸出作為切換信號(hào)；當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，切換信號(hào)將會(huì)發(fā)出并維持一段時(shí)間，直至并網(wǎng)點(diǎn)電壓幅值恢復(fù)到系統(tǒng)的額定電壓值附近時(shí)，切換信號(hào)恢復(fù)。此切換信號(hào)即為故障檢測和綜合模塊的輸出；

進(jìn)一步，滯環(huán)比較控制環(huán)節(jié)模塊(如圖2)的連接方式：將電壓電流信號(hào)采集模塊的并網(wǎng)點(diǎn)(PCC點(diǎn))電壓值進(jìn)行鎖相后得到并網(wǎng)點(diǎn)A相的相位輸出到滯環(huán)比較控制中，然后結(jié)合設(shè)定的保護(hù)值產(chǎn)生三相電流給定(如圖4所示)；將電流信號(hào)采集模塊的電流值與三相電流給定做差后經(jīng)過滯環(huán)比較器，其輸出作為驅(qū)動(dòng)IGBT(如圖1虛線框所示)的控制信號(hào)；

進(jìn)一步，反切換并網(wǎng)控制模塊(如圖2中灰色底框和“虛擬同步控制模塊”及S₁、S₂、S₃、S₄、S_p、S_q所示)，連接方式為(此時(shí)S₁、S₂、S₄均接到位置2上，S₃接到位置1上，S_p、S_q均斷開)：以電壓電流信號(hào)采集模塊的采集得到的并網(wǎng)點(diǎn)(PCC點(diǎn))電壓值與故障檢測和綜合模塊的輸出為輸入信號(hào)，其中并網(wǎng)點(diǎn)(PCC點(diǎn))電壓信號(hào)和逆變器三相電勢做差后除以虛擬阻抗得到虛擬電流作為虛擬同步逆變控制算法的電流輸入，故障檢測和綜合模塊的輸出則作為切換信號(hào)，用于啟動(dòng)從滯環(huán)比較控制到虛擬同步逆變控制的切換過程；

進(jìn)一步詳細(xì)來說，虛擬同步控制模塊的根本原理為：在有功功率和無功功率下垂特性的基礎(chǔ)上，有功環(huán)和無功環(huán)分別增加一個(gè)慣性環(huán)節(jié)；可以通過調(diào)節(jié)有功和無功下垂控制系數(shù)達(dá)到輸出電壓頻率和幅值分別下垂的目的；其中因下垂作用導(dǎo)致的電壓頻率和幅值下垂值為

其中，ω表示參考電壓頻率值，n_p表示有功下垂系數(shù)，ω^*表示給定角頻率，P表示逆變器輸出的電磁功率，P^*表示逆變器輸出的電磁功率的給定值，而τ_f表示模擬同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子慣性的慣性參數(shù)。

s表示復(fù)變量，是將時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)化到復(fù)頻域信號(hào)的變量，變量s又稱“復(fù)頻率”。

同理，E表示參考電壓幅值，n_q表示無功下垂系數(shù)，E^*表示電壓幅值給定，Q表示逆變器輸出的無功功率，Q^*表示逆變器輸出的無功功率的給定值，而τ_v表示模擬同步發(fā)電機(jī)無功慣性的慣性參數(shù)。

顯然，當(dāng)電網(wǎng)故障時(shí)，由于這個(gè)慣性環(huán)節(jié)的影響，虛擬同步逆變器的電勢頻率ω變化較慢，這將導(dǎo)致逆變器與網(wǎng)側(cè)出現(xiàn)較大的有功沖擊甚至振蕩。并且，由于虛擬同步逆變器能使得逆變器具備等同于同步發(fā)電機(jī)慣性特性的根本原因即是此慣性環(huán)節(jié)。當(dāng)電網(wǎng)故障時(shí)，由于這個(gè)慣性環(huán)節(jié)的影響，虛擬同步逆變器的電勢幅值E變化較慢，這將導(dǎo)致逆變器與網(wǎng)側(cè)出現(xiàn)較大的無功沖擊甚至振蕩。

為解決這一問題，本發(fā)明采用了模式切換的思路，從控制角度出發(fā)來抑制網(wǎng)側(cè)故障時(shí)導(dǎo)致的沖擊過程。并且，為了提高抑制沖擊電流的速度，本發(fā)明采用檢測逆變器輸出電流瞬時(shí)值的方式來啟動(dòng)抑制切換過程，在故障切除后，通過檢測并網(wǎng)點(diǎn)(PCC點(diǎn))電壓是否恢復(fù)來產(chǎn)生切換回虛擬同步控制的切換信號(hào)。滯環(huán)比較是一種瞬時(shí)電流跟蹤調(diào)制方法，其基本原理為：檢測逆變器輸出電流瞬時(shí)值，并與正弦參考波作差，當(dāng)差值大于H_w/2時(shí)，下橋臂管子導(dǎo)通，減小輸出電流；當(dāng)差值小于環(huán)寬-H_w/2時(shí)，上橋臂管子導(dǎo)通，增大輸出電流。H_w的含義是滯環(huán)控制環(huán)寬。

進(jìn)一步，對抑制沖擊電流型虛擬同步逆變控制方法進(jìn)行詳細(xì)闡釋：為了確保當(dāng)網(wǎng)側(cè)出現(xiàn)故障時(shí)虛擬同步逆變器不被損壞，同時(shí)仍能給電網(wǎng)提供功率支撐，可直接切換控制為滯環(huán)比較控制模式，并按照國標(biāo)的要求向電網(wǎng)注入合適比例的有功和無功，通過檢測PCC點(diǎn)電壓幅值是否恢復(fù)確定電網(wǎng)中的故障切除后啟動(dòng)反切換過程，并于一段時(shí)間后無沖擊的切換回虛擬同步控制，盡力消除電網(wǎng)沖擊對逆變器的不利影響，與此同時(shí)，仍能保證逆變器的虛擬同步發(fā)電機(jī)特性；本發(fā)明檢測到三相輸出電流瞬時(shí)值后與逆變器電勢相乘得到輸出有功功率P和無功功率Q，以給定有功P^*和無功Q^*分別與逆變器輸出有功和無功做差，分別得到P-P^*和Q-Q^*，將P-P^*和Q-Q^*分別與有功下垂系數(shù)n_p和無功下垂系數(shù)n_q相乘后得到n_p(P-P^*)和n_q(Q-Q^*)，然后分別用ω^*和E^*減去前面得到的結(jié)果；與此同時(shí)，有功和無功慣性環(huán)節(jié)分別對前面相減后得到的結(jié)果進(jìn)行積分，可分別得到角速度ω和電壓幅值E，然后對角速度ω進(jìn)行積分可得到參考波的A相相位，得到的幅值和A相角度即可計(jì)算出A相參考正弦波，分別逆時(shí)針和順時(shí)針旋轉(zhuǎn)120度即可得到B和C相參考波，此參考波信號(hào)與PWM控制器內(nèi)鋸齒波發(fā)生器所發(fā)出的鋸齒波信號(hào)做比較運(yùn)算，得到逆變器內(nèi)各IGBT的控制信號(hào)，以此控制逆變器內(nèi)各IGBT的通斷；一旦故障檢測模塊通過檢測逆變器輸出瞬時(shí)值檢測到網(wǎng)側(cè)出現(xiàn)故障時(shí)，立刻切換為滯環(huán)比較控制模式，此時(shí)通過鎖相環(huán)PLL檢測PCC節(jié)點(diǎn)的A相相位，并根據(jù)國標(biāo)給出的有功無功注入比例計(jì)算出功率因數(shù)角δ，δ加上PCC點(diǎn)A相相位得到滯環(huán)參考波的A相相位，而滯環(huán)參考波的電流幅值則根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)給定整定好，通過幅值和相位確定滯環(huán)參考波，然后把逆變器輸出電流瞬時(shí)值與該參考波作比較，并通過滯環(huán)比較作用產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)脈沖控制IGBT的通斷；與此同時(shí)，對逆變器輸出電流進(jìn)行dq分解，并對逆變器電勢也進(jìn)行dq分解，然后電勢幅值乘以i_d得到虛擬同步逆變器此時(shí)有功的給定，電勢幅值乘以i_q得到無功的給定，并且引入一個(gè)和連接到并網(wǎng)點(diǎn)(PCC點(diǎn))阻抗相等的虛擬阻抗，用于連接此時(shí)的虛擬同步逆變控制算法和并網(wǎng)點(diǎn)(PCC點(diǎn))，從而使得虛擬阻抗上的電流與滯環(huán)輸出電流完全一致，為無沖擊反切換提供基礎(chǔ)，當(dāng)通過檢測PCC點(diǎn)電壓幅值檢測到電壓恢復(fù)后，等待一段時(shí)間，當(dāng)虛擬電流與滯環(huán)輸出電流完全一致后可啟動(dòng)反切換過程，完成從滯環(huán)限流到虛擬同步逆變控制的切換。

圖1為抑制沖擊電流型虛擬同步逆變器控制方法于直流源逆變并網(wǎng)的應(yīng)用實(shí)例圖。本實(shí)例主要由直流電源Udc、三相PWM逆變器(如圖1中虛線框部分所示)、PWM驅(qū)動(dòng)器(如圖1左下角“IGBT驅(qū)動(dòng)器”所示)、線路等效阻抗(R_g、L_g)交流電網(wǎng)、逆變器輸出LC濾波器(L_s和C)、控制器(如圖1中“數(shù)字信號(hào)處理器DSP”所示)。直流電源Udc給逆變器提供電能并維持直流母線電壓穩(wěn)定，采集逆變器輸出電壓、電流信號(hào)及PCC點(diǎn)電壓信號(hào)分別作為虛擬同步控制環(huán)節(jié)、故障檢測和綜合模塊與反切換并網(wǎng)控制模塊輸入信號(hào)。逆變器側(cè)阻抗分別為R_s、L_s，網(wǎng)側(cè)連接線路阻抗為R_g、L_g。采集逆變器輸出端電壓及電流信號(hào)u_s和i_s及并網(wǎng)點(diǎn)(PCC點(diǎn))電壓信號(hào)u_g傳送給抑制沖擊電流型虛擬同步逆變器，作為其實(shí)際電壓電流輸入。

直流電源Udc包括但不限于電池、光伏板等直流形式電源，直流輸入經(jīng)過PWM逆變器變換為頻率在50Hz附近的交流電向電網(wǎng)提供電能。

三相PWM逆變器輸出端接LC濾波器，達(dá)到濾出高頻諧波，提高波形質(zhì)量的目的。

圖2為圖1中數(shù)字信號(hào)處理器的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)，其輸入有故障觸發(fā)信號(hào)t_rig，逆變器輸出電壓信號(hào)u_s、逆變器輸出電流信號(hào)i_s及并網(wǎng)點(diǎn)(PCC點(diǎn))電壓信號(hào)u_g；其輸出為IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)。其算法如圖3所示。

圖3中虛線框S₁、S₂、S₃、S₄、S_p、S_q為控制模式切換輔助開關(guān)、抑制沖擊電流結(jié)構(gòu)及虛擬阻抗結(jié)構(gòu)，其為圖1中的核心控制算法；圖3詳細(xì)標(biāo)識(shí)了抑制沖擊電流型虛擬同步逆變控制的數(shù)學(xué)機(jī)理，以圖3為實(shí)施例對抑制沖擊電流型虛擬同步逆變控制的具體數(shù)學(xué)機(jī)理進(jìn)行分析；

圖3抑制沖擊電流型虛擬同步逆變控制數(shù)學(xué)框圖中包含圖1中三組輸入信號(hào)：逆變器輸出端電壓信號(hào)u_s、逆變器輸出電流信號(hào)i_s以及PCC點(diǎn)電壓u_g之外還包括控制目標(biāo)參考電壓e。

圖3抑制沖擊電流型虛擬同步逆變控制數(shù)學(xué)框圖中具體數(shù)學(xué)原理為：檢測到三相輸出電流瞬時(shí)值i_s后與逆變器電勢相乘得到輸出有功功率P和無功功率Q，以給定有功P^*和無功Q^*分別與逆變器輸出有功和無功做差，分別得到P-P^*和Q-Q^*，將P-P^*和Q-Q^*分別與有功下垂系數(shù)n_p和無功下垂系數(shù)n_q相乘后得到n_p(P-P^*)和n_q(Q-Q^*)，然后分別用ω^*和E^*減去前面得到的結(jié)果；與此同時(shí)，有功和無功慣性環(huán)節(jié)分別對前面相減后得到的結(jié)果進(jìn)行積分，可分別得到角速度ω和電壓幅值E，然后對角速度ω進(jìn)行積分可得到參考波的A相相位，得到的幅值和A相角度即可計(jì)算出A相參考正弦波，分別逆時(shí)針和順時(shí)針旋轉(zhuǎn)120度即可得到B和C相參考波，此參考波信號(hào)與DSP內(nèi)部鋸齒波發(fā)生器所發(fā)出的鋸齒波信號(hào)做比較運(yùn)算，得到逆變器內(nèi)各IGBT的控制信號(hào)，以此控制逆變器內(nèi)各IGBT的通斷；一旦故障檢測模塊通過檢測逆變器輸出瞬時(shí)值檢測到網(wǎng)側(cè)出現(xiàn)故障時(shí)，立刻切換為滯環(huán)比較控制模式，其參考波的給定如圖5所示，此時(shí)通過鎖相環(huán)檢測PCC節(jié)點(diǎn)的A相相位，并根據(jù)國標(biāo)給出的有功無功注入比例計(jì)算出功率因數(shù)角δ，δ加上PCC點(diǎn)A相相位得到滯環(huán)參考波的A相相位，而滯環(huán)參考波的電流幅值則根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)給定整定好，通過幅值和相位確定滯環(huán)參考波，然后把逆變器輸出電流瞬時(shí)值與該參考波作比較，并通過滯環(huán)比較作用產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)脈沖控制IGBT的通斷；與此同時(shí)，對逆變器輸出電流進(jìn)行dq分解，并對逆變器電勢也進(jìn)行dq分解，然后電勢幅值乘以i_d(逆變器輸出電流i_s在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直軸電流分量)得到虛擬同步逆變器此時(shí)有功的給定，電勢幅值乘以i_q(逆變器輸出電流i_s在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直軸電流分量)得到無功的給定；并且引入一個(gè)和連接到PCC點(diǎn)阻抗相等的虛擬阻抗，用于連接此時(shí)的虛擬同步逆變控制算法和并網(wǎng)點(diǎn)(PCC點(diǎn))，從而使得虛擬阻抗上的電流與滯環(huán)輸出電流一致，為無沖擊反切換提供基礎(chǔ)，當(dāng)通過檢測并網(wǎng)點(diǎn)(PCC點(diǎn))電壓幅值檢測到電壓恢復(fù)后，等待一段時(shí)間，當(dāng)虛擬電流與滯環(huán)輸出電流完全一致后可啟動(dòng)反切換過程，完成從滯環(huán)限流到虛擬同步逆變控制的切換。

故障檢測和綜合模塊具體工作方式：故障檢測和綜合模塊的輸入為逆變器輸出三相瞬時(shí)電流i_s和PCC點(diǎn)三相電壓u_g，每當(dāng)采樣模塊(如圖1中間部分所示，包括霍爾1、霍爾2、信號(hào)調(diào)理模塊1、信號(hào)調(diào)理模塊2、AD1、AD2、AD3)給故障觸發(fā)模塊發(fā)送一次數(shù)據(jù)時(shí)，故障觸發(fā)模塊首先檢查i_s是否達(dá)到或超過整定的保護(hù)值，一旦檢測到達(dá)到或超過保護(hù)值，即立刻發(fā)出切換信號(hào)給主控制部分，使得控制從虛擬同步逆變控制迅速切換為滯環(huán)比較控制，同時(shí)檢測u_g的幅值，一旦當(dāng)檢測到u_g的幅值恢復(fù)，維持約0.3s，0.3s后立刻發(fā)出反切換信號(hào)，促使控制從滯環(huán)控制切換為虛擬同步控制，此處延時(shí)0.3s的作用是給控制器充足的時(shí)間使得虛擬電阻上的虛擬電流與滯環(huán)輸出電流一致，從而削弱切換過程或者那個(gè)形成的沖擊電流；本實(shí)施例僅僅現(xiàn)有模型估算延時(shí)時(shí)間為0.3s，而僅舉例為此延時(shí)數(shù)值，實(shí)際應(yīng)用此延時(shí)時(shí)間并不只限于該數(shù)值；

PWM驅(qū)動(dòng)器具體控制方式：PWM驅(qū)動(dòng)器接收到抑制沖擊電流型虛擬同步逆變控制輸出三相參考波信號(hào)e時(shí)，一般情況下有-1<e<1，將三相參考波信號(hào)e分別與PWM驅(qū)動(dòng)器內(nèi)6.4kHz頻率鋸齒波進(jìn)行比較如圖6所示，當(dāng)三相參考波信號(hào)e的值大于或等于鋸齒波信號(hào)值時(shí)，由PWM驅(qū)動(dòng)器向直流變換器中IGBT控制端輸送高電平開通驅(qū)動(dòng)信號(hào)，直至信號(hào)值e大于鋸齒波信號(hào)值，此時(shí)PWM驅(qū)動(dòng)器向IGBT控制端輸送低電平關(guān)斷信號(hào)；本實(shí)施例僅僅現(xiàn)有模型鋸齒波信號(hào)頻率為6.4kHz而僅舉例為此頻率數(shù)值，實(shí)際應(yīng)用此頻率并不只限于該數(shù)值。

需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語僅僅用來將一個(gè)實(shí)體或者操作與另一個(gè)實(shí)體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實(shí)體或操作之間存在任何這種實(shí)際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個(gè)……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。

本說明書中的各個(gè)實(shí)施例均采用相關(guān)的方式描述，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似的部分互相參見即可，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說明的都是與其他實(shí)施例的不同之處。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。