一种非故障相连续供电的三相逆变器短路限流方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种非故障相连续供电的三相逆变器短路限流方法及系统，属于独立供电系统保护控制领域。本发明专利技术所述系统包括正常控制系统与故障控制系统，正常控制系统包括电容电压外环，故障控制系统包括非故障相电容电压外环与基于SOGI滤波器的自适应相角调节环节，两者均通过切换模块与电感电流内环相连接。与现有策略相比，本发明专利技术具有限流响应速度快、控制结构简单等优点。当发生不对称故障时，可以考虑最大化故障相的输出电流和确保系统非故障负载的可靠供电。本发明专利技术可以自适应地改变故障和非故障相电感电流之间的相角，这可以使逆变器始终以良好的鲁棒性满足系统供电和限流要求。求。求。

【技术实现步骤摘要】
一种非故障相连续供电的三相逆变器短路限流方法及系统


[0001]本专利技术属于独立供电系统保护控制领域，更具体地，涉及一种非故障相连续供电的三相逆变器短路限流方法及系统。

技术介绍

[0002]随着现代工业的发展，三相逆变器广泛应用于航空航天、船舶电力、微电网、不间断电源(UPS)等领域。在很多场合，三相逆变器作为主电源，为多个负载供电。负载功率和数量的增加，使得人们对三相逆变器的电能质量和可靠性提出了更高的要求。在三相逆变器的故障中，负载短路故障是最严重的故障之一。当负载发生短路故障时，流经功率半导体器件的故障电流远大于额定电流。如果不采取限流措施，功率半导体器件将被过流损坏，最终导致供电系统瘫痪。阻断功率半导体器件是一种简单有效的短路保护方法，但它会中断整个供电系统的运行。
[0003]从系统供电的可靠性和连续性来看，三相逆变器必须具备短路故障穿越能力。对于并网三相逆变器，交流故障下的低电压穿越已被广泛研究，但这些方法不适用于独立的三相逆变器。独立三相逆变器的典型故障穿越方案如下：在正常情况下，逆变器以电压控制模式(VCM)运行。当负载发生金属性短路故障时，逆变器切换到电流控制模式(CCM)并输出2
‑
3倍额定电流，以快速跳闸故障分支断路器。短路故障清除后，逆变器从CCM返回到VCM。
[0004]传统的基于电流基准限流的限流控制策略导致了不对称故障下的限压现象。现有大多数短路限流控制策略在短路限流过程中，更多地关注逆变器的输出电流，而很少提及非故障相的电压。但随着三相逆变供电系统负载的增加，行业对系统供电可靠性的要求也随之提高。在短路限流期间，除了输出故障电流外，还需要逆变器来保证非故障相的可靠供电。这一目标将极大提高独立电力系统的供电可靠性。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种非故障相连续供电的三相逆变器短路限流方法及系统，旨在解决三相逆变器在不对称短路故障下故障相最大化短路限流与非故障相连续供电问题，以提高独立电力系统故障穿越可靠性与供电可靠性。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了一种非故障相连续供电的三相逆变器短路限流方法，包括以下步骤：
[0007]当独立电力系统未出现短路故障时，三相逆变器工作在电压控制模式；
[0008]当独立电力系统出现短路故障时，三相逆变器从电压控制模式切换到电流控制模式，其中短路故障分为对称短路故障与相间短路故障；当短路故障被清除后，三相逆变器重新由电流控制模式切换回电压控制模式；
[0009]在对称短路故障下，三相均为故障相，电流控制模式为电感电流内环控制：分别对电感电流参考值i
Ld*
与i
Lq*
赋值故障相电流幅值I
LF
与0实现对三相电感电流的限流控制；
[0010]在相间短路故障下，三相中存在两个故障相与一个非故障相，电流控制模式为工
作在三相静止坐标系下的非故障相电容电压外环控制与dq旋转坐标系下的电感电流内环控制：电感电流参考值i
Ld*
与i
Lq*
由基于SOGI滤波器的自适应相角调节环节计算得到。
[0011]进一步地，在相间短路故障下的非故障相电容电压外环控制具体包括：
[0012]非故障相电容电压外环参考值与反馈值的误差经过基频准比例谐振控制器得到非故障相电感电流参考i
LNF*
，所述非故障相电感电流参考值i
LNF*
经过SOGI滤波器得到非故障相电感电流同相参考值i
LNFd*
与正交参考值i
LNFq*
，并根据两者实时计算非故障相电感电流参考幅值I
LNF*
；由限流整定值I
LF
与非故障相电感电流参考幅值I
LNF*
计算得到非故障相电感电流与故障相电感电流夹角β的三角函数cos(β)与sin(β)；根据i
LNFd*
、i
LNFq*
、I
LNF*
、I
LF
、cos(β)与sin(β)计算得到两个故障相电感电流的参考值i
LF1*
与i
LF2*
，其中i
LF1*
为滞后非故障相β的故障相电流，i
LF2*
为超前非故障相β的故障相电流；i
LNF*
、i
LF1*
和i
LF2*
经过abc/dq变换得到dq坐标系下电感电流参考值i
Ld*
与i
Lq*
。
[0013]其中，基频准比例谐振控制器的传递函数表示为：
[0014][0015]其中，k
p
和k
r
分别是比例系数和谐振系数，ω
r
是谐振频率，ω
c
是与基频准比例谐振控制器带宽相关的参数，s为拉普拉斯算子。
[0016]进一步地，在相间短路故障下dq旋转坐标系下的电感电流内环控制具体包括：
[0017]所述电感电流参考值i
Ld*
和i
Lq*
与各自反馈比较形成误差，经过PI控制器与二倍频准比例谐振控制器组成的复合控制器输出生成调制波，最终完成对于三相逆变器的故障控制。
[0018]其中，复合控制器的传递函数表示为：
[0019][0020]其中，k
p
’
为PI控制器与二倍频准比例谐振控制器两者比例系数之和，k
i
’
和k
r
’
分别是积分系数和谐振系数，ω
r
’
是谐振频率，ω
c
’
是与二倍频准比例谐振控制器带宽相关的参数，s为拉普拉斯算子。
[0021]进一步地，电压控制模式为双环控制，包括电容电压外环控制与电感电流内环控制，电容电压外环的输出作为电感电流内环的参考；
[0022]电容电压外环控制为dq轴电容电压解耦控制，dq轴控制器为比例积分控制器；
[0023]电感电流内环控制为dq轴电感电流解耦控制，dq轴控制器为比例积分控制器与二倍频准比例谐振控制器。
[0024]本专利技术提出了一种非故障相电压外环与电感电流内环相结合的短路电流控制策略。其中，非故障相电压外环采用准比例谐振控制器(谐振频率为50Hz)对非故障相电压进行闭环控制。非故障相电压外环中准比例谐振控制器的输出作为电感电流内环中非故障相电感电流的参考。然后，非故障相电感电流参考将与故障相电感电流幅值一同经过基于SOGI滤波器的自适应相角调节环节后产生两相故障相电感电流参考。非故障电感电流参考与两相故障相电感电流参考经过PARK变换后共同作为电感电流内环中dq轴电感电流参考信号。在电感电流内环中，控制器采用比例积分控制器与准比例谐振控制器(谐振频率为100Hz)并联的形式，控制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非故障相连续供电的三相逆变器短路限流方法，其特征在于，包括以下步骤：当独立电力系统未出现短路故障时，三相逆变器工作在电压控制模式；当独立电力系统出现短路故障时，三相逆变器从电压控制模式切换到电流控制模式，其中短路故障分为对称短路故障与相间短路故障；当短路故障被清除后，三相逆变器重新由电流控制模式切换回电压控制模式；在对称短路故障下，三相均为故障相，电流控制模式为电感电流内环控制：分别对电感电流参考值i
Ld*
与i
Lq*
赋值故障相电流幅值I
LF
与0实现对三相电感电流的限流控制；在相间短路故障下，三相中存在两个故障相与一个非故障相，电流控制模式为工作在三相静止坐标系下的非故障相电容电压外环控制与dq旋转坐标系下的电感电流内环控制：电感电流参考值i
Ld*
与i
Lq*
由基于SOGI滤波器的自适应相角调节环节计算得到。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在相间短路故障下的非故障相电容电压外环控制具体包括：非故障相电容电压外环参考值与反馈值的误差经过基频准比例谐振控制器得到非故障相电感电流参考i
LNF*
，所述非故障相电感电流参考值i
LNF*
经过SOGI滤波器得到非故障相电感电流同相参考值i
LNFd*
与正交参考值i
LNFq*
，并根据两者实时计算非故障相电感电流参考幅值I
LNF*
；由限流整定值I
LF
与非故障相电感电流参考幅值I
LNF*
计算得到非故障相电感电流与故障相电感电流夹角β的三角函数cos(β)与sin(β)；根据i
LNFd*
、i
LNFq*
、I
LNF*
、I
LF
、cos(β)与sin(β)计算得到两个故障相电感电流的参考值i
LF1*
与i
LF2*
，其中i
LF1*
为滞后非故障相β的故障相电流，i
LF2*
为超前非故障相β的...

【专利技术属性】
技术研发人员：裴雪军，张又文，杨敏，李瑾，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：