【电子电力】VSG低电压穿越(LVRT)检测+限流控制+电流平衡控制有功调频、无功励磁双闭环仿真
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🔥 内容介绍
一、背景
（一）VSG 在电力系统中的重要性
随着可再生能源的广泛接入，电力系统的结构和运行特性发生了显著变化。虚拟同步发电机（VSG）技术作为一种新兴的控制策略，能够使分布式电源模拟传统同步发电机的运行特性，增强电力系统的稳定性和可靠性。VSG 不仅可以为电力系统提供有功功率，还能灵活调节无功功率，在维持电网电压和频率稳定方面发挥着重要作用。
（二）低电压穿越（LVRT）的必要性
在电力系统运行过程中，电网电压跌落是一种常见的故障情况。其原因可能包括短路故障、雷击、大容量负荷投切等。当电网电压跌落时，如果 VSG 等分布式电源不能及时采取措施，可能会导致设备损坏、系统失稳甚至解列。因此，实现 VSG 的低电压穿越（LVRT）能力至关重要。LVRT 要求 VSG 在电网电压跌落期间保持与电网的连接，并为电网提供必要的支持，以帮助电网恢复正常运行，保障电力系统的稳定性和可靠性。
二、原理
（一）VSG 基本原理
（二）低电压穿越（LVRT）原理
- 低穿检测
：通过实时监测电网电压的幅值和相位等参数，判断电网是否发生电压跌落以及跌落的程度和持续时间。例如，设定一个电压阈值，当检测到电网电压幅值低于该阈值时，触发低电压穿越程序。
- 限流控制
：当电网电压跌落时，VSG 定子侧可能会出现过电流。为了保护设备，需要对电流进行限制。采用的三种电流限幅方式原理如下：
- 虚拟阻抗
：通过在 VSG 的控制策略中引入虚拟阻抗，改变 VSG 的输出特性，使得在电压跌落时，电流的大小受到虚拟阻抗的限制。例如，在 d - q 坐标系下，虚拟阻抗可以表示为 Zv=Rv+jXv，通过调整虚拟电阻 Rv 和虚拟电抗 Xv 的值，限制电流的大小。
- 改进无功励磁环控制
：通过对无功励磁环进行改进，在电压跌落期间，动态调整无功励磁电流，从而间接限制定子电流。当检测到电压跌落时，根据电压跌落的程度和电流的大小，调整无功励磁环的控制参数，使得无功励磁电流变化，进而影响定子电流，达到限流的目的。
- 最大输出电流限幅
：设定一个最大输出电流阈值，当检测到电流超过该阈值时，通过控制算法限制电流在允许的范围内。例如，在电流控制环中加入限幅环节，当电流超过设定的 1.25 倍电流峰峰值（模型设定）时，将电流限制在该阈值。
- 虚拟阻抗
- 电流平衡控制
：在低电压穿越过程中，由于电网电压不平衡等原因，可能会导致 VSG 三相电流不平衡。电流平衡控制的目的是通过控制算法调整三相电流，使其保持平衡。常见的方法是在 d - q 坐标系下，对三相电流进行解耦控制，分别调节 d 轴和 q 轴电流，以实现三相电流的平衡。
（三）有功调频与无功励磁双闭环控制原理
⛳️ 运行结果
📣 部分代码
🔗 参考文献
[1]朱作滨,孙树敏,丁月明,等.基于VSG的低电压穿越控制策略研究[J].太阳能学报, 2024, 45(2):376-383.DOI:10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-1661.