引言
为满足并网规程的要求，在电网故障期间对电网提供足够的无功支撑，本章根据IIDG的运行特点，提出一种IIDG的低电压穿越控制策略。以此为基础，从对称故障和不对称故障两种情况下逆变器控制器的响应特性分析出发，对不同情况下IIDG的故障电流特性进行详细的理论分析。最后，在PSCAD/EMTDC中搭建IIDG仿真模型，验证所提出控制策略及故障电流特性研究的正确性。
一、IIDG低电压穿越运行控制策略
（一） 稳态功率解耦控制策略
两相同步旋转dq坐标系下逆变器的数学方程如式所示：
式中：ud、uq为桥臂输出电压的d、q轴分量；ugd、ugq为电网电压的d、q轴分量，id、iq为逆变器输出电流的d、q轴分量；w 1为同步角速度；L为交流侧滤波电感；R为滤波电感的等效电阻。
若采取前馈补偿和PI调节的控制方式，逆变器电流内环控制方程式可表述为
式中：kP、kI分别为电流内环比例调节系数和积分调节系数；id*、iq*分别为输出电流d、q轴分量的指令值。采用电网电压定向时，逆变器输出的有功功率和无功功率可以解耦，分别通过输出电流的d、q轴分量进行调节。
（二）低电压穿越运行控制策略
一些国际组织和国家均发布了分布式电源的并网标准，但只有德国针对接入中压电网分布式电源的并网标准[140]对分布式电源的无功支撑能力提出了详细的要求：当电压跌落超过10%时，每1%的电压跌落，至少要提供2%的无功电流，且响应速度应在20 ms之内。因此，本文拟据此提出IIDG的LVRT控制策略以保证在电网故障期间IIDG能对电网提供足够的无功支撑。
由于故障持续时间一般较短，且IIDG一般配置有储能装置，因此，可认为逆变器直流侧电流电容Udc在故障期间基本保持不变。同时，为了提高低电压穿越运行过程中IIDG的响应速度，可将功率电压外环闭锁，对电流内环进行直接控制。基于此，本文提出IIDG的LVRT控制策略所示。
二、 IIDG故障电流特性分析
（一）对称电压跌落时故障电流特性分析
在电压跌落期间，控制器外环被闭锁。Gi(s) = kP + kI /s为PI调节器的传递函数；一阶惯性环节Kinv /(1 + sTp)为变流器传递函数，其中Kinv为变流器等效增益，TP为滞后时间常数；1/ (R + sL)为交流侧滤波器的传递函数。
时间常数TP很小，一般可以忽略不计，且Kinv = 1。因此，以d轴为例可得到简化的控制框图如图2所示。
图2 d轴简化控制框图
电流内环d轴闭环传递函数为
为了获得较快的电流跟随性能，通常按照典型I型系统设计电流内环，即：
式中 w c = 2Πfc，且fc为截止频率。一般要保证截止频率fc在等效开关频率的1/5之内[136]。本文选取截止频率 w c = 10w 1，使得fc等于等效开关频率的1/5。从而得到转子电流内环控制器参数为
假设电压跌落前有功电流指令为id*0，根据电压跌落程度可得电压跌落后无功电流指令id*1，此时IIDG输出的d轴故障分量电流为
式中 △表示故障分量。
取反拉氏变换，可得
由于截止频率 w c = 10w 1，衰减时间常数 t = 1/w c ≈ 0.32 ms，即 Didf(t)的暂态过程持续时间在1 ms左右，可忽略不计。因此可认为
同理可得q轴故障分量电流为
电压跌落后，IIDG输出的电流不仅在幅值上发生了变化，在相位上也发了变化，但其具体变化幅度与故障前IIDG运行状态和电网电压跌落幅度有关。幅值变化的极端情况是：电压跌落前IIDG处于空载状况，但电压跌落至40%以下，IIDG输出的故障电流幅值为120%的额定电流。相位变化的极端情况是：电压跌落前IIDG处于单位功率因数状态，输出的电流中仅含有d轴分量；而电压跌落至40%以下时，IIDG输出的电流中仅含有q轴分量，导致电流与电压之间的相位差从0° 变为90°。
（二）不对称电压跌落时故障电流特性分析
对于不对称电压跌落，合理的锁相环原理[141]可快速、准确地锁定正序电压相位，并获得电网正序电压幅值，从而可根据式（4-5）得到无功电流和有功电流指令。通过逆变器电流内环PI控制器的调节作用，IIDG输出电流的d、q轴分量将迅速跟踪上有功、无功电流指令，可近似忽略其暂态过程。因此，不对称电压跌落后，IIDG输出电流的表达式与式（4-16）相同。可以看出：在不对称电压跌落情况下，IIDG仍只输出正序电流，这与传统同步发电机的故障电流特性相比有很大不同。
跌落后电网三相电压仍然对称，幅值从1.0 pu跌落至0.4 pu。根据本文所提出的低电压穿越控制策略，故障后无功电流指令为1.2 pu，为防止过流造成变流器损坏，有功电流指令降为0。可以看出，IIDG的输出电流可在1 ms内迅速跟踪上指令。从图6中可知，由于故障前IIDG处于额定运行状态，虽然电压跌落幅度较大，但其馈出的故障电流的幅值变化相对较小。在电压跌落后，为了对电网提供无功支撑，IIDG只输出无功电流，导致A相电流与电压的相位差从0° 变为90°。
结束语
为了满足逆变型分布式电源并网规程的要求，本章提出了相适应的低电压穿越运行策略，并以此为基础对逆变型分布式电源的故障电流特性进行了研究，得到以下基本结论。采用本文所提出的低电压穿越控制策略的逆变型分布式电源，在对称或不对称电网电压跌落期间都能对电网提供足够的无功支撑，并可在保证逆变器不过流的前提下最大可能地维持有功平衡。逆变型分布式电源的故障电流特性与传统同步发电机相比存在很大的不同。在电网对称和不对称故障情况下，逆变型分布式电源均只输出正序电流，而无负序或零序电流。
