跟网型变流器暂态过电压抑制控制参数优化方法和系统与流程

本发明专利申请属于新能源并网控制领域，具体涉及一种跟网型变流器暂态过电压抑制控制参数优化方法和系统。

背景技术：

1、并网控制是新能源发电开发利用过程中网源协调的关键。威斯康辛大学ericksonm j 等学者于2011年提出，新能源并网控制可分为跟网型（grid-following，gfl）和构网型两类（grid-forming，gfm）。跟网型控制以交流（direct current，dc）/直流（alternatingcurrent，ac）换流器为主要载体，通过锁相环，（phase-locked loop， pll）获取电网电压相位，跟随电网电压相位调节并网电流幅值和相位，可灵活调节输出功率。新能源资源具有随机性与波动性，新能源发电采用跟网型并网控制，实现新能源资源最大化利用；

2、2017年起，祁韶直流、扎青直流、青豫直流、张雄交流等工程送端新能源基地暂态过电压突出，严重制约新能源外送能力。特高压直流换相失败将引起送端发生“先低后高”暂态电压过渡过程，高压过程持续时间100~120ms，幅值最高超过1.3pu。2020年，在青豫工程送端电磁暂态仿真分析及后续实证实验中发现了送端电网交流故障清除瞬间（20ms内）过电压问题。相比直流换相失败引发的暂态过电压，交流故障清除暂态过电压时间短（≤20ms），过电压幅值高（最高达1.6pu）。新能源发电电力电子装备的耐压能力不足，瞬间过压易引起器件击穿损坏，严重影响系统安全稳定运行。

3、传统电力系统电磁暂态特性取决于同步发电机瞬时电枢反应。与同步发电机相比，电力电子装备耐压、耐流能力不足，在电网故障时需要进行控制逻辑切换，局部“双高”电力系统暂态特性取决于电力电子装备多回路控制和暂态逻辑切换特性。

4、当特高压直流发生闭锁、换相失败等故障，或新能源基地交流故障清除时，交流母线电压快速恢复。交流母线暂态电压升高引起新能源机端电压瞬时畸变，新能源机组电流控制短时失效。失控的有功、无功电流作用于交流汇集系统阻抗，导致新能源机端产生暂态过电压，并网变流器电力电子装备耐压能力有限，引发新能源大规模脱网。

5、新能源发电普遍采用跟网型变流器，在交流短路故障清除时易发生暂态过电压，导致新能源大规模脱网，亟需开展变流器控制优化，降低暂态过电压风险，现有优化方法存在以下问题：1）暂态过电压抑制效果为定性结论，难以确保多工况下暂态电压峰值不越限；2）针对暂态过电压的优化控制，会影响稳态控制的快速性与稳定性，暂稳态之间存在性能约束。如何定量计算暂态过电压峰值，如何兼顾暂稳态性能指标，已成为跟网型变流器暂态过电压抑制的关键问题。

技术实现思路

1、为克服上述现有技术的不足，本发明专利申请提出一种跟网型变流器暂态过电压抑制控制参数优化方法，包括：

2、根据跟网型变流器多回路控制结构及暂态切换逻辑，建立跟网型变流器交流故障清除暂态等效电路，并得到所述跟网型变流器交流故障清除暂态等效电路的暂态电压传递函数；

3、根据所述暂态电压传递函数，采用二阶系统时域分析，得到电压恢复电流环参数可行域、电流指令恢复速率可行域和稳态运行电流环参数可行域；

4、基于所述电压恢复电流环参数可行域、电流指令恢复速率可行域和稳态运行电流环参数可行域，采用迭代验证算法，生成计及暂态过电压约束的跟网型变流器控制参数。

5、优选的，所述根据所述暂态电压传递函数，采用二阶系统时域分析，得到电压恢复电流环参数可行域、电流指令恢复速率可行域和稳态运行电流环参数可行域，包括：

6、根据所述暂态电压传递函数，采用二阶系统时域分析，得到跟网型变流器电压恢复暂态过电压峰值解析式，并结合预先设置的各短路比，求解得到电压恢复电流环参数可行域；

7、根据所述暂态电压传递函数，采用二阶系统时域分析，得到跟网型变流器有功恢复暂态过电压峰值解析式，并结合所述各短路比，求解得到电流指令恢复速率可行域；

8、根据电流环相关参数，联立求解得到稳态运行电流环参数可行域；

9、其中，所述电流环相关参数包括电流环带宽、相位裕度和短路比运行范围。

10、优选的，所述跟网型变流器电压恢复暂态过电压峰值解析式如下：

11、

12、其中，为跟网型变流器电压恢复暂态过电压峰值解析式，为故障清除前并网点电压幅值，为跌落深度，为自然振荡频率，为阻尼比，为电压恢复暂态过电压峰值时间，、均为中间变量。

13、优选的，所述跟网型变流器有功恢复暂态过电压峰值解析式如下：

14、

15、其中，为跟网型变流器有功恢复暂态过电压峰值解析式，为时刻d轴电压小信号响应，为有功恢复暂态过电压峰值时间，为并网点额定相电压幅值，为d轴电压小信号响应。

16、优选的，所述跟网型变流器交流故障清除暂态等效电路包括：d轴等效电路和q轴等效电路；

17、所述暂态电压传递函数包括电流参考值至并网点电压的传递函数和故障点电压至并网点电压的传递函数；

18、所述电流参考值至并网点电压的传递函数包括：d轴电流指令到d轴电压响应的传递函数、q轴电流指令到d轴电压响应的传递函数、d轴电流指令到q轴电压响应的传递函数和q轴电流指令到q轴电压响应的传递函数；

19、所述故障点电压至并网点电压的传递函数包括：d轴电网电压到d轴电压响应的传递函数和q轴电网电压到q轴电压响应的传递函数。

20、优选的，所述d轴电流指令到d轴电压响应的传递函数如下：

21、

22、其中，为d轴电流指令到d轴电压响应的传递函数，为电流环比例系数，为滤波电容，为电网额定角频率，为故障点到并网点之间等效电感，为阻尼电阻，s为拉普拉斯算子，为电网电压前馈系数。

23、优选的，所述q轴电流指令到d轴电压响应的传递函数如下：

24、

25、其中，为q轴电流指令到d轴电压响应的传递函数，为电流环比例系数，为滤波电容，为电网额定角频率，为故障点到并网点之间等效电感，为阻尼电阻，s为拉普拉斯算子，为电网电压前馈系数。

26、优选的，所述d轴电流指令到q轴电压响应的传递函数如下：

27、

28、其中，为d轴电流指令到q轴电压响应的传递函数，为电流环比例系数，为滤波电容，为电网额定角频率，为故障点到并网点之间等效电感，为阻尼电阻，s为拉普拉斯算子，为电网电压前馈系数。

29、优选的，所述q轴电流指令到q轴电压响应的传递函数如下：

30、

31、其中，为q轴电流指令到q轴电压响应的传递函数，为电流环比例系数，为滤波电容，为电网额定角频率，为故障点到并网点之间等效电感，为阻尼电阻，s为拉普拉斯算子，为电网电压前馈系数。

32、优选的，所述d轴电网电压到d轴电压响应的传递函数如下：

33、

34、其中，为d轴电网电压到d轴电压响应的传递函数，为电流环比例系数，为滤波电容，为阻尼电阻，为故障点到并网点之间等效电感，s为拉普拉斯算子，为电网电压前馈系数。

35、优选的，所述q轴电网电压到q轴电压响应的传递函数如下：

36、

37、其中，为q轴电网电压到q轴电压响应的传递函数，为电流环比例系数，为滤波电容，为阻尼电阻，为故障点到并网点之间等效电感，s为拉普拉斯算子，为电网电压前馈系数。

38、基于同一发明构思，本发明专利申请还提供了一种跟网型变流器暂态过电压抑制控制参数优化系统，包括：暂态电压传递函数模块、可行域确定模块和跟网型变流器控制参数确定模块；

39、所述暂态电压传递函数模块，用于根据跟网型变流器多回路控制结构及暂态切换逻辑，建立跟网型变流器交流故障清除暂态等效电路，并得到所述跟网型变流器交流故障清除暂态等效电路的暂态电压传递函数；

40、所述可行域确定模块，用于根据所述暂态电压传递函数，采用二阶系统时域分析，得到电压恢复电流环参数可行域、电流指令恢复速率可行域和稳态运行电流环参数可行域；

41、所述跟网型变流器控制参数确定模块，用于基于所述电压恢复电流环参数可行域、电流指令恢复速率可行域和稳态运行电流环参数可行域，采用迭代验证算法，生成计及暂态过电压约束的跟网型变流器控制参数。

42、优选的，所述可行域确定模块，具体用于：

43、根据所述暂态电压传递函数，采用二阶系统时域分析，得到跟网型变流器电压恢复暂态过电压峰值解析式，并结合预先设置的各短路比，求解得到电压恢复电流环参数可行域；

44、根据所述暂态电压传递函数，采用二阶系统时域分析，得到跟网型变流器有功恢复暂态过电压峰值解析式，并结合所述各短路比，求解得到电流指令恢复速率可行域；

45、根据电流环相关参数，联立求解得到稳态运行电流环参数可行域；

46、其中，所述电流环相关参数包括电流环带宽、相位裕度和短路比运行范围。

47、优选的，所述可行域确定模块的跟网型变流器电压恢复暂态过电压峰值解析式如下：

48、

49、其中，为跟网型变流器电压恢复暂态过电压峰值解析式，为故障清除前并网点电压幅值，为跌落深度，为自然振荡频率，为阻尼比，为电压恢复暂态过电压峰值时间，、均为中间变量。

50、优选的，所述可行域确定模块的跟网型变流器有功恢复暂态过电压峰值解析式如下：

51、

52、其中，为跟网型变流器有功恢复暂态过电压峰值解析式，为时刻d轴电压小信号响应，为有功恢复暂态过电压峰值时间，为并网点额定相电压幅值，为d轴电压小信号响应。

53、优选的，所述暂态电压传递函数模块的跟网型变流器交流故障清除暂态等效电路包括：d轴等效电路和q轴等效电路；

54、所述暂态电压传递函数包括电流参考值至并网点电压的传递函数和故障点电压至并网点电压的传递函数；

55、所述电流参考值至并网点电压的传递函数包括：d轴电流指令到d轴电压响应的传递函数、q轴电流指令到d轴电压响应的传递函数、d轴电流指令到q轴电压响应的传递函数和q轴电流指令到q轴电压响应的传递函数；

56、所述故障点电压至并网点电压的传递函数包括：d轴电网电压到d轴电压响应的传递函数和q轴电网电压到q轴电压响应的传递函数。

57、优选的，所述暂态电压传递函数模块的d轴电流指令到d轴电压响应的传递函数如下：

58、

59、其中，为d轴电流指令到d轴电压响应的传递函数，为电流环比例系数，为滤波电容，为电网额定角频率，为故障点到并网点之间等效电感，为阻尼电阻，s为拉普拉斯算子，为电网电压前馈系数。

60、优选的，所述暂态电压传递函数模块的q轴电流指令到d轴电压响应的传递函数如下：

61、

62、其中，为q轴电流指令到d轴电压响应的传递函数，为电流环比例系数，为滤波电容，为电网额定角频率，为故障点到并网点之间等效电感，为阻尼电阻，s为拉普拉斯算子，为电网电压前馈系数。

63、优选的，所述暂态电压传递函数模块的d轴电流指令到q轴电压响应的传递函数如下：

64、

65、其中，为d轴电流指令到q轴电压响应的传递函数，为电流环比例系数，为滤波电容，为电网额定角频率，为故障点到并网点之间等效电感，为阻尼电阻，s为拉普拉斯算子，为电网电压前馈系数。

66、优选的，所述暂态电压传递函数模块的q轴电流指令到q轴电压响应的传递函数如下：

67、

68、其中，为q轴电流指令到q轴电压响应的传递函数，为电流环比例系数，为滤波电容，为电网额定角频率，为故障点到并网点之间等效电感，为阻尼电阻，s为拉普拉斯算子，为电网电压前馈系数。

69、优选的，所述暂态电压传递函数模块的d轴电网电压到d轴电压响应的传递函数如下：

70、

71、其中，为d轴电网电压到d轴电压响应的传递函数，为电流环比例系数，为滤波电容，为阻尼电阻，为故障点到并网点之间等效电感，s为拉普拉斯算子，为电网电压前馈系数。

72、优选的，所述暂态电压传递函数模块的q轴电网电压到q轴电压响应的传递函数如下：

73、

74、其中，为q轴电网电压到q轴电压响应的传递函数，为电流环比例系数，为滤波电容，为阻尼电阻，为故障点到并网点之间等效电感，s为拉普拉斯算子，为电网电压前馈系数。

75、基于同一发明构思，本发明专利申请还提供了一种电子设备，包括：至少一个处理器和存储器；所述存储器和处理器通过总线相连；

76、所述存储器，用于存储一个或多个程序；

77、当所述一个或多个程序被所述至少一个处理器执行时，实现如前所述的一种跟网型变流器暂态过电压抑制控制参数优化方法。

78、基于同一发明构思，本发明专利申请还提供了一种可读存储介质，其上存有执行程序，所述执行程序被执行时，实现如前所述的一种跟网型变流器暂态过电压抑制控制参数优化方法。

79、与最接近的现有技术相比，本发明专利申请具有的有益效果如下：

80、本发明专利申请提供了一种跟网型变流器暂态过电压抑制控制参数优化方法和系统，包括：根据跟网型变流器多回路控制结构及暂态切换逻辑，建立跟网型变流器交流故障清除暂态等效电路，并得到所述跟网型变流器交流故障清除暂态等效电路的暂态电压传递函数；根据所述暂态电压传递函数，采用二阶系统时域分析，得到电压恢复电流环参数可行域、电流指令恢复速率可行域和稳态运行电流环参数可行域；基于所述电压恢复电流环参数可行域、电流指令恢复速率可行域和稳态运行电流环参数可行域，采用迭代验证算法，生成计及暂态过电压约束的跟网型变流器控制参数；本发明根据暂态电压传递函数，采用二阶系统时域分析，解决了现有优化方法存在的技术问题，能够定量计算不同电网强度、不同故障程度下满足电压峰值约束的电压恢复电流环参数可行域、电流指令恢复速率可行域和稳态运行电流环

81、参数可行域，并基于上述可行域，得到计及暂态过电压约束的优化的跟网型变流器控制参数，确保多工况下暂态电压峰值不越限。