一种跟网型与构网型控制无冲击自适应切换方法与流程

本发明涉及低压配电台区储能变流器控制、弱电网支撑及构网型储能控制，具体为一种跟网型与构网型控制无冲击自适应切换方法。

背景技术：

1、随着新型电力系统建设的深入推进，低压配电台区中分布式光伏、储能等新能源设备的渗透率持续攀升，台区电网呈现出显著的弱网化、低惯量化特征。在此背景下，低压台区储能变流器需要根据电网运行状态在跟网型控制模式与构网型控制模式之间灵活切换，以适应电网强弱变化，保障台区电压稳定与电能质量。

2、然而，传统的跟网型与构网型控制模式切换技术存在明显不足：其一，切换过程中缺乏有效的在线预同步机制，目标模式控制器未提前跟踪当前并网点相角、频率、电压幅值等状态，导致切换瞬间相角跳变、电流冲击和功率振荡等问题频发；其二，pi积分器状态未进行连续初始化，切换时刻调制量输出存在突变，引发直流母线电压剧烈波动；其三，切换阈值与最小保持时间采用固定参数，无法根据台区弱网程度动态调整，在临界状态下极易造成模式频繁切换，严重影响系统运行稳定性；其四，缺乏切换后的自适应修正机制，无法根据实际冲击情况持续优化控制参数，切换的无冲击效果难以长期保证。

3、综上所述，现有跟网型与构网型控制切换技术在切换平稳性、参数自适应性和系统长期可靠性方面均存在显著缺陷，亟需一种能够实现切换全程无突变、具备多级自适应修正能力的跟网型与构网型控制无冲击自适应切换方法，以满足低压台区储能变流器在复杂电网工况下安全、稳定运行的需求。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了弥补现有技术的不足，提供了一种跟网型与构网型控制无冲击自适应切换方法，它能够通过采集低压台区储能变流器并网点运行数据，建立台区电网状态评估向量并计算综合评价值，结合模式切换滞环阈值与最小保持时间判断跟网型与构网型控制模式的切换条件；在任一运行模式下，另一控制模式控制器以在线预同步模块状态持续跟踪当前并网点状态；切换前对目标控制器执行分步/闭环状态预置及pi积分器调制量连续初始化，切换后采用五次s曲线平滑过渡，并通过分级反馈修正策略实时调整切换参数，实现跟网型与构网型控制模式的无冲击自适应切换。

2、本发明为解决上述技术问题，提供如下技术方案：一种跟网型与构网型控制无冲击自适应切换方法，该方法包括以下组成部分：

3、s1、采集低压台区储能变流器并网点运行数据；

4、s2、根据所述运行数据建立台区电网状态评估向量，并基于所述台区电网状态评估向量计算台区电网状态综合评价值；

5、s3、设置两态控制模式变量，所述两态控制模式变量仅包括跟网型控制模式和构网型控制模式，其中跟网型控制模式采用锁相环同步和电流源控制，构网型控制模式采用虚拟同步机控制或下垂控制形成电压源；

6、s4、根据所述台区电网状态综合评价值、模式切换滞环阈值和最小保持时间，判断储能变流器是否满足跟网型控制模式与构网型控制模式相互切换的条件；

7、s5、设置跟网型控制器和构网型控制器，在任一正式运行模式下，所述跟网型控制器和所述构网型控制器中的一者作为主控制器执行当前模式的控制输出，另一者作为从控制模式对应的控制器处于在线预同步模块状态，使所述从控制器持续跟踪当前并网点相角、频率、电压幅值、功率、电流和调制量状态；

8、s6、当满足由跟网型控制模式切换至构网型控制模式的条件时，以所述跟网型控制器为原控制器、所述构网型控制器为目标控制器，并对所述目标控制器执行相角预同步、频率预同步、电压幅值预置和功率参考预置；

9、s7、当满足由构网型控制模式切换至跟网型控制模式的条件时，以所述构网型控制器为原控制器、所述跟网型控制器为目标控制器，并对所述目标控制器执行锁相环状态预置和电流参考预置；

10、s8、根据切换前所述原控制器的输出调制量和所述目标控制器的当前控制误差，对所述目标控制器的pi积分器状态进行初始化，使所述目标控制器在切换瞬间输出调制量与切换前所述原控制器输出调制量保持连续；

11、s9、完成控制模式切换后，再设定过渡时间内对电流参考、功率参考、电压幅值参考和调制量执行斜率限制或五次s曲线平滑过渡；

12、s10、实时检测切换后的并网点电流冲击、功率振荡、直流母线电压波动和台区电网状态，并根据检测结果修正切换阈值、最小保持时间、斜率限制参数和s曲线过渡时间。

13、进一步地，步骤s1中采集并网点运行数据时采用同步采样方式，采样频率设置为10khz，采样信号先经过二阶巴特沃斯低通滤波器滤除高频噪声，滤波截止频率设定为1khz，再通过12位ad转换器将模拟信号转换为数字信号，转换后的数字信号经滑动平均滤波处理，滑动窗口长度取20个采样点，处理后得到稳定的运行数据，数据采集过程中实时校验三相电压与电流的相位一致性，相位偏差超过5°时重新启动采样校准流程，校准流程先复位采样模块再执行零点标定，标定完成后恢复正常数据采集，所有采集数据按时间戳存储至本地缓存区，缓存区每100ms刷新一次数据，确保后续状态评估与模式判断所用数据的实时性与准确性。

14、更进一步地，步骤s2中台区电网状态综合评价值通过加权求和方式计算得到，

15、公式为：

16、

17、其中，为台区电网状态综合评价值，为短路比评价函数，为电压偏差评价函数，为频率偏差评价函数，为频率变化率评价函数，为相角跳变评价函数，为电压跌落评价函数，为三相不平衡评价函数，为谐波畸变评价函数，为变流器容量裕度评价函数，-为权重系数，权重系数通过台区电网历史运行数据的熵权法计算确定，信息熵通过台区连续30d的运行数据归一化处理后计算得到，该权重系数可直观反映各电网状态参数对台区综合运行状态的影响程度，短路比、电压偏差、频率偏差的权重系数优先取值0.15、0.15、0.15，频率变化率、相角跳变量、电压跌落深度的权重系数优先取值0.1、0.1、0.1，三相不平衡度、谐波畸变率、变流器容量裕度的权重系数优先取值0.08、0.07、0.1，所有权重系数求和结果为1，权重系数会随台区负荷特性与新能源接入比例的变化每7d更新一次，更新过程基于实时采集的运行数据重新计算信息熵并调整权重数值，保障综合评价值计算的合理性与准确性。

18、更进一步地，步骤s4中模式切换滞环阈值与最小保持时间通过台区弱网程度分级确定，台区弱网程度分为强网、中等弱网、严重弱网三个等级，强网条件下构网投入阈值设为0.7，跟网恢复阈值设为0.3，构网投入最小保持时间设为200ms，跟网恢复最小保持时间设为300ms，中等弱网条件下构网投入阈值设为0.6，跟网恢复阈值设为0.4，构网投入最小保持时间设为150ms，跟网恢复最小保持时间设为250ms，严重弱网条件下构网投入阈值设为0.5，跟网恢复阈值设为0.3，构网投入最小保持时间设为100ms，跟网恢复最小保持时间设为200ms，阈值与保持时间确定后存储至控制参数区。

19、更进一步地，步骤s5中在线预同步模块运行时采用双控制器并行架构，主控制器执行当前模式的控制输出，从控制器以影子模式运行，影子模式下从控制器不输出调制信号，仅实时接收主控制器的控制指令与并网点反馈信号，从控制器内部同步更新相角、频率、电压幅值、功率、电流及调制量的内部寄存器数值，寄存器更新周期与主控制器控制周期一致均为100μs，从控制器实时监测主控制器运行状态，主控制器出现故障时从控制器在100μs内切换为主控状态，影子模式运行过程中每1ms校验一次从控制器与主控制器的参数偏差，偏差超过允许范围时立即执行参数同步修正，保证预同步的实时性与控制的连续性。

20、更进一步地，步骤s6中跟网型切换至构网型控制模式前的状态预置执行分步校准流程，第一步将构网型控制器的相角寄存器赋值为锁相环输出相角，第二步将频率寄存器赋值为锁相环输出角频率，第三步将电压幅值参考寄存器赋值为并网点电压幅值，第四步将有功功率参考寄存器赋值为当前实测有功功率，第五步将无功功率参考寄存器赋值为当前实测无功功率，每一步校准完成后执行参数校验，校验通过后进入下一步校准，全部校准完成后等待切换指令，切换指令下达后立即执行模式切换，校准流程总时长不超过50μs，避免预置过程耗时过长导致电网状态变化引发切换失败。

21、更进一步地，步骤s7中构网型切换至跟网型控制模式前的状态预置执行闭环校准流程，先将跟网型控制器锁相环的相角跟踪目标设置为构网型控制器输出相角，再将锁相环的频率跟踪目标设置为构网型控制器输出角频率，锁相环进入快速跟踪模式，跟踪精度达到0.1°以内时完成相角与频率预置，接着将d轴电流参考寄存器赋值为实际输出d轴电流，q轴电流参考寄存器赋值为实际输出q轴电流，电流参考预置完成后执行电流跟踪校验，跟踪误差小于1a时确认预置完成，快速跟踪模式下锁相环带宽提升至原带宽的2倍，缩短预置时间，保证切换瞬间无相位与电流突变。

22、更进一步地，步骤s8中pi积分器状态初始化后执行调制量闭环校验，先读取原控制器切换前的三相调制量数值，再计算目标控制器的比例环节输出量，用原调制量数值减去比例环节输出量得到积分器初始状态值，将该数值写入目标控制器pi积分器寄存器，写入完成后立即计算目标控制器输出调制量，对比切换前后调制量数值，差值小于0.01时确认初始化成功，差值超限时重新执行初始化流程，初始化流程重复次数不超过3次，仍未成功则触发切换保护机制，暂停模式切换并输出故障提示，确保切换瞬间调制量连续无突变。

23、更进一步地，步骤s9中五次s曲线平滑函数为：，其中：，为切换开始时刻，为平滑过渡时间，切换后的有功功率参考、无功功率参考和电压幅值按照如下方式平滑变化：

24、

25、

26、

27、其中为当前时刻有功功率参考值，为切换开始时刻有功功率参考值，为当前时刻无功功率参考值，为切换开始时刻无功功率参考值，为当前时刻电压幅值参考值，为切换开始时刻电压幅值参考值，、和分别为目标有功功率参考、目标无功功率参考和目标电压幅值参考，平滑过渡时间通过切换冲击阈值动态调整，初始基准值优先取500ms，电流冲击率大于5a时过渡时间延长至600ms，直流母线电压波动率大于10v时过渡时间延长至550ms，两项指标均未超限时保持基准值不变，该平滑函数在过渡起点和终点处一阶导数为零，可有效降低切换后的二次冲击，精准平衡切换过程的平稳性与快速性。

28、更进一步地，步骤s10中反馈修正流程采用分级修正策略，一级修正针对轻微冲击仅调整斜率限制参数，将电流、功率、电压幅值的最大变化率降低10%，二级修正针对中等冲击同时调整斜率限制参数与s曲线过渡时间，变化率降低20%且过渡时间延长100ms，三级修正针对严重冲击暂停模式切换并重新执行状态预置与积分器初始化流程，修正完成后记录本次修正参数与冲击数据，每100次切换后汇总数据优化初始阈值与参数，形成自适应修正闭环，持续提升切换控制的稳定性与无冲击效果。

29、与现有技术相比，该一种跟网型与构网型控制无冲击自适应切换方法具备如下有益效果：

30、一、本发明通过双控制器在线预同步、分步/闭环状态预置、pi积分器调制量连续初始化及五次s曲线平滑过渡等多重协同机制，在跟网型与构网型控制模式切换瞬间实现调制量、相角、频率、电压及电流的全程无突变衔接，从根本上消除切换冲击引起的并网点电流冲击、功率振荡及直流母线电压波动，大幅提升低压台区储能变流器在电网弱网、电压跌落等复杂工况下的运行稳定性与电能质量。

31、二、本发明构建了涵盖电网状态综合评价值计算、弱网程度三级分级切换阈值、切换后电流/功率/电压多维度实时监测及分级自适应修正的闭环控制体系，能根据台区电网运行状态的动态变化每24小时自动调整切换阈值与最小保持时间、每100次切换后汇总数据优化初始参数，有效防止临界状态下模式频繁切换，持续自适应提升切换控制的无冲击效果与系统长期运行可靠性。

32、本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。