一种变流器控制方法、介质及设备与流程

本技术涉及新能源发电，尤其是涉及一种变流器控制方法、介质及设备。

背景技术：

1、现有光储或储能变流器一般包括dc/dc变换级、直流母线、逆变级、滤波电感、测量保护单元和控制单元，并在外部连接储能电池及电池管理系统（bms）。公开技术可分别依据额定电流、短时安全工作区、损耗/结温保护功率器件，依据电压积分、电流斜率或增量电感判断磁饱和，并由bms根据电池荷电状态（soc）、单体电压、温度、内阻和极化状态给出允许电流或功率；故障穿越通常采用固定限流、dq轴优先级、虚拟阻抗、功率参考削减、模式切换或预设响应表，并联系统还可按电流偏差、温度或开关时刻实施均流。

2、现有技术对于变流器的控制，主要涉及以下几类方案：第一类方案关注储能电池模块的电压均衡控制，通过检测电池模块电压与平均值的差异，判断是否启动充电均衡或放电均衡策略，结合电池模块的串联级联结构实现电池组电压一致性控制。第二类方案关注电池单元的soc均衡，通过荷电状态比例系数修正多个储能变流器的下垂调节量，以改善各电池单元之间的soc一致性。第三类方案针对构网型变流器的暂态稳定性提升，利用虚拟阻抗控制、功率解耦或能量函数法改善同步稳定性和限流耦合问题；另有方案通过预测直流端口与构网型变流器的暂态交互能量，调节直流端口动态特性以提升功角稳定性。

3、现有技术主要解决单一对象或单一阶段的局部保护，仍存在以下问题：

4、（1）功率器件受结温、短时安全工作区和损耗限制；电感受磁通、增量电感和温升限制；电池受单体电压、极化、温度及bms允许电流限制。现有技术中虽有针对功率器件结温的保护方法、针对电感磁饱和的检测与控制方法，以及针对电池soc均衡的控制方法，但这些方案各自独立，仅比较“已使用额定值的百分比”，不能准确说明功率器件、电感和电池三者中谁会最先越界。

5、（2）发现某个部件接近限制后，不能直接假定其负担可以转给其他部件。例如，同一相内的两条独立逆变支路可以一减一增地调整电流，但a相电流不能任意转移到b相；多路dc/dc可以重新分配支路电流，但如果各支路连接同一个电池包，重新分配后该电池包的平均电流并不会降低。

6、（3）现有方案通常仅依据单一约束（如器件额定电流或soc比例）决定接收能力，未综合计算多约束下的最小允许增量。

7、（4）现有技术未明确区分首峰处理与后续支撑的响应时间尺度；即故障刚发生时的第一个电流峰通常出现在一个或数个pwm周期内，完整的状态预测和优化计算来不及处理该电流峰。

8、（5）现有技术未将动作时延纳入转移可行性的判断依据；即支路电感、可用差模电压、pwm更新和电流环带宽决定了电流变化速度，如果预计完成转移所需时间大于最危险部件剩余的安全时间，该动作即使稳态上有效，也不应执行。

技术实现思路

1、本技术的其中一个目的在于提供一种能够解决上述背景技术中至少一个缺陷的变流器控制方法。

2、本技术的另一个目的在于提供一种用于实施上述变流器控制方法的计算机可读存储介质。

3、本技术的再一个目的在于提供一种用于实施上述变流器控制方法的电子设备。

4、为达到上述的至少一个目的，本技术的一个方面提供了一种变流器控制方法，包括如下步骤：获取变流器在当前时刻的运行状态数据；基于获得的运行状态数据识别当前暂态事件，立即调用硬件保护和预校验控制策略，并分别预测变流器中各功能部件从当前时刻起到达各自预设安全限制的剩余暂态支撑时长；根据预测的剩余暂态支撑时长，确定各功能部件中限制变流器当前暂态支撑能力的瓶颈部件，并识别该瓶颈部件的安全限制类型；对于能够进行负担转移的安全限制类型，根据变流器的主电路拓扑结构，判断是否存在将瓶颈部件所在源支路的至少部分负担转移至同一端口的一条或多条接收支路；当存在接收支路时，计算每条接收支路在当前暂态事件的剩余持续时间内能够安全承担的最大负担增加量，并确定不超过最大负担增加量的实际负担转移量；根据实际负担转移量，控制源支路执行负担转移，以延长瓶颈部件的剩余暂态支撑时长。

5、优选的，对于剩余暂态支撑时长的预测，包括如下过程：针对每个功能部件，确定其在对应的当前暂态事件下随时间变化的状态预测轨迹；确定每个功能部件所对应的至少一项安全限制条件，并计算各项安全限制条件在状态预测轨迹上首次被触及或越过的到限时间；将各项安全限制条件所对应的到限时间中的最小值，减去预设的预测误差上限和安全时间裕量，得到所需的剩余暂态支撑时长。

6、优选的，对于瓶颈部件的确定包括如下过程：计算从运行状态数据采样开始到负担转移生效所需的动作总耗时；将各功能部件对应的剩余暂态支撑时长减去动作总耗时，得到各功能部件对应的实际可用剩余暂态支撑时长；将实际可用剩余暂态支撑时长最短的功能部件作为瓶颈部件；其中，在实际可用剩余暂态支撑时长的计算结果小于零时，取值为零。

7、优选的，变流器的功能部件包括功率器件、电感和储能电池；基于功能部件的类型，瓶颈部件的安全限制类型包括器件导通损耗限制、开关损耗限制、电感磁链限制以及公共电池包平均电流限制；当瓶颈部件的安全限制类型为公共电池包平均电流限制，或者变流器的主电路拓扑结构仅包括单一逆变支路，判定无法进行负担转移；当瓶颈部件的安全限制类型为其他限制，且变流器的主电路拓扑结构包括多条逆变支路时，能够为瓶颈部件的源支路提供负担转移的接收支路需要同时满足：与源支路连接至同一交流相公共点或同一直流端口；具有可独立改变的调制量、占空比或功率指令；具有可独立采样或可靠估算的支路电流；与公共点之间存在非零支路阻抗；其自身的功能部件未越过绝对安全限制；预计能在瓶颈部件到达安全限制之前完成负担转移；在负担转移后，变流器的外部总电流或总功率仍满足当前暂态事件的要求。

8、优选的，对于每条接收支路的最大负担增加量的计算，包括如下过程：分别计算接收支路在各项限制条件下的允许负担增加量，将各项限制条件对应的允许负担增加量的最小值，作为接收支路的最大负担增加量；其中，各项限制条件包括：接收支路中功率器件的结温限制和短时安全工作区限制；接收支路中电感的磁链限制、增量电感限制、电流限制和温度限制；当接收支路连接独立电池簇时，电池管理系统允许的电流限制和/或单体电压限制；接收支路的调制电压余量限制、中点电位允许偏差限制以及允许环流限制；在瓶颈部件的实际可用剩余暂态支撑时长内，由可用净驱动电压和支路电感决定的动态电流增量限制。

9、优选的，对于动态电流增量限制所对应的负担增加量的计算，包括如下过程：根据直流母线电压、公共点电压、调制比、死区效应、器件压降和当前电流，计算接收支路沿目标电流变化方向的最小净驱动电压；根据瓶颈部件的实际可用剩余暂态支撑时长与预设的附加保护时间的差值，计算负担转移动作完成时限；其中，负担转移动作完成时限的取值大于等于零；当接收支路的最小净驱动电压小于等于零或瓶颈部件的负担转移动作完成时限等于零时，动态电流增量限制为零；当接收支路的最小净驱动电压和瓶颈部件的负担转移动作完成时限均大于零时，根据接收支路的最小净驱动电压、接收支路的等效电感以及瓶颈部件的负担转移动作完成时限，计算接收支路的最大电流增量作为所需的允许负担增加量；具体的计算表达式为：

10、；

11、式中，表示最大电流增量，表示最小净驱动电压，表示负担转移动作完成时限，表示等效电感。

12、优选的，对于实际负担转移量的确定，包括如下过程：以变流器中所有被监测的功能部件的实际可用剩余暂态支撑时长中的最小者最大化或相对最大化为目标，在满足预设约束条件的解空间中确定实际负担转移量；其中，预设约束条件包括各接收支路的负担增加量不超过各自对应的最大负担增加量，同一端口内各支路电流变化量之和满足预设守恒关系，负担转移后外部总电流或总功率满足当前暂态事件的要求。

13、优选的，控制源支路执行负担转移的过程为：下发一个小于实际负担转移量的试探性调整量；在试探性调整量下发后，检测源支路和接收支路的相关电参量的实际变化方向，并与预测变化方向进行比较；若实际变化方向与预测变化方向一致，按照预设变化率，分阶段将源支路转移至接收支路的负担分配量增加至实际负担转移量；若实际变化方向与预测变化方向不一致，或检测到保护动作、测量失效或控制超时，立即停止执行负担转移并对最近一次已经确认的负担分配量进行安全回退校验；若安全回退校验通过，将源支路当前转移至接收支路的负担分配量回退至最近一次已经确认的负担分配量并保持，否则切换至预先认证的保守值。

14、本技术的另一个方面提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序；当所述计算机程序被处理器执行时，实现上述的变流器控制方法。

15、本技术的再一个方面提供了一种电子设备，包括处理器和存储器；所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述计算机程序时，实现上述的变流器控制方法。

16、与现有技术相比，本技术的有益效果在于：

17、（1）本技术通过将各功能部件的暂态支撑能力统一量化为剩余暂态支撑时长这一可比指标，并据此从所有功能部件中识别出当前制约变流器暂态支撑能力的瓶颈部件及其具体限制类型，为后续精准调控提供了明确目标。

18、（2）本技术在确认瓶颈部件后，根据实际主电路连接关系、独立可控性、支路阻抗及外部输出约束，严格判断是否存在能够真实减轻该瓶颈负担的支路调整方式。仅当源支路减小的量能够由同一端口且满足物理条件的接收支路承担时，才允许进入容量分配，从而避免了不符合电路原理的虚假控制指令。

19、（3）本技术通过确定实际负担转移量并控制执行负担转移的闭环控制步骤，使转移后的变流器整机最短剩余暂态支撑时长得以最大化延长，确保系统能够在瓶颈部件的安全限制约束下，尽可能完整地支撑完整个暂态任务，从而显著提升了变流器在故障穿越、短时过载等暂态工况下的供电可靠性和生存能力。