基于双裕度判据的跟网型-构网型并联故障协调控制方法

本发明属于电力系统控制，具体涉及一种基于双裕度判据的跟网型-构网型并联故障协调控制方法。

背景技术：

1、随着风电、光伏和储能等新能源电源接入比例持续提高，电力系统中电力电子装备的占比不断上升。现有新能源并网装置主要采用跟网型控制，通过锁相环获取电网相位并实施电流控制；与此同时，构网型控制因能够表现为受控电压源并具备电压和频率主动支撑能力，已成为高比例新能源系统的重要技术方向。在实际新能源场站和新型电力系统中，跟网型装置与构网型装置通常并存运行，并通过公共耦合点形成显著耦合。

2、现有关于变流器故障穿越与暂态稳定的研究，主要集中于两类对象：一类针对单一跟网型变流器，重点关注锁相同步稳定、故障电流注入及失步机理；另一类针对单一构网型变流器，重点关注功角稳定、限流控制及故障恢复过程。研究表明，跟网型装置在弱电网及故障电压跌落条件下易出现锁相不同步或暂态同步失稳，构网型装置虽具有较强主动支撑能力，但在大扰动和故障期间亦易面临功角失稳、故障过流及恢复困难等问题。少数研究开始关注跟网型与构网型装置并联运行时的相互影响，并指出故障期间跟网侧电流注入、公共耦合点电压变化以及构网侧电磁功率之间存在耦合关系。

3、然而，现有故障控制方法仍存在以下主要问题。多数方法以电压跌落深度、电流越限或固定模式切换作为主要判据，难以同时表征参考值是否可执行与功率平衡或同步平衡是否可维持。传统无功优先策略虽然在较轻故障下能够提供无功支撑，但在跟网型-构网型并联系统中，优先提高无功电流会占用有限电流容量，进一步压缩有功调节空间，并经由公共耦合点耦合恶化构网侧的电磁功率平衡，导致电流裕度尚可满足而功率裕度已先行恶化的中间失效状态。现有方法通常缺少对双侧原始参考值统一的物理可执行性处理，难以将上层协调目标与下层电流约束可行域有效衔接，故障期间跟网型变流器与构网型变流器各自独立动作，易造成控制目标冲突、参考值不可执行以及故障恢复阶段出现二次冲击。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有跟网型-构网型并联系统故障控制中，仅依据电压跌落或电流越限难以兼顾电流约束、功率平衡与暂态同步稳定，传统无功优先策略易出现电流裕度尚可而功率裕度先行恶化的中间失效状态，且双侧独立动作导致控制目标冲突、参考值不可执行及恢复阶段二次冲击的问题。提出了一种基于双裕度判据的跟网型-构网型并联故障协调控制方法。

2、本发明的技术方案为：一种基于双裕度判据的跟网型-构网型并联故障协调控制方法，包括：

3、构建跟网型-构网型并联系统的故障解析模型，根据所述故障解析模型构建包括电流约束解析裕度和功率平衡解析裕度的双裕度判据；

4、根据所述双裕度判据，计算故障时系统的电流约束解析裕度和功率平衡解析裕度，根据预设阈值判定故障工况的类型；

5、根据所述故障工况的类型选取对应的预设控制策略，根据所选的预设控制策略对跟网型变流器和构网型变流器进行协调控制以实现故障穿越；

6、根据所述电流约束解析裕度和所述功率平衡解析裕度的恢复情况判定故障解除后，将所述跟网型变流器和所述构网型变流器平滑回切至故障前的状态。

7、作为优选，所述构建跟网型-构网型并联系统的故障解析模型，包括：

8、以所述构网型变流器的内部电势方向为d轴建立同步旋转坐标系；

9、定义系统的总等效电抗和所述跟网型变流器的注入电流，并根据节点电压关系得到公共耦合点电压关于所述构网型变流器的内部电势和所述跟网型变流器的注入电流的解析式；

10、根据所述公共耦合点电压的解析式，得到所述构网型变流器的输出电流和输出复功率的解析式。

11、作为优选，所述电流约束解析裕度表示为：

12、；

13、式中，为电流约束解析裕度，表示取括号内两项中的较小值，为跟网型变流器允许输出的最大电流幅值，为构网型变流器允许输出的最大电流幅值，为跟网型变流器的d轴参考电流，为跟网型变流器的q轴参考电流；为构网型变流器的d轴参考电流，为构网型变流器的q轴参考电流。

14、作为优选，所述功率平衡解析裕度表示为：

15、；

16、式中，为功率平衡解析裕度，为公共耦合点电压，为系统总等效电抗，为跟网型变流器的注入电流幅值，表示在当前公共耦合点电压、系统总等效电抗及跟网型变流器的注入电流条件下，构网型变流器能够输出的最大电磁功率，为故障期间折算到构网型变流器的等效有功需求。

17、作为优选，所述根据预设阈值识别故障工况的类型，包括：

18、当所述电流约束解析裕度大于第一阈值，且所述功率平衡解析裕度大于第二阈值时，判定所述故障工况的类型为第一工况；

19、当所述电流约束解析裕度大于所述第一阈值，且所述功率平衡解析裕度不超过所述第二阈值时，判定所述故障工况的类型为第二工况；

20、当所述电流约束解析裕度不超过所述第一阈值，或同步稳定风险判据触发时，判定所述故障工况的类型为第三工况。

21、作为优选，所述同步稳定风险判据的触发条件为：

22、至少满足所述构网型变流器的相对功角超过预设角度阈值，系统频率偏差超过预设频率阈值并持续预设时间，以及所述功率平衡解析裕度低于同步风险阈值并持续恶化中的一个条件。

23、作为优选，根据所选的预设控制策略对跟网型变流器和构网型变流器进行协调控制以实现故障穿越，包括：

24、根据所选的预设控制策略确定所述跟网型变流器和所述构网型变流器对应的参考值；

25、对所述跟网型变流器和所述构网型变流器对应的参考值分别进行映射，得到所述跟网型变流器的原始电流参考矢量和所述构网型变流器的原始电流参考矢量；

26、将所述跟网型变流器的原始电流参考矢量投影到所述跟网型变流器的电流约束可行域内，得到所述跟网型变流器的最终执行指令；

27、将所述构网型变流器的原始电流参考矢量投影到所述构网型变流器的电流约束可行域内，得到所述构网型变流器的最终执行指令；

28、根据所述跟网型变流器的最终执行指令和所述构网型变流器的最终执行指令，对所述跟网型变流器和所述构网型变流器进行协调控制以实现故障穿越。

29、作为优选，所述预设控制策略包括：

30、当所述故障工况的类型为第一工况，采用传统无功优先故障支撑方式；

31、当所述故障工况的类型为第二工况，根据随着所述功率平衡解析裕度的恶化程度变化的有功下调量，对所述构网型变流器的有功参考值进行下调；

32、当所述故障工况的类型为第三工况，对所述跟网型变流器和所述构网型变流器进行分工切换和参考值重构。

33、作为优选，所述对所述跟网型变流器和所述构网型变流器进行分工切换和参考值重构，包括：

34、降低所述跟网型变流器的无功优先权重，重构所述跟网型变流器的d轴参考电流和q轴参考电流；

35、将所述构网型变流器转入同步保持优先的支撑模式，重构所述构网型变流器的有功参考值和电压参考值。

36、作为优选，所述根据所述电流约束解析裕度和所述功率平衡解析裕度的恢复情况判断故障解除后，将所述跟网型变流器和所述构网型变流器平滑回切至故障前的状态，包括：

37、当所述电流约束解析裕度不低于预设的第一恢复阈值，且持续时间达到预设时间窗，并且所述功率平衡解析裕度不低于预设的第二恢复阈值，且持续时间达到所述预设时间窗，则判定故障解除；

38、基于线性斜坡函数将所述跟网型变流器和所述构网型变流器平滑回切至故障前的状态；

39、对跟网侧的电流控制器、构网侧的外环控制器和锁相环积分环节进行抗饱和处理。

40、本发明的有益效果是：

41、1. 本发明的基于双裕度判据的跟网型-构网型并联故障协调控制方法，基于并联系统故障解析模型，构造了同时反映电流约束可实现性和功率平衡可维持性的双裕度判据，取代了传统仅依据电压跌落深度或电流越限的单指标判别方式。该判据能够准确区分双裕度充足、电流裕度尚可但功率裕度不足、电流裕度不足或存在严重同步风险的三种典型工况，避免了单一判据的误判和漏判，为后续协调控制提供了更精细的决策依据。

42、2. 本发明的基于双裕度判据的跟网型-构网型并联故障协调控制方法，设计了从常规支撑、过渡协调到深故障重构的阶梯式控制策略，这种协调机制有效化解了故障期间双侧独立动作导致的目标冲突和参考值不可执行问题，显著提高了暂态同步稳定性。

43、3. 本发明的基于双裕度判据的跟网型-构网型并联故障协调控制方法，有效解决了现有跟网型-构网型并联系统故障控制中兼顾电流约束、功率平衡与暂态同步稳定的难题。