CN108736508B - 一种电压穿越控制仿真方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电压穿越控制仿真方法及系统，包括：对发电系统设备运行状态进行分类；根据发电系统设备运行状态设定状态转移逻辑，根据所述转移逻辑更新发电系统设备运行状态；根据发电系统设备运行状态建立控制策略；将运行状态对应的控制策略添加到发电系统设备仿真模型的控制模块中，进行控制仿真，本发明提供的一种可应用于风力发电系统、光伏发电系统、储能发电系统等发电系统的通用型高低电压穿越控制仿真方法，在保证仿真精度的情况下实现同一模型模拟不同型号设备，减少了模型和参数的管理和维护成本，直观表征发电系统运行状态和运行状态的转移，增强发电系统高低电压穿越控制仿真分析能力，进一步提升电力系统仿真软件性能。

Description

一种电压穿越控制仿真方法及系统

技术领域

本发明涉及电力系统仿真领域，具体涉及一种电压穿越控制仿真方法及系统。

背景技术

以风能、太阳能为代表的大规模可再生能源并网发电是电力系统发展趋势，随着在电力系统中装机容量所占比例逐渐增大，它对电力系统的影响也逐步凸显，具备高低电压穿越能力成为大规模新能源发电系统以及储能发电系统接入电网的基本前提，因此需要研究开发高低电压穿越控制仿真方法，解决具备高低电压穿越能力的大规模新能源发电系统以及储能发电系统并网仿真问题。

国内外现有电力系统仿真软件如PSASP、BPA、PSS/E、PSCAD等均提供了风力发电系统、光伏发电系统、储能发电系统等发电系统的仿真模型，也具备高低电压穿越控制仿真能力，但不具备通用性，且不能直观的表征发电系统运行状态的转移，对于不同型号设备需采用不同的复杂仿真模型，仿真分析时控制策略选择与参数调试复杂繁琐，或是控制仿真模型简单、不完备，不能准确反映实际发电系统动态特性，实现逻辑与本方法不同。

发明内容

为解决上述现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种电压穿越控制仿真方法及系统，本发明可应用于风力发电系统、光伏发电系统、储能发电系统等发电系统的通用型高低电压穿越控制仿真方法，在保证仿真精度的情况下实现同一模型模拟不同型号设备，减少了模型和参数的管理和维护成本，直观表征发电系统运行状态和运行状态的转移，增强发电系统高低电压穿越控制仿真分析能力，进一步提升电力系统仿真软件性能。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

本发明还提供一种电压穿越控制仿真方法，其改进之处在于：

对发电系统设备运行状态进行分类；

根据发电系统设备运行状态设定状态转移逻辑，根据所述转移逻辑更新发电系统设备运行状态；

根据发电系统设备运行状态建立控制策略；

将运行状态对应的控制策略添加到发电系统设备仿真模型的控制模块中，进行控制仿真。

进一步地，根据发电系统设备运行状态设定状态转移逻辑包括：

根据所述设备运行状态设计转移判据；

结合发电系统设备电气量测值和所述转移判据设定状态转移逻辑。

进一步地，所述发电系统设备运行状态包括：

正常运行状态，对应发电系统并网点电压处于稳定电压运行区间；

穿越失败运行状态，包括：低电压穿越失败运行状态和高电压穿越失败运行状态；

穿越中运行状态，包括：低电压穿越中运行状态和高电压穿越中运行状态；

穿越恢复运行状态，包括低电压穿越恢复运行状态和高电压穿越恢复运行状态。

进一步地，所述转移判据包括：高电压穿越失败判据、低电压穿越失败判据、高电压穿越判据、低电压穿越判据、电压穿越恢复判据，以及穿越恢复转正常运行判据。

进一步地，

所述高电压穿越失败判据，依据发电系统设备承受电压变化能力设定，包括：

当发电系统并网点电压高于第一电压阈值，且持续第一时间段；

当发电系统并网点电压高于第二电压阈值；

所述低电压穿越失败判据，依据发电系统设备承受电压变化能力设定，包括：

当发电系统并网点电压低于第三电压阈值，且持续第二时间段；

当发电系统并网点电压低于第三电压阈值；

所述高电压穿越判据，依据发电系统控制参数设定，包括：

当发电系统并网点电压高于第四电压阈值，且持续第三时间段；

当发电系统并网点电压高于第四电压阈值；

所述低电压穿越判据，依据发电系统控制参数设定，包括：

当发电系统并网点电压低于第五电压阈值，且持续第四时间段；

当发电系统并网点电压低于第五电压阈值；

所述电压穿越恢复判据，包括：

当发电系统并网点电压处于第一电压运行区间，且持续第五时间段；

当发电系统并网点电压处于第一电压运行区间；

所述穿越恢复转正常运行判据，包括：

当发电系统并网点电压处于第二电压运行区间，且持续第六时间段，且发电系统功率恢复至穿越前功率第一功率阈值；

当发电系统并网点电压处于第三电压运行区间，且发电系统功率恢复至穿越前功率第二功率阀值。

进一步地，所述第一电压阈值为1.2p.u.；所述第二电压阈值为1.3p.u.；所述第三电压阈值为0.2p.u.；所述第四电压阈值为1.1p.u.；所述第五电压阈值为0.9p.u.；所述第一电压运行区间、第二电压运行区间和第三电压运行区间均为0.9～1.1p.u.；所述第一时间段、第二时间段、第三时间段、第四时间段、第五时间段和第六时间段的取值均为：0.05～0.2s；所述第一功率阈值和第二功率阀值的取值均为：穿越前功率的95％。

进一步地，所述运行状态转移逻辑，包括：当前发电系统处于正常运行状态的转移逻辑如下：

若电网电压量测值达到高电压穿越失败判据，则发电系统进入高电压穿越失败运行状态；

若电网电压量测值达到低电压穿越失败判据，则发电系统进入低电压穿越失败运行状态；

若电网电压量测值达到高电压穿越判据，则发电系统进入高电压穿越中运行状态；

若电网电压量测值达到低电压穿越判据，则发电系统进入低电压穿越中运行状态；

优选的，当前发电系统处于穿越中运行状态的转移逻辑如下：

若电网电压量测值达到高电压穿越失败判据，则发电系统进入高电压穿越失败运行状态；

若电网电压量测值达到低电压穿越失败判据，则发电系统进入低电压穿越失败运行状态；

若发电系统当前运行状态为高电压穿越中运行状态，且电网电压量测值达到电压穿越恢复判据，则发电系统进入高电压穿越恢复运行状态；

若发电系统当前运行状态为低电压穿越中运行状态，且电网电压量测值达到电压穿越恢复判据，则发电系统进入低电压穿越恢复运行状态；

优选的，当前发电系统处于穿越恢复运行状态的转移逻辑如下：

若电网电压量测值达到高电压穿越失败判据，则发电系统进入高电压穿越失败运行状态；

若电网电压量测值达到低电压穿越失败判据，则发电系统进入低电压穿越失败运行状态；

若电网电压量测值达到高电压穿越判据，则发电系统进入高电压穿越中运行状态；

若电网电压量测值达到低电压穿越判据，则发电系统进入低电压穿越中运行状态。

若电网电压量测值达到穿越恢复转正常运行判据，则发电系统进入正常运行状态。

进一步地，所述控制策略包括：确定发电系统处于穿越中和穿越恢复运行状态的控制方式；

所述处于穿越中的控制方式包括：

无控制方式，用于不改变发电系统有功电流分量和无功电流分量；

指定电流控制；

指定功率控制；

所述处于穿越恢复运行状态的控制方式包括：

无控制方式，用于不改变发电系统有功电流分量和无功电流分量；

指定斜率恢复控制，用于控制发电系统有功电流分量和无功电流分量变化速率；

指定曲线恢复控制，用于控制发电系统有功电流分量和无功电流分量按指定曲线形式变化。

进一步地，所述指定功率控制包括：确定处于高电压穿越中运行状态和低电压穿越中运行状态的指定功率表达式；

优选的，高电压穿越中运行状态的指定电流表达式为：

Ip_HVRT＝K_{1_Ip_HV}*Vt+K_{2_Ip_HV}*Ip₀+Ip_{set_HV}

Iq_HVRT＝K_{1_Iq_HV}*(VH_in-Vt)+K_{2_Iq_HV}*Iq₀+Iq_{set_HV}

低电压穿越中运行状态的指定电流表达式为：

Ip_LVRT＝K_{1_Ip_LV}*Vt+K_{2_Ip_LV}*Ip₀+Ip_{set_LV}

Iq_LVRT＝K_{1_Iq_LV}*(VL_in-Vt)+K_{2_Iq_LV}*Iq₀+Iq_{set_LV}

优选的，高电压穿越中运行状态的指定功率表达式为：

Ip_HVRT＝(K_{P_HV}*P₀+P_{set_HV})/Vt

Iq_HVRT＝(K_{Q_HV}*Q₀+Q_{set_HV})/Vt

低电压穿越中运行状态的指定功率表达式为：

Ip_LVRT＝(K_{P_LVRT}*P₀+P_{set_LV})/Vt

Iq_LVRT＝(K_{Q_LV}*Q₀+Q_{set_LV})/Vt

式中，Vt为当前电网电压、Ip₀为初始有功电流、Iq₀为初始无功电流分量、Ip_{set_HV}和Iq_{set_HV}分别为高电压穿越中运行状态的有功电流设定基值和无功电流设定基值，VH_in为高电压穿越控制阀值，Ip_HVRT和Iq_HVRT分别为发电系统高电压穿越中运行状态的有功电流分量和无功电流分量，K_{1_Ip_HV}、K_{2_Ip_HV}、K_{1_Iq_HV}、K_{2_Iq_HV}、K_{P_HV}和K_{Q_HV}均为高电压穿越中运行状态的控制系数，P₀为初始有功功率、Q₀为初始无功功率、P_{set_HV}和Q_{set_HV}分别为高电压穿越中运行状态的有功功率设定基值和无功功率设定基值，Ip_{set_LV}和Iq_{set_LV}分别为低电压穿越中运行状态有功电流设定基值和无功电流设定基值，VL_in为低电压穿越控制阀值，Ip_LVRT、Iq_LVRT分别为低电压穿越中运行状态有功电流分量和无功电流分量，K_{1_Ip_LV}、K_{2_Ip_LV}、K_{1_Iq_LV}、K_{2_Iq_LV}均为低电压穿越中运行状态的控制系数，P_{set_LV}和Q_{set_LV}分别为低电压穿越中运行状态的有功功率设定基值和无功功率设定基值，Ip_LVRT和Iq_LVRT分别为发电系统低电压穿越中运行状态有功电流分量和无功电流分量，K_{P_LVRT}、K_{Q_LV}为低电压穿越中运行状态的控制系数；

优选的，指定曲线恢复控制包括：确定高电压穿越恢复和低电压穿越恢复运行状态的有功电流分量和无功电流分量表达式；

优选的，高电压穿越恢复运行状态的有功电流分量和无功电流分量表达式分别为：

优选的，低电压穿越恢复运行状态的有功电流分量和无功电流分量表达式分别如下：

其中：a_{Ip_HVRT}、b_{Ip_HVRT}、c_{Ip_HVRT}、d_{Ip_HVRT}为控制系数，t为仿真时刻。

进一步地，根据发电系统设备运行状态的转移逻辑确定与运行状态对应的控制策略，进一步包括：若发电系统处于穿越失败运行状态，进行切机处理，设置发电系统有功电流分量和无功电流分量为零。

本发明还提供一种电压穿越控制仿真系统，其改进之处在于，所述系统包括：

分类模块，用于对发电系统设备运行状态进行分类；

设定模块，用于根据发电系统设备运行状态设定状态转移逻辑，根据所述转移逻辑更新发电系统设备运行状态；

构建模块，用于根据发电系统设备运行状态建立控制策略；

控制仿真模块，用于将运行状态对应的控制策略添加到发电系统设备仿真模型的控制模块中，进行控制仿真；

优选的，所述设定模块，进一步包括：

第一设定子模块，用于根据所述设备运行状态设定转移判据；

第二设定子模块，用于结合发电系统设备电气量测值和所述转移判据设定状态转移逻辑。

优选的，所述第一设定子模块，进一步包括：

高电压穿越失败判据设定单元、低电压穿越失败判据设定单元、高电压穿越判据设定单元、低电压穿越判据设定单元、电压穿越恢复判据设定单元和穿越恢复转正常运行判据设定单元；

优选的，所述第二设定子模块，进一步包括：

当前发电系统处于穿越中运行状态的转移逻辑设定单元和当前发电系统处于穿越恢复运行状态的转移逻辑设定单元。

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有的优异效果是：

1、本发明结合发电系统运行状态和高低电压穿越通用型控制策略，采用类似状态机形式，能够根据发电系统当前运行状态和并网点电压，按照预先设定的状态进行状态转移，通用型高低电压穿越相关控制综合了当前并网点电压、初始有功电流、初始无功电流分量、有功电流设定基值，无功电流设定基值，进入高低电压穿越控制阀值等相关信息，能够在保证仿真精度的情况下，实现模拟不同型号设备的目的。

2、本发明建立的高低电压穿越保护控制，采用的控制策略综合了常见设备复杂各异的控制策略，制定了一套能模拟电压穿越过程外特性的通用控制模型，在保证仿真精度的前提下，简化实际设备低电压穿越控制复杂控制策略，工程人员仅需根据设备实际控制参数和实测曲线得出仿真参数即可进行电压穿越仿真分析，而不必深入研究和实现压穿越复杂控制逻辑，能够简化设备建模实测工作量，具有较好的可操作性和通用性，可提高大规模电网仿真分析效率。

3、本发明可应用于风力发电系统、光伏发电系统、储能发电系统等发电系统的通用型高低电压穿越控制仿真方法，在保证仿真精度的情况下实现同一模型模拟不同型号设备，减少了模型和参数的管理和维护成本，直观表征发电系统运行状态和运行状态的转移，有利于发电系统动态特性分析，进一步提升电力系统仿真软件性能。

附图说明

图1是本发明提供的高低电压穿越控制运行状态转换示意图；

图2是本发明提供的发电系统电压曲线示意图；

图3是本发明提供的发电系统运行状态曲线换示意图；

图4是本发明提供的发电系统输出功率曲线示意图；

图5是本发明提供的一种高低电压穿越控制仿真方法的流程图；

图6是本发明提供的一种高低电压穿越控制仿真系统的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的组件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，本发明的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。

实施例一、

本发明提供的高低电压穿越控制仿真方法的流程图如图5所示，包括下述步骤：

(1)对设备运行状态进行分类：设计四类发电系统运行状态，包括正常运行状态、穿越失败运行状态、穿越中运行状态、穿越恢复运行状态，其中：

①穿越失败运行状态包括两种，分别为低电压穿越失败运行状态、高电压穿越失败运行状态。

②穿越中运行状态包括两种，分别为低电压穿越中运行状态、高电压穿越中运行状态。

③穿越恢复运行状态包括两种，分别为低电压穿越恢复运行状态、高电压穿越恢复运行状态。

采用数字表示各运行状态，如下所列：

数字0表示正常运行状态；

数字-3表示低电压穿越失败运行状态；

数字-2表示低电压穿越中运行状态；

数字-1表示低电压穿越恢复运行状态；

数字3表示高电压穿越失败运行状态；

数字2表示高电压穿越中运行状态；

数字1表示高电压穿越恢复运行状态。

(2)设计运行状态转移判据：

设计五类状态转移判据，分别为高电压穿越失败判据、低电压穿越失败判据、高电压穿越判据、低电压穿越判据、电压穿越恢复判据、穿越恢复转正常运行判据，具体含义如下所列：

(1)高电压穿越失败判据：依据发电系统设备承受电压变化能力设定，包括但不限定于以下两种：

1>当发电系统并网点电压高于某一电压阀值(典型值为1.2p.u.)，且持续某一时间阀值(典型值为0.2s)；2)当发电系统并网点电压高于某一电压阀值(典型值为1.3p.u.)。

2>低电压穿越失败判据：依据发电系统设备承受电压变化能力设定，包括但不限定于以下两种：1)当发电系统并网点电压低于某一电压阀值(典型值为0.2p.u.)，且持续某一时间阀值(典型值为0.15s)；2)当发电系统并网点电压低于某一电压阀值(典型值为0.2p.u.)。

3>高电压穿越判据：依据发电系统控制参数设定，包括但不限定于以下两种：1)当发电系统并网点电压高于某一电压阀值(典型值为1.1p.u.)，且持续某一时间阀值(典型值为0.05s)；2)当发电系统并网点电压高于某一电压阀值(典型值为1.1p.u.)。

4>低电压穿越判据：依据发电系统控制参数设定，包括但不限定于以下两种：1)当发电系统并网点电压低于某一电压阀值(典型值为0.9p.u.)，且持续某一时间阀值(典型值为0.05s)；2)当发电系统并网点电压低于某一电压阀值(典型值为0.9p.u.)。

5>电压穿越恢复判据：包括但不限定于以下两种：1)当发电系统并网点电压处于某一运行区间(典型值为0.9～1.1p.u.)，且持续某一时间阀值(典型值为0.05s)；2)当发电系统并网点电压处于某一运行区间(典型值为0.9～1.1p.u.)。

6>穿越恢复转正常运行判据：包括但不限定于以下两种：1)当发电系统并网点电压处于某一运行区间(典型值为0.9～1.1p.u.)，且持续某一时间阀值(典型值为0.05s)，且发电系统功率恢复至穿越前功率某一功率阀值(典型值为95％)；2)当发电系统并网点电压处于某一运行区间(典型值为0.9～1.1p.u.)，且发电系统功率恢复至穿越前功率某一功率阀值(典型值为95％)。

(3)设计运行状态转移逻辑：

检查发电系统当前运行状态和电网电压量测值，依据运行状态转移判据，进行发电系统运行状态转移。具体来说包括以下情况：

一、当前处于正常运行状态(所述正常运行状态对应的电压运行区间为0.9～1.1p.u.；)，运行状态转移逻辑包括如下：

1)若电网电压量测值满足高电压穿越失败判据，则发电系统进入高电压穿越失败运行状态；

2)若电网电压量测值满足低电压穿越失败判据，则发电系统进入低电压穿越失败运行状态；

3)若电网电压量测值满足高电压穿越判据，则发电系统进入高电压穿越中运行状态；

4)若电网电压量测值满足低电压穿越判据，则发电系统进入低电压穿越中运行状态。

二、当前处于穿越中运行状态，运行状态转移逻辑包括如下：

1)若电网电压量测值达到高电压穿越失败判据，则发电系统进入高电压穿越失败运行状态；

2)若电网电压量测值达到低电压穿越失败判据，则发电系统进入低电压穿越失败运行状态；

3)若发电系统当前运行状态为高电压穿越中运行状态，且电网电压量测值达到电压穿越恢复判据，则发电系统进入高电压穿越恢复运行状态；

4)若发电系统当前运行状态为低电压穿越中运行状态，且电网电压量测值达到电压穿越恢复判据，则发电系统进入低电压穿越恢复运行状态。

三、当前处于穿越恢复运行状态，运行状态转移逻辑包括如下：

1)若电网电压量测值达到高电压穿越失败判据，则发电系统进入高电压穿越失败运行状态；

2)若电网电压量测值达到低电压穿越失败判据，则发电系统进入低电压穿越失败运行状态；

3)若电网电压量测值达到高电压穿越判据，则发电系统进入高电压穿越中运行状态；

4)若电网电压量测值达到低电压穿越判据，则发电系统进入低电压穿越中运行状态。

5)若电网电压量测值达到穿越恢复转正常运行判据，则发电系统进入正常运行状态。

(4)设计与运行状态对应的通用型控制策略：

通过改变发电系统有功电流分量和无功电流分量实现高低电压穿越控制仿真模拟，依据发电系统运行状态，选择对应的控制策略，控制策略具体包括如下：

1)若发电系统处于正常运行状态，无控制，即不改变发电系统有功电流分量和无功电流分量；

2)若发电系统处于高电压穿越中运行状态，可采取三种控制方式实现改变发电系统有功电流分量和无功电流分量，三种控制方式包括：

①无控制，即不改变发电系统有功电流分量和无功电流分量；

②指定电流控制，综合考虑当前电网电压Vt、初始有功电流Ip₀、初始无功电流分量Iq₀、有功电流设定基值Ip_{set_HV}，无功电流设定基值Iq_{set_HV}，进入高电压穿越控制阀值VH_in，得到新的发电系统有功电流分量Ip_HVRT和无功电流分量Iq_HVRT，表达式分别如下：

Ip_HVRT＝K_{1_Ip_HV}*Vt+K_{2_Ip_HV}*Ip₀+Ip_{set_HV}

Iq_HVRT＝K_{1_Iq_HV}*(VH_in-Vt)+K_{2_Iq_HV}*Iq₀+Iq_{set_HV}

式中，K_{1_Ip_HV}、K_{2_Ip_HV}、K_{1_Iq_HV}、K_{2_Iq_HV}为控制系数。

③指定功率控制，综合考虑初始有功功率P₀、初始无功功率Q₀、有功功率设定基值P_{set_HV}，无功功率设定基值Q_{set_HV}，得到新的发电系统有功电流分量Ip_HVRT和无功电流分量Iq_HVRT，表达式分别如下：

Ip_HVRT＝(K_{P_HV}*P₀+P_{set_HV})/Vt

Iq_HVRT＝(K_{Q_HV}*Q₀+Q_{set_HV})/Vt

式中，K_{P_HV}、K_{Q_HV}为控制系数。

若发电系统处于低电压穿越中运行状态，可采取三种控制方式实现改变发电系统有功电流分量和无功电流分量，三种控制方式包括：

①无控制，即不改变发电系统有功电流分量和无功电流分量；

②按指定电流控制，综合考虑当前电网电压Vt、初始有功电流Ip₀、初始无功电流分量Ip₀、有功电流设定基值Ip_{set_LV}，无功电流设定基值Iq_{set_LV}，进入低电压穿越控制阀值VL_in，得到新的发电系统有功电流分量Ip_LVRT和无功电流分量Iq_LVRT，表达式分别如下：

Ip_LVRT＝K_{1_Ip_LV}*Vt+K_{2_Ip_LV}*Ip₀+Ip_{set_LV}

Iq_LVRT＝K_{1_Iq_LV}*(VL_in-Vt)+K_{2_Iq_LV}*Iq₀+Iq_{set_LV}

式中，K_{1_Ip_LV}、K_{2_Ip_LV}、K_{1_Iq_LV}、K_{2_Iq_LV}为控制系数。

③按指定功率控制，综合考虑初始有功功率P₀、初始无功功率Q₀、有功功率设定基值P_{set_LV}，无功功率设定基值Q_{set_LV}，得到新的发电系统有功电流分量Ip_LVRT和无功电流分量Iq_LVRT，表达式分别如下：

Ip_LVRT＝(K_{P_LVRT}*P₀+P_{set_LV})/Vt

Iq_LVRT＝(K_{Q_LV}*Q₀+Q_{set_LV})/Vt

式中，K_{P_LVRT}、K_{Q_LV}为控制系数。

若发电系统处于高电压穿越恢复运行状态，可采取三种控制方式实现改变发电系统有功电流分量和无功电流分量，三种控制方式包括：

①无控制，即不改变发电系统有功电流分量和无功电流分量；

②按指定斜率恢复控制，控制发电系统有功电流分量和无功电流分量变化速率，斜率参数分别为K_{Ip_HVRT_RECOVER}、K_{Iq_HVRT_RECOVER}。

③按指定曲线恢复控制，控制发电系统有功电流分量和无功电流分量按指定曲线形式变化，得到新的发电系统有功电流分量Ip_{HVRT_RECOVER}和无功电流分量Iq_{HVRT_RECOVER}，表达式分别如下：

式中，a_{Ip_HVRT}、b_{Ip_HVRT}、c_{Ip_HVRT}、d_{Ip_HVRT}为控制系数，t为仿真时刻。

若发电系统处于低电压穿越恢复运行状态，可采取三种控制方式实现改变发电系统有功电流分量和无功电流分量，三种控制方式包括：

①无控制，即不改变发电系统有功电流分量和无功电流分量；

②按指定斜率恢复控制，控制发电系统有功电流分量和无功电流分量变化速率，斜率参数分别为K_{Ip_LVRT_RECOVER}、K_{Iq_LVRT_RECOVER}。

③按指定曲线恢复控制，控制发电系统有功电流分量和无功电流分量按指定曲线形式变化，得到新的发电系统有功电流分量Ip_{LVRT_RECOVER}和无功电流分量Iq_{LVRT_RECOVER}，表达式分别如下：

式中，a_{Ip_LVRT}、b_{Ip_LVRT}、c_{Ip_LVRT}、d_{Ip_LVRT}为控制系数，t为仿真时刻。

若发电系统处于穿越失败运行状态，进行切机处理，设置发电系统有功电流分量和无功电流分量为零。

(5)将高低电压穿越控制功能添加到设备仿真模型的控制模块中，进行仿真，仿真结果示意图如图2、图3、图4所示，其中图2为发电系统电压曲线，图3为发电系统运行状态曲线，图4为发电系统输出功率曲线，穿越恢复采用的是按指定斜率恢复控制。

本发明提供一种可应用于风力发电系统、光伏发电系统、储能发电系统等发电系统的通用型高低电压穿越控制仿真方法，在保证仿真精度的情况下实现同一模型模拟不同型号设备，减少了模型和参数的管理和维护成本，直观表征发电系统运行状态和运行状态的转移，增强发电系统高低电压穿越控制仿真分析能力，进一步提升电力系统仿真软件性能。

实施例二、

基于同样的发明构思，本发明还提供一种高低电压穿越控制仿真系统，其结构框图如图6所示，包括：

分类模块101，用于对发电系统设备运行状态进行分类；

设定模块102，用于根据发电系统设备运行状态设定状态转移逻辑，根据所述转移逻辑更新发电系统设备运行状态；

构建模块103，用于根据发电系统设备运行状态建立控制策略；

控制仿真模块104，用于将运行状态对应的控制策略添加到发电系统设备仿真模型的控制模块中，进行控制仿真；

优选的，所述设定模块102，进一步包括：

第一设定子模块，用于根据所述设备运行状态设定转移判据；

第二设定子模块，用于结合发电系统设备电气量测值和所述转移判据设定状态转移逻辑。

优选的，所述第一设定子模块，进一步包括：

高电压穿越失败判据设定单元、低电压穿越失败判据设定单元、高电压穿越判据设定单元、低电压穿越判据设定单元、电压穿越恢复判据设定单元和穿越恢复转正常运行判据设定单元；

优选的，所述第二设定子模块，进一步包括：

当前发电系统处于穿越中运行状态的转移逻辑设定单元和当前发电系统处于穿越恢复运行状态的转移逻辑设定单元。

本发明提供了一种通用型高低电压穿越控制仿真方法，该方法借鉴有限状态机理论，结合发电系统运行状态和高低电压穿越通用型控制策略，进行发电系统高低电压穿越复杂控制逻辑建模，更准确描述发电系统运行状态及运行转移，在保证仿真精度的前提下，简化实际设备高低电压穿越控制复杂控制策略，减少了模型和参数的管理和维护成本，具有较好的可操作性和通用性，进而实现高低电压穿越控制复杂逻辑的建模和仿真，增强发电系统高低电压穿越控制仿真分析能力，进一步提升电力系统仿真软件性能。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电压穿越控制仿真方法，其特征在于：

对发电系统设备运行状态进行分类；

根据发电系统设备运行状态设定状态转移逻辑，根据所述转移逻辑更新发电系统设备运行状态；

根据发电系统设备运行状态建立控制策略；

将运行状态对应的控制策略添加到发电系统设备仿真模型的控制模块中，进行控制仿真；

根据发电系统设备运行状态设定状态转移逻辑包括：

根据所述设备运行状态设计转移判据；

结合发电系统设备电气量测值和所述转移判据设定状态转移逻辑；

所述发电系统设备运行状态包括：

正常运行状态，对应发电系统并网点电压处于稳定电压运行区间；

穿越失败运行状态，包括：低电压穿越失败运行状态和高电压穿越失败运行状态；

穿越中运行状态，包括：低电压穿越中运行状态和高电压穿越中运行状态；

穿越恢复运行状态，包括低电压穿越恢复运行状态和高电压穿越恢复运行状态；

所述控制策略包括：确定发电系统处于穿越中和穿越恢复运行状态的控制方式；

所述处于穿越中的控制方式包括：

无控制方式，用于不改变发电系统有功电流分量和无功电流分量；

指定电流控制；

指定功率控制；

所述处于穿越恢复运行状态的控制方式包括：

无控制方式，用于不改变发电系统有功电流分量和无功电流分量；

指定斜率恢复控制，用于控制发电系统有功电流分量和无功电流分量变化速率；

指定曲线恢复控制，用于控制发电系统有功电流分量和无功电流分量按指定曲线形式变化。

2.如权利要求1所述的电压穿越控制仿真方法，其特征在于，所述转移判据包括：高电压穿越失败判据、低电压穿越失败判据、高电压穿越判据、低电压穿越判据、电压穿越恢复判据，以及穿越恢复转正常运行判据。

3.如权利要求2所述的电压穿越控制仿真方法，其特征在于，

所述高电压穿越失败判据，依据发电系统设备承受电压变化能力设定，包括：

当发电系统并网点电压高于第一电压阈值，且持续第一时间段；

当发电系统并网点电压高于第二电压阈值；

所述低电压穿越失败判据，依据发电系统设备承受电压变化能力设定，包括：

当发电系统并网点电压低于第三电压阈值，且持续第二时间段；

当发电系统并网点电压低于第三电压阈值；

所述高电压穿越判据，依据发电系统控制参数设定，包括：

当发电系统并网点电压高于第四电压阈值，且持续第三时间段；

当发电系统并网点电压高于第四电压阈值；

所述低电压穿越判据，依据发电系统控制参数设定，包括：

当发电系统并网点电压低于第五电压阈值，且持续第四时间段；

当发电系统并网点电压低于第五电压阈值；

所述电压穿越恢复判据，包括：

当发电系统并网点电压处于第一电压运行区间，且持续第五时间段；

当发电系统并网点电压处于第一电压运行区间；

所述穿越恢复转正常运行判据，包括：

当发电系统并网点电压处于第二电压运行区间，且持续第六时间段，且发电系统功率恢复至穿越前功率第一功率阈值；

当发电系统并网点电压处于第三电压运行区间，且发电系统功率恢复至穿越前功率第二功率阀值。

4.如权利要求3所述的电压穿越控制仿真方法，其特征在于，所述第一电压阈值为1.2p.u.；所述第二电压阈值为1.3p.u.；所述第三电压阈值为0.2p.u.；所述第四电压阈值为1.1p.u.；所述第五电压阈值为0.9p.u.；所述第一电压运行区间、第二电压运行区间和第三电压运行区间均为0.9～1.1p.u.；所述第一时间段、第二时间段、第三时间段、第四时间段、第五时间段和第六时间段的取值均为：0.05～0.2s；所述第一功率阈值和第二功率阀值的取值均为：穿越前功率的95％。

5.如权利要求1所述的电压穿越控制仿真方法，其特征在于，运行状态转移逻辑，包括：当前发电系统处于正常运行状态的转移逻辑如下：

若电网电压量测值达到高电压穿越失败判据，则发电系统进入高电压穿越失败运行状态；

若电网电压量测值达到低电压穿越失败判据，则发电系统进入低电压穿越失败运行状态；

若电网电压量测值达到高电压穿越判据，则发电系统进入高电压穿越中运行状态；

若电网电压量测值达到低电压穿越判据，则发电系统进入低电压穿越中运行状态；

当前发电系统处于穿越中运行状态的转移逻辑如下：

若电网电压量测值达到高电压穿越失败判据，则发电系统进入高电压穿越失败运行状态；

若电网电压量测值达到低电压穿越失败判据，则发电系统进入低电压穿越失败运行状态；

若发电系统当前运行状态为高电压穿越中运行状态，且电网电压量测值达到电压穿越恢复判据，则发电系统进入高电压穿越恢复运行状态；

若发电系统当前运行状态为低电压穿越中运行状态，且电网电压量测值达到电压穿越恢复判据，则发电系统进入低电压穿越恢复运行状态；

当前发电系统处于穿越恢复运行状态的转移逻辑如下：

若电网电压量测值达到高电压穿越失败判据，则发电系统进入高电压穿越失败运行状态；

若电网电压量测值达到低电压穿越失败判据，则发电系统进入低电压穿越失败运行状态；

若电网电压量测值达到高电压穿越判据，则发电系统进入高电压穿越中运行状态；

若电网电压量测值达到低电压穿越判据，则发电系统进入低电压穿越中运行状态；

若电网电压量测值达到穿越恢复转正常运行判据，则发电系统进入正常运行状态。

6.如权利要求1所述的电压穿越控制仿真方法，其特征在于，所述指定功率控制包括：确定处于高电压穿越中运行状态和低电压穿越中运行状态的指定功率表达式；

高电压穿越中运行状态的指定电流表达式为：

Ip_HVRT＝K_{1_Ip_HV}*Vt+K_{2_Ip_HV}*Ip₀+Ip_{set_HV}

Iq_HVRT＝K_{1_Iq_HV}*(VH_in-Vt)+K_{2_Iq_HV}*Iq₀+Iq_{set_HV}

低电压穿越中运行状态的指定电流表达式为：

Ip_LVRT＝K_{1_Ip_LV}*Vt+K_{2_Ip_LV}*Ip₀+Ip_{set_LV}

Iq_LVRT＝K_{1_Iq_LV}*(VL_in-Vt)+K_{2_Iq_LV}*Iq₀+Iq_{set_LV}

高电压穿越中运行状态的指定功率表达式为：

Ip_HVRT＝(K_{P_HV}*P₀+P_{set_HV})/Vt

Iq_HVRT＝(K_{Q_HV}*Q₀+Q_{set_HV})/Vt

低电压穿越中运行状态的指定功率表达式为：

Ip_LVRT＝(K_{P_LVRT}*P₀+P_{set_LV})/Vt

Iq_LVRT＝(K_{Q_LV}*Q₀+Q_{set_LV})/Vt

式中，Vt为当前电网电压、Ip₀为初始有功电流、Iq₀为初始无功电流分量、Ip_{set_HV}和Iq_{set_HV}分别为高电压穿越中运行状态的有功电流设定基值和无功电流设定基值，VH_in为高电压穿越控制阀值，Ip_HVRT和Iq_HVRT分别为发电系统高电压穿越中运行状态的有功电流分量和无功电流分量，K_{1_Ip_HV}、K_{2_Ip_HV}、K_{1_Iq_HV}、K_{2_Iq_HV}、K_{P_HV}和K_{Q_HV}均为高电压穿越中运行状态的控制系数，P₀为初始有功功率、Q₀为初始无功功率、P_{set_HV}和Q_{set_HV}分别为高电压穿越中运行状态的有功功率设定基值和无功功率设定基值，Ip_{set_LV}和Iq_{set_LV}分别为低电压穿越中运行状态有功电流设定基值和无功电流设定基值，VL_in为低电压穿越控制阀值，Ip_LVRT、Iq_LVRT分别为低电压穿越中运行状态有功电流分量和无功电流分量，K_{1_Ip_LV}、K_{2_Ip_LV}、K_{1_Iq_LV}、K_{2_Iq_LV}均为低电压穿越中运行状态的控制系数，P_{set_LV}和Q_{set_LV}分别为低电压穿越中运行状态的有功功率设定基值和无功功率设定基值，Ip_LVRT和Iq_LVRT分别为发电系统低电压穿越中运行状态有功电流分量和无功电流分量，K_{P_LVRT}、K_{Q_LV}为低电压穿越中运行状态的控制系数；

指定曲线恢复控制包括：确定高电压穿越恢复和低电压穿越恢复运行状态的有功电流分量和无功电流分量表达式；

高电压穿越恢复运行状态的有功电流分量和无功电流分量表达式分别为：

其中：a_{Ip_HVRT}、b_{Ip_HVRT}、c_{Ip_HVRT}、d_{Ip_HVRT}为控制系数，t为仿真时刻；

低电压穿越恢复运行状态的有功电流分量和无功电流分量表达式分别如下：

其中：a_{Ip_LVRT}、b_{Ip_LVRT}、c_{Ip_LVRT}、d_{Ip_LVRT}为控制系数。

7.如权利要求1所述的电压穿越控制仿真方法，其特征在于，根据发电系统设备运行状态的转移逻辑确定与运行状态对应的控制策略，进一步包括：若发电系统处于穿越失败运行状态，进行切机处理，设置发电系统有功电流分量和无功电流分量为零。

8.一种用于如权利要求1所述的电压穿越控制仿真方法的电压穿越控制仿真系统，其特征在于，所述系统包括：

分类模块，用于对发电系统设备运行状态进行分类；

设定模块，用于根据发电系统设备运行状态设定状态转移逻辑，根据所述转移逻辑更新发电系统设备运行状态；

构建模块，用于根据发电系统设备运行状态建立控制策略；

控制仿真模块，用于将运行状态对应的控制策略添加到发电系统设备仿真模型的控制模块中，进行控制仿真；

所述设定模块，进一步包括：

第一设定子模块，用于根据所述设备运行状态设定转移判据；

第二设定子模块，用于结合发电系统设备电气量测值和所述转移判据设定状态转移逻辑；

所述第一设定子模块，进一步包括：

高电压穿越失败判据设定单元、低电压穿越失败判据设定单元、高电压穿越判据设定单元、低电压穿越判据设定单元、电压穿越恢复判据设定单元和穿越恢复转正常运行判据设定单元；

所述第二设定子模块，进一步包括：

当前发电系统处于穿越中运行状态的转移逻辑设定单元和当前发电系统处于穿越恢复运行状态的转移逻辑设定单元。

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