CN116470522B - 一种svg通用电磁暂态模型的控制参数识别方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电磁暂态仿真建模技术领域，具体提供了一种无功补偿装置(Static VAR Generator，SVG)通用电磁暂态模型参数识别方法及装置，包括：利用待识别的SVG的电磁暂态仿真模型进行仿真；通过在仿真环境中进行控制硬件在环试验识别所述SVG的电磁暂态仿真模型的控制参数；其中，所述控制参数包括下述中的至少一种：稳态参数、暂态参数。本发明提供的技术方案，可以对任意SVG控制器进行参数识别，最终得到一个准确、透明的SVG电磁暂态模型，该模型内部结构和逻辑功能清晰、控制策略及控制参数易于修改、稳定裕度可知，控制性能优化过程更具靶向性和高效性。
Description
技术领域
本发明涉及电磁暂态仿真建模技术领域，具体涉及一种SVG通用电磁暂态模型的控制参数识别方法及装置。
背景技术
随着新能源发电技术的飞速发展，高比例新能源电力格局已初步形成。新能源基地送端系统电力电子发电装备数量巨大，控制复杂且存在多时间尺度耦合，基地间及其与交、直流输电的动态相互作用加剧，系统的暂态过电压以及次/超同步振荡问题日益凸显，严重影响新能源送出系统安全和高效消纳。
目前，在大规模新能源发电基地交流汇集站一般都会配置25％—40％场站容量的SVG(Static VAR Generator)无功补偿装置，它在提高新能源送出功率、保证和改善电能质量方面都有着重要的作用。研究发现，SVG同新能源发电机组一样，对新能源并网过程中可能发生的暂态过电压以及次/超同步振荡问题有着重要的影响。
为了准确把握SVG的电气及控制特性，有效排查系统发生的暂态过电压及次/超同步振荡的风险，并提出有效的抑制措施，就需要搭建SVG的电磁暂态模型，准确反映其稳态阻抗特性和暂态控制特性。为保证模型精度，目前搭建电磁暂态模型普遍采用代码封装的电磁暂态模型，即设备厂家对控制代码进行加密封装，再通过控制硬件在环实时仿真技术完成模型校核，得到具有真实控制器特性的电磁暂态模型。
利用代码封装模型，研究人员可以评估SVG自身的控制特性，也可以评估在特定的电网条件下是否存在暂态过电压或者次/超同步振荡风险。若存在风险，则需要同设备厂家一起合作，通过多次迭代试验，优化控制参数，满足单机或者特定电网的要求。
但是，采用代码封装电磁暂态模型改造SVG控制器特性是具有局限性的，因为这种方法将SVG的控制策略及控制参数进行了加密封装，研究人员无法确定控制器内部结构和逻辑功能，也无法确定控制参数、计算稳定裕度，更无法直接修改控制参数，以至于无法快速定位、解决电网存在暂态过电压或者次/超同步振荡问题。只能在不考虑其内部结构和内部特性的情况下，对其涉网性能进行测试，检验控制器性能是否满足相应的要求。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明提出了一种SVG通用电磁暂态模型的控制参数识别方法及装置。
第一方面，提供一种SVG通用电磁暂态模型的控制参数识别方法，所述SVG通用电磁暂态模型的控制参数识别方法包括：
利用待识别的SVG的电磁暂态仿真模型进行仿真；
通过在仿真环境中进行控制硬件在环试验识别所述SVG的电磁暂态仿真模型的控制参数；
其中，所述控制参数包括下述中的至少一种：稳态参数、暂态参数。
优选的，所述稳态参数为控制器对应各控制环节的PI参数，所述控制器对应控制环节包括下述中的至少一种：直流电压环、锁相环、电流内环、相间平衡控制、相内平衡控制、滤波器延时；
所述暂态参数包括下述中的至少一种：保护参数、运行参数、高低穿参数；
所述保护参数包括下述中的至少一种：过压阈值、欠压阈值；
所述运行参数包括下述中的至少一种：控制器控制参量、控制器控制参量限值；
所述高低穿参数包括下述中的至少一种：退低电压故障穿越阈值、退低电压故障穿越延时、进高电压故障穿越阈值、进高电压故障穿越延时、高电压故障穿越系数、退高电压故障穿越阈值、退高电压故障穿越延时、进低电压故障穿越阈值、进低电压故障穿越延时、低电压故障穿越系数。
进一步的，所述通过在仿真环境中进行控制硬件在环试验识别所述SVG的电磁暂态仿真模型的控制参数，包括：
在仿真环境中进行控制硬件在环阻抗扫描试验，得到所述SVG控制器的电磁暂态仿真模型对应的阻抗特性曲线；
基于所述各控制环节对应的阻抗特性曲线识别所述SVG的电磁暂态仿真模型的稳态参数。
进一步的，所述基于所述各控制环节对应的阻抗特性曲线识别所述SVG的电磁暂态仿真模型的稳态参数，包括：
基于所述各控制环节对应的阻抗特性曲线获取各控制环节对应的开环截止频率和相位裕度；
将所述各控制器对应的开环截止频率和相位裕度代入所述各控制环节对应的参数识别方程，并求解该方程，得到各控制环节的PI参数。
进一步的，所述基于所述各控制环节对应的阻抗特性曲线识别所述SVG的电磁暂态仿真模型的稳态参数的过程中，当所述控制器控制环节为直流电压环时，基于带宽在(f1-fvdc，f1+fvdc)范围内控制器对应的阻抗特性曲线识别所述SVG的电磁暂态仿真模型直流电压环的稳态参数；
当所述控制器控制环节为锁相环时，基于带宽在(f1-ftc，f1+ftc)范围内控制器对应的阻抗特性曲线识别所述SVG的电磁暂态仿真模型锁相环的稳态参数；
当所述控制器控制环节为电流内环时，基于带宽在(0，f1+fic)范围内控制器对应的阻抗特性曲线识别所述SVG的电磁暂态仿真模型电流内环的稳态参数；
当所述控制器控制环节为滤波器延时时，基于带宽在(fdc，∞)范围内控制器对应的阻抗特性曲线识别所述SVG的电磁暂态仿真模型滤波器延时的稳态参数；
其中，f1为基波频率，fvdc为直流电压环截止频率，ftc为锁相环截止频率，fic为电流环截止频率，fdc为延时环节响应起始频率。
进一步的，所述基于所述各控制器对应的阻抗特性曲线获取各控制环节对应的开环截止频率和相位裕度，包括：
将所述各控制环节对应的阻抗特性曲线中穿越0dB线的频率作为各控制器对应的开环截止频率；
将所述各控制环节对应的阻抗特性曲线在0dB增益时各控制器对应控制环节的开环传递函数相位与180°之间的差作为各控制环节对应的相位裕度。
进一步的，所述各控制环节对应的参数识别方程的数学模型如下：
上式中，H(ωc,kp,ki)为控制器对应控制环节关于开环截止频率ωc、PI参数中的比例参数kp以及PI参数中的积分参数ki的开环传递函数，θc为控制器对应的相位裕度。
进一步的，所述通过在仿真环境中进行控制硬件在环试验识别所述SVG的电磁暂态仿真模型的控制参数，包括：
在仿真环境中进行控制硬件在环爬坡试验，分别得到第一运行工况下和第二运行工况下所述SVG的电磁暂态仿真模型的无功功率和无功电流暂态响应曲线；
基于第一运行工况下所述SVG的电磁暂态仿真模型的无功功率和无功电流暂态响应曲线识别所述SVG的电磁暂态仿真模型中控制器的过压阈值、控制器控制参量、控制器控制参量限值、退低电压故障穿越阈值、退低电压故障穿越延时、进高电压故障穿越阈值、进高电压故障穿越延时、高电压故障穿越系数；
基于第二运行工况下所述SVG的电磁暂态仿真模型的无功功率和无功电流暂态响应曲线识别所述SVG的电磁暂态仿真模型中控制器的欠压阈值、控制器控制参量、控制器控制参量限值、退高电压故障穿越阈值、退高电压故障穿越延时、进低电压故障穿越阈值、进低电压故障穿越延时、低电压故障穿越系数。
进一步的，所述第一运行工况为电网电压由0.5p.u.到1.5p.u.的上升曲线，电压曲线斜率0.01p.u./s；
所述第二运行工况为电网电压由1.3p.u.到0p.u.的下降曲线，电压曲线斜率-0.01p.u./s。
进一步的，所述基于第一运行工况下所述SVG的电磁暂态仿真模型的无功功率和无功电流暂态响应曲线识别所述SVG的电磁暂态仿真模型中控制器的过压阈值、控制器控制参量、控制器控制参量限值、退低电压故障穿越阈值、退低电压故障穿越延时、进高电压故障穿越阈值、进高电压故障穿越延时、高电压故障穿越系数，包括：
观察所述第一运行工况下所述SVG的电磁暂态仿真模型的无功功率和无功电流暂态响应曲线；
将无功功率暂态响应曲线中无功功率由容性无功功率转换为正常给定值时对应的电网电压作为退低电压故障穿越阈值；
将电网电压上升至退低电压故障穿越阈值的时刻至无功功率暂态响应曲线中无功功率由容性无功功率转换为正常给定值的时刻之间的时间作为退低电压故障穿越延时；
将无功功率暂态响应曲线中无功功率由正常给定值转换为感性无功功率时对应的电网电压作为进高电压故障穿越阈值；
将电网电压上升至高电压故障穿越阈值的时刻至无功功率暂态响应曲线中无功功率由正常给定值转换为感性无功功率的时刻之间的时间作为进高电压故障穿越延时；
将电网电压持续上升时，无功功率暂态响应曲线中无功功率为0或无功电流暂态响应曲线为0时对应的电网电压作为过压阈值；
当电网电压处于退低电压故障穿越阈值至高电压故障穿越阈值期间对应的无功功率暂态响应曲线持续平稳时，将无功功率作为控制器控制参量，并将无功功率暂态响应曲线的幅值作为控制器控制参量限值；
当电网电压处于退低电压故障穿越阈值至高电压故障穿越阈值期间对应的无功电流暂态响应曲线持续平稳时，将无功电流作为控制器控制参量，并将无功电流暂态响应曲线的幅值作为控制器控制参量限值；
按下式确定高电压故障穿越系数：
上式中，Khigh为高电压故障穿越系数，△K为电网电压处于高电压故障穿越阈值至过压阈值期间对应的控制器控制参量的暂态响应曲线的变化率，△V为电网电压处于高电压故障穿越阈值至过压阈值期间的电压变化率。
进一步的，所述基于第二运行工况下所述SVG的电磁暂态仿真模型的无功功率和无功电流暂态响应曲线识别所述SVG的电磁暂态仿真模型中控制器的欠压阈值、控制器控制参量、控制器控制参量限值、退高电压故障穿越阈值、退高电压故障穿越延时、进低电压故障穿越阈值、进低电压故障穿越延时、低电压故障穿越系数，包括：
观察所述第二运行工况下所述SVG的电磁暂态仿真模型的无功功率和无功电流暂态响应曲线；
将无功功率暂态响应曲线中无功功率由感性无功功率转换为正常给定值时对应的电网电压作为退高电压故障穿越阈值；
将电网电压下降至退高电压故障穿越阈值的时刻至无功功率暂态响应曲线中无功功率由感性无功功率转换为正常给定值的时刻之间的时间作为退高电压故障穿越延时；
将无功功率暂态响应曲线中无功功率由正常给定值转换为容性无功功率时对应的电网电压作为进低电压故障穿越阈值；
将电网电压下降至进低电压故障穿越阈值的时刻至无功功率暂态响应曲线中无功功率由正常给定值转换为容性无功功率的时刻之间的时间作为进低电压故障穿越延时；
将电网电压持续下降时，无功功率暂态响应曲线中无功功率为0或无功电流暂态响应曲线为0时对应的电网电压作为欠压阈值；
当电网电压处于进低电压故障穿越阈值至退高电压故障穿越阈值期间对应的无功功率暂态响应曲线持续平稳时，将无功功率作为控制器控制参量，并将无功功率暂态响应曲线的幅值作为控制器控制参量限值；
当电网电压处于进低电压故障穿越阈值至退高电压故障穿越阈值期间对应的无功电流暂态响应曲线持续平稳时，将无功电流作为控制器控制参量，并将无功电流暂态响应曲线的幅值作为控制器控制参量限值；
按下式确定低电压故障穿越系数：
上式中，Klow为低电压故障穿越系数，△K′为电网电压处于欠压阈值至进低电压故障穿越阈值期间对应的控制器控制参量的暂态响应曲线的变化率，△V′为电网电压处于欠压阈值至进低电压故障穿越阈值期间的电压变化率。
第二方面，提供一种SVG通用电磁暂态模型的控制参数识别装置，所述SVG通用电磁暂态模型的控制参数识别装置包括：
仿真模块，用于利用待识别的SVG的电磁暂态仿真模型进行仿真；
分析模块，用于通过在仿真环境中进行控制硬件在环试验识别所述SVG的电磁暂态仿真模型的控制参数；
其中，所述控制参数包括下述中的至少一种：稳态参数、暂态参数。
优选的，所述稳态参数为控制器对应各控制环节的PI参数，所述控制器对应控制环节包括下述中的至少一种：直流电压环、锁相环、电流内环、相间平衡控制、相内平衡控制、滤波器延时；
所述暂态参数包括下述中的至少一种：保护参数、运行参数、高低穿参数；
所述保护参数包括下述中的至少一种：过压阈值、欠压阈值；
所述运行参数包括下述中的至少一种：控制器控制参量、控制器控制参量限值；
所述高低穿参数包括下述中的至少一种：退低电压故障穿越阈值、退低电压故障穿越延时、进高电压故障穿越阈值、进高电压故障穿越延时、高电压故障穿越系数、退高电压故障穿越阈值、退高电压故障穿越延时、进低电压故障穿越阈值、进低电压故障穿越延时、低电压故障穿越系数。
进一步的，所述分析模块具体用于：
在仿真环境中进行控制硬件在环阻抗扫描试验，得到所述SVG控制器的电磁暂态仿真模型对应的阻抗特性曲线；
基于所述各控制环节对应的阻抗特性曲线识别所述SVG的电磁暂态仿真模型的稳态参数。
进一步的，所述基于所述各控制环节对应的阻抗特性曲线识别所述SVG的电磁暂态仿真模型的稳态参数，包括：
基于所述各控制环节对应的阻抗特性曲线获取各控制环节对应的开环截止频率和相位裕度；
将所述各控制器对应的开环截止频率和相位裕度代入所述各控制环节对应的参数识别方程，并求解该方程，得到各控制环节的PI参数。
进一步的，所述基于所述各控制环节对应的阻抗特性曲线识别所述SVG的电磁暂态仿真模型的稳态参数的过程中，当所述控制器控制环节为直流电压环时，基于带宽在(f1-fvdc，f1+fvdc)范围内控制器对应的阻抗特性曲线识别所述SVG的电磁暂态仿真模型直流电压环的稳态参数；
当所述控制器控制环节为锁相环时，基于带宽在(f1-ftc，f1+ftc)范围内控制器对应的阻抗特性曲线识别所述SVG的电磁暂态仿真模型锁相环的稳态参数；
当所述控制器控制环节为电流内环时，基于带宽在(0，f1+fic)范围内控制器对应的阻抗特性曲线识别所述SVG的电磁暂态仿真模型电流内环的稳态参数；
当所述控制器控制环节为滤波器延时时，基于带宽在(fdc，∞)范围内控制器对应的阻抗特性曲线识别所述SVG的电磁暂态仿真模型滤波器延时的稳态参数；
其中，f1为基波频率，fvdc为直流电压环截止频率，ftc为锁相环截止频率，fic为电流环截止频率，fdc为延时环节响应起始频率。
进一步的，所述基于所述各控制器对应的阻抗特性曲线获取各控制环节对应的开环截止频率和相位裕度，包括：
将所述各控制环节对应的阻抗特性曲线中穿越0dB线的频率作为各控制器对应的开环截止频率；
将所述各控制环节对应的阻抗特性曲线在0dB增益时各控制器对应控制环节的开环传递函数相位与180°之间的差作为各控制环节对应的相位裕度。
进一步的，所述各控制环节对应的参数识别方程的数学模型如下：
上式中，H(ωc,kp,ki)为控制器对应控制环节关于开环截止频率ωc、PI参数中的比例参数kp以及PI参数中的积分参数ki的开环传递函数，θc为控制器对应的相位裕度。
进一步的，所述分析模块具体用于：
在仿真环境中进行控制硬件在环爬坡试验，分别得到第一运行工况下和第二运行工况下所述SVG的电磁暂态仿真模型的无功功率和无功电流暂态响应曲线；
基于第一运行工况下所述SVG的电磁暂态仿真模型的无功功率和无功电流暂态响应曲线识别所述SVG的电磁暂态仿真模型中控制器的过压阈值、控制器控制参量、控制器控制参量限值、退低电压故障穿越阈值、退低电压故障穿越延时、进高电压故障穿越阈值、进高电压故障穿越延时、高电压故障穿越系数；
基于第二运行工况下所述SVG的电磁暂态仿真模型的无功功率和无功电流暂态响应曲线识别所述SVG的电磁暂态仿真模型中控制器的欠压阈值、控制器控制参量、控制器控制参量限值、退高电压故障穿越阈值、退高电压故障穿越延时、进低电压故障穿越阈值、进低电压故障穿越延时、低电压故障穿越系数。
进一步的，所述第一运行工况为电网电压由0.5p.u.到1.5p.u.的上升曲线，电压曲线斜率0.01p.u./s；
所述第二运行工况为电网电压由1.3p.u.到0p.u.的下降曲线，电压曲线斜率-0.01p.u./s。
进一步的，所述基于第一运行工况下所述SVG的电磁暂态仿真模型的无功功率和无功电流暂态响应曲线识别所述SVG的电磁暂态仿真模型中控制器的过压阈值、控制器控制参量、控制器控制参量限值、退低电压故障穿越阈值、退低电压故障穿越延时、进高电压故障穿越阈值、进高电压故障穿越延时、高电压故障穿越系数，包括：
观察所述第一运行工况下所述SVG的电磁暂态仿真模型的无功功率和无功电流暂态响应曲线；
将无功功率暂态响应曲线中无功功率由容性无功功率转换为正常给定值时对应的电网电压作为退低电压故障穿越阈值；
将电网电压上升至退低电压故障穿越阈值的时刻至无功功率暂态响应曲线中无功功率由容性无功功率转换为正常给定值的时刻之间的时间作为退低电压故障穿越延时；
将无功功率暂态响应曲线中无功功率由正常给定值转换为感性无功功率时对应的电网电压作为进高电压故障穿越阈值；
将电网电压上升至高电压故障穿越阈值的时刻至无功功率暂态响应曲线中无功功率由正常给定值转换为感性无功功率的时刻之间的时间作为进高电压故障穿越延时；
将电网电压持续上升时，无功功率暂态响应曲线中无功功率为0或无功电流暂态响应曲线为0时对应的电网电压作为过压阈值；
当电网电压处于退低电压故障穿越阈值至高电压故障穿越阈值期间对应的无功功率暂态响应曲线持续平稳时，将无功功率作为控制器控制参量，并将无功功率暂态响应曲线的幅值作为控制器控制参量限值；
当电网电压处于退低电压故障穿越阈值至高电压故障穿越阈值期间对应的无功电流暂态响应曲线持续平稳时，将无功电流作为控制器控制参量，并将无功电流暂态响应曲线的幅值作为控制器控制参量限值；
按下式确定高电压故障穿越系数：
上式中，Khigh为高电压故障穿越系数，△K为电网电压处于高电压故障穿越阈值至过压阈值期间对应的控制器控制参量的暂态响应曲线的变化率，△V为电网电压处于高电压故障穿越阈值至过压阈值期间的电压变化率。
进一步的，所述基于第二运行工况下所述SVG的电磁暂态仿真模型的无功功率和无功电流暂态响应曲线识别所述SVG的电磁暂态仿真模型中控制器的欠压阈值、控制器控制参量、控制器控制参量限值、退高电压故障穿越阈值、退高电压故障穿越延时、进低电压故障穿越阈值、进低电压故障穿越延时、低电压故障穿越系数，包括：
观察所述第二运行工况下所述SVG的电磁暂态仿真模型的无功功率和无功电流暂态响应曲线；
将无功功率暂态响应曲线中无功功率由感性无功功率转换为正常给定值时对应的电网电压作为退高电压故障穿越阈值；
将电网电压下降至退高电压故障穿越阈值的时刻至无功功率暂态响应曲线中无功功率由感性无功功率转换为正常给定值的时刻之间的时间作为退高电压故障穿越延时；
将无功功率暂态响应曲线中无功功率由正常给定值转换为容性无功功率时对应的电网电压作为进低电压故障穿越阈值；
将电网电压下降至进低电压故障穿越阈值的时刻至无功功率暂态响应曲线中无功功率由正常给定值转换为容性无功功率的时刻之间的时间作为进低电压故障穿越延时；
将电网电压持续下降时，无功功率暂态响应曲线中无功功率为0或无功电流暂态响应曲线为0时对应的电网电压作为欠压阈值；
当电网电压处于进低电压故障穿越阈值至退高电压故障穿越阈值期间对应的无功功率暂态响应曲线持续平稳时，将无功功率作为控制器控制参量，并将无功功率暂态响应曲线的幅值作为控制器控制参量限值；
当电网电压处于进低电压故障穿越阈值至退高电压故障穿越阈值期间对应的无功电流暂态响应曲线持续平稳时，将无功电流作为控制器控制参量，并将无功电流暂态响应曲线的幅值作为控制器控制参量限值；
按下式确定低电压故障穿越系数：
上式中，Klow为低电压故障穿越系数，△K′为电网电压处于欠压阈值至进低电压故障穿越阈值期间对应的控制器控制参量的暂态响应曲线的变化率，△V′为电网电压处于欠压阈值至进低电压故障穿越阈值期间的电压变化率。
第三方面，提供一种计算机设备，包括：一个或多个处理器；
所述处理器，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，实现所述的SVG通用电磁暂态模型的控制参数识别方法。
第四方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存有计算机程序，所述计算机程序被执行时，实现所述的SVG通用电磁暂态模型的控制参数识别方法。
本发明上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种有益效果：
本发明提供了一种无功补偿装置(Static VAR Generator，SVG)通用电磁暂态模型参数识别方法及装置，包括：利用待识别的SVG的电磁暂态仿真模型进行仿真；通过在仿真环境中进行控制硬件在环试验识别所述SVG的电磁暂态仿真模型的控制参数；其中，所述控制参数包括下述中的至少一种：稳态参数、暂态参数。本发明提供的技术方案相比代码封装模型有着明显的优势，具体为一下三点：
第一，控制器内部结构和逻辑功能清晰，可以更加直观地了解控制器的控制功能及响应特性；
第二，可以不依靠设备厂家的配合，高效快速地分析控制器稳定裕度，根据外部电网特征及时修改控制参数，完成控制器的性能优化；
第三，通过SVG控制器电磁暂态模型可以得到其解析模型，为分析控制器与复杂系统的相互作用提供了更直接更准确的方法。
附图说明
图1是本发明实施例的SVG通用电磁暂态模型的控制参数识别方法的主要步骤流程示意图；
图2是本发明实施例的SVG功率电路拓扑结构图；
图3是本发明实施例的锁相环传递函数方框图；
图4是本发明实施例的SVG通用电磁暂态模型的控制参数识别方法的具体实施流程图；
图5是本发明实施例的SVG通用电磁暂态模型的控制参数识别装置的主要结构框图。
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。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如背景技术中所公开的，随着新能源发电技术的飞速发展，高比例新能源电力格局已初步形成。新能源基地送端系统电力电子发电装备数量巨大，控制复杂且存在多时间尺度耦合，基地间及其与交、直流输电的动态相互作用加剧，系统的暂态过电压以及次/超同步振荡问题日益凸显，严重影响新能源送出系统安全和高效消纳。
目前，在大规模新能源发电基地交流汇集站一般都会配置25％—40％场站容量的SVG(Static VAR Generator)无功补偿装置，它在提高新能源送出功率、保证和改善电能质量方面都有着重要的作用。研究发现，SVG同新能源发电机组一样，对新能源并网过程中可能发生的暂态过电压以及次/超同步振荡问题有着重要的影响。
为了准确把握SVG的电气及控制特性，有效排查系统发生的暂态过电压及次/超同步振荡的风险，并提出有效的抑制措施，就需要搭建SVG的电磁暂态模型，准确反映其稳态阻抗特性和暂态控制特性。为保证模型精度，目前搭建电磁暂态模型普遍采用代码封装的电磁暂态模型，即设备厂家对控制代码进行加密封装，再通过控制硬件在环实时仿真技术完成模型校核，得到具有真实控制器特性的电磁暂态模型。
利用代码封装模型，研究人员可以评估SVG自身的控制特性，也可以评估在特定的电网条件下是否存在暂态过电压或者次/超同步振荡风险。若存在风险，则需要同设备厂家一起合作，通过多次迭代试验，优化控制参数，满足单机或者特定电网的要求。
但是，采用代码封装电磁暂态模型改造SVG控制器特性是具有局限性的，因为这种方法将SVG的控制策略及控制参数进行了加密封装，研究人员无法确定控制器内部结构和逻辑功能，也无法确定控制参数、计算稳定裕度，更无法直接修改控制参数，以至于无法快速定位、解决电网存在暂态过电压或者次/超同步振荡问题。只能在不考虑其内部结构和内部特性的情况下，对其涉网性能进行测试，检验控制器性能是否满足相应的要求。
为了改善上述问题，本发明提供了一种无功补偿装置(Static VAR Generator，SVG)通用电磁暂态模型参数识别方法及装置，包括：利用待识别的SVG的电磁暂态仿真模型进行仿真；通过在仿真环境中进行控制硬件在环试验识别所述SVG的电磁暂态仿真模型的控制参数；其中，所述控制参数包括下述中的至少一种：稳态参数、暂态参数。本发明提供的技术方案相比代码封装模型有着明显的优势，具体为一下三点：
第一，控制器内部结构和逻辑功能清晰，可以更加直观地了解控制器的控制功能及响应特性；
第二，可以不依靠设备厂家的配合，高效快速地分析控制器稳定裕度，根据外部电网特征及时修改控制参数，完成控制器的性能优化；
第三，通过SVG控制器电磁暂态模型可以得到其解析模型，为分析控制器与复杂系统的相互作用提供了更直接更准确的方法。
下面对上述方案进行详细阐述。
实施例1
参阅附图1，图1是本发明的一个实施例的SVG通用电磁暂态模型的控制参数识别方法的主要步骤流程示意图。如图1所示，本发明实施例中的SVG通用电磁暂态模型的控制参数识别方法主要包括以下步骤：
步骤S101：利用待识别的SVG的电磁暂态仿真模型进行仿真；
步骤S102：通过在仿真环境中进行控制硬件在环试验识别所述SVG的电磁暂态仿真模型的控制参数；
在一个应用场景中，图2为目前主流的直挂式SVG功率电路，其中SVG由多个IGBT整流模块串联构成多电平无功功率单元，通过装置滤波电感及充电电阻接入35kV电网。SVG装置通过检测补偿点电网电压U_grid和电流I_grid，控制装置发出或吸收无功功率完成无功补偿功能。SVG无功补偿装置一般采用电压外环与电流内环的双闭环控制结构。其中，电压外环用于控制SVG功率单元电容电压Udc，电流内环实现SVG的无功电流I_svg的输出。Uabc为三相电压。通常SVG根据需求分为恒功率模式、恒电压模式、恒功率因数等自动控制模式和定无功模式、定电流模式等手动控制模式。
SVG的典型控制结构中，控制环节包含锁相环、直流电压控制外环、电流控制内环、均压控制，其中均压控制包含相间均压和相内均压两个控制环节，控制环节保证控制器的稳态工作点。无功控制逻辑模块实现控制器的保护逻辑、运行逻辑、高低穿故障穿越逻辑等暂态控制特性。除此之外，还有直流电压采样处理模型完成对电容电压的采集和处理，调制信号生成模型负责驱动信号PWM波的输出。
由SVG的典型控制结构可知，通用的电磁暂态模型需要识别的参数分为稳态参数和暂态参数两个类别。因此，所述控制参数包括下述中的至少一种：稳态参数、暂态参数。所述稳态参数为控制器对应各控制环节的PI参数，所述控制器对应控制环节包括下述中的至少一种：直流电压环、锁相环、电流内环、相间平衡控制、相内平衡控制、滤波器延时；
所述暂态参数包括下述中的至少一种：保护参数、运行参数、高低穿参数；
所述保护参数包括下述中的至少一种：过压阈值、欠压阈值；
所述运行参数包括下述中的至少一种：控制器控制参量、控制器控制参量限值；
所述高低穿参数包括下述中的至少一种：退低电压故障穿越阈值、退低电压故障穿越延时、进高电压故障穿越阈值、进高电压故障穿越延时、高电压故障穿越系数、退高电压故障穿越阈值、退高电压故障穿越延时、进低电压故障穿越阈值、进低电压故障穿越延时、低电压故障穿越系数。
本实施例中，控制回路能够保证SVG按照预期的响应特性工作在稳定状态，因此，稳态参数识别主要是针对控制环节而言，利用控制硬件在环实时仿真技术对SVG实际控制器进行阻抗扫描得到控制器真实的阻抗特性曲线，通过分析阻抗特性曲线得到各个控制PI参数。不同控制环节的作用带宽不同，本发明利用这一特性，基于控制器的阻抗曲线完成SVG各个控制环节的PI参数识别，具体包含直流电压环、锁相环、电流内环、相间平衡控制、相内平衡控制PI控制参数，以及滤波器延时参数。
在说明PI控制参数的识别方法之前，需要明确两个概念：
①开环截止频率ωc：开环截止频率也称为剪切频率，是开环幅频特性中，它对应幅频特性曲线(即阻抗特性曲线)穿越0dB线的频率，记为ωc。
②相位裕度θc：是在0dB增益时开环传递函数相位与180°之间的差(单位为度)。
以锁相环为例，图3为锁相环传递函数方框图，电网电压va、vb、vc通过park变换分解为vd、vq，对vq进行PI控制得到ωt，积分后得到相角θPLL。
根据控制原理可得锁相环开环传递函数如下：
其中，kppll、kipll分别为锁相环的比例和积分控制参数，s为频率。
根据阻抗特性曲线识别锁相环开环传函的截止频率和相位裕度，可得：
通过公式求得锁相环的PI控制参数，从而完成锁相环控制参数识别。
本发明按照电流内环—>锁相环—>直流电压外环—>延时环节的顺序，对照阻抗特性曲线，逐步完成控制器对应控制环节的PI参数识别。如表1所示，一般直流电压延时环节主要影响阻抗特性的高频特性，电流内环对中低频特性均有影响，而锁相环和直流电压环作用带宽较小且关于基波对称。按照以上控制环节作用带宽不同，本发明首先识别频率影响因素单一的电流内环PI控制参数，再依次识别锁相环和直流电压环PI控制参数，最后对照高频识别延时环节。对于相间平衡控制和相内平衡控制参数则通过负序阻抗扫描曲线来修正，最终确定SVG通用电磁暂态模型的稳态控制参数。
表1
| 控制环节 | 直流电压环 | 锁相环 | 电流内环 | 延时环节 |
| 带宽 | (f1-fvdc，f1+fvdc) | (f1-ftc，f1+ftc) | (0，f1+fic) | (fdc，—) |
| 说明 | 关于基波对称 | 关于基波对称 | 中低频 | 高频 |
因此，所述通过在仿真环境中进行控制硬件在环试验识别所述SVG的电磁暂态仿真模型的控制参数，包括：
在仿真环境中进行控制硬件在环阻抗扫描试验，得到所述SVG控制器的电磁暂态仿真模型对应的阻抗特性曲线；
基于所述各控制环节对应的阻抗特性曲线识别所述SVG的电磁暂态仿真模型的稳态参数。
在一个实施方式中，所述基于所述各控制环节对应的阻抗特性曲线识别所述SVG的电磁暂态仿真模型的稳态参数，包括：
基于所述各控制环节对应的阻抗特性曲线获取各控制环节对应的开环截止频率和相位裕度；
将所述各控制器对应的开环截止频率和相位裕度代入所述各控制环节对应的参数识别方程，并求解该方程，得到各控制环节的PI参数。
在一个实施方式中，所述基于所述各控制环节对应的阻抗特性曲线识别所述SVG的电磁暂态仿真模型的稳态参数的过程中，当所述控制器控制环节为直流电压环时，基于带宽在(f1-fvdc，f1+fvdc)范围内控制器对应的阻抗特性曲线识别所述SVG的电磁暂态仿真模型直流电压环的稳态参数；
当所述控制器控制环节为锁相环时，基于带宽在(f1-ftc，f1+ftc)范围内控制器对应的阻抗特性曲线识别所述SVG的电磁暂态仿真模型锁相环的稳态参数；
当所述控制器控制环节为电流内环时，基于带宽在(0，f1+fic)范围内控制器对应的阻抗特性曲线识别所述SVG的电磁暂态仿真模型电流内环的稳态参数；
当所述控制器控制环节为滤波器延时时，基于带宽在(fdc，∞)范围内控制器对应的阻抗特性曲线识别所述SVG的电磁暂态仿真模型滤波器延时的稳态参数；
其中，f1为基波频率，fvdc为直流电压环截止频率，ftc为锁相环截止频率，fic为电流环截止频率，fdc为延时环节响应起始频率。
在一个实施方式中，所述基于所述各控制器对应的阻抗特性曲线获取各控制环节对应的开环截止频率和相位裕度，包括：
将所述各控制环节对应的阻抗特性曲线中穿越0dB线的频率作为各控制器对应的开环截止频率；
将所述各控制环节对应的阻抗特性曲线在0dB增益时各控制器对应控制环节的开环传递函数相位与180°之间的差作为各控制环节对应的相位裕度。
进一步的，所述各控制环节对应的参数识别方程的数学模型如下：
上式中，H(ωc,kp,ki)为控制器对应控制环节关于开环截止频率ωc、PI参数中的比例参数kp以及PI参数中的积分参数ki的开环传递函数，θc为控制器对应的相位裕度。
进一步的，暂态参数的识别主要分为三类，分别是保护参数、运行参数和高低穿参数。其中，保护参数主要有装置过流保护、电网过、欠压保护、直流电容过压保护阈值；运行参数包括SVG无功功率和无功电流的计算、无功功率和无功电流的限值、电网电压的实时计算等；高低穿参数包括SVG进入高低穿故障的电压阈值和延时、退出高低穿故障的电压阈值和延时，以及故障电压的计算方式。
为了精准快速完成暂态参数识别，所述通过在仿真环境中进行控制硬件在环试验识别所述SVG的电磁暂态仿真模型的控制参数，包括：
在仿真环境中进行控制硬件在环爬坡试验，分别得到第一运行工况下和第二运行工况下所述SVG的电磁暂态仿真模型的无功功率和无功电流暂态响应曲线；
基于第一运行工况下所述SVG的电磁暂态仿真模型的无功功率和无功电流暂态响应曲线识别所述SVG的电磁暂态仿真模型中控制器的过压阈值、控制器控制参量、控制器控制参量限值、退低电压故障穿越阈值、退低电压故障穿越延时、进高电压故障穿越阈值、进高电压故障穿越延时、高电压故障穿越系数；
基于第二运行工况下所述SVG的电磁暂态仿真模型的无功功率和无功电流暂态响应曲线识别所述SVG的电磁暂态仿真模型中控制器的欠压阈值、控制器控制参量、控制器控制参量限值、退高电压故障穿越阈值、退高电压故障穿越延时、进低电压故障穿越阈值、进低电压故障穿越延时、低电压故障穿越系数。
在一个实施方式中，所述第一运行工况为电网电压由0.5p.u.到1.5p.u.的上升曲线，电压曲线斜率0.01p.u./s；
所述第二运行工况为电网电压由1.3p.u.到0p.u.的下降曲线，电压曲线斜率-0.01p.u./s。
在一个实施方式中，所述基于第一运行工况下所述SVG的电磁暂态仿真模型的无功功率和无功电流暂态响应曲线识别所述SVG的电磁暂态仿真模型中控制器的过压阈值、控制器控制参量、控制器控制参量限值、退低电压故障穿越阈值、退低电压故障穿越延时、进高电压故障穿越阈值、进高电压故障穿越延时、高电压故障穿越系数，包括：
观察所述第一运行工况下所述SVG的电磁暂态仿真模型的无功功率和无功电流暂态响应曲线；
将无功功率暂态响应曲线中无功功率由容性无功功率转换为正常给定值时对应的电网电压作为退低电压故障穿越阈值；
将电网电压上升至退低电压故障穿越阈值的时刻至无功功率暂态响应曲线中无功功率由容性无功功率转换为正常给定值的时刻之间的时间作为退低电压故障穿越延时；
将无功功率暂态响应曲线中无功功率由正常给定值转换为感性无功功率时对应的电网电压作为进高电压故障穿越阈值；
将电网电压上升至高电压故障穿越阈值的时刻至无功功率暂态响应曲线中无功功率由正常给定值转换为感性无功功率的时刻之间的时间作为进高电压故障穿越延时；
将电网电压持续上升时，无功功率暂态响应曲线中无功功率为0或无功电流暂态响应曲线为0时对应的电网电压作为过压阈值；
当电网电压处于退低电压故障穿越阈值至高电压故障穿越阈值期间对应的无功功率暂态响应曲线持续平稳时，将无功功率作为控制器控制参量，并将无功功率暂态响应曲线的幅值作为控制器控制参量限值；
当电网电压处于退低电压故障穿越阈值至高电压故障穿越阈值期间对应的无功电流暂态响应曲线持续平稳时，将无功电流作为控制器控制参量，并将无功电流暂态响应曲线的幅值作为控制器控制参量限值；
按下式确定高电压故障穿越系数：
上式中，Khigh为高电压故障穿越系数，△K为电网电压处于高电压故障穿越阈值至过压阈值期间对应的控制器控制参量的暂态响应曲线的变化率，△V为电网电压处于高电压故障穿越阈值至过压阈值期间的电压变化率。
在一个实施方式中，所述基于第二运行工况下所述SVG的电磁暂态仿真模型的无功功率和无功电流暂态响应曲线识别所述SVG的电磁暂态仿真模型中控制器的欠压阈值、控制器控制参量、控制器控制参量限值、退高电压故障穿越阈值、退高电压故障穿越延时、进低电压故障穿越阈值、进低电压故障穿越延时、低电压故障穿越系数，包括：
观察所述第二运行工况下所述SVG的电磁暂态仿真模型的无功功率和无功电流暂态响应曲线；
将无功功率暂态响应曲线中无功功率由感性无功功率转换为正常给定值时对应的电网电压作为退高电压故障穿越阈值；
将电网电压下降至退高电压故障穿越阈值的时刻至无功功率暂态响应曲线中无功功率由感性无功功率转换为正常给定值的时刻之间的时间作为退高电压故障穿越延时；
将无功功率暂态响应曲线中无功功率由正常给定值转换为容性无功功率时对应的电网电压作为进低电压故障穿越阈值；
将电网电压下降至进低电压故障穿越阈值的时刻至无功功率暂态响应曲线中无功功率由正常给定值转换为容性无功功率的时刻之间的时间作为进低电压故障穿越延时；
将电网电压持续下降时，无功功率暂态响应曲线中无功功率为0或无功电流暂态响应曲线为0时对应的电网电压作为欠压阈值；
当电网电压处于进低电压故障穿越阈值至退高电压故障穿越阈值期间对应的无功功率暂态响应曲线持续平稳时，将无功功率作为控制器控制参量，并将无功功率暂态响应曲线的幅值作为控制器控制参量限值；
当电网电压处于进低电压故障穿越阈值至退高电压故障穿越阈值期间对应的无功电流暂态响应曲线持续平稳时，将无功电流作为控制器控制参量，并将无功电流暂态响应曲线的幅值作为控制器控制参量限值；
按下式确定低电压故障穿越系数：
上式中，Klow为低电压故障穿越系数，△K′为电网电压处于欠压阈值至进低电压故障穿越阈值期间对应的控制器控制参量的暂态响应曲线的变化率，△V′为电网电压处于欠压阈值至进低电压故障穿越阈值期间的电压变化率。
通过以上步骤可以得出暂态参数识别表，如表2所示。
表2
综上可知SVG通用电磁暂态模型的建模工作具体流程如图4所示：首先，基于SVG功率电路以及控制结构设计原理，搭建SVG的通用电磁暂态模型，此时模型稳态控制参数以及暂态控制逻辑待确定；然后，识别模型的控制参数，其中稳态控制参数即各个控制环节的PI参数由正、负序阻抗曲线识别得出，暂态控制参数即高低穿控制逻辑参数由电网电压爬坡曲线得出，参数结果见表2。
实施例2
基于同一种发明构思，本发明还提供了一种SVG通用电磁暂态模型的控制参数识别装置，如图5所示，所述SVG通用电磁暂态模型的控制参数识别装置包括：
仿真模块，用于利用待识别的SVG的电磁暂态仿真模型进行仿真；
分析模块，用于通过在仿真环境中进行控制硬件在环试验识别所述SVG的电磁暂态仿真模型的控制参数；
其中，所述控制参数包括下述中的至少一种：稳态参数、暂态参数。
优选的，所述稳态参数为控制器对应各控制环节的PI参数，所述控制器对应控制环节包括下述中的至少一种：直流电压环、锁相环、电流内环、相间平衡控制、相内平衡控制、滤波器延时；
所述暂态参数包括下述中的至少一种：保护参数、运行参数、高低穿参数；
所述保护参数包括下述中的至少一种：过压阈值、欠压阈值；
所述运行参数包括下述中的至少一种：控制器控制参量、控制器控制参量限值；
所述高低穿参数包括下述中的至少一种：退低电压故障穿越阈值、退低电压故障穿越延时、进高电压故障穿越阈值、进高电压故障穿越延时、高电压故障穿越系数、退高电压故障穿越阈值、退高电压故障穿越延时、进低电压故障穿越阈值、进低电压故障穿越延时、低电压故障穿越系数。
进一步的，所述分析模块具体用于：
在仿真环境中进行控制硬件在环阻抗扫描试验，得到所述SVG控制器的电磁暂态仿真模型对应的阻抗特性曲线；
基于所述各控制环节对应的阻抗特性曲线识别所述SVG的电磁暂态仿真模型的稳态参数。
进一步的，所述基于所述各控制环节对应的阻抗特性曲线识别所述SVG的电磁暂态仿真模型的稳态参数，包括：
基于所述各控制环节对应的阻抗特性曲线获取各控制环节对应的开环截止频率和相位裕度；
将所述各控制器对应的开环截止频率和相位裕度代入所述各控制环节对应的参数识别方程，并求解该方程，得到各控制环节的PI参数。
进一步的，所述基于所述各控制环节对应的阻抗特性曲线识别所述SVG的电磁暂态仿真模型的稳态参数的过程中，当所述控制器控制环节为直流电压环时，基于带宽在(f1-fvdc，f1+fvdc)范围内控制器对应的阻抗特性曲线识别所述SVG的电磁暂态仿真模型直流电压环的稳态参数；
当所述控制器控制环节为锁相环时，基于带宽在(f1-ftc，f1+ftc)范围内控制器对应的阻抗特性曲线识别所述SVG的电磁暂态仿真模型锁相环的稳态参数；
当所述控制器控制环节为电流内环时，基于带宽在(0，f1+fic)范围内控制器对应的阻抗特性曲线识别所述SVG的电磁暂态仿真模型电流内环的稳态参数；
当所述控制器控制环节为滤波器延时时，基于带宽在(fdc，∞)范围内控制器对应的阻抗特性曲线识别所述SVG的电磁暂态仿真模型滤波器延时的稳态参数；
其中，f1为基波频率，fvdc为直流电压环截止频率，ftc为锁相环截止频率，fic为电流环截止频率，fdc为延时环节响应起始频率。
进一步的，所述基于所述各控制器对应的阻抗特性曲线获取各控制环节对应的开环截止频率和相位裕度，包括：
将所述各控制环节对应的阻抗特性曲线中穿越0dB线的频率作为各控制器对应的开环截止频率；
将所述各控制环节对应的阻抗特性曲线在0dB增益时各控制器对应控制环节的开环传递函数相位与180°之间的差作为各控制环节对应的相位裕度。
进一步的，所述各控制环节对应的参数识别方程的数学模型如下：
上式中，H(ωc,kp,ki)为控制器对应控制环节关于开环截止频率ωc、PI参数中的比例参数kp以及PI参数中的积分参数ki的开环传递函数，θc为控制器对应的相位裕度。
进一步的，所述分析模块具体用于：
在仿真环境中进行控制硬件在环爬坡试验，分别得到第一运行工况下和第二运行工况下所述SVG的电磁暂态仿真模型的无功功率和无功电流暂态响应曲线；
基于第一运行工况下所述SVG的电磁暂态仿真模型的无功功率和无功电流暂态响应曲线识别所述SVG的电磁暂态仿真模型中控制器的过压阈值、控制器控制参量、控制器控制参量限值、退低电压故障穿越阈值、退低电压故障穿越延时、进高电压故障穿越阈值、进高电压故障穿越延时、高电压故障穿越系数；
基于第二运行工况下所述SVG的电磁暂态仿真模型的无功功率和无功电流暂态响应曲线识别所述SVG的电磁暂态仿真模型中控制器的欠压阈值、控制器控制参量、控制器控制参量限值、退高电压故障穿越阈值、退高电压故障穿越延时、进低电压故障穿越阈值、进低电压故障穿越延时、低电压故障穿越系数。
进一步的，所述第一运行工况为电网电压由0.5p.u.到1.5p.u.的上升曲线，电压曲线斜率0.01p.u./s；
所述第二运行工况为电网电压由1.3p.u.到0p.u.的下降曲线，电压曲线斜率-0.01p.u./s。
进一步的，所述基于第一运行工况下所述SVG的电磁暂态仿真模型的无功功率和无功电流暂态响应曲线识别所述SVG的电磁暂态仿真模型中控制器的过压阈值、控制器控制参量、控制器控制参量限值、退低电压故障穿越阈值、退低电压故障穿越延时、进高电压故障穿越阈值、进高电压故障穿越延时、高电压故障穿越系数，包括：
观察所述第一运行工况下所述SVG的电磁暂态仿真模型的无功功率和无功电流暂态响应曲线；
将无功功率暂态响应曲线中无功功率由容性无功功率转换为正常给定值时对应的电网电压作为退低电压故障穿越阈值；
将电网电压上升至退低电压故障穿越阈值的时刻至无功功率暂态响应曲线中无功功率由容性无功功率转换为正常给定值的时刻之间的时间作为退低电压故障穿越延时；
将无功功率暂态响应曲线中无功功率由正常给定值转换为感性无功功率时对应的电网电压作为进高电压故障穿越阈值；
将电网电压上升至高电压故障穿越阈值的时刻至无功功率暂态响应曲线中无功功率由正常给定值转换为感性无功功率的时刻之间的时间作为进高电压故障穿越延时；
将电网电压持续上升时，无功功率暂态响应曲线中无功功率为0或无功电流暂态响应曲线为0时对应的电网电压作为过压阈值；
当电网电压处于退低电压故障穿越阈值至高电压故障穿越阈值期间对应的无功功率暂态响应曲线持续平稳时，将无功功率作为控制器控制参量，并将无功功率暂态响应曲线的幅值作为控制器控制参量限值；
当电网电压处于退低电压故障穿越阈值至高电压故障穿越阈值期间对应的无功电流暂态响应曲线持续平稳时，将无功电流作为控制器控制参量，并将无功电流暂态响应曲线的幅值作为控制器控制参量限值；
按下式确定高电压故障穿越系数：
上式中，Khigh为高电压故障穿越系数，△K为电网电压处于高电压故障穿越阈值至过压阈值期间对应的控制器控制参量的暂态响应曲线的变化率，△V为电网电压处于高电压故障穿越阈值至过压阈值期间的电压变化率。
进一步的，所述基于第二运行工况下所述SVG的电磁暂态仿真模型的无功功率和无功电流暂态响应曲线识别所述SVG的电磁暂态仿真模型中控制器的欠压阈值、控制器控制参量、控制器控制参量限值、退高电压故障穿越阈值、退高电压故障穿越延时、进低电压故障穿越阈值、进低电压故障穿越延时、低电压故障穿越系数，包括：
观察所述第二运行工况下所述SVG的电磁暂态仿真模型的无功功率和无功电流暂态响应曲线；
将无功功率暂态响应曲线中无功功率由感性无功功率转换为正常给定值时对应的电网电压作为退高电压故障穿越阈值；
将电网电压下降至退高电压故障穿越阈值的时刻至无功功率暂态响应曲线中无功功率由感性无功功率转换为正常给定值的时刻之间的时间作为退高电压故障穿越延时；
将无功功率暂态响应曲线中无功功率由正常给定值转换为容性无功功率时对应的电网电压作为进低电压故障穿越阈值；
将电网电压下降至进低电压故障穿越阈值的时刻至无功功率暂态响应曲线中无功功率由正常给定值转换为容性无功功率的时刻之间的时间作为进低电压故障穿越延时；
将电网电压持续下降时，无功功率暂态响应曲线中无功功率为0或无功电流暂态响应曲线为0时对应的电网电压作为欠压阈值；
当电网电压处于进低电压故障穿越阈值至退高电压故障穿越阈值期间对应的无功功率暂态响应曲线持续平稳时，将无功功率作为控制器控制参量，并将无功功率暂态响应曲线的幅值作为控制器控制参量限值；
当电网电压处于进低电压故障穿越阈值至退高电压故障穿越阈值期间对应的无功电流暂态响应曲线持续平稳时，将无功电流作为控制器控制参量，并将无功电流暂态响应曲线的幅值作为控制器控制参量限值；
按下式确定低电压故障穿越系数：
上式中，Klow为低电压故障穿越系数，△K′为电网电压处于欠压阈值至进低电压故障穿越阈值期间对应的控制器控制参量的暂态响应曲线的变化率，△V′为电网电压处于欠压阈值至进低电压故障穿越阈值期间的电压变化率。
实施例3
基于同一种发明构思，本发明还提供了一种计算机设备，该计算机设备包括处理器以及存储器，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器用于执行所述计算机存储介质存储的程序指令。处理器可能是中央处理单元(CentralProcessing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital SignalProcessor、DSP)、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable GateArray，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等，其是终端的计算核心以及控制核心，其适于实现一条或一条以上指令，具体适于加载并执行计算机存储介质内一条或一条以上指令从而实现相应方法流程或相应功能，以实现上述实施例中一种SVG通用电磁暂态模型的控制参数识别方法的步骤。
实施例4
基于同一种发明构思，本发明还提供了一种存储介质，具体为计算机可读存储介质(Memory)，所述计算机可读存储介质是计算机设备中的记忆设备，用于存放程序和数据。可以理解的是，此处的计算机可读存储介质既可以包括计算机设备中的内置存储介质，当然也可以包括计算机设备所支持的扩展存储介质。计算机可读存储介质提供存储空间，该存储空间存储了终端的操作系统。并且，在该存储空间中还存放了适于被处理器加载并执行的一条或一条以上的指令，这些指令可以是一个或一个以上的计算机程序(包括程序代码)。需要说明的是，此处的计算机可读存储介质可以是高速RAM存储器，也可以是非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。可由处理器加载并执行计算机可读存储介质中存放的一条或一条以上指令，以实现上述实施例中一种SVG通用电磁暂态模型的控制参数识别方法的步骤。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：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应当理解：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，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (14)
1.一种SVG通用电磁暂态模型的控制参数识别方法，其特征在于，所述方法包括：
利用待识别的SVG的电磁暂态仿真模型进行仿真；
通过在仿真环境中进行控制硬件在环试验识别所述SVG的电磁暂态仿真模型的控制参数；
其中，所述控制参数包括下述中的至少一种：稳态参数、暂态参数；
所述稳态参数为控制器对应各控制环节的PI参数，所述控制器对应控制环节包括下述中的至少一种：直流电压环、锁相环、电流内环、相间平衡控制、相内平衡控制、滤波器延时；
所述暂态参数包括下述中的至少一种：保护参数、运行参数、高低穿参数；
所述保护参数包括下述中的至少一种：过压阈值、欠压阈值；
所述运行参数包括下述中的至少一种：控制器控制参量、控制器控制参量限值；
所述高低穿参数包括下述中的至少一种：退低电压故障穿越阈值、退低电压故障穿越延时、进高电压故障穿越阈值、进高电压故障穿越延时、高电压故障穿越系数、退高电压故障穿越阈值、退高电压故障穿越延时、进低电压故障穿越阈值、进低电压故障穿越延时、低电压故障穿越系数；
所述通过在仿真环境中进行控制硬件在环试验识别所述SVG的电磁暂态仿真模型的控制参数，包括：
在仿真环境中进行控制硬件在环爬坡试验，分别得到第一运行工况下和第二运行工况下所述SVG的电磁暂态仿真模型的无功功率和无功电流暂态响应曲线；
基于第一运行工况下所述SVG的电磁暂态仿真模型的无功功率和无功电流暂态响应曲线识别所述SVG的电磁暂态仿真模型中控制器的过压阈值、控制器控制参量、控制器控制参量限值、退低电压故障穿越阈值、退低电压故障穿越延时、进高电压故障穿越阈值、进高电压故障穿越延时、高电压故障穿越系数；
基于第二运行工况下所述SVG的电磁暂态仿真模型的无功功率和无功电流暂态响应曲线识别所述SVG的电磁暂态仿真模型中控制器的欠压阈值、控制器控制参量、控制器控制参量限值、退高电压故障穿越阈值、退高电压故障穿越延时、进低电压故障穿越阈值、进低电压故障穿越延时、低电压故障穿越系数；
所述第一运行工况为电网电压由0.5p.u.到1.5p.u.的上升曲线，电压曲线斜率0.01p.u./s；
所述第二运行工况为电网电压由1.3p.u.到0p.u.的下降曲线，电压曲线斜率-0.01p.u./s；
所述基于第一运行工况下所述SVG的电磁暂态仿真模型的无功功率和无功电流暂态响应曲线识别所述SVG的电磁暂态仿真模型中控制器的过压阈值、控制器控制参量、控制器控制参量限值、退低电压故障穿越阈值、退低电压故障穿越延时、进高电压故障穿越阈值、进高电压故障穿越延时、高电压故障穿越系数，包括：
观察所述第一运行工况下所述SVG的电磁暂态仿真模型的无功功率和无功电流暂态响应曲线；
将无功功率暂态响应曲线中无功功率由容性无功功率转换为正常给定值时对应的电网电压作为退低电压故障穿越阈值；
将电网电压上升至退低电压故障穿越阈值的时刻至无功功率暂态响应曲线中无功功率由容性无功功率转换为正常给定值的时刻之间的时间作为退低电压故障穿越延时；
将无功功率暂态响应曲线中无功功率由正常给定值转换为感性无功功率时对应的电网电压作为进高电压故障穿越阈值；
将电网电压上升至高电压故障穿越阈值的时刻至无功功率暂态响应曲线中无功功率由正常给定值转换为感性无功功率的时刻之间的时间作为进高电压故障穿越延时；
将电网电压持续上升时，无功功率暂态响应曲线中无功功率为0或无功电流暂态响应曲线为0时对应的电网电压作为过压阈值；
当电网电压处于退低电压故障穿越阈值至高电压故障穿越阈值期间对应的无功功率暂态响应曲线持续平稳时，将无功功率作为控制器控制参量，并将无功功率暂态响应曲线的幅值作为控制器控制参量限值；
当电网电压处于退低电压故障穿越阈值至高电压故障穿越阈值期间对应的无功电流暂态响应曲线持续平稳时，将无功电流作为控制器控制参量，并将无功电流暂态响应曲线的幅值作为控制器控制参量限值；
按下式确定高电压故障穿越系数：
上式中，Khigh为高电压故障穿越系数，△K为电网电压处于高电压故障穿越阈值至过压阈值期间对应的控制器控制参量的暂态响应曲线的变化率，△V为电网电压处于高电压故障穿越阈值至过压阈值期间的电压变化率；
所述基于第二运行工况下所述SVG的电磁暂态仿真模型的无功功率和无功电流暂态响应曲线识别所述SVG的电磁暂态仿真模型中控制器的欠压阈值、控制器控制参量、控制器控制参量限值、退高电压故障穿越阈值、退高电压故障穿越延时、进低电压故障穿越阈值、进低电压故障穿越延时、低电压故障穿越系数，包括：
观察所述第二运行工况下所述SVG的电磁暂态仿真模型的无功功率和无功电流暂态响应曲线；
将无功功率暂态响应曲线中无功功率由感性无功功率转换为正常给定值时对应的电网电压作为退高电压故障穿越阈值；
将电网电压下降至退高电压故障穿越阈值的时刻至无功功率暂态响应曲线中无功功率由感性无功功率转换为正常给定值的时刻之间的时间作为退高电压故障穿越延时；
将无功功率暂态响应曲线中无功功率由正常给定值转换为容性无功功率时对应的电网电压作为进低电压故障穿越阈值；
将电网电压下降至进低电压故障穿越阈值的时刻至无功功率暂态响应曲线中无功功率由正常给定值转换为容性无功功率的时刻之间的时间作为进低电压故障穿越延时；
将电网电压持续下降时，无功功率暂态响应曲线中无功功率为0或无功电流暂态响应曲线为0时对应的电网电压作为欠压阈值；
当电网电压处于进低电压故障穿越阈值至退高电压故障穿越阈值期间对应的无功功率暂态响应曲线持续平稳时，将无功功率作为控制器控制参量，并将无功功率暂态响应曲线的幅值作为控制器控制参量限值；
当电网电压处于进低电压故障穿越阈值至退高电压故障穿越阈值期间对应的无功电流暂态响应曲线持续平稳时，将无功电流作为控制器控制参量，并将无功电流暂态响应曲线的幅值作为控制器控制参量限值；
按下式确定低电压故障穿越系数：
上式中，Klow为低电压故障穿越系数，△K′为电网电压处于欠压阈值至进低电压故障穿越阈值期间对应的控制器控制参量的暂态响应曲线的变化率，△V′为电网电压处于欠压阈值至进低电压故障穿越阈值期间的电压变化率。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过在仿真环境中进行控制硬件在环试验识别所述SVG的电磁暂态仿真模型的控制参数，包括：
在仿真环境中进行控制硬件在环阻抗扫描试验，得到所述SVG控制器的电磁暂态仿真模型对应的阻抗特性曲线；
基于所述各控制环节对应的阻抗特性曲线识别所述SVG的电磁暂态仿真模型的稳态参数。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于所述各控制环节对应的阻抗特性曲线识别所述SVG的电磁暂态仿真模型的稳态参数，包括：
基于所述各控制环节对应的阻抗特性曲线获取各控制环节对应的开环截止频率和相位裕度；
将所述各控制器对应的开环截止频率和相位裕度代入所述各控制环节对应的参数识别方程，并求解该方程，得到各控制环节的PI参数。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于所述各控制环节对应的阻抗特性曲线识别所述SVG的电磁暂态仿真模型的稳态参数的过程中，当所述控制器控制环节为直流电压环时，基于带宽在(f1-fvdc，f1+fvdc)范围内控制器对应的阻抗特性曲线识别所述SVG的电磁暂态仿真模型直流电压环的稳态参数；
当所述控制器控制环节为锁相环时，基于带宽在(f1-ftc，f1+ftc)范围内控制器对应的阻抗特性曲线识别所述SVG的电磁暂态仿真模型锁相环的稳态参数；
当所述控制器控制环节为电流内环时，基于带宽在(0，f1+fic)范围内控制器对应的阻抗特性曲线识别所述SVG的电磁暂态仿真模型电流内环的稳态参数；
当所述控制器控制环节为滤波器延时时，基于带宽在(fdc，∞)范围内控制器对应的阻抗特性曲线识别所述SVG的电磁暂态仿真模型滤波器延时的稳态参数；
其中，f1为基波频率，fvdc为直流电压环截止频率，ftc为锁相环截止频率，fic为电流环截止频率，fdc为延时环节响应起始频率。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于所述各控制器对应的阻抗特性曲线获取各控制环节对应的开环截止频率和相位裕度，包括：
将所述各控制环节对应的阻抗特性曲线中穿越0dB线的频率作为各控制器对应的开环截止频率；
将所述各控制环节对应的阻抗特性曲线在0dB增益时各控制器对应控制环节的开环传递函数相位与180°之间的差作为各控制环节对应的相位裕度。
6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述各控制环节对应的参数识别方程的数学模型如下：
上式中，H(ωc,kp,ki)为控制器对应控制环节关于开环截止频率ωc、PI参数中的比例参数kp以及PI参数中的积分参数ki的开环传递函数，θc为控制器对应的相位裕度。
7.一种SVG通用电磁暂态模型的控制参数识别装置，其特征在于，所述装置包括：
仿真模块，用于利用待识别的SVG的电磁暂态仿真模型进行仿真；
分析模块，用于通过在仿真环境中进行控制硬件在环试验识别所述SVG的电磁暂态仿真模型的控制参数；
其中，所述控制参数包括下述中的至少一种：稳态参数、暂态参数；
所述稳态参数为控制器对应各控制环节的PI参数，所述控制器对应控制环节包括下述中的至少一种：直流电压环、锁相环、电流内环、相间平衡控制、相内平衡控制、滤波器延时；
所述暂态参数包括下述中的至少一种：保护参数、运行参数、高低穿参数；
所述保护参数包括下述中的至少一种：过压阈值、欠压阈值；
所述运行参数包括下述中的至少一种：控制器控制参量、控制器控制参量限值；
所述高低穿参数包括下述中的至少一种：退低电压故障穿越阈值、退低电压故障穿越延时、进高电压故障穿越阈值、进高电压故障穿越延时、高电压故障穿越系数、退高电压故障穿越阈值、退高电压故障穿越延时、进低电压故障穿越阈值、进低电压故障穿越延时、低电压故障穿越系数；
所述分析模块具体用于：
在仿真环境中进行控制硬件在环爬坡试验，分别得到第一运行工况下和第二运行工况下所述SVG的电磁暂态仿真模型的无功功率和无功电流暂态响应曲线；
基于第一运行工况下所述SVG的电磁暂态仿真模型的无功功率和无功电流暂态响应曲线识别所述SVG的电磁暂态仿真模型中控制器的过压阈值、控制器控制参量、控制器控制参量限值、退低电压故障穿越阈值、退低电压故障穿越延时、进高电压故障穿越阈值、进高电压故障穿越延时、高电压故障穿越系数；
基于第二运行工况下所述SVG的电磁暂态仿真模型的无功功率和无功电流暂态响应曲线识别所述SVG的电磁暂态仿真模型中控制器的欠压阈值、控制器控制参量、控制器控制参量限值、退高电压故障穿越阈值、退高电压故障穿越延时、进低电压故障穿越阈值、进低电压故障穿越延时、低电压故障穿越系数；
所述第一运行工况为电网电压由0.5p.u.到1.5p.u.的上升曲线，电压曲线斜率0.01p.u./s；
所述第二运行工况为电网电压由1.3p.u.到0p.u.的下降曲线，电压曲线斜率-0.01p.u./s；
所述基于第一运行工况下所述SVG的电磁暂态仿真模型的无功功率和无功电流暂态响应曲线识别所述SVG的电磁暂态仿真模型中控制器的过压阈值、控制器控制参量、控制器控制参量限值、退低电压故障穿越阈值、退低电压故障穿越延时、进高电压故障穿越阈值、进高电压故障穿越延时、高电压故障穿越系数，包括：
观察所述第一运行工况下所述SVG的电磁暂态仿真模型的无功功率和无功电流暂态响应曲线；
将无功功率暂态响应曲线中无功功率由容性无功功率转换为正常给定值时对应的电网电压作为退低电压故障穿越阈值；
将电网电压上升至退低电压故障穿越阈值的时刻至无功功率暂态响应曲线中无功功率由容性无功功率转换为正常给定值的时刻之间的时间作为退低电压故障穿越延时；
将无功功率暂态响应曲线中无功功率由正常给定值转换为感性无功功率时对应的电网电压作为进高电压故障穿越阈值；
将电网电压上升至高电压故障穿越阈值的时刻至无功功率暂态响应曲线中无功功率由正常给定值转换为感性无功功率的时刻之间的时间作为进高电压故障穿越延时；
将电网电压持续上升时，无功功率暂态响应曲线中无功功率为0或无功电流暂态响应曲线为0时对应的电网电压作为过压阈值；
当电网电压处于退低电压故障穿越阈值至高电压故障穿越阈值期间对应的无功功率暂态响应曲线持续平稳时，将无功功率作为控制器控制参量，并将无功功率暂态响应曲线的幅值作为控制器控制参量限值；
当电网电压处于退低电压故障穿越阈值至高电压故障穿越阈值期间对应的无功电流暂态响应曲线持续平稳时，将无功电流作为控制器控制参量，并将无功电流暂态响应曲线的幅值作为控制器控制参量限值；
按下式确定高电压故障穿越系数：
上式中，Khigh为高电压故障穿越系数，△K为电网电压处于高电压故障穿越阈值至过压阈值期间对应的控制器控制参量的暂态响应曲线的变化率，△V为电网电压处于高电压故障穿越阈值至过压阈值期间的电压变化率；
所述基于第二运行工况下所述SVG的电磁暂态仿真模型的无功功率和无功电流暂态响应曲线识别所述SVG的电磁暂态仿真模型中控制器的欠压阈值、控制器控制参量、控制器控制参量限值、退高电压故障穿越阈值、退高电压故障穿越延时、进低电压故障穿越阈值、进低电压故障穿越延时、低电压故障穿越系数，包括：
观察所述第二运行工况下所述SVG的电磁暂态仿真模型的无功功率和无功电流暂态响应曲线；
将无功功率暂态响应曲线中无功功率由感性无功功率转换为正常给定值时对应的电网电压作为退高电压故障穿越阈值；
将电网电压下降至退高电压故障穿越阈值的时刻至无功功率暂态响应曲线中无功功率由感性无功功率转换为正常给定值的时刻之间的时间作为退高电压故障穿越延时；
将无功功率暂态响应曲线中无功功率由正常给定值转换为容性无功功率时对应的电网电压作为进低电压故障穿越阈值；
将电网电压下降至进低电压故障穿越阈值的时刻至无功功率暂态响应曲线中无功功率由正常给定值转换为容性无功功率的时刻之间的时间作为进低电压故障穿越延时；
将电网电压持续下降时，无功功率暂态响应曲线中无功功率为0或无功电流暂态响应曲线为0时对应的电网电压作为欠压阈值；
当电网电压处于进低电压故障穿越阈值至退高电压故障穿越阈值期间对应的无功功率暂态响应曲线持续平稳时，将无功功率作为控制器控制参量，并将无功功率暂态响应曲线的幅值作为控制器控制参量限值；
当电网电压处于进低电压故障穿越阈值至退高电压故障穿越阈值期间对应的无功电流暂态响应曲线持续平稳时，将无功电流作为控制器控制参量，并将无功电流暂态响应曲线的幅值作为控制器控制参量限值；
按下式确定低电压故障穿越系数：
上式中，Klow为低电压故障穿越系数，△K′为电网电压处于欠压阈值至进低电压故障穿越阈值期间对应的控制器控制参量的暂态响应曲线的变化率，△V′为电网电压处于欠压阈值至进低电压故障穿越阈值期间的电压变化率。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述分析模块具体用于：
在仿真环境中进行控制硬件在环阻抗扫描试验，得到所述SVG控制器的电磁暂态仿真模型对应的阻抗特性曲线；
基于所述各控制环节对应的阻抗特性曲线识别所述SVG的电磁暂态仿真模型的稳态参数。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述基于所述各控制环节对应的阻抗特性曲线识别所述SVG的电磁暂态仿真模型的稳态参数，包括：
基于所述各控制环节对应的阻抗特性曲线获取各控制环节对应的开环截止频率和相位裕度；
将所述各控制器对应的开环截止频率和相位裕度代入所述各控制环节对应的参数识别方程，并求解该方程，得到各控制环节的PI参数。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述基于所述各控制环节对应的阻抗特性曲线识别所述SVG的电磁暂态仿真模型的稳态参数的过程中，当所述控制器控制环节为直流电压环时，基于带宽在(f1-fvdc，f1+fvdc)范围内控制器对应的阻抗特性曲线识别所述SVG的电磁暂态仿真模型直流电压环的稳态参数；
当所述控制器控制环节为锁相环时，基于带宽在(f1-ftc，f1+ftc)范围内控制器对应的阻抗特性曲线识别所述SVG的电磁暂态仿真模型锁相环的稳态参数；
当所述控制器控制环节为电流内环时，基于带宽在(0，f1+fic)范围内控制器对应的阻抗特性曲线识别所述SVG的电磁暂态仿真模型电流内环的稳态参数；
当所述控制器控制环节为滤波器延时时，基于带宽在(fdc，∞)范围内控制器对应的阻抗特性曲线识别所述SVG的电磁暂态仿真模型滤波器延时的稳态参数；
其中，f1为基波频率，fvdc为直流电压环截止频率，ftc为锁相环截止频率，fic为电流环截止频率，fdc为延时环节响应起始频率。
11.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述基于所述各控制器对应的阻抗特性曲线获取各控制环节对应的开环截止频率和相位裕度，包括：
将所述各控制环节对应的阻抗特性曲线中穿越0dB线的频率作为各控制器对应的开环截止频率；
将所述各控制环节对应的阻抗特性曲线在0dB增益时各控制器对应控制环节的开环传递函数相位与180°之间的差作为各控制环节对应的相位裕度。
12.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述各控制环节对应的参数识别方程的数学模型如下：
上式中，H(ωc,kp,ki)为控制器对应控制环节关于开环截止频率ωc、PI参数中的比例参数kp以及PI参数中的积分参数ki的开环传递函数，θc为控制器对应的相位裕度。
13.一种计算机设备，其特征在于，包括：一个或多个处理器；
所述处理器，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，实现如权利要求1至6中任意一项所述的SVG通用电磁暂态模型的控制参数识别方法。
14.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存有计算机程序，所述计算机程序被执行时，实现如权利要求1至6中任意一项所述的SVG通用电磁暂态模型的控制参数识别方法。
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| CN116470522A (zh) | 2023-07-21 |
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