新能源风机场站暂态过电压量化估计与抑制方法及系统

技术领域

本发明涉及暂态过电压分析及抑制领域，特别是涉及一种新能源直驱风机场站暂态过电压量化估计与抑制方法及系统。

背景技术

随着双碳目标的提出，传统的火力发电等发电方式逐渐被风电、光伏等新能源发电所替代。新能源与高压直流输电等设备大规模接入到电力系统当中，使得电力系统呈现出“双高”的特点，即高渗透率的可再生能源与高比例电力电子装备的新一代电力系统。由于大规模新能源通过交直流系统远距离输送至负荷端，在发生短路等故障扰动时，大量新能源等电力电子设备无法提供短路容量，高比例电力电子化电力系统的电压支撑能力较差。因此，故障等扰动易造成系统电压大的波动，新能源等电力电子设备会出现暂态过电压问题，当电压超过新能源可承受的峰值时，会引起新能源大规模脱网，对新能源外送能力和电力系统安全稳定运行带来严重威胁。因此，分析新能源暂态过电压的产生机理与影响因素，提出满足工程需求的暂态过电压计算方法十分重要。

目前，在暂态过电压的分析方法层面，主要有过电压解析计算法、机电暂态仿真法、电磁暂态仿真法等。现有文献分析时使用无功功率和短路容量得到了暂态过电压近似简化算法，该方法计算形式简单。现有文献分析时通过忽略有功和电阻的影响，使用新能源输出的无功功率与系统电抗推导出了暂态过电压计算公式，并指出系统电压支撑强度越低，暂态过电压越严重。现有文献通过分析风电、直流与系统间的功率传输关系，根据潮流计算推导出了考虑风机低穿与直流闭锁影响下的暂态电压。现有文献利用机电暂态仿真方法研究分析了不同低电压穿越控制参数对于直流故障引起过电压的影响特性问题。现有文献使用电磁暂态仿真软件，研究了控制策略与参数对故障过程中机端过电压水平的影响。现有文献提出了无功功率短路比的概念,并在此基础上给出了直流闭锁暂态过电压计算方法。现有文献从机电暂态角度推导出了考虑低电压穿越控制影响的新能源暂态过电压表达式，但其中低电压穿越控制期间有功输出设置为零，并没有分析当新能源具有有功输出时对暂态过电压的影响。

对于过电压的计算方法，大多基于功率–电压关系对暂态过电压水平进行理论推导或利用近似公式进行估算。利用功率来估算暂态过电压时，难以计及低电压穿越时新能源控制参数对过电压的影响，只能借助输出功率粗略地计算。并且对控制参数进行优化时，难以有效地根据上述计算方法进行分析计算，而更多基于仿真方法进行验证。

发明内容

本发明的目的是提供一种新能源风机场站暂态过电压量化估计与抑制方法及系统，在新能源低电压穿越控制过程中既考虑含有有功输出，也有无功输出，并给出了既有新能源输出的有功电流，也含有无功电流的过电压计算公式。另外，考虑了添加无功补偿设备SVG对新能源过电压的影响，并给出了考虑SVG后的控制参数优化方法。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种新能源风机场站暂态过电压量化估计与抑制方法，所述方法包括：

对新能源风机场站中发生短路故障的风机进行暂态过电压过程分析，将所述暂态过电压过程划分多个阶段，并分析出现新能源机端工频过电压峰值的阶段；

确定出现新能源机端工频过电压峰值的阶段中新能源机端输出的有功电流和无功电流，并基于所述有功电流和所述无功电流确定新能源机端暂态过电压的峰值表达式，基于所述新能源机端暂态过电压的峰值表达式对暂态过电压进行量化估计；所述新能源机端暂态过电压的峰值表达式包括第一暂态过电压的峰值表达式和第二暂态过电压的峰值表达式；所述第一暂态过电压的峰值表达式为风机中未添加无功功率补偿设备的暂态过电压的峰值表达式；所述第二暂态过电压的峰值表达式为风机中添加所述无功功率补偿设备的暂态过电压的峰值表达式；

基于所述新能源机端暂态过电压的峰值表达式确定新能源机端暂态过电压的影响因素及各所述影响因素对应的影响规律；所述影响因素包括无功功率补偿对新能源机端暂态过电压的影响、无功电流控制系数对新能源机端暂态过电压的影响、有功电流控制系数对新能源机端暂态过电压的影响、系统短路比对新能源机端暂态过电压的影响以及交流线路长度对新能源机端暂态过电压的影响；

根据所述影响因素对应的影响规律确定抑制暂态过电压的无功比例系数值范围；所述无功比例系数值范围是基于所述第二暂态过电压的峰值表达式计算得出；在所述无功比例系数值范围内所述暂态过电压的值小于过电压脱网限制值。

可选的，确定出现新能源机端工频过电压峰值的阶段中新能源机端输出的有功电流和无功电流，并基于所述有功电流和所述无功电流确定新能源机端暂态过电压的峰值表达式，具体包括：

构建新能源场站发生短路故障后的单机无穷大等效电路；在所述等效电路中，新能源风机等效为电流源；

根据所述等效电路、所述有功电流和所述无功电流构建电压电流相量图；

根据所述电压电流相量图确定所述新能源机端暂态过电压的峰值表达式。

可选的，所述第一暂态过电压的峰值表达式为：

；

其中，

式中，U

可选的，所述第二暂态过电压的峰值表达式为：

；

其中，I

可选的，根据所述影响因素对应的影响规律确定抑制暂态过电压的无功比例系数值范围，具体包括：

令添加所述无功功率补偿设备的暂态过电压的峰值等于所述过电压脱网限制值，求解出无功电流控制系数上限值；

基于所述无功电流控制系数上限值确定抑制暂态过电压的所述无功比例系数值范围。

本发明还提供一种新能源风机场站暂态过电压量化估计与抑制系统，所述系统包括：

暂态过电压过程分析模块，用于对新能源风机场站中发生短路故障的风机进行暂态过电压过程分析，将所述暂态过电压过程划分多个阶段，并分析出现新能源机端工频过电压峰值的阶段；

暂态过电压量化估计模块，用于确定出现新能源机端工频过电压峰值的阶段中新能源机端输出的有功电流和无功电流，并基于所述有功电流和所述无功电流确定新能源机端暂态过电压的峰值表达式，基于所述新能源机端暂态过电压的峰值表达式对暂态过电压进行量化估计；所述新能源机端暂态过电压的峰值表达式包括第一暂态过电压的峰值表达式和第二暂态过电压的峰值表达式；所述第一暂态过电压的峰值表达式为风机中未添加无功功率补偿设备的暂态过电压的峰值表达式；所述第二暂态过电压的峰值表达式为风机中添加无功功率补偿设备的暂态过电压的峰值表达式；

暂态过电压峰值影响因素及影响规律分析模块，用于基于所述新能源机端暂态过电压的峰值表达式确定新能源机端暂态过电压的影响因素及各所述影响因素对应的影响规律；所述影响因素包括无功功率补偿对新能源机端暂态过电压的影响、无功电流控制系数对新能源机端暂态过电压的影响、有功电流控制系数对新能源机端暂态过电压的影响、系统短路比对新能源机端暂态过电压的影响以及交流线路长度对新能源机端暂态过电压的影响；

无功比例系数值范围确定模块，用于根据所述影响因素对应的影响规律确定抑制暂态过电压的无功比例系数值范围；所述无功比例系数值范围是基于所述第二暂态过电压的峰值表达式计算得出的；在所述无功比例系数值范围内所述暂态过电压的值小于过电压脱网限制值。

可选的，所述暂态过电压量化估计模块具体包括：

等效电路构建单元，用于构建新能源场站发生短路故障后的单机无穷大等效电路；在所述等效电路中，新能源风机等效为电流源；

相量图构建单元，用于根据所述等效电路、所述有功电流和所述无功电流构建电压电流相量图；

峰值表达式确定单元，用于根据所述电压电流相量图确定所述新能源机端暂态过电压的峰值表达式。

可选的，所述第一暂态过电压的峰值表达式为：

；

其中，

式中，U

可选的，所述第二暂态过电压的峰值表达式为：

；

其中，I

可选的，所述无功比例系数值范围确定模块具体包括：

求解单元，用于令添加所述无功功率补偿设备的暂态过电压的峰值等于所述过电压脱网限制值，求解出无功电流控制系数上限值；

暂态过电压抑制调控单元，用于基于所述无功电流控制系数上限值确定抑制暂态过电压的所述无功比例系数值范围。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供一种新能源风机场站暂态过电压量化估计与抑制方法及系统，在新能源低电压穿越控制过程中既考虑含有有功输出，也有无功输出，并给出了既有新能源输出的有功电流，也含有无功电流的过电压计算公式。另外，考虑了添加无功补偿设备SVG对新能源过电压的影响，并给出了考虑SVG后的控制参数优化方法，弥补了现有技术中没有考虑无功补偿设备对新能源过电压的影响的研究空白，更全面的了解新能源风机过电压特性，以便指导风机系统避免出现过电压情况所采取的措施，保证新能源风机系统的安全运行。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提供的一种新能源风机场站暂态过电压量化估计与抑制方法流程图；

图2为本发明实施例一提供的暂态过程阶段划分示意图；

图3为本发明实施例一提供的风机系统等效电路；

图4为本发明实施例一提供的第Ⅲ阶段时系统相量图；

图5为本发明实施例一提供的添加SVG时系统结构及SVG控制示意图

图6为本发明实施例一提供的SVG电量相量图；

图7为本发明实施例一提供的新能源机端电压随β的变化曲线图；

图8为本发明实施例一提供的新能源机端电压随α的变化曲线图；

图9为本发明实施例一提供的新能源机端电压随SCR的变化曲线图；

图10为本发明实施例一提供的添加与不添加SVG时的过电压示意图；

图11为本发明实施例一提供的通过优化控制参数时的暂态过电压示意图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种新能源风机场站暂态过电压量化估计与抑制方法及系统，在新能源低电压穿越控制过程中既考虑含有有功输出，也有无功输出，并给出了既有新能源输出的有功电流，也含有无功电流的过电压计算公式。另外，考虑了添加无功补偿设备SVG对新能源过电压的影响，并给出了考虑SVG后的控制参数优化方法。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

如图1所示，本实施例提供一种新能源风机场站暂态过电压量化估计与抑制方法，所述方法包括：

S1：对新能源风机场站中发生短路故障的风机进行暂态过电压过程分析，将所述暂态过电压过程划分多个阶段，并分析出现新能源机端工频过电压峰值的阶段。

当新能源风机场站中某一风机发生短路故障使得新能源场站的母线电压低于所设定的低电压穿越阈值电压时，新能源网侧逆变器由正常控制模式转换至低电压穿越控制模式，在风机系统短路故障期间新能源风机输出的有功功率会减小，并发出大量无功功率。故障清除后，在电压恢复过程中，由于新能源网侧逆变器的无功控制响应滞后的原因，使得新能源在电压恢复过程中仍会发出大量无功功率，从而引起新能源机端过电压的产生。由此可以看出，新能源网侧逆变器低电压穿越控制响应迟后等原因会导致新能源过电压的产生。根据新能源网侧逆变器控制策略的不同，可将新能源暂态过电压过程划分为如图2所示的四个阶段。新能源暂态过电压过程的示意图如图2。下面将分别针对这四个阶段进行分析。

第Ⅰ阶段 正常工作阶段（t

新能源风机网侧逆变器采用内外环控制。其中内环为电流环，分析中不考虑电流内环的动态影响，近似认为电流实际值等于外环给出的电流参考值。外环用于提供电流参考值，正常运行时有功外环采用定直流电压控制。无功外环采用定无功控制，且无功参考值为0，即只发有功功率。

第Ⅱ阶段 短路故障阶段（t1

发生三相短路故障之后，风机网侧逆变器外环由正常运行时的控制策略转换为低电压穿越期间的控制策略。在低电压穿越过程中，有功电流参考值由低电压控制给出，有功电流参考值为：

（1）

其中，I

低电压穿越期间的无功电流控制策略由下式表示：

（2）

式中：i

为了方便地进行表示无功和有功电流参考值，这里使用无功电流控制系数α来表示低电压穿越期间的无功电流参考值，可表示为：

（3）

其中，

对于不同的电压跌落程度，α视为是一个常数。

使用有功电流控制系数β表示低电压穿越期间的有功电流，可以表示为：

（4）

其中

第Ⅲ阶段 故障清除后短时间段内（t2

在故障清除后，新能源机端电压从短路故障的低电压水平恢复到正常水平附近的这一短时间段内，由于新能源电压检测存在延迟、有功、无功控制响应滞后等原因，在故障清除后的这一短时阶段内，新能源无法立即转换至正常运行时的控制策略，而仍保持在故障期间的低电压穿越控制策略。在这一阶段，新能源的机端可能会出现暂态过电压问题，所以主要对这一阶段的暂态电压进行量化分析。

第Ⅳ阶段 恢复阶段（t>t3）

当检测到新能源机端电压到达退出低电压穿越控制的阈值电压并经过第Ⅲ阶段后，电网侧逆变器的控制模式由低电压穿越期间的控制切换至正常运行时的控制策略，直至功率恢复正常水平。在这一阶段，新能源机端过电压问题相对于第Ⅲ阶段并不明显，所以不针对此阶段做过电压定量分析。

对于具有高电压穿越控制的新能源，在新能源退出低电压穿越控制后，由于从正常运行的控制策略转换至高电压穿越控制也存在一定延迟，新能源过电压峰值会在其进入高电压穿越控制之前出现，所以分析过电压问题时没有计及高电压穿越控制的影响。

S2：确定出现新能源机端工频过电压峰值的阶段中新能源机端输出的有功电流和无功电流，并基于所述有功电流和所述无功电流确定新能源机端暂态过电压的峰值表达式，基于所述新能源机端暂态过电压的峰值表达式对暂态过电压进行量化估计；所述新能源机端暂态过电压的峰值表达式包括第一暂态过电压的峰值表达式和第二暂态过电压的峰值表达式；所述第一暂态过电压的峰值表达式为风机中未添加无功功率补偿设备的暂态过电压的峰值表达式；所述第二暂态过电压的峰值表达式为风机中添加无功功率补偿设备的暂态过电压的峰值表达式。

其中，步骤S2包括：

（1）构建新能源场站发生短路故障后的单机无穷大等效电路；在所述等效电路中，新能源风机等效为电流源。

（2）根据所述等效电路、所述有功电流和所述无功电流构建电压电流相量图。

（3）根据所述电压电流相量图确定所述新能源机端暂态过电压的峰值表达式。

下面为步骤S2更具体的分析过程：

新能源暂态过电压的定量分析计算主要针对系统三相短路故障清除后，在电压恢复过程中出现过电压峰值的那一时刻，由于新能源低电压穿越控制响应滞后、信号检测延时等原因导致的过电压问题。从稳态角度出发，不考虑锁相环、电流控制内环的动态过程，采用稳态分析方法利用相量关系来推导新能源由于控制响应滞后等因素影响下的暂态过电压峰值。

采用单机无穷大系统来定量计算发生三相短路故障所导致的新能源机端过电压问题。系统等效电路图如图3，其中，风机等效为一个电流源。

图3中，U

（5）

按照前面的分析，在第Ⅲ阶段会出现机端工频过电压峰值。在这一阶段新能源仍处于低电压穿越控制，新能源输出的有功电流为：

；

新能源输出的无功电流为：

；

系统等效电势与系统阻抗都保持为定值，其对应的相量图如图4所示，相量图为只有新能源风机情况下的相量图，不包括无功补偿设备SVG；但是加上无功补偿SVG后的相量图仍与此相量图相似，所以添加SVG后的过电压公式也可以基于此相量图推出。

根据相量图的电量关系，可以求出新能源机端暂态过电压的峰值，即风机中未加入无功功率补偿设备的暂态过电压的峰值表达式为：

（6）

由式（6）可以看出，新能源机端暂态电压峰值U

对于风机中添加无功功率补偿设备的暂态过电压的峰值表达式的推理过程在步骤S3中分析添加SVG时对新能源机端过电压的影响时做了具体分析。

S3：基于所述新能源机端暂态过电压的峰值表达式确定新能源机端暂态过电压的影响因素及各所述影响因素对应的影响规律；所述影响因素包括无功功率补偿对新能源机端暂态过电压的影响、无功电流控制系数对新能源机端暂态过电压的影响、有功电流控制系数对新能源机端暂态过电压的影响、系统短路比对新能源机端暂态过电压的影响以及交流线路长度对新能源机端暂态过电压的影响。

1）无功电流控制系数的影响

根据式（6）可以得出暂态电压峰值U

（7）

令一阶偏导数

（8）

分子的正负情况就是一阶偏导数的正负情况。对N1求一阶偏导数，

（9）

随着α的增大，

（10）

短路比（SCR）指标常被用来衡量系统强度，其定义为系统短路容量与设备容量的比值：

（11）

其中U

由此可以得出：

（12）

在常见取值情况下，α<α

2）有功电流控制系数的影响

根据式（6）可以得出暂态电压峰值U

（13）

令一阶偏导数

（14）

在一般情况下，假设

（15）

当β>β

3）系统短路比对暂态过电压峰值影响

新能源机端过电压与系统短路比密切相关，本部分将分析系统短路比对过电压的影响。

当系统以新能源额定容量、系统电压为基准值进行标幺化时，式（6）可以被改写为如下形式，

（16）

新能源暂态电压峰值U

（17）

其中，

可以看出其分子是随SCR的增大而减小的，可以计算分子为零时的临界SCR，即

（18）

一般情况下，考虑β接近于0，0<α<1.2且X/R>1时，可以推出D

4）交流线路长度对新能源机端过电压峰值的影响

系统中交流线路长度不同也会导致新能源机端过电压的变化，本部分主要讨论新能源过电压与交流线路长度的关系。

将式（6）中阻抗的交流线路部分的电阻与电抗用交流线路的长度乘以单位长度的电阻、电抗进行表示：

（19）

其中r代表单位长度交流线路的电阻，x代表单位长度交流线路电抗，

令过电压峰值对交流线路长度求偏导数：

（20）

其中

令分子为D

（21）

分子随L的增大而减小，令D

（22）

可以发现当L

5）考虑添加SVG时对新能源机端过电压的影响

当风机系统中加入无功功率补偿设备SVG时，如图5所示，图中，U

（23）

其中，

当在短路故障SVG到达稳态工况时，在忽略其内部损耗的情况下，此时

（24）

其中，X

与新能源风机类似，由于无功功率补偿设备SVG电压检测、控制响应等环节存在延时，在系统电压恢复后，无功功率补偿设备SVG还会处于故障阶段的控制策略，因此仍会向系统中超发输出一定的无功功率，由式（6）和SVG相量图可以得出此时的新能源机端过电压峰值，即风机中为加入无功功率补偿设备的暂态过电压的峰值表达式为：

（25）/>

其中

下面使U

（26）

将上式通分后，令其分子为：

（27）

对N3求一阶偏导数可得：

（28）

当假设风机输出有功、无功电流接近且线路阻抗比远大于1，随着I

（29）

由上面推导看出，I

S4：根据所述影响因素对应的影响规律确定抑制暂态过电压的无功比例系数值范围；所述无功比例系数值范围是基于所述第二暂态过电压的峰值表达式计算得出的；在所述无功比例系数值范围内所述暂态过电压的值小于过电压脱网限制值。

当加入无功补偿装置SVG后，将加剧新能源机端暂态过电压问题。此时为了不使新能源暂态电压超过脱网限制值，本步骤给出一种控制参数的优化方法以有效抑制新能源暂态过电压。

其中，步骤S4具体包括：

（1）令添加所述无功功率补偿设备的暂态过电压的峰值等于所述过电压脱网限制值，求解出无功电流控制系数上限值。

（2）基于所述无功电流控制系数上限值确定抑制暂态过电压的无功比例系数值范围。

步骤S4更为具体的分析过程为：

当添加SVG后暂态过电压峰值的计算式为式（25），过电压超过脱网限制值U

（30）

那么可以解得相应的无功电流控制系数：

（31）

在添加SVG后，向系统输出的总无功电流为新能源与SVG输出无功电流的总和。当系统电抗与电阻比远大于1且系统短路比（SCR）较大时，添加SVG后的总无功电流值仍会小于由前面所推出的无功电流的临界值

下面为本发明方案的仿真过程：

仿真中搭建如图3、图5所示的系统模型，采用5000台直驱风机的聚合模型来模拟新能源场站，正常运行时新能源输出有功功率为8000MW，新能源经交流线路接到220kV无穷大电网。计算中所有电量采用标幺值表示，取基准容量值为8000 MW，基准电压为220kV。

1）改变有功电流参考值时的过电压计算

仿真条件：本部分主要研究改变有功电流控制系数对机端过电压的影响，在低电压穿越时设置无功电流参考值为一个固定值并保持不变。其中变压器电抗为0.1pu，交流线路单位长度电抗为1.28×10

表1 过电压仿真与计算对比

根据式（6）可以分别计算出不同β下的暂态过电压峰值的理论计算值。由表1可以看出，随着有功电流控制系数β的增大，在设置相同的三相短路故障情况下，新能源机端暂态过电压峰值是逐渐减小的，且过电压的理论计算值与仿真值变化趋势基本一致。从仿真结果来看，为了降低新能源机端暂态过电压可适当提高有功电流控制系数。但是通过改变低电压穿越期间的有功电流控制系数即改变有功功率输出的大小对于新能源机端过电压总体影响不大，有功电流控制系数β有较大改变时所对应的暂态过电压峰值相差较小。

2）改变无功电流控制系数数值的过电压计算

计算条件：保持有功电流控制系数为0.625不变，低电压穿越阈值设定为0.9pu，设置相同的三相短路故障。分别测试无功比例系数K

表2 过电压仿真与计算对比

由表2可以看出，随着无功电流的比例系数K

3）改变系统短路比时的过电压计算

计算条件：保持有功电流控制系数为0.8125不变，无功电流比例系数K

根据式（1）与（2）可以分别计算出不同短路比下的无功电流控制系数α与有功电流控制系数β，并带入式（6）可以计算出相应的新能源机端暂态过电压峰值。计算结果如下表。新能源暂态过电压峰值的仿真值与计算值如表3，新能源机端暂态过电压波形图如图9所示。

表3 过电压仿真与计算对比

由表3可以看出，随着系统短路比SCR的增大，在设置相同的三相短路故障情况下，新能源机端暂态过电压也发生较大变化，风机机端过电压会随系统短路比的增大而逐渐减小。也就是当系统电压支撑强度越大时，相应的在短路故障清除之后，新能源机端过电压会越小。同时可以看出，系统短路比越小时交流线路长度越长，随着交流线路的增长新能源暂态过电压也随之变大。根据式（6）可以得出过电压峰值的理论计算值，与过电压峰值的仿真值进行对比可以发现仿真结果与理论计算值比较接近，且计算值与仿真值的变化规律基本一致。仿真结果与前面的单调性分析结果也基本一致。。

4）添加SVG时的暂态过电压仿真验证

仿真条件：保持风机在低电压穿越时有功电流比例系数为0.75，无功比例系数K

表4 过电压仿真与计算对比

由表4可以看出，当在系统中添加SVG时，在设置相同的三相短路故障情况下，新能源机端过电压峰值会随SVG的添加而增加。也就是当新能源处添加SVG时，相应的在短路故障清除之后，由于SVG控制的滞后性，将导致其向系统输送更多的不平衡无功进而使得过电压问题更为严重。根据式（25）可以得出过电压峰值的理论计算值，与过电压峰值的仿真值进行对比可以发现仿真结果与理论计算值比较接近，且计算值与仿真值的变化规律基本一致。仿真结果与前面的单调性分析结果也基本一致，即新能源的过电压峰值会由于SVG的加入而更加严重。

5）抑制暂态过电压的参数优化

本部分利用过电压峰值计算公式推出无功电流控制系数的上限值α

根据式（31），令电压脱网限制值U

通过仿真结果可以看出，在无功比例系数分别设置为1.5、1.91、2.2时，新能源机端过电压峰值分别为1.286pu，1.306，1.314pu。可以发现当增大无功比例系数到2.2时，过电压峰值最大且超过1.3pu；当无功比例系数为1.91时，过电压峰值略大于1.3pu；当无功比例系数设置为1.5时，可以使得新能源过电压峰值不超过1.3pu。并且可以发现新能源机端过电压峰值随着无功比例系数的增大而增大，由仿真实验得出的无功比例系数上限值比利用公式计算得出的无功比例系数上限值略小。

借助暂态过电压量化公式，可以大致计算出新能源控制参数的合理取值以实现对控制参数的优化，进而有效抑制暂态过电压。在一定工作条件下，通过优化无功比例系数可以使得新能源机端暂态过电压峰值不超过限制值1.3pu，但由于低电压穿越标准要求对于无功比例系数有一定取值范围限制，当计算得出无功比例系数超出标准要求范围时，通过优化调整无功比例系数的方法可能无法使得新能源过电压处于电压限制值范围之内，则需要考虑其他方法来限制新能源过电压。

本实施例具有如下技术效果：

（1）考虑在低电压穿越期间新能源既有无功输出也有有功输出的情况，新能源并网逆变器低电压穿越控制参数中有功电流与无功电流参考值均会对故障清除后的暂态电压产生影响，因此针对故障清除后新能源机端暂态电压达到峰值的这一时刻，推导了计及新能源的有功电流、无功电流与系统等值阻抗的暂态过电压表达式。并且新能源机端过电压峰值表达式中，计及了新能源低电压穿越的控制参数对过电压的影响，对控制参数进行优化时，可以有效地根据上述计算方法进行分析计算，而目前大多基于功率–电压关系对暂态过电压水平进行理论推导或利用近似公式进行估算，没有计及新能源低穿控制参数对过电压的影响。

（2）借助新能源机端过电压峰值表达式，可以分析各影响因素对过电压峰值的影响。分析新能源无功电流控制系数，有功电流控制系数、系统短路比、交流线路长度等因素与过电压峰值间的关系，可以为抑制过电压方法提供有效的参考与依据。

（3）给出了添加无功补偿设备SVG后新能源过电压峰值解析表达式，并分析了无功补偿设备输出的无功电流对新能源过电压峰值的影响规律，可以为考虑无功补偿设备后的新能源控制参数优化分析提供理论基础依据。

（4）给出的考虑SVG后的控制参数优化方法，可以为新能源低电压穿越控制参数的选取提供有效的理论依据与支撑，为抑制新能源暂态过电压不超过脱网限制值提供了有效的方法，保证系统安全稳定运行。

实施例二

本实施例提供一种新能源风机场站暂态过电压量化估计与抑制系统，所述系统包括：

暂态过电压过程分析模块，用于对新能源风机场站中发生短路故障的风机进行暂态过电压过程分析，将所述暂态过电压过程划分多个阶段，并分析出现新能源机端工频过电压峰值的阶段。

暂态过电压量化估计模块，用于确定出现新能源机端工频过电压峰值的阶段中新能源机端输出的有功电流和无功电流，并基于所述有功电流和所述无功电流确定新能源机端暂态过电压的峰值表达式，基于所述新能源机端暂态过电压的峰值表达式对暂态过电压进行量化估计；所述新能源机端暂态过电压的峰值表达式包括第一暂态过电压的峰值表达式和第二暂态过电压的峰值表达式；所述第一暂态过电压的峰值表达式为风机中未添加无功功率补偿设备的暂态过电压的峰值表达式；所述第二暂态过电压的峰值表达式为风机中添加无功功率补偿设备的暂态过电压的峰值表达式。

其中，所述暂态过电压量化估计模块具体包括：

等效电路构建单元，用于构建新能源场站发生短路故障后的单机无穷大等效电路；在所述等效电路中，新能源风机等效为电流源。

相量图构建单元，用于根据所述等效电路、所述有功电流和所述无功电流构建电压电流相量图。

峰值表达式确定单元，用于根据所述电压电流相量图确定所述新能源机端暂态过电压的峰值表达式。

所述第一暂态过电压的峰值表达式为：

其中，

式中，U

所述第二暂态过电压的峰值表达式为：

其中，I

暂态过电压峰值影响因素及影响规律分析模块，用于基于所述新能源机端暂态过电压的峰值表达式确定新能源机端暂态过电压的影响因素及各所述影响因素对应的影响规律；所述影响因素包括无功功率补偿对新能源机端暂态过电压的影响、无功电流控制系数对新能源机端暂态过电压的影响、有功电流控制系数对新能源机端暂态过电压的影响、系统短路比对新能源机端暂态过电压的影响以及交流线路长度对新能源机端暂态过电压的影响。

无功比例系数值范围确定模块，用于根据所述影响因素对应的影响规律确定抑制暂态过电压的无功比例系数值范围；所述无功比例系数值范围的确定是基于添加无功功率补偿设备的新能源机端得出的；在所述无功比例系数值范围内所述暂态过电压的值小于过电压脱网限制值。

所述无功比例系数值范围确定模块具体包括：

求解单元，用于令添加所述无功功率补偿设备的暂态过电压的峰值等于所述过电压脱网限制值，求解出无功电流控制系数上限值。

暂态过电压抑制调控单元，用于基于所述无功电流控制系数上限值确定抑制暂态过电压的无功比例系数值范围。

实施例三

本实施例提供一种电子设备，包括存储器及处理器，存储器用于存储计算机程序，处理器运行计算机程序以使电子设备执行实施例一的新能源风机场站暂态过电压量化估计与抑制方法。

可选地，上述电子设备可以是服务器。

另外，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现实施例一的新能源风机场站暂态过电压量化估计与抑制方法。

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。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。