本发明属于构网型变流器控制，具体涉及一种构网型变流器故障穿越分层控制方法。
背景技术：
1、构网型（grid forming，gfm）变流器凭借其电压源控制特性及自主支撑能力，在弱电网条件下表现出更强的适应性。但gfm变流器遭遇大扰动时，其受限于功率半导体器件的过流能力，无功调节能力与传统同步发电机存在差异，后者能够在故障发生时提供较大的短路电流，利于继电保护的正确动作，而gfm变流器短路电流有限，可能影响继电保护的可靠性，进一步影响电网的稳定性。在故障期间gfm变流器需进入限流模式以提升故障穿越能力，但若控制参数的整定精度不足或控制策略中多环节协调机制存在缺陷，恢复过程中可能引发频率、电压的振荡和保护装置误动作，严重时将导致电力系统发生连锁反应，影响更大范围的电力供应。
2、现有gfm变流器故障穿越控制方法仅聚焦于故障发生后的快速限流控制，以确保故障电流不超出电力电子器件的耐受极限。然而，这些控制方法存在以下局限性：其一，缺乏对故障发生后稳定工作点存在性的判断，从而可能导致故障切除后系统进入失稳状态；其二，现有方法在故障切除后的动态控制过程中存在不足，未能有效优化振荡抑制和平滑恢复等动态响应性能。这些问题导致当前gfm变流器故障穿越控制策略虽能满足短路电流限制的基本目标，但未能兼顾稳定工作点维持、故障切除后平滑恢复等多重控制要求，制约了gfm变流器系统级协调机制的建立。
3、因此，亟需一种gfm变流器故障穿越控制方法，提升gfm变流器暂态稳定性及故障穿越能力，保障新型电力系统在高比例电力电子装备接入下的安全高效运行。
技术实现思路
1、本发明的目的在于，提供一种构网型变流器故障穿越分层控制方法，建立gfm变流器内环动态限幅与外环动态调控的分层控制框架，通过整合故障期间的限流控制与故障后的动态恢复控制，实现gfm变流器从故障穿越到稳态恢复全过程的稳定控制。
2、下面本发明的第一方面，提供了一种构网型变流器故障穿越分层控制方法，该方法包括电流内环动态限幅控制层和功率外环动态补偿控制层；
3、电流内环动态限幅控制层，在变流器进入故障穿越状态后，向基于vsg控制的构网型变流器的电压电流内环控制中引入由故障电流负反馈构成的虚拟电阻，虚拟电阻的大小随故障电流幅值而实时调整，以进行虚拟电阻动态限流控制；
4、功率外环动态补偿控制层，在变流器进入故障穿越状态后，根据电网电压跌落程度动态调整故障穿越期间基于vsg控制的构网型变流器的有功功率指令值和无功功率指令值，并基于有功功率指令值和无功功率指令值分别进行有功-频率控制和无功-电压控制。
5、接上述方案，该方法还包括故障检测层；
6、故障检测层实时检测电网电压跌落程度与电流越限情况，以判断变流器是否应进入故障穿越状态，具体如下：
7、；
8、式中，为故障电流幅值；为最大电流幅值；为电网电压标幺值，即电网电压实际值与电网电压额定值的比值；
9、当故障电流幅值超过基于vsg控制的构网型变流器允许流过的最大电流幅值，且电网电压跌落在0.2-0.9pu之间时，变流器应进入故障穿越状态。
10、接上述方案，虚拟电阻的动态数学模型为：
11、；
12、式中，为虚拟电阻，为虚拟电阻增益系数，为虚拟电阻计算值；
13、根据故障电流幅值的大小变化对虚拟电阻增益系数进行自适应调整，虚拟电阻增益系数动态调整控制策略为：
14、；
15、式中，为虚拟电阻增益系数的数值，、……为不同振荡程度下的虚拟电阻增益系数的数值参数，为故障电流幅值，、、……为故障电流幅值的阈值参数；故障电流幅值越大，虚拟电阻增益系数的数值参数越大。
16、接上述方案，虚拟电阻计算值的计算表达式为：
17、；
18、式中，为故障发生后变流器机端电压；为故障发生后的电网电压；和分别为故障发生后变流器输出电流在dq同步旋转坐标系下的d轴分量和q轴分量；为故障发生后变流器机端电压相角；为电网线路电阻。
19、接上述方案，故障穿越期间基于vsg控制的构网型变流器的有功功率指令值和无功功率指令值为：
20、；
21、；
22、式中，和为故障穿越期间基于vsg控制的构网型变流器的有功功率指令值和无功功率指令值；和为有功功率指令值和无功功率指令值的初始指令值；为电网电压标幺值，即电网电压实际值与电网电压额定值的比值；和分别为构网型变流器机端电压在dq同步旋转坐标系下的d轴分量和q轴分量；为构网型变流器网侧电流在dq同步旋转坐标系下的q轴分量；为变流器额定输出电流；为变流器注入无功电流，表达式为：
23、；
24、其中，为电网电压跌落在0.2-0.9pu的动态无功电流系数；为电网电压跌落至0.2pu以下的动态无功电流系数。
25、接上述方案，该方法还包括状态耦合与参数自适应模块；
26、状态耦合与参数自适应模块利用功角偏差反馈调节虚拟电阻响应速度，以优化故障电流的限幅效果，同时调整功率指令值，提高故障穿越期间的暂态稳定性，包括：
27、计算功角偏移量：
28、；
29、式中，为电网线路电抗；为故障发生后变流器机端电压；为故障发生后的电网电压；
30、将功角偏移量引入虚拟电阻动态响应，虚拟电阻动态响应修正为：
31、；
32、将动态功率补偿系数引入功率外环，故障穿越期间基于vsg控制的构网型变流器的有功功率指令值和无功功率指令值修正为：
33、；
34、式中，为动态功率补偿系数；为自适应增益系数，用于放大或抑制动态功率补偿系数；为自适应调节系数，用于调节收敛速度；和分别为动态功率补偿系数调整后的有功功率指令值和无功功率指令值；
35、最终得到状态耦合与参数自适应模块的闭环控制律如下：
36、；
37、基于闭环控制律对构网型变流器进行故障穿越分层协调控制。
38、进一步的，有功-频率控制中有功下垂系数的动态调节公式为：
39、；
40、式中，为有功下垂系数初始值；为有功下垂系数调节增益；为电网电压标幺值，即电网电压实际值与电网电压额定值的比值；
41、功率外环动态补偿控制层中，有功-频率控制方程为：
42、；
43、无功-电压控制方程为：
44、；
45、式中，为变流器电气角频率；为变流器电压幅值的参考值；和为有功功率指令值和无功功率指令值的初始指令值；和为变流器输出的有功功率和无功功率；为角频率的参考值；为转动惯量；为拉普拉斯变换因子；为阻尼系数；为变流器空载运行机端电压幅值；为无功-电压控制环路积分系数；为变流器电压幅值；为无功下垂系数；
46、对变流器电气角频率进行积分得到变流器输出电压的相位参考值，与变流器电压幅值的参考值一起通过park变换得到机端电压d轴分量与q轴分量的指令值和；
47、电流内环动态限幅控制层中，基于vsg控制的构网型变流器的电压电流内环控制包括电压外环控制策略和电流内环控制策略；
48、电压外环控制策略为：
49、；
50、电流内环控制策略为：
51、；
52、式中，和为变流器输出电流d轴分量和q轴分量，作为电流内环输入的指令值；和分别为变流器网侧电流在dq同步旋转坐标系下的d轴分量和q轴分量；和分别为变流器机端电压在dq同步旋转坐标系下的d轴分量和q轴分量；为变流器滤波电容；为虚拟电阻；和为变流器输出电压d轴分量和q轴分量；和分别为输出电流d轴分量与q轴分量的指令值；为变流器滤波电感；、、、为控制器的传递函数。
53、根据本发明的第二方面，本发明提供了一种基于vsg控制的构网型变流器，该变流器应用第一方面中任意一项所述的构网型变流器故障穿越分层控制方法进行故障穿越控制。
54、根据本发明的第三方面，提供了一种计算机设备，包括：处理器和存储器，存储器存储可在处理器上运行的程序或指令，程序或指令被处理器执行时实现第一方面中任意一项所述的构网型变流器故障穿越分层控制方法的步骤。
55、根据本发明的第四方面，提供了一种可读存储介质，其上存储有程序或指令，程序或指令被处理器执行时实现第一方面中任意一项所述的构网型变流器故障穿越分层控制方法的步骤。
56、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得以下有益效果：
57、为兼顾深度故障下gfm变流器电流越限、功率振荡及功角失稳等多重挑战，本发明提出一种构网型变流器故障穿越分层控制方法。该控制方法在故障发生后，通过电压电流内环的虚拟电阻控制进行故障电流快速抑制，通过功率外环的功率指令与有功下垂系数协同控制维持功角稳定，内环与外环之间通过频率偏差进行参数自适应调节，实现故障穿越期间电流与功角的双重控制，同时使gfm变流器在故障恢复阶段具有更好的动态性能。