一种新能源并网变流器的电流内环控制参数辨识方法与流程

本发明涉及电力系统，尤其涉及一种新能源并网变流器的电流内环控制参数辨识方法。

背景技术：

1、在新能源发电领域，直驱风机、双馈风机和光伏等主流机型的广泛应用，对电网的仿真准确性和稳定性提出了更高要求。然而，新能源机组控制器“黑箱化”的现状使得直接获取其控制模型变得困难，传统机电暂态仿真方法已难以满足“双高”(高比例可再生能源接入、高电力电子装备渗透率)电力系统的仿真需求。为了精准模拟新能源机组在电网中的动态行为，特别是在故障状态下的响应特性，亟需开展新能源电磁暂态建模工作。这一工作不仅有助于提升电网仿真的精度，还能为电网的安全可靠运行提供有力支撑。

2、然而，当前新能源厂家出于商业机密的考虑，并未公开其完善的电磁暂态模型，导致用户只能获得“黑箱”模型，无法深入研究机组内部动态响应参数及其对电网稳定性的影响，更难以在原模型基础上进行控制和保护的改进。这种局限性严重阻碍了新能源机组并网研究的发展。

3、因此，控制参数的辨识显得尤为重要。通过辨识控制参数，可以在不依赖厂家模型的情况下，构建出相对完善的新能源机组结构化电磁模型，从而揭示机组内部的动态特性，为电网仿真、稳定性分析及控制策略优化提供基础。但现有的控制参数辨识方法仍存在诸多缺点，如数据依赖性强、模型假设较多、算法复杂度高以及缺乏通用性等，这些缺点限制了辨识结果的准确性和实用性。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述问题，提出了一种新能源并网变流器的电流内环控制参数辨识方法，使得能够有效解决现有技术所存在的技术问题，可以有效提高辨识结果的准确性和实用性，为新能源机组的电磁暂态建模和并网研究提供有力的支持。

2、为实现上述目的，本发明在第一方面提供一种新能源并网变流器的电流内环控制参数辨识方法，所述方法包括：

3、获取零阶保持器的第一传递函数和pwm控制器的第二传递函数，以及新能源并网系统中的电流内环控制环节的i轴分量的第三传递函数和主电路控制环节的i轴分量的第四传递函数，并根据所述第一传递函数、所述第二传递函数、所述第三传递函数和所述第四传递函数确定目标传递函数；将所述新能源并网系统中的第三传递函数和第四传递函数替换为所述目标传递函数，并去除所述新能源并网系统中的电压外环控制环节的i轴分量的第五传递函数的比例积分项；其中，i依次取q、d，得到替换及去除后的新能源并网系统；

4、对所述替换及去除后的新能源并网系统中的电压外环控制环节的q轴分量的无功功率参考值做阶跃扰动，获取所述替换及去除后的新能源并网系统中的电流内环控制环节的q轴分量的电流反馈值的第一响应曲线，并根据所述第一响应曲线确定所述电流内环控制环节的q轴分量的控制参数；

5、对所述替换及去除后的新能源并网系统中的电压外环控制环节的d轴分量的直流电压参考值做阶跃扰动，获取所述替换及去除后的新能源并网系统中的电流内环控制环节的d轴分量的电流反馈值的第二响应曲线，并根据所述第二响应曲线确定所述电流内环控制环节的d轴分量的控制参数。

6、可选地，所述根据所述第一传递函数、所述第二传递函数、所述第三传递函数和所述第四传递函数确定目标传递函数，包括：

7、对所述第三传递函数和所述第四传递函数进行等效简化，得到初始传递函数；

8、将所述第一传递函数和所述第二传递函数代入所述初始传递函数中，得到详细传递函数；

9、对所述详细传递函数进行等效简化，得到所述目标传递函数。

10、可选地，

11、在i取q的情况下，所述第三传递函数为：

12、在i取d的情况下，所述第三传递函数为：

13、在i取q的情况下，所述第四传递函数为：

14、在i取d的情况下，所述第四传递函数为：

15、其中，为所述电流内环控制环节的q轴分量的电压参考值，为所述电流内环控制环节的q轴分量的电流参考值，ig,q为所述电流内环控制环节的q轴分量的电流反馈值，kp,q为所述电流内环控制环节的q轴分量的pi控制器的比例系数，τi,q为所述电流内环控制环节的q轴分量的pi控制器的积分时间常数，s为拉普拉斯算子，ig,d为所述电流内环控制环节的d轴分量的电流反馈值，ω1为所述新能源并网系统中的电网的同步角频率，lg为所述新能源并网系统中的变流器的连接电感,为所述电流内环控制环节的d轴分量的电压参考值，为所述电流内环控制环节的d轴分量的电流参考值，kp,d为所述电流内环控制环节的d轴分量的pi控制器的比例系数，τi,d为所述电流内环控制环节的d轴分量的pi控制器的积分时间常数，ug,d为所述电流内环控制环节的d轴分量的电压反馈值，rg为所述新能源并网系统中的变流器的连接电阻。

16、可选地，

17、在i取q的情况下，所述初始传递函数为：

18、在i取d的情况下，所述初始传递函数为：

19、其中，ig,q为所述电流内环控制环节的q轴分量的电流反馈值，为所述电流内环控制环节的q轴分量的电流参考值，kp,q为所述电流内环控制环节的q轴分量的pi控制器的比例系数，τi,q为所述电流内环控制环节的q轴分量的pi控制器的积分时间常数，s为拉普拉斯算子，lg为所述新能源并网系统中的变流器的连接电感,rg为所述新能源并网系统中的变流器的连接电阻，ig,d为所述电流内环控制环节的d轴分量的电流反馈值，为所述电流内环控制环节的d轴分量的电流参考值，kp,d为所述电流内环控制环节的d轴分量的pi控制器的比例系数，τi,d为所述电流内环控制环节的d轴分量的pi控制器的积分时间常数。

20、可选地，

21、所述第一传递函数为：

22、所述第二传递函数为：

23、其中，

24、其中，zoh(s)为所述零阶保持器的输出值，e为自然常数，ts为所述pwm控制器的延迟时间，s为拉普拉斯算子，w(s)为所述pwm控制器的输出值，kpwm为所述pwm控制器的放大系数，udc,ins为所述新能源并网系统中的变流器的直流电压瞬时值，usp为所述pwm控制器的锯齿波峰值。

25、可选地，

26、在i取q的情况下，所述详细传递函数为：

27、在i取d的情况下，所述详细传递函数为：

28、其中，ig,q为所述电流内环控制环节的q轴分量的电流反馈值，为所述电流内环控制环节的q轴分量的电流参考值，kp,q为所述电流内环控制环节的q轴分量的pi控制器的比例系数，τi,q为所述电流内环控制环节的q轴分量的pi控制器的积分时间常数，s为拉普拉斯算子，ts为所述pwm控制器的延迟时间，kpwm为所述pwm控制器的放大系数，lg为所述新能源并网系统中的变流器的连接电感,rg为所述新能源并网系统中的变流器的连接电阻，ig,d为所述电流内环控制环节的d轴分量的电流反馈值，为所述电流内环控制环节的d轴分量的电流参考值，kp,d为所述电流内环控制环节的d轴分量的pi控制器的比例系数，τi,d为所述电流内环控制环节的d轴分量的pi控制器的积分时间常数。

29、可选地，令

30、在i取q的情况下，在所述目标传递函数为：

31、在i取d的情况下，在所述目标传递函数为：

32、其中，τi,q为所述电流内环控制环节的q轴分量的pi控制器的积分时间常数，s为拉普拉斯算子，τi,d为所述电流内环控制环节的d轴分量的pi控制器的积分时间常数，lg为所述新能源并网系统中的变流器的连接电感,rg为所述新能源并网系统中的变流器的连接电阻,ig,q为所述电流内环控制环节的q轴分量的电流反馈值，为所述电流内环控制环节的q轴分量的电流参考值，kp,q为所述电流内环控制环节的q轴分量的pi控制器的比例系数，kpwm为所述pwm控制器的放大系数，lg为所述新能源并网系统中的变流器的连接电感,ts为所述pwm控制器的延迟时间，ig,d为所述电流内环控制环节的d轴分量的电流反馈值，为所述电流内环控制环节的d轴分量的电流参考值，kp,d为所述电流内环控制环节的d轴分量的pi控制器的比例系数。

33、可选地，所述根据所述第一响应曲线确定所述电流内环控制环节的q轴分量的控制参数，包括：

34、根据所述第一响应曲线确定第一超调量；

35、根据所述第一超调量确定第一阻尼比值；

36、根据所述第一阻尼比值确定所述电流内环控制环节的q轴分量的控制参数；

37、所述根据所述第二响应曲线确定所述电流内环控制环节的d轴分量的控制参数，包括：

38、根据所述第二响应曲线确定第二超调量；

39、根据所述第二超调量确定第二阻尼比值；

40、根据所述第二阻尼比值确定所述电流内环控制环节的d轴分量的控制参数。

41、可选地，所述根据所述第一阻尼比值确定所述电流内环控制环节的q轴分量的控制参数，包括：

42、利用公式确定所述电流内环控制环节的q轴分量的控制参数；

43、所述根据所述第二阻尼比值确定所述电流内环控制环节的d轴分量的控制参数，包括：

44、利用公式确定所述电流内环控制环节的d轴分量的控制参数；

45、其中,

46、其中，kp,q和ki,q为所述电流内环控制环节的q轴分量的控制参数，kp,q为所述电流内环控制环节的q轴分量的pi控制器的比例系数，ki,q为所述电流内环控制环节的q轴分量的pi控制器的积分系数，lg为所述新能源并网系统中的变流器的连接电感,kpwm为所述pwm控制器的放大系数，ts为所述pwm控制器的延迟时间，ξ1,q为所述第一阻尼比值，τi,q为所述电流内环控制环节的q轴分量的pi控制器的积分时间常数，kp,d和ki,d为所述电流内环控制环节的d轴分量的控制参数，kp,d为所述电流内环控制环节的d轴分量的pi控制器的比例系数，ki,d为所述电流内环控制环节的d轴分量的pi控制器的积分系数，ξ2,d为所述第二阻尼比值，τi,d为所述电流内环控制环节的d轴分量的pi控制器的积分时间常数，s为拉普拉斯算子，rg为所述新能源并网系统中的变流器的连接电阻。

47、可选地，所述根据所述第一响应曲线确定第一超调量，包括：

48、根据所述第一响应曲线确定所述第一响应曲线的稳态电流值和首次电流峰值；

49、根据所述第一响应曲线的稳态电流值和首次电流峰值确定所述第一超调量；

50、所述根据所述第二响应曲线确定第二超调量，包括：

51、根据所述第二响应曲线确定所述第二响应曲线的稳态电流值和首次电流峰值；

52、根据所述第二响应曲线的稳态电流值和首次电流峰值确定所述第二超调量。

53、为实现上述目的，本发明在第二方面提供一种新能源并网变流器的电流内环控制参数辨识装置，所述装置包括：

54、系统调整模块，用于获取零阶保持器的第一传递函数和pwm控制器的第二传递函数，以及新能源并网系统中的电流内环控制环节的i轴分量的第三传递函数和主电路控制环节的i轴分量的第四传递函数，并根据所述第一传递函数、所述第二传递函数、所述第三传递函数和所述第四传递函数确定目标传递函数；将所述新能源并网系统中的第三传递函数和第四传递函数替换为所述目标传递函数，并去除所述新能源并网系统中的电压外环控制环节的i轴分量的第五传递函数的比例积分项；其中，i依次取q、d，得到替换及去除后的新能源并网系统；

55、第一辨识模块，用于对所述替换及去除后的新能源并网系统中的电压外环控制环节的q轴分量的无功功率参考值做阶跃扰动，获取所述替换及去除后的新能源并网系统中的电流内环控制环节的q轴分量的电流反馈值的第一响应曲线，并根据所述第一响应曲线确定所述电流内环控制环节的q轴分量的控制参数；

56、第二辨识模块，用于对所述替换及去除后的新能源并网系统中的电压外环控制环节的d轴分量的直流电压参考值做阶跃扰动，获取所述替换及去除后的新能源并网系统中的电流内环控制环节的d轴分量的电流反馈值的第二响应曲线，并根据所述第二响应曲线确定所述电流内环控制环节的d轴分量的控制参数。

57、为实现上述目的，本发明在第三方面提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如第一方面中任一项所述的方法。

58、为实现上述目的，本发明在第四方面提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如第一方面中任一项所述的方法。

59、采用本发明实施例，具有如下有益效果：上述方法通过获取零阶保持器的第一传递函数和pwm控制器的第二传递函数，以及新能源并网系统中的电流内环控制环节的i轴分量的第三传递函数和主电路控制环节的i轴分量的第四传递函数，并根据第一传递函数、第二传递函数、第三传递函数和第四传递函数确定目标传递函数；将新能源并网系统中的第三传递函数和第四传递函数替换为目标传递函数，并去除新能源并网系统中的电压外环控制环节的i轴分量的第五传递函数的比例积分项；其中，i依次取q、d；对电压外环控制环节的q轴分量的无功功率参考值做阶跃扰动，获取电流内环控制环节的q轴分量的电流反馈值的第一响应曲线，并根据第一响应曲线确定电流内环控制环节的q轴分量的控制参数；对电压外环控制环节的d轴分量的直流电压参考值做阶跃扰动，获取电流内环控制环节的d轴分量的电流反馈值的第二响应曲线，并根据第二响应曲线确定电流内环控制环节的d轴分量的控制参数；该方式通过得到替换及去除后的新能源并网系统，然后再对替换及去除后的新能源并网系统进行扰动测试，能够有效解决现有技术所存在的技术问题，可以有效提高辨识结果的准确性和实用性，为新能源机组的电磁暂态建模和并网研究提供有力的支持。