一种构网型新能源发电系统控制参数优化方法和优化装置

本发明涉及电气工程，特别是一种构网型新能源发电系统控制参数优化方法和参数优化装置。

背景技术：

1、近年来，光伏、风电等可再生能源的快速发展受到了极大的关注。在可再生能源发电系统中，并网逆变器是连接发电设备和电网的关键设备。由于并网逆变器具有灵活、精确和响应快等特点，在电网中的装机比例不断提高，其控制特性深刻影响了高渗透率新能源发电系统，给传统并网逆变器的稳定运行带来了巨大挑战。

2、基于非线性理论的无源性理论指出：多个无源子系统并联或反馈连接后得到的新系统仍是无源且稳定的，因此，通过设计控制器使得系统满足无源性条件，可以保证并网逆变器系统从单机扩展闭环系统的稳定性，为高渗透率新能源发电系统的构网方案提供了一种有效的解决思路。

3、作为无源控制(passivity-based control，pbc)的关键参数，其阻尼参数的设计非常关键。目前常规阻尼参数的设计方法往往需要近似处理或反复试凑、无法结合多个性能指标进行阻尼参数优化设计。另外，目前传统方法往往忽略或者近似延迟为一阶惯性环节，这可能在实际应用中导致无源构网控制策略发生稳定裕度不足甚至失稳的风险。为此，如何在不近似控制延迟上重新设计和整定出合理的阻尼参数至关重要，是一个亟需解决的问题。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本发明提出了一种构网型新能源发电系统控制参数优化方法和参数优化装置。

2、本发明实施例提供了一种构网型新能源发电系统控制参数优化方法，所述构网型新能源发电系统控制参数优化方法包括：

3、根据构网型新能源发电系统中的延迟特性，确定延迟表达式；

4、根据所述构网型新能源发电系统的构网结构，确定无源构网控制律；

5、根据所述延迟表达式和所述无源构网控制律，确定所述构网型新能源发电系统中并网逆变器的闭环传递函数，进而得到闭环特征方程；

6、根据所述闭环特征方程，结合d分割边界曲线表达式，确定相位裕度为0°时对应的d分割边界；

7、在所述闭环传递函数中增加相角-幅值裕度测试器参数，得到新闭环特征方程；

8、根据所述新闭环特征方程、所述d分割边界曲线表达式以及所述d分割边界，确定不同相位裕度和幅值裕度的d分割曲线，进而得到不同相位裕度、不同幅值裕度性能指标同时约束下的参数稳定域，实现控制参数优化。

9、可选地，根据构网型新能源发电系统中的延迟特性，确定延迟表达式，包括：

10、根据构网型新能源发电系统中的计算延迟和脉冲宽度调制控制延迟，确定延迟表达式；

11、其中，所述延迟表达式gd(s)表示如下：

12、

13、上式中，s表示拉普拉斯算子，ts表示开关周期。

14、可选地，根据所述延迟表达式和所述无源构网控制律，确定所述构网型新能源发电系统中并网逆变器的闭环传递函数，包括：

15、将所述延迟表达式，代入所述无源构网控制律的矩阵表达式中，得到所述闭环传递函数；

16、其中，所述闭环传递函数gcl(s)表示如下：

17、

18、上式中，υcd表示d轴电容电压实际值，表示d轴电容电压指令值，r1表示无源控制器外环阻尼参数，r2表示无源控制器内外阻尼参数，c表示并网逆变器电容值，l表示并网逆变器电感值。

19、可选地，所述闭环特征方程表示如下：

20、gd(s)(r1r2+slr1+scr2)+s2lc+1＝0

21、上式即为基于所述闭环传递函数进而得到的所述闭环特征方程。

22、可选地，根据所述闭环特征方程，结合d分割边界曲线表达式，确定相位裕度为0°时对应的d分割边界，包括：

23、令所述闭环特征方程中参数s＝jω，将ω从0逐渐增大到∞，结合所述d分割边界曲线表达式，计算得r1和r2随着ω变化下对应的数值，以绘制相应的临界稳定裕度曲线，即所述相位裕度为0°时对应的d分割边界；

24、其中，所述d分割边界曲线表达式根据所述构网型新能源发电系统闭环特征方程得到，所述构网型新能源发电系统闭环特征方程表示如下：

25、p(s；k)＝a0(k)+a1(k)s+...+an(k)sn＝0

26、所述d分割边界曲线表达式表示如下：

27、d0＝{a0(k)＝0}

28、d1＝{k∈k：an(k)＝0}

29、

30、上两式中，k表示构网型新能源发电系统闭环特征方程的参数域，a0～an表示构网型新能源发电系统闭环特征方程的系数，d0、d1和d2分别表示三条d分割边界曲线。

31、可选地，在所述闭环传递函数中增加相角-幅值裕度测试器参数，得到新闭环特征方程，包括：

32、将所述相角-幅值裕度测试器参数gme-jpm代入所述闭环传递函数中，得到所述新闭环特征方程；

33、其中，所述新闭环特征方程表示如下：

34、

35、上式中，pm表示相位裕度，gm表示幅值裕度。

36、可选地，根据所述新闭环特征方程、所述d分割边界曲线表达式以及所述d分割边界，确定不同相位裕度和幅值裕度的d分割曲线，进而得到不同相位裕度、不同幅值裕度性能指标同时约束下的参数稳定域，实现控制参数优化，包括：

37、令所述新闭环特征方程中参数s＝jω，将ω从0逐渐增大到∞，结合所述d分割边界曲线表达式，在所述d分割边界内，计算得r1和r2随着ω变化下对应的数值，绘制曲线，得到不同相位裕度和幅值裕度的d分割曲线，进而得到不同相位裕度、不同幅值裕度性能指标同时约束下的参数稳定域，实现控制参数优化；

38、其中，随着所述相位裕度的增大，所述参数稳定域逐渐收缩。

39、可选地，所述参数稳定域为：0°＜pm＜10°，且gm＞6db。

40、可选地，所述无源构网控制律表示如下：

41、

42、上式中，υdi表示第i台并网逆变器的d轴调制电压，υcdi表示第i台并网逆变器的d轴电容电压指令值，idi表示第i台并网逆变器的d轴电感电流实际值，表示第i台并网逆变器的d轴电感电流指令值，rfi表示第i台并网逆变器的滤波器等效电阻，li表示第i台并网逆变器的滤波电感，iqi表示第i台并网逆变器的q轴电感电流实际值，vqi表示第i台并网逆变器的q轴调制电压，表示第i台并网逆变器的q轴电容电压指令值，表示第i台并网逆变器的q轴电感电流指令值，vgdi表示第i台并网逆变器的d轴并网电压，vgqi表示第i台并网逆变器的q轴并网电压，υcqi表示第i台并网逆变器的q轴电容电压实际值，表示第i台并网逆变器的d轴电容电压指令值，υcdi表示第i台并网逆变器的d轴电容电压实际值，表示第i台并网逆变器的q轴电容电压指令值，igdi表示第i台并网逆变器的d轴电感电流实际值，igqi表示第i台并网逆变器的q轴电感电流实际值。

43、本发明实施例还提供了一种构网型新能源发电系统控制参数优化装置，所述构网型新能源发电系统控制参数优化装置包括：

44、延迟装置，用于根据构网型新能源发电系统中的延迟特性，确定延迟表达式；

45、控制律装置，用于根据所述构网型新能源发电系统的构网结构，确定无源构网控制律；

46、第一逆变器特征装置，用于根据所述延迟表达式和所述无源构网控制律，确定所述构网型新能源发电系统中并网逆变器的闭环传递函数，进而得到闭环特征方程；

47、分割边界装置，用于根据所述闭环特征方程，结合d分割边界曲线表达式，确定相位裕度为0°时对应的d分割边界；

48、第二逆变器特征装置，用于在所述闭环传递函数中增加相角-幅值裕度测试器参数，得到新闭环特征方程；

49、稳定域装置，用于根据所述新闭环特征方程、所述d分割边界曲线表达式以及所述d分割边界，确定不同相位裕度和幅值裕度的d分割曲线，进而得到不同相位裕度、不同幅值裕度性能指标同时约束下的参数稳定域，实现控制参数优化。

50、可选地，所述延迟装置具体用于：

51、根据构网型新能源发电系统中的计算延迟和脉冲宽度调制控制延迟，确定延迟表达式；

52、其中，所述延迟表达式gd(s)表示如下：

53、

54、上式中，s表示拉普拉斯算子，ts表示开关周期。

55、可选地，所述第一逆变器特征装置具体用于：

56、将所述延迟表达式，代入所述无源构网控制律的矩阵表达式中，得到所述闭环传递函数；

57、其中，所述闭环传递函数gcl(s)表示如下：

58、

59、上式中，υcd表示d轴电容电压实际值，表示d轴电容电压指令值，r1表示无源控制器外环阻尼参数，r2表示无源控制器内外阻尼参数，c表示并网逆变器电容值，l表示并网逆变器电感值。

60、可选地，所述分割边界装置具体用于：

61、令所述闭环特征方程中参数s＝jω，将ω从0逐渐增大到∞，结合所述d分割边界曲线表达式，计算得r1和r2随着ω变化下对应的数值，以绘制相应的临界稳定裕度曲线，即所述相位裕度为0°时对应的d分割边界；

62、其中，所述d分割边界曲线表达式根据所述构网型新能源发电系统闭环特征方程得到，所述构网型新能源发电系统闭环特征方程表示如下：

63、p(s；k)＝a0(k)+a1(k)s+...+an(k)sn＝0

64、所述d分割边界曲线表达式表示如下：

65、d0＝{a0(k)＝0}

66、d1＝{k∈k：an(k)＝0}

67、

68、上两式中，k表示构网型新能源发电系统闭环特征方程的参数域，a0～an表示构网型新能源发电系统闭环特征方程的系数，d0、d1和d2分别表示三条d分割边界曲线。

69、可选地，所述第二逆变器特征装置具体用于：

70、将所述相角-幅值裕度测试器参数gme-jpm代入所述闭环传递函数中，得到所述新闭环特征方程；

71、其中，所述新闭环特征方程表示如下：

72、

73、上式中，pm表示相位裕度，gm表示幅值裕度。

74、可选地，所述稳定域装置具体用于：

75、令所述新闭环特征方程中参数s＝jω，将ω从0逐渐增大到∞，结合所述d分割边界曲线表达式，在所述d分割边界内，计算得r1和r2随着ω变化下对应的数值，绘制曲线，得到不同相位裕度和幅值裕度的d分割曲线，进而得到不同相位裕度、不同幅值裕度性能指标同时约束下的参数稳定域，实现控制参数优化；

76、其中，随着所述相位裕度的增大，所述参数稳定域逐渐收缩。

77、本发明提供的构网型新能源发电系统控制参数优化方法，根据构网型新能源发电系统中的延迟特性，确定延迟表达式；根据构网型新能源发电系统的构网结构，确定无源构网控制律；根据延迟表达式和无源构网控制律，确定构网型新能源发电系统中并网逆变器的闭环传递函数，进而得到闭环特征方程；根据闭环特征方程结合d分割边界曲线表达式，确定相位裕度为0°时对应的d分割边界；在闭环传递函数中增加相角-幅值裕度测试器参数，得到新闭环特征方程；最后根据新闭环特征方程、d分割边界曲线表达式以及d分割边界，确定不同相位裕度和幅值裕度的d分割曲线，进而得到不同相位裕度、不同幅值裕度性能指标同时约束下的参数稳定域，实现控制参数优化。

78、本发明并没有忽略或者近似延迟为一阶惯性环节，而是建立了控制器参数与系统稳定性的图解关系，其通过构建闭环传递函数的特征方程，得到系统d分割边界和参数稳定域，并可以实现多个性能指标的同时优化设计，解决了常规阻尼参数方法往往需要近似处理或反复试凑、无法结合多个性能指标进行阻尼参数优化设计的问题，得到了在不近似控制延迟上的阻尼参数稳定域。从而一方面可以保证新能源发电系统在弱电网下并网电流的稳定运行，另一方面，通过合理设计的阻尼系数，可以实现新能源发电系统优良的动态性能，具有较高的实用性。