CN112054552A - 一种光伏逆变器控制参数的辨识方法和装置 - Google Patents

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CN112054552A CN202010823158.4A CN202010823158A CN112054552A CN 112054552 A CN112054552 A CN 112054552A CN 202010823158 A CN202010823158 A CN 202010823158A CN 112054552 A CN112054552 A CN 112054552A
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Abstract

本发明提供了一种光伏逆变器控制参数的辨识方法和装置，先在不同电压扰动工况下对光伏逆变器进行扰动测试，并根据得到的每个电压扰动工况下光伏逆变器的交流侧电压和电流计算每个电压扰动工况下光伏逆变器的扰动响应测试结果；然后根据扰动响应测试结果和预先构建的光伏逆变器并网模型，采用粒子群优化算法对每个电压扰动工况下光伏逆变器的控制参数进行辨识；最后根据辨识得到的控制参数对光伏逆变器并网模型进行仿真，并根据仿真结果和扰动响应测试结果确定最优结果，得到的最优结果准确性高，减小了辨识结果存在的误差，且消除了误差随机性。

Description

一种光伏逆变器控制参数的辨识方法和装置
技术领域
本发明涉及新能源技术领域，具体涉及一种光伏逆变器控制参数的辨识方法和装置。
背景技术
光伏逆变器作为连接电网和光伏阵列的关键设备，其性能直接决定了光伏逆变器的并网性能，获得光伏逆变器精确的模型结构和控制参数是进行电力系统仿真分析的基础。然而目前电网以及用户得不到精确的控制参数。因此对光伏逆变器的控制参数进行辨识，能够提高精度和准确性，构建符合真实情况且用于电网运行规划和事故分析的并网模型对电网接入大规模光伏阵列后的安全稳定运行具有重要意义。
现有的并网光伏逆变器PI参数辨识主要通过以下方式实现：1)通过在二次侧施加虚拟量测激励，可以直接求取需要辨识的参数，该方法测试步骤复杂、测试要求精度高，只适用于理论研究，无法适用于规模化、流程化的真实实验室测试环境。2)基于电网扰动开展并网光伏逆变器PI参数辨识，依据不同优化算法提高参数辨识精度和收敛速度。在实际测试时，由于数据噪声、硬件特性都会影响辨识结果，造成多次独立测试结果的不一致性。
上述现有技术存在以下不足：1)一般聚焦于单次模型参数辨识方法有效性的验证，利用相同辨识方法对同一台光伏逆变器多组实验数据进行辨识，可能得到不同辨识结果，但是并未对控制参数进行选优，辨识结果存在误差，误差随机性大；2)辨识方法没有系统规定用于辨识的电网扰动数据要求，例如电网电压扰动幅值、持续时间和光伏逆变器初始运行状态，导致辨识结果不准确。
发明内容
为了克服上述现有技术中辨识结果存在的误差随机性大且辨识结果不准确的不足，本发明提供一种光伏逆变器控制参数的辨识方法和装置，先在不同电压扰动工况下对光伏逆变器进行扰动测试，并根据得到的每个电压扰动工况下光伏逆变器的交流侧电压和电流计算每个电压扰动工况下光伏逆变器的扰动响应测试结果；然后根据扰动响应测试结果和预先构建的光伏逆变器并网模型，采用粒子群优化算法对每个电压扰动工况下光伏逆变器的控制参数进行辨识；最后根据辨识得到的控制参数对光伏逆变器并网模型进行仿真，并根据仿真结果和扰动响应测试结果确定最优结果，本发明得到的最优结果准确性高，且消除了误差随机性。
为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
一方面，本发明提供一种光伏逆变器控制参数的辨识方法，包括：
在不同电压扰动工况下对光伏逆变器进行扰动测试，并根据得到的每个电压扰动工况下光伏逆变器的交流侧电压和电流计算每个电压扰动工况下光伏逆变器的扰动响应测试结果；
根据扰动响应测试结果和预先构建的光伏逆变器并网模型，采用粒子群优化算法对每个电压扰动工况下光伏逆变器的控制参数进行辨识；
根据辨识得到的控制参数对光伏逆变器并网模型进行仿真，并根据仿真结果和扰动响应测试结果确定最优结果。
所述在不同电压扰动工况下对光伏逆变器进行扰动测试之前，包括：
将光伏逆变器的交流侧和直流侧分别接入模拟电网和光伏模拟直流源；
启动模拟电网和光伏模拟直流源，并设置模拟电网的输出电压为光伏逆变器的额定电压，光伏模拟直流源的输出功率大于等于光伏逆变器的额定功率；
启动光伏逆变器，并使其运行在恒定功率模式。
所述在不同电压扰动工况下对光伏逆变器进行扰动测试，包括：
设定光伏逆变器的感性无功测试环境；
当光伏逆变器稳定运行时，在不同电压扰动工况下对光伏逆变器进行扰动测试，分别记录不同电压扰动工况下光伏逆变器的交流侧电压和电流；其中Un表示光伏逆变器的额定电压，Pn表示光伏逆变器的额定功率，Qmax表示光伏逆变器输出的最大无功功率，90％Un≤Uf≤110％Un；
设定光伏逆变器的容性无功测试环境；
当光伏逆变器稳定运行时，在不同电压扰动工况下对光伏逆变器进行扰动测试，分别记录不同电压扰动工况下光伏逆变器的交流侧电压和电流。
所述根据得到的每个电压扰动工况下光伏逆变器的交流侧电压和电流计算每个电压扰动工况下光伏逆变器的扰动响应测试结果，包括：
基于记录的每个不同电压扰动工况下光伏逆变器的交流侧电压和电流，并采用离散傅里叶分析方法计算每个电压扰动工况下光伏逆变器的扰动响应测试结果；
所述扰动响应测试结果包括：光伏逆变器的三相电压基波正序值、光伏逆变器输出的有功功率、光伏逆变器输出的无功功率、故障起始时刻、故障结束时刻以及模拟电网的扰动电压幅值。
所述根据扰动响应测试结果和光伏逆变器并网模型，采用粒子群优化算法对每个电压扰动工况下光伏逆变器的控制参数进行辨识之前，包括：
设置模拟电网的的扰动参数和光伏逆变器并网模型的初始控制参数；
所述扰动参数包括：电网电压、光伏逆变器的有功功率指令、光伏逆变器的无功功率指令、故障起始时刻、故障结束时刻以及扰动电压幅值，其中电网电压等于光伏逆变器的三相电压基波正序值，光伏逆变器的有功功率指令等于光伏逆变器输出的有功功率，光伏逆变器的无功功率指令等于光伏逆变器输出的无功功率，扰动电压幅值等于模拟电网的扰动电压幅值；
所述初始控制参数包括：光伏逆变器并网模型中有功控制环节的比例系数、有功控制环节的积分系数、无功控制环节的比例系数和无功控制环节的积分系数。
所述根据辨识得到的控制参数对光伏逆变器并网模型进行仿真，包括：
根据辨识得到的控制参数对初始控制参数进行初始化，并根据扰动响应测试结果对光伏逆变器并网模型的扰动参数进行初始化；
根据初始化后的控制参数和扰动参数对光伏逆变器并网模型进行仿真，得到仿真结果。
所述根据仿真结果和扰动响应测试结果确定最优结果，包括：
计算仿真结果和扰动响应测试结果的均方差；
计算不同电压扰动工况下有功功率误差和无功功率误差；
选择不同电压扰动工况下有功功率误差最小值和无功功率最小误差最小值作为最优结果；
其中，仿真结果包括每个电压扰动工况下光伏逆变器的交流侧电压和电流。
不同电压扰动工况下有功功率误差和无功功率误差按下式计算：
Figure BDA0002635160690000031
Figure BDA0002635160690000032
其中，δi表示电压扰动工况i下的有功功率误差，θi表示电压扰动工况i下的无功功率误差，err(j,i)P表示第j组仿真结果在电压扰动工况i下的有功功率均方差，err(j,i)Q表示第j组仿真结果在电压扰动工况i下的无功功率均方差，err(i,i)P表示j＝i时的有功功率误差，err(i,i)Q表示j＝i时的无功功率误差，i＝1,2,...,n，j＝1,2,...,m，n表示电压扰动工况种数，m表示仿真结果组数，且n＝m。
所述感性无功测试环境包括：光伏逆变器输出的有功功率在70％Pn～100％Pn范围内，感性无功功率在70％Qmax～100％Qmax范围内，且将模拟电网的扰动电压幅值Uf在90％Un的基础上按照预设扰动步长递增，电压扰动持续设定时间；
所述容性无功测试环境包括：光伏逆变器输出的有功功率在70％Pn～100％Pn范围内，容性无功功率在70％Qmax～100％Qmax范围内，且将模拟电网的扰动电压幅值Uf在90％Un的基础上按照预设扰动步长递增，电压扰动持续设定时间。
另一方面，本发明提供一种光伏逆变器控制参数的辨识装置，包括：
测试模块，用于在不同电压扰动工况下对光伏逆变器进行扰动测试，并根据得到的每个电压扰动工况下光伏逆变器的交流侧电压和电流计算每个电压扰动工况下光伏逆变器的扰动响应测试结果；
辨识模块，用于根据扰动响应测试结果和预先构建的光伏逆变器并网模型，采用粒子群优化算法对每个电压扰动工况下光伏逆变器的控制参数进行辨识；
确定模块，用于根据辨识得到的控制参数对光伏逆变器并网模型进行仿真，并根据仿真结果和扰动响应测试结果确定最优结果。
所述光伏逆变器的交流侧和直流侧分别接入模拟电网和光伏模拟直流源；
所述装置还包括：
第一启动模块，用于启动模拟电网和光伏模拟直流源；
第一设置模块，用于设置模拟电网的输出电压为光伏逆变器的额定电压，所述光伏模拟直流源的输出功率大于等于光伏逆变器的额定功率；
第二启动模块，用于启动光伏逆变器，并使光伏逆变器运行在恒定功率模式。
所述测试模块包括：
第一测试单元，用于设定光伏逆变器的感性无功测试环境，当光伏逆变器稳定运行时，在不同电压扰动工况下对光伏逆变器进行扰动测试，分别记录不同电压扰动工况下光伏逆变器的交流侧电压和电流；其中Un表示光伏逆变器的额定电压，Pn表示光伏逆变器的额定功率，Qmax表示光伏逆变器输出的最大无功功率，90％Un≤Uf≤110％Un；
第二测试单元，用于设定光伏逆变器的容性无功测试环境，当光伏逆变器稳定运行时，在不同电压扰动工况下对光伏逆变器进行扰动测试，分别记录不同电压扰动工况下光伏逆变器的交流侧电压和电流。
所述测试模块包括：
计算单元，用于基于记录的每个电压扰动工况下光伏逆变器的交流侧电压和电流，并采用离散傅里叶分析方法计算每个电压扰动工况下光伏逆变器的扰动响应测试结果；
所述扰动响应测试结果包括：光伏逆变器的三相电压基波正序值、光伏逆变器输出的有功功率、光伏逆变器输出的无功功率、故障起始时刻、故障结束时刻以及模拟电网的扰动电压幅值。
所述装置还包括：
第二设置单元，用于设置模拟电网的的扰动参数和光伏逆变器并网模型的初始控制参数；
所述扰动参数包括：电网电压、光伏逆变器的有功功率指令、光伏逆变器的无功功率指令、故障起始时刻、故障结束时刻以及扰动电压幅值，其中电网电压等于光伏逆变器的三相电压基波正序值，光伏逆变器的有功功率指令等于光伏逆变器输出的有功功率，光伏逆变器的无功功率指令等于光伏逆变器输出的无功功率，扰动电压幅值等于模拟电网的扰动电压幅值；
所述初始控制参数包括：光伏逆变器并网模型中有功控制环节的比例系数、有功控制环节的积分系数、无功控制环节的比例系数和无功控制环节的积分系数。
所述确定模块包括：
初始化单元，用于根据辨识得到的控制参数对初始控制参数进行初始化，并根据扰动响应测试结果对光伏逆变器并网模型的扰动参数进行初始化；
仿真单元，用于利用初始化后的控制参数和扰动参数对光伏逆变器并网模型进行仿真，得到仿真结果。
所述确定模块还包括：
均方根计算单元，用于计算仿真结果和扰动响应测试结果的均方差；
功率误差计算单元，用于计算不同电压扰动工况下有功功率误差和无功功率误差；
择优单元，用于选择不同电压扰动工况下有功功率误差最小值和无功功率最小误差最小值作为最优结果。
所述功率误差计算单元按下式计算不同电压扰动工况下有功功率误差和无功功率误差：
Figure BDA0002635160690000051
Figure BDA0002635160690000061
其中，δi表示电压扰动工况i下的有功功率误差，θi表示电压扰动工况i下的无功功率误差，err(j,i)P表示第j组仿真结果在电压扰动工况i下的有功功率均方差，err(j,i)Q表示第j组仿真结果在电压扰动工况i下的无功功率均方差，err(i,i)P表示j＝i时的有功功率误差，err(i,i)Q表示j＝i时的无功功率误差，i＝1,2,...,n，j＝1,2,...,m，n表示电压扰动工况种数，m表示仿真结果组数，且n＝m.
所述感性无功测试环境包括：光伏逆变器输出的有功功率在70％Pn～100％Pn范围内，感性无功功率在70％Qmax～100％Qmax范围内，且将模拟电网的扰动电压幅值Uf在90％Un的基础上按照预设扰动步长递增，电压扰动持续设定时间；
所述容性无功测试环境包括：光伏逆变器输出的有功功率在70％Pn～100％Pn范围内，容性无功功率在70％Qmax～100％Qmax范围内，且将模拟电网的扰动电压幅值Uf在90％Un的基础上按照预设扰动步长递增，电压扰动持续设定时间。
与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：
本发明提供的光伏逆变器控制参数的辨识方法中，先在不同电压扰动工况下对光伏逆变器进行扰动测试，并根据得到的每个电压扰动工况下光伏逆变器的交流侧电压和电流计算每个电压扰动工况下光伏逆变器的扰动响应测试结果；然后根据扰动响应测试结果和预先构建的光伏逆变器并网模型，采用粒子群优化算法对每个电压扰动工况下光伏逆变器的控制参数进行辨识；最后根据辨识得到的控制参数对光伏逆变器并网模型进行仿真，并根据仿真结果和扰动响应测试结果确定最优结果，得到的最优结果准确性高，且消除了误差随机性；
本发明采用粒子群优化算法对光伏逆变器进行的控制参数进行辨识，并根据仿真得到的仿真结果和扰动响应测试结果对多组仿真结果进行筛选，得到最优结果，减小了辨识结果存在的误差。
本发明只需要在不同电压扰动工况下对光伏逆变器进行扰动测试，不需要了解光伏逆变器内部结构及修改接线，测试过程简单，且测试时间短。
附图说明
图1是本发明实施例1中光伏逆变器控制参数的辨识方法流程图；
图2是本发明实施例2中光伏逆变器、模拟电网和光伏模拟直流源连接关系示意图；
图3是本发明实施例2中90％Un扰动时光伏逆变器的交流侧电压波形图；
图4是本发明实施例2中90％Un扰动时光伏逆变器的交流侧有功功率和无功功率波形图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例1
本发明实施例1提供了一种光伏逆变器控制参数的辨识方法，具体流程图如图1所示，具体过程如下：
S101：在不同电压扰动工况下对光伏逆变器进行扰动测试，并根据得到的每个电压扰动工况下光伏逆变器的交流侧电压和电流计算每个电压扰动工况下光伏逆变器的扰动响应测试结果；
S102：根据扰动响应测试结果和预先构建的光伏逆变器并网模型，采用粒子群优化算法对每个电压扰动工况下光伏逆变器的控制参数进行辨识；
S103：根据辨识得到的控制参数对光伏逆变器并网模型进行仿真，并根据仿真结果和扰动响应测试结果确定最优结果。
上述S101的在不同电压扰动工况下对光伏逆变器进行扰动测试之前，需要进行如下操作：
1)将光伏逆变器的交流侧和直流侧分别接入模拟电网和光伏模拟直流源，具体是将光伏逆变器交流侧的三相端口与模拟电网的三相端口分别对应连接，其直流侧的正负端口与光伏模拟直流源的正负端口分别对应连接；
2)启动模拟电网和光伏模拟直流源，并设置模拟电网的输出电压为光伏逆变器的额定电压，光伏模拟直流源的输出功率大于等于光伏逆变器的额定功率；
3)启动光伏逆变器，并使其运行在恒定功率模式。
上述S101中，在不同电压扰动工况下对光伏逆变器进行扰动测试，具体过程如下：
1)设定光伏逆变器的感性无功测试环境；
当光伏逆变器稳定运行时，在不同电压扰动工况下对光伏逆变器进行扰动测试，分别记录不同电压扰动工况下光伏逆变器的交流侧电压和电流；其中Un表示光伏逆变器的额定电压，Pn表示光伏逆变器的额定功率，Qmax表示光伏逆变器输出的最大无功功率，90％Un≤Uf≤110％Un；
光伏逆变器的感性无功测试环境具体为：光伏逆变器输出的有功功率在70％Pn～100％Pn范围内，感性无功功率在70％Qmax～100％Qmax范围内，且将模拟电网的扰动电压幅值Uf在90％Un的基础上按照预设扰动步长递增(本发明实施例1按照5％Un的扰动步长递增)，电压扰动持续设定时间(本发明实施例1设为2秒)；
2)设定光伏逆变器的容性无功测试环境；当光伏逆变器稳定运行时，在不同电压扰动工况下对光伏逆变器进行扰动测试，分别记录不同电压扰动工况下光伏逆变器的交流侧电压和电流。
光伏逆变器的容性无功测试环境具体为：光伏逆变器输出的有功功率在70％Pn～100％Pn范围内，容性无功功率在70％Qmax～100％Qmax范围内，且将模拟电网的扰动电压幅值Uf在90％Un的基础上按照预设扰动步长递增(本发明实施例1按照5％Un的扰动步长递增)，电压扰动持续设定时间(本发明实施例1设为2秒)。
上述S101中，根据得到的每个电压扰动工况下光伏逆变器的交流侧电压和电流计算每个电压扰动工况下光伏逆变器的扰动响应测试结果，具体过程如下：
基于记录的每个电压扰动工况下光伏逆变器的交流侧电压和电流，并采用离散傅里叶分析方法计算每个电压扰动工况下光伏逆变器的扰动响应测试结果；
扰动响应测试结果包括：光伏逆变器的三相电压基波正序值U1+、光伏逆变器输出的有功功率P1+、光伏逆变器输出的无功功率Q1+、故障起始时刻t1、故障结束时刻t2以及模拟电网的扰动电压幅值Uf。
上述S102前，根据扰动响应测试结果和光伏逆变器并网模型，采用粒子群优化算法对不同电压扰动工况下光伏逆变器的控制参数进行辨识之前，需要设置光伏逆变器并网模型的扰动参数和控制参数，扰动参数包括电网电压Unormal、光伏逆变器的有功功率指令Pord、光伏逆变器的无功功率指令Qord、故障起始时刻t1、故障结束时刻t2以及扰动电压幅值Ufault，其中电网电压等于光伏逆变器的三相电压基波正序值，即Unormal＝U1+，光伏逆变器的有功功率指令等于光伏逆变器输出的有功功率，即Pord＝P1+，光伏逆变器的无功功率指令等于光伏逆变器输出的无功功率，即Qord＝Q1+，扰动电压幅值等于模拟电网的扰动电压幅值，即Ufault＝Uf；
上述的控制参数包括光伏逆变器并网模型中有功控制环节的比例系数、有功控制环节的积分系数、无功控制环节的比例系数和无功控制环节的积分系数。
上述S102中，根据扰动响应测试结果和预先构建的光伏逆变器并网模型，采用粒子群优化算法对不同电压扰动工况下光伏逆变器的控制参数进行辨识，具体包括以下步骤：
步骤2-1：设置模拟电网的的扰动参数和光伏逆变器并网模型的初始控制参数；依据《GB/T 32892光伏发电系统模型及参数测试规程》III型模型，在MATLAB或Simulink中建立光伏逆变器并网模型，设置光伏逆变器并网模型的扰动参数包括电网电压Unormal(＝U1+)，光伏逆变器的有功功率指令Pord(＝P1+)，无功功率指令Qord(＝Q1+)，故障起始时刻t1，故障结束时刻t2和扰动电压幅值Ufault(＝Uf)。设置光伏逆变器中有功控制环节的比例系数Kp、有功控制环节的积分系数Tp、无功控制环节的比例系数Kq和无功控制环节的积分系数Tq。
步骤2-2：基于MATLAB脚本语言环境，参考《GB/T 32892光伏发电系统模型及参数测试规程》附录B，分析步骤1获得的实验数据1，分别划分A、B1、B2、C1和C2故障区间。其中，A区间电压有效值平均值作为电网稳态正常电压，有功功率和无功功率平均值作为仿真模型功率指令值，B2区间电压有效值平均值作为扰动电压值，B1起始时刻和B2结束时刻分别为故障开始和结束时刻。根据以上参数，对步骤2-1中光伏逆变器并网模型中Unormal、Pord、Qord、Ufault、t1、t2进行初始化；
步骤2-3：根据厂家提供的PI参数设计值，作为粒子群算法第一代初始值，更新Kp、Tp、Kq和Tq，启动2-1中MATLAB/Simulink中光伏逆变器模型仿真，记录并网电压电流数据。基于离散傅里叶分析方法，计算光伏逆变器三相电压、电流基波正序值U1+、I1+，计算逆变器并网有功功率和无功功率P1+和Q1+。对仿真结果与对应的2-2实测数据进行比对，计算均方差；
步骤2-4：选择粒子中误差最小一组，更新所有粒子位置，重复步骤2-3，直至均方差满足最小误差要求，停止迭代。
步骤2-5：重复步骤2-3和2-4，获得PI控制参数辨识结果。
上述S103中，根据辨识结果对光伏逆变器并网模型进行仿真，包括：
根据辨识得到的控制参数对初始控制参数进行初始化，并根据扰动响应测试结果对扰动参数进行初始化；
利用初始化后的控制参数和扰动参数光伏逆变器并网模型进行仿真，得到仿真结果。
根据仿真结果和扰动响应测试结果确定最优结果，具体过程如下：
计算仿真结果和扰动响应测试结果的均方差；
计算不同电压扰动工况下有功功率误差和无功功率误差；
选择不同电压扰动工况下有功功率误差最小值和无功功率最小误差最小值作为最优结果。
不同电压扰动工况下有功功率误差和无功功率误差按下式计算：
Figure BDA0002635160690000101
Figure BDA0002635160690000102
其中，δi表示电压扰动工况i下的有功功率误差，θi表示电压扰动工况i下的无功功率误差，err(j,i)P表示第j组仿真结果在电压扰动工况i下的有功功率均方差，err(j,i)Q表示第j组仿真结果在电压扰动工况i下的无功功率均方差，err(i,i)P表示j＝i时的有功功率误差，err(i,i)Q表示j＝i时的无功功率误差，i＝1,2,...,n，j＝1,2,...,m，n表示电压扰动工况种数，m表示仿真结果组数，且n＝m；
实施例2
本发明实施例2提供一种光伏逆变器控制参数的辨识装置，其包括测试模块、辨识模块和确定模块，下面对这三个模块的功能进行详细说明：
测试模块，用于在不同电压扰动工况下对光伏逆变器进行扰动测试，并根据得到的每个电压扰动工况下光伏逆变器的交流侧电压和电流计算每个电压扰动工况下光伏逆变器的扰动响应测试结果；
辨识模块，用于根据扰动响应测试结果和预先构建的光伏逆变器并网模型，采用粒子群优化算法对每个电压扰动工况下光伏逆变器的控制参数进行辨识；
确定模块，用于根据辨识得到的控制参数对光伏逆变器并网模型进行仿真，并根据仿真结果和扰动响应测试结果确定最优结果。
上述光伏逆变器的交流侧和直流侧分别接入模拟电网和光伏模拟直流源；
本发明实施例1提供的光伏逆变器控制参数的辨识装置还包括：
第一启动模块，用于启动模拟电网和光伏模拟直流源；
第一设置模块，用于设置模拟电网的输出电压为光伏逆变器的额定电压，光伏模拟直流源的输出功率大于等于光伏逆变器的额定功率；
第二启动模块，用于启动光伏逆变器，并使光伏逆变器运行在恒定功率模式。
上述的测试模块包括：
第一测试单元，用于设定光伏逆变器的感性无功测试环境，当光伏逆变器稳定运行时，在不同电压扰动工况下对光伏逆变器进行扰动测试，分别记录不同电压扰动工况下光伏逆变器的交流侧电压和电流；其中Un表示光伏逆变器的额定电压，Pn表示光伏逆变器的额定功率，Qmax表示光伏逆变器输出的最大无功功率，90％Un≤Uf≤110％Un；
第二测试单元，用于设定光伏逆变器的感性无功测试环境，当光伏逆变器稳定运行时，在不同电压扰动工况下对光伏逆变器进行扰动测试，分别记录不同电压扰动工况下光伏逆变器的交流侧电压和电流。
计算单元，用于基于记录的每个电压扰动工况下光伏逆变器的交流侧电压和电流，并采用离散傅里叶分析方法计算每个电压扰动工况下光伏逆变器的扰动响应测试结果；
扰动响应测试结果包括：光伏逆变器的三相电压基波正序值、光伏逆变器输出的有功功率、光伏逆变器输出的无功功率、故障起始时刻、故障结束时刻以及模拟电网的扰动电压幅值。
本发明实施例2提供的光伏逆变器控制参数的辨识装置还包括第二设置单元，该第二设置单元用于设置模拟电网的的扰动参数和光伏逆变器并网模型的初始控制参数；
上述扰动参数包括电网电压、光伏逆变器的有功功率指令、光伏逆变器的无功功率指令、故障起始时刻、故障结束时刻以及扰动电压幅值，其中电网电压等于光伏逆变器的三相电压基波正序值，光伏逆变器的有功功率指令等于光伏逆变器输出的有功功率，光伏逆变器的无功功率指令等于光伏逆变器输出的无功功率，扰动电压幅值等于模拟电网的扰动电压幅值；
上述初始控制参数包括光伏逆变器并网模型中有功控制环节的比例系数、有功控制环节的积分系数、无功控制环节的比例系数和无功控制环节的积分系数。
上述确定模块包括：
初始化单元，用于根据辨识得到的控制参数对初始控制参数进行初始化，并根据扰动响应测试结果对光伏逆变器并网模型的扰动参数进行初始化；
仿真单元，用于利用初始化后的控制参数和扰动参数对光伏逆变器并网模型进行仿真，得到仿真结果。
确定模块还包括：
均方根计算单元，用于计算仿真结果和扰动响应测试结果的均方差；
功率误差计算单元，用于计算不同电压扰动工况下有功功率误差和无功功率误差；
择优单元，用于选择不同电压扰动工况下有功功率误差最小值和无功功率最小误差最小值作为最优结果。
功率误差计算单元按下式计算不同电压扰动工况下有功功率误差和无功功率误差：
Figure BDA0002635160690000121
Figure BDA0002635160690000122
其中，δi表示电压扰动工况i下的有功功率误差，θi表示电压扰动工况i下的无功功率误差，err(j,i)P表示第j组仿真结果在电压扰动工况i下的有功功率均方差，err(j,i)Q表示第j组仿真结果在电压扰动工况i下的无功功率均方差，err(i,i)P表示j＝i时的有功功率误差，err(i,i)Q表示j＝i时的无功功率误差，i＝1,2,...,n，j＝1,2,...,m，n表示电压扰动工况种数，m表示仿真结果组数，且n＝m。
感性无功测试环境包括：光伏逆变器输出的有功功率在70％Pn～100％Pn范围内，感性无功功率在70％Qmax～100％Qmax范围内，且将模拟电网的扰动电压幅值Uf在90％Un的基础上按照预设扰动步长递增，电压扰动持续设定时间；
容性无功测试环境包括：光伏逆变器输出的有功功率在70％Pn～100％Pn范围内，容性无功功率在70％Qmax～100％Qmax范围内，且将模拟电网的扰动电压幅值Uf在90％Un的基础上按照预设扰动步长递增，电压扰动持续设定时间。
实施例3
本发明实施例3提供了一种光伏逆变器控制参数的辨识方法，具体包括以下步骤：
S201：将36kW光伏逆变器的交流侧和直流侧分别接入模拟电网和光伏模拟直流源，如图2所示，光伏模拟直流源最大功率点功率PMPP为36kW，最大功率点电压VMPP为600V，模拟电网交流输出电压Vpcc为480V，示波器对被测光伏逆变器交流并网点三相电压电流数据进行采集，开展不同电压扰动工况下对光伏逆变器进行扰动测试，共得到8组实验数据。其中90％Un扰动时光伏逆变器的交流侧电压波形图如图3所示，90％Un扰动时光伏逆变器的交流侧有功功率和无功功率波形图如图4所示，图4中，P1+表示90％Un扰动时光伏逆变器的交流侧有功功率，Q1+表示90％Un扰动时光伏逆变器的交流侧无功功率。
S202：分析辨识数据，得到如表1所示的8组PI参数辨识结果：
表1
Figure BDA0002635160690000131
S203：根据参数辨识结果计算误差：
将1～8组参数辨识结果分别带入8种实验工况，并用实际工况与基于该8组参数的模型进行对比误差分析，其中PI控制辨识参数有功控制参数误差归一化结果如表2，PI控制辨识参数无功控制参数误差归一化结果如表3：
表2
Figure BDA0002635160690000132
Figure BDA0002635160690000141
表3
Figure BDA0002635160690000142
从表2和表3中可以看出，第8组参数辨识结果误差远远大于其他组分析结果，推测为实测数据收到干扰，因此将第8组实验从分析结果中提出，对剩余7组结果标准误差进行累计，分别得到有功参数和无功参数控制误差累计结果，如表4：
表4
i 1 2 3 4 5 6 7
δ 7.129 7.160 7.088 7.134 7.229 7.092 7.114
θ 8.316 7.963 7.908 7.960 8.188 8.215 9.821
表4中，i表示参数辨识结果组数索引，δ表示有功参数控制误差累计结果，θ表示无功参数控制误差累计结果，从表4中可以看到i＝3时，有功参数控制误差累计结果和无功参数控制误差累计结果均最小。最优便是结果为第3组此得到Kp＝0.496，Kip＝235.690，Kq＝0.596，Kiq＝41.343。因此，采用实施例2给出的光伏逆变器控制参数的辨识方法能够立即发现有问题的测试数据，且可以基于多组数据得到一组参数辨识结果。
为了描述的方便，以上装置的各部分以功能分为各种模块或单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各模块或单元的功能在同一个或多个软件或硬件中实现。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请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，本申请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。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、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，所属领域的普通技术人员参照上述实施例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，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (18)

1.一种光伏逆变器控制参数的辨识方法，其特征在于，包括：
在不同电压扰动工况下对光伏逆变器进行扰动测试，并根据得到的每个电压扰动工况下光伏逆变器的交流侧电压和电流计算每个电压扰动工况下光伏逆变器的扰动响应测试结果；
根据扰动响应测试结果和预先构建的光伏逆变器并网模型，采用粒子群优化算法对每个电压扰动工况下光伏逆变器的控制参数进行辨识；
根据辨识得到的控制参数对光伏逆变器并网模型进行仿真，并根据仿真结果和扰动响应测试结果确定最优结果。
2.根据权利要求1所述的光伏逆变器控制参数的辨识方法，其特征在于，所述在不同电压扰动工况下对光伏逆变器进行扰动测试之前，包括：
将光伏逆变器的交流侧和直流侧分别接入模拟电网和光伏模拟直流源；
启动模拟电网和光伏模拟直流源，并设置模拟电网的输出电压为光伏逆变器的额定电压，光伏模拟直流源的输出功率大于等于光伏逆变器的额定功率；
启动光伏逆变器，并使其运行在恒定功率模式。
3.根据权利要求1所述的光伏逆变器控制参数的辨识方法，其特征在于，所述在不同电压扰动工况下对光伏逆变器进行扰动测试，包括：
设定光伏逆变器的感性无功测试环境；
当光伏逆变器稳定运行时，在不同电压扰动工况下对光伏逆变器进行扰动测试，分别记录不同电压扰动工况下光伏逆变器的交流侧电压和电流；其中Un表示光伏逆变器的额定电压，Pn表示光伏逆变器的额定功率，Qmax表示光伏逆变器输出的最大无功功率，90％Un≤Uf≤110％Un；
设定光伏逆变器的容性无功测试环境；
当光伏逆变器稳定运行时，在不同电压扰动工况下对光伏逆变器进行扰动测试，分别记录不同电压扰动工况下光伏逆变器的交流侧电压和电流。
4.根据权利要求3所述的光伏逆变器控制参数的辨识方法，其特征在于，所述根据得到的每个电压扰动工况下光伏逆变器的交流侧电压和电流计算每个电压扰动工况下光伏逆变器的扰动响应测试结果，包括：
基于记录的每个电压扰动工况下光伏逆变器的交流侧电压和电流，采用离散傅里叶分析方法计算每个电压扰动工况下光伏逆变器的扰动响应测试结果；
所述扰动响应测试结果包括：光伏逆变器的三相电压基波正序值、光伏逆变器输出的有功功率、光伏逆变器输出的无功功率、故障起始时刻、故障结束时刻以及模拟电网的扰动电压幅值。
5.根据权利要求4所述的光伏逆变器控制参数的辨识方法，其特征在于，所述根据扰动响应测试结果和光伏逆变器并网模型，采用粒子群优化算法对每个电压扰动工况下光伏逆变器的控制参数进行辨识之前，包括：
设置模拟电网的的扰动参数和光伏逆变器并网模型的初始控制参数；
所述扰动参数包括：电网电压、光伏逆变器的有功功率指令、光伏逆变器的无功功率指令、故障起始时刻、故障结束时刻以及扰动电压幅值，其中电网电压等于光伏逆变器的三相电压基波正序值，光伏逆变器的有功功率指令等于光伏逆变器输出的有功功率，光伏逆变器的无功功率指令等于光伏逆变器输出的无功功率，扰动电压幅值等于模拟电网的扰动电压幅值；
所述初始控制参数包括：光伏逆变器并网模型中有功控制环节的比例系数、有功控制环节的积分系数、无功控制环节的比例系数和无功控制环节的积分系数。
6.根据权利要求5所述的光伏逆变器控制参数的辨识方法，其特征在于，所述根据辨识得到的控制参数对光伏逆变器并网模型进行仿真，包括：
根据辨识得到的控制参数对初始控制参数进行初始化，并根据扰动响应测试结果对扰动参数进行初始化；
利用初始化后的控制参数和扰动参数光伏逆变器并网模型进行仿真，得到仿真结果。
7.根据权利要求6所述的光伏逆变器控制参数的辨识方法，其特征在于，所述根据仿真结果和扰动响应测试结果确定最优结果，包括：
计算仿真结果和扰动响应测试结果的均方差；
计算不同电压扰动工况下有功功率误差和无功功率误差；
选择不同电压扰动工况下有功功率误差最小值和无功功率最小误差最小值作为最优结果；
其中，仿真结果包括每个电压扰动工况下光伏逆变器的交流侧电压和电流。
8.根据权利要求7所述的光伏逆变器控制参数的辨识方法，其特征在于，所述不同电压扰动工况下有功功率误差和无功功率误差按下式计算：
Figure FDA0002635160680000021
Figure FDA0002635160680000022
其中，δi表示电压扰动工况i下的有功功率误差，θi表示电压扰动工况i下的无功功率误差，err(j,i)P表示第j组仿真结果在电压扰动工况i下的有功功率均方差，err(j,i)Q表示第j组仿真结果在电压扰动工况i下的无功功率均方差，err(i,i)P表示j＝i时的有功功率误差，err(i,i)Q表示j＝i时的无功功率误差，i＝1,2,...,n，j＝1,2,...,m，n表示电压扰动工况种数，m表示仿真结果组数，且n＝m。
9.根据权利要求3所述的光伏逆变器控制参数的辨识方法，其特征在于，所述感性无功测试环境包括：光伏逆变器输出的有功功率在70％Pn～100％Pn范围内，感性无功功率在70％Qmax～100％Qmax范围内，且将模拟电网的扰动电压幅值Uf在90％Un的基础上按照预设扰动步长递增，电压扰动持续设定时间；
所述容性无功测试环境包括：光伏逆变器输出的有功功率在70％Pn～100％Pn范围内，容性无功功率在70％Qmax～100％Qmax范围内，且将模拟电网的扰动电压幅值Uf在90％Un的基础上按照预设扰动步长递增，电压扰动持续设定时间。
10.一种光伏逆变器控制参数的辨识装置，其特征在于，包括：
测试模块，用于在不同电压扰动工况下对光伏逆变器进行扰动测试，并根据得到的每个电压扰动工况下光伏逆变器的交流侧电压和电流计算每个电压扰动工况下光伏逆变器的扰动响应测试结果；
辨识模块，用于根据扰动响应测试结果和预先构建的光伏逆变器并网模型，采用粒子群优化算法对每个电压扰动工况下光伏逆变器的控制参数进行辨识；
确定模块，用于根据辨识得到的控制参数对光伏逆变器并网模型进行仿真，并根据仿真结果和扰动响应测试结果确定最优结果。
11.根据权利要求10所述的光伏逆变器控制参数的辨识装置，其特征在于，所述光伏逆变器的交流侧和直流侧分别接入模拟电网和光伏模拟直流源；
所述装置还包括：
第一启动模块，用于启动模拟电网和光伏模拟直流源；
第一设置模块，用于设置模拟电网的输出电压为光伏逆变器的额定电压，所述光伏模拟直流源的输出功率大于等于光伏逆变器的额定功率；
第二启动模块，用于启动光伏逆变器，并使光伏逆变器运行在恒定功率模式。
12.根据权利要求10所述的光伏逆变器控制参数的辨识装置，其特征在于，所述测试模块包括：
第一测试单元，用于设定光伏逆变器的感性无功测试环境，当光伏逆变器稳定运行时，在不同电压扰动工况下对光伏逆变器进行扰动测试，分别记录不同电压扰动工况下光伏逆变器的交流侧电压和电流；其中Un表示光伏逆变器的额定电压，Pn表示光伏逆变器的额定功率，Qmax表示光伏逆变器输出的最大无功功率，90％Un≤Uf≤110％Un；
第二测试单元，用于设定光伏逆变器的容性无功测试环境，当光伏逆变器稳定运行时，在不同电压扰动工况下对光伏逆变器进行扰动测试，分别记录不同电压扰动工况下光伏逆变器的交流侧电压和电流。
13.根据权利要求12所述的光伏逆变器控制参数的辨识装置，其特征在于，所述测试模块包括：
计算单元，用于基于记录的每个电压扰动工况下光伏逆变器的交流侧电压和电流，采用离散傅里叶分析方法计算每个电压扰动工况下光伏逆变器的扰动响应测试结果；
所述扰动响应测试结果包括：光伏逆变器的三相电压基波正序值、光伏逆变器输出的有功功率、光伏逆变器输出的无功功率、故障起始时刻、故障结束时刻以及模拟电网的扰动电压幅值。
14.根据权利要求13所述的光伏逆变器控制参数的辨识装置，其特征在于，所述装置还包括：
第二设置单元，用于设置模拟电网的的扰动参数和光伏逆变器并网模型的初始控制参数；
所述扰动参数包括：电网电压、光伏逆变器的有功功率指令、光伏逆变器的无功功率指令、故障起始时刻、故障结束时刻以及扰动电压幅值，其中电网电压等于光伏逆变器的三相电压基波正序值，光伏逆变器的有功功率指令等于光伏逆变器输出的有功功率，光伏逆变器的无功功率指令等于光伏逆变器输出的无功功率，扰动电压幅值等于模拟电网的扰动电压幅值；
所述初始控制参数包括：光伏逆变器并网模型中有功控制环节的比例系数、有功控制环节的积分系数、无功控制环节的比例系数和无功控制环节的积分系数。
15.根据权利要求14所述的光伏逆变器控制参数的辨识装置，其特征在于，所述确定模块包括：
初始化单元，用于根据辨识得到的控制参数对初始控制参数进行初始化，并根据扰动响应测试结果对光伏逆变器并网模型的扰动参数进行初始化；
仿真单元，用于利用初始化后的控制参数和扰动参数对光伏逆变器并网模型进行仿真，得到仿真结果。
16.根据权利要求15所述的光伏逆变器控制参数的辨识装置，其特征在于，所述确定模块还包括：
均方根计算单元，用于计算仿真结果和扰动响应测试结果的均方差；
功率误差计算单元，用于计算不同电压扰动工况下有功功率误差和无功功率误差；
择优单元，用于选择不同电压扰动工况下有功功率误差最小值和无功功率最小误差最小值作为最优结果；
其中，仿真结果包括每个电压扰动工况下光伏逆变器的交流侧电压和电流。
17.根据权利要求16所述的光伏逆变器控制参数的辨识装置，其特征在于，所述功率误差计算单元按下式计算不同电压扰动工况下有功功率误差和无功功率误差：
Figure FDA0002635160680000051
Figure FDA0002635160680000052
其中，δi表示电压扰动工况i下的有功功率误差，θi表示电压扰动工况i下的无功功率误差，err(j,i)P表示第j组仿真结果在电压扰动工况i下的有功功率均方差，err(j,i)Q表示第j组仿真结果在电压扰动工况i下的无功功率均方差，err(i,i)P表示j＝i时的有功功率误差，err(i,i)Q表示j＝i时的无功功率误差，i＝1,2,...,n，j＝1,2,...,m，n表示电压扰动工况种数，m表示仿真结果组数，且n＝m。
18.根据权利要求12所述的光伏逆变器控制参数的辨识装置，其特征在于，所述感性无功测试环境包括：光伏逆变器输出的有功功率在70％Pn～100％Pn范围内，感性无功功率在70％Qmax～100％Qmax范围内，且将模拟电网的扰动电压幅值Uf在90％Un的基础上按照预设扰动步长递增，电压扰动持续设定时间；
所述容性无功测试环境包括：光伏逆变器输出的有功功率在70％Pn～100％Pn范围内，容性无功功率在70％Qmax～100％Qmax范围内，且将模拟电网的扰动电压幅值Uf在90％Un的基础上按照预设扰动步长递增，电压扰动持续设定时间。
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