CN117318150B - 一种新能源发电并网装置控制结构识别方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于光伏发电装置技术领域，公开一种新能源发电并网装置控制结构识别方法及系统；所述方法包括：通过电压扰动信号注入测量黑盒装置交流阻抗，根据谐振频率点附近阻抗阻尼变化率识别黑盒装置有源阻尼控制结构；依据典型控制结构建立阻抗解析结果，根据电流环控制带宽和相位裕度极限取值范围内阻抗解析结果与黑盒装置阻抗测量结果拟合误差大小，识别黑盒装置虚拟阻抗控制结构；最后，根据装置整体控制结构建立修正阻抗解析结果，通过优化算法将修正阻抗解析结果与黑盒装置交流阻抗拟合，识别得到黑盒装置电流环控制、有源阻尼控制、虚拟阻抗控制的控制参数，完成控制识别。本发明能够准确有效获取黑盒装置控制结构及参数。
Description
技术领域
本发明属于光伏发电装置技术领域，尤其是涉及一种新能源发电并网装置控制结构识别方法及系统。
背景技术
随着大规模新能源开发利用，新能源并网系统稳定性问题日益凸出，宽频带振荡问题频繁发生，严重影响系统安全和新能源高效消纳。近年来，阻抗分析法成为分析和解决大规模新能源并网振荡问题的重要方法，新能源发电控制特性对新能源端口阻抗和系统稳定性产生重要影响。
而新能源变流器制造商因技术保密，一般不会公开变流器所采用的控制结构，即存在黑/灰箱问题，这给新能源发电与电网交互影响机理分析、提升系统稳定性控制优化方案制定带来技术挑战。亟需识别新能源发电控制方式，构建控制透明且能准确反映新能源实际运行特性的结构化电磁暂态模型。
针对提升新能源发电并网装置的并网振荡问题，现有方法一方面通过对控制参数优化实现装置端口阻抗特性重塑，消除系统存在的振荡风险，提升系统稳定性。另一方面，考虑到装置动态响应特性要求，控制参数优化裕度受限时，提出采用控制结构改进来提升系统稳定性，包括有源阻尼控制、虚拟阻抗控制。由于新能源发电并网装置型号多、控制方式和控制参数差异大，给实际装置的控制识别带来难度。
现有新能源发电并网装置根据端口阻抗数据，通过采用优化拟合算法，识别黑盒装置的控制参数。现有方法存在以下局限性问题：
(1)依据典型控制结构识别控制参数，未考虑不同型号发电装置特性差异；(2)当实际装置控制与典型控制结构不一致时，控制参数识别为盲目寻优，优化拟合算法出现不收敛；(3)仅关注控制参数识别而未关注控制结构，导致参数识别的无效性或低效性，不能真实反映实际装置的控制特性。
控制结构识别是控制参数拟合的前提与基础，是构建透明且准确电磁暂态仿真模型的关键。因此，为了解决上述技术问题，亟需提出一种新的新能源发电并网装置的控制结构识别方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新能源发电并网装置控制结构识别方法及系统，以解决现有技术不能准确识别新能源发电并网装置控制结构的技术问题。所述新能源发电并网装置包括新能源发电并网装置。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
第一方面，本发明提供一种新能源发电并网装置控制结构识别方法，包括：
扫频测量新能源发电并网装置的交流阻抗Zscan(fp)；根据交流阻抗Zscan(fp)，计算判断新能源发电并网装置有无采用有源阻尼控制，获得第一控制结构识别结果；建立典型控制结构下的新能源发电并网装置的模型，获取典型控制结构下的新能源发电并网装置的交流阻抗Zcal(fp)；建立交流阻抗Zcal(fp)与电流环控制带宽和相位裕度间映射关系；构建交流阻抗Zcal(fp)与测量结果误差目标函数，根据建立交流阻抗Zcal(fp)与电流环控制带宽和相位裕度间映射关系，获得误差目标函数最小值J；比较误差目标函数最小值J与预设阈值Jset的关系，判断新能源发电并网装置虚拟阻抗控制采用情况，获得第二控制结构识别结果；根据第一控制结构识别结果和第二控制结构识别结果，重新建立考虑整体控制结构下的新能源发电并网装置的模型，获取修正交流阻抗Zmod(fp)；构建修正交流阻抗Zmod(fp)与测量结果的修正误差目标函数，再采用参数优化算法，使得误差目标函数最小，识别得到新能源发电并网装置的电流环控制带宽、相位裕度、有源阻尼控制参数和虚拟阻抗控制参数。
第二方面，本发明提供一种新能源发电并网装置控制结构识别装置，包括：
第一扫频模块，用于扫频测量新能源发电并网装置的交流阻抗Zscan(fp)；第一识别模块，用于根据交流阻抗Zscan(fp)，计算判断新能源发电并网装置有无采用有源阻尼控制，获得第一控制结构识别结果；第二扫频模块，用于建立典型控制结构下的新能源发电并网装置的模型，获取典型控制结构下的新能源发电并网装置的交流阻抗Zcal(fp)；建立模块，用于建立交流阻抗Zcal(fp)与电流环控制带宽和相位裕度间映射关系；构建模块，用于构建交流阻抗Zcal(fp)与测量结果误差目标函数，根据建立交流阻抗Zcal(fp)与电流环控制带宽和相位裕度间映射关系，获得误差目标函数最小值J；第二识别模块，用于比较误差目标函数最小值J与预设阈值Jset的关系，判断新能源发电并网装置虚拟阻抗控制采用情况，获得第二控制结构识别结果；修正模块，用于根据第一控制结构识别结果和第二控制结构识别结果，重新建立考虑整体控制结构下的新能源发电并网装置的模型，获取修正交流阻抗Zmod(fp)；第三识别模块，用于构建修正交流阻抗Zmod(fp)与测量结果的修正误差目标函数，再采用参数优化算法，使得误差目标函数最小，识别得到新能源发电并网装置的电流环控制带宽、相位裕度、有源阻尼控制参数和虚拟阻抗控制参数。
第三方面，本发明提供一种电子设备，包括处理器和存储器，所述处理器用于执行存储器中存储的计算机程序以实现所述的新能源发电并网装置控制结构识别方法。
第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有至少一个指令，所述至少一个指令被处理器执行时实现所述的新能源发电并网装置控制结构识别方法。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
针对新能源发电黑盒装置控制识别难题，由于实际装置控制结构多种多样、运行特性复杂，现有发明基于典型控制结构识别控制参数，当实际装置控制与典型控制结构不一致时，控制参数识别为盲目寻优，导致参数识别的无效性或低效性，不能真实反映实际装置的控制特性。本发明提供一种新能源发电并网装置控制结构识别方法，通过电压扰动信号注入测量黑盒装置交流阻抗，根据谐振频率点附近阻抗阻尼变化率识别黑盒装置有源阻尼控制结构；然后，依据典型控制结构建立阻抗解析结果，根据电流环控制带宽和相位裕度极限取值范围内阻抗解析结果与黑盒装置阻抗测量结果拟合误差大小，识别黑盒装置虚拟阻抗控制结构；最后，根据装置整体控制结构建立修正阻抗解析结果，通过优化算法将修正阻抗解析结果与黑盒装置交流阻抗拟合，识别得到黑盒装置电流环控制、有源阻尼控制、虚拟阻抗控制的控制参数，完成控制识别。本发明为识别黑盒装置控制，首先提出控制结构识别方法，准确识别黑盒装置采用的控制结构，在此基础上识别控制参数，准确有效获取黑盒装置控制结构及参数，便于搭建黑盒装置的电磁暂态白盒模型，高效分析多工况下实际装置的运行特性。
针对新能源发电黑盒装置控制识别难题，采用本发明所述方法，能够准确识别黑盒装置所采用的有源阻尼和虚拟阻抗控制结构，在此基础上，提升电流环、有源阻尼和虚拟阻抗控制参数识别精度。基于识别结果，能够搭建与黑盒装置控制特性一致、控制结构透明、控制参数准确的电磁暂态白盒模型，真实高效反映实际黑盒装置运行特性，更具通用性、普适性和工程实用价值，为新能源发电并网稳定性分析以及基于控制优化提升系统稳定性的关键技术研究提供重大支撑。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为新能源发电并网装置主电路拓扑结构示意图；
图2为典型控制结构示意图；
图3为整体控制结构示意图；
图4为本发明一种新能源发电并网装置控制识别方法示意图；
图5为本发明实施例2中直驱发电装置阻抗测量结果示意图；
图6为本发明实施例2中仅考虑典型控制结构阻抗拟合结果与测量结果对比示意图；
图7为本发明实施例2中考虑有源阻尼和虚拟阻抗控制后阻抗拟合结果与测量结果对比示意图；
图8为本发明一种新能源发电并网装置控制识别方法示意图；
图9为本发明一种新能源发电并网装置控制识别装置示意图；
图10为本发明一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本发明所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
实施例1
本发明提出了一种新能源发电并网装置控制识别方法，通过电压扰动信号注入测量黑盒装置交流阻抗，根据谐振频率点附近阻抗阻尼变化率识别黑盒装置有源阻尼控制结构；然后，依据典型控制结构建立阻抗解析结果，根据电流环控制带宽和相位裕度极限取值范围内阻抗解析结果与黑盒装置阻抗测量结果拟合误差大小，识别黑盒装置虚拟阻抗控制结构；最后，根据装置整体控制结构建立修正阻抗解析结果，通过优化算法将修正阻抗解析结果与黑盒装置交流阻抗拟合，识别得到黑盒装置电流环控制、有源阻尼控制、虚拟阻抗控制的控制参数，完成控制识别。
请参阅图1所示，本发明提供一种新能源发电并网装置控制识别方法，应用所述方法的新能源发电单元拓扑结构包括输入电流源1、直流母线电容2、并网逆变器3、滤波器4、断路器5、扰动电压源6和电网7。
电流源1接入到直流母线电容2后，与并网逆变器3直流端口相连。并网逆变器3交流端口经由滤波器4与断路器5的一端相连后，断路器5的另一端通过扰动电压源6与电网7连接；所述滤波器4包括滤波电感和滤波电容；所述并网逆变器3采用三相全桥电路，PWM信号控制并网逆变器3运行。iga、igb、igc为并网逆变器3三相交流电流，ia、ib、ic为三相并网电流，va、vb、vc为三相并网电压。
请参阅图1至图4所示，本发明提供一种新能源发电并网装置控制识别方法，包括以下步骤：
步骤1，扫频测量新能源发电并网装置(黑盒模型)的交流阻抗；闭合断路器5，并网逆变器3启动；扰动电压源6依次在各频率点fp下持续注入设定时长T秒的电压扰动信号，扰动幅值为电网7基频电压V1的k倍，相位为频率点fp取值范围为fmin～fmax，频率间隔步长为1Hz；fmin取1～10Hz；fmax取1000～2000Hz。各频率点下电压扰动信号表达为：
其中，vao为a相电压扰动信号，vbo为b相电压扰动信号，vco为c相电压扰动信号。
采集各频率点fp下注入电压扰动信号时的新能源发电并网装置三相并网电压va、vb、vc和三相并网电流ia、ib、ic，通过对称分量法和傅里叶变换，提取得到新能源发电并网装置正序电压分量Vp和正序电流分量Ip，计算得到频率点fp下交流阻抗Zscan(fp)，计算公式为Zscan(fp)＝-Vp/Ip；
新能源发电并网装置(黑盒模型)的交流阻抗扫频测量，可以采用控制硬件在环仿真测量黑盒控制器作用下的新能源发电并网装置阻抗，也可以开展新能源发电实际装置阻抗现场实测。
步骤2，在滤波器4截止频率附近获取谐振频率点；所述滤波器4截止频率fLC根据滤波电感和滤波电容电气参数计算得到：
在滤波器4截止频率fLC附近选取fLC-fw～fLC+fw范围内的阻抗测量结果Zscan(fLC-fw)～Zscan(fLC+fw)作为获取谐振频率点的阻抗输入数据集；考虑到电感、电容参数设计的偏差以及电流环控制对谐振频率点的影响，边带宽度fw选为滤波器截止频率fLC的1/2。
从阻抗输入数据集中获取谐振频率点fR，所述谐振频率点fR表示阻抗输入数据集中阻抗幅值最大值对应的频率，满足
Zmax(fR)＝max{20log10|Zscan(fp)|}，fp＝fLC-fw～fLC+fw (3)
其中，max{}为求取最大值函数，Zmax(fR)为阻抗输入数据集中的阻抗幅值最大值，20log10|Zscan(fp)|为谐振频率点fp下阻抗幅值；Zmax(fR)是频率fLC-fw～fLC+fw范围内阻抗幅值的最大值。
步骤3，计算谐振频率点fR附近阻抗测量结果的阻尼变化率α，判断新能源发电并网装置(黑盒模型)有无采用有源阻尼控制；所述阻尼变化率α根据谐振频率点fR两侧阻抗测量结果的相位变化加权计算得到，计算公式为：
fRw为计算阻尼变化率所需采用的谐振频率点fR两侧阻抗数据点数量，优选的，fRw的取值为fR的1/10；∠Zscan(fR-fRw)为fR-fRw频率下阻抗相位，∠Zscan(fR+fRw)为fR+fRw频率下阻抗相位；fi是累计计数点。
根据阻尼变化率的大小，判断有源阻尼控制的采用情况，其中：
(1)当阻尼变化率α≤αset时，装置阻抗谐振频率点处阻尼能力强，表明新能源发电并网装置(黑盒模型)在典型控制结构基础上采用有源阻尼控制；αset为阻尼变化率阈值；优选的，αset的取值为0.01。
(2)当阻尼变化率α>αset时，装置阻抗谐振频率点处没有阻尼作用，表明新能源发电并网装置(黑盒模型)没有采用有源阻尼控制；
步骤4，建立考虑典型控制结构下的新能源发电并网装置交流阻抗解析结果Zcal(fp)，频率点fp取值范围为fmin～fmax，频率间隔步长为1Hz；
所述典型控制结构如图2所示，包含直流电压环控制、锁相环、电流环控制。所述锁相环具体为三相并网电压va、vb、vc经由abc→dq的Park变换，得到d、q轴电压分量vd、vq，q轴电压分量输入到锁相环控制器HPLL(s)，产生锁相角θPLL；所述直流电压环控制具体为，直流电压vdc与直流电压参考指令Vdcref的差值，输入到直流电压环控制器Hvdc(s)，产生d轴电流参考指令idref；所述电流环控制具体为，并网逆变器三相交流电流iga、igb、igc经由abc→dq的Park变换，得到d、q轴电流分量igd、igq；d、q轴电流参考指令igdref、igqref与d、q轴电流分量igd、igq的差值，输入到电流环控制器Hgi(s)，并且经过电流解耦系数Kgd作用后，输出到dq→abc的反Park变换，经由PWM环节，产生PWM信号。
首先建立图2所示典型控制结构的控制小信号模型，调制小信号解析表达式为：
其中，为直流电压小信号，为交流电流小信号，为交流电压小信号；Edc为直流电压控制5阶系数矩阵、Ei为交流电流控制5阶系数矩阵、Ev交流电压控制为5阶矩阵，公式6-8的括号内数字表示矩阵中对应行和对应列的元素，除下述表达式所示元素外，矩阵其余元素均为零。
其中，s1＝j2π(fp-f1)，f1为基波频率50Hz，TPLL(s1)为锁相环控制器闭环传递函数，I1为电流基频分量，为电流基频分量的共轭，M1为调制信号基频分量，为调制信号基频分量的共轭。
然后，建立图1所示新能源发电并网装置主电路小信号模型，包括交流侧回路小信号模型和交直流功率回路小信号模型。
交流侧回路小信号模型表达式为：
其中，Km为调制系数且Km＝0.5，U为5阶单位矩阵，Vdc为直流电压稳态值，Ma为调制信号稳态值，ZL为滤波电感阻抗矩阵。
交直流功率回路小信号模型表达式为：
其中，Gi、Gv均为5阶矩阵，公式11-12的括号内数字表示矩阵中对应行和对应列的元素，除下述表达式所示元素外，矩阵其余元素均为零。
其中，s＝j2πfp，s2＝j2π(fp-2f1)，Cdc为直流母线电容，Lf为滤波电感，I0为输入电流源1的稳态电流，V1为电压基频分量，V1 *为电压基频分量的共轭。
根据公式(5)～(10)，计算得到新能源发电并网装置交流导纳解析模型，表达式为：
其中，YC为滤波器4的滤波电容导纳矩阵。
根据公式(13)，新能源发电并网装置交流阻抗Zcal(fp)＝Ycal(3,3)。
步骤5，建立新能源发电并网装置交流阻抗解析结果与电流环控制带宽和相位裕度间映射关系；
首先，推导得到电流环控制器比例系数和积分系数与电流环控制带宽和相位裕度的数学关系，满足：
其中，电流环控制器Hgi(s)的比例系数为kgip，积分系数为kgii，电流环控制带宽为fc，电流环控制相位裕度为θc；
电流环控制带宽取值极限范围为：
fc∈[fcmin,fmax] (15)
其中，fcmin为电流环带宽的下限值，fcmax为电流环带宽的上限值，电流环控制带宽通常为数十至数百Hz；优选的可以取80～600Hz。
电流环控制相位裕度取值极限范围为：
θc∈(0°,90°) (16)
电流环控制带宽fc在公式(15)范围内和电流环相位裕度θc在公式(16)范围内取值不同时，电流环控制器比例系数kgip和积分系数kgii将得到不同的取值结果，新能源发电并网装置交流阻抗解析结果Zcal(fp)随之改变，由此建立得到阻抗解析结果随频率、电流环控制带宽、相位裕度变化的函数关系Zcal(fp,fc,θc)。
步骤6，构建交流阻抗解析与测量结果误差目标函数，在电流环控制带宽和相位裕度取值极限范围内采用参数优化算法，使得误差目标函数最小。
误差目标函数为
其中，20log10|Zcal(fp,fc,θc)|为Zcal(fp,fc,θc)的阻抗幅值，∠Zscan(fR+fRw)为Zcal(fp,fc,θc)的阻抗相位。
考虑到电流环控制器比例系数kgip和积分系数kgii对交流阻抗影响的频率范围为fcmin+f1～fcmax+f1，误差目标函数设定为在此频率范围内，通过采用参数优化算法，包括粒子群算法、退火算法、遗传算法等多种算法，在fc∈[fcmin,fmax]和θc∈(0°,90°)极限范围内，进行电流环控制带宽和相位裕度优化取值，使得函数关系Zcal(fp,fc,θc)与交流阻抗测量结果Zscan(fp)幅值之差的平方和以及相位之差的平方和最小，即误差目标函数取值最小为J。
步骤7，根据步骤6误差目标函数最小值J与预设阈值Jset之间的大小关系，判断新能源发电并网装置(黑盒模型)虚拟阻抗控制采用情况，其中：
(1)当误差目标函数J≥Jset时，表明在步骤5所述电流环控制带宽和相位裕度极限取值范围内，解析与测量结果间的拟合误差均不能满足要求，表明新能源发电并网装置(黑盒模型)在典型控制结构基础上采用虚拟阻抗控制；
(2)当误差目标函数J<Jset时，解析与测量结果间的阻抗拟合误差满足要求，表明新能源发电并网装置(黑盒模型)没有采用虚拟阻抗控制；
优选的，Jset取值为0.01。
步骤8，根据步骤3和步骤7所述控制结构识别结果，重新建立考虑整体控制结构下的新能源发电并网装置的修正交流阻抗解析结果Zmod(fp)，频率点fp取值范围为fmin～fmax，频率间隔步长为1Hz；
所述装置整体控制结构如图3所示，包含直流电压环控制、锁相环、电流环控制、有源阻尼控制和虚拟阻抗控制。在图2所示典型控制结构基础上，d、q轴电流分量igd、igq经过虚拟阻抗控制器Hy(s)后，叠加至电流环控制器Hgi(s)输出上；同时，滤波电容三相电流iCa、iCb、iCc经由abc→dq的Park变换，得到滤波电容d、q轴电流分量iCd、iCq，然后经由有源阻尼控制器Hc(s)后，叠加至电流环控制器Hgi(s)输出上。
所述有源阻尼控制器设置为二阶通用表达形式
当判断新能源发电并网装置采用有源阻尼控制，所述需要识别的有源阻尼器控制参数包括阻尼系数a、分子二阶项系数b、分子一阶项系数c、分子常数项系数d、分母二阶项系数e、分母一阶项系数f；a,b,c,d,e,f∈[0,1]；当判断新能源发电并网装置没有采用有源阻尼控制时，阻尼系数a为0。
所述虚拟阻抗控制器设置为二阶通用表达形式
当判断新能源发电并网装置采用虚拟阻抗控制，所述需要识别的虚拟阻抗控制器参数包括阻尼系数g、分子二阶项系数h、分子一阶项系数i、分子常数项系数j、分母二阶项系数k、分母一阶项系数l；g,h,i,j,k,l∈[0,1]。当判断新能源发电并网装置没有采用虚拟阻抗控制时，系数阻尼系数g为0。
相较于图2所示典型控制结构的控制小信号模型，整体控制结构下的修正调制小信号解析表达式为
其中，E′i、E′v均为5阶矩阵，公式21和22括号内数字表示矩阵中对应行和对应列的元素，除下述表达式所示元素外，矩阵其余元素均为零。
将E′i、E′v代替公式(13)中的Ei、Ev矩阵后，得到新能源发电并网装置的修正交流导纳解析模型Y′cal(3,3)，修正交流阻抗解析结果Zmod(fp)＝Y′cal(3,3)。修正交流阻抗解析结果随频率、电流环控制带宽、电流环控制相位裕度、有源阻尼器控制参数、虚拟阻抗控制器参数变化的函数关系，可以表述为Zmod(fp,fc,θc,Dc,Dy)，其中Dc为有源阻尼器控制参数集，Dc＝{a,b,c,d,e,f}，Dy为虚拟阻抗控制器参数集，Dy＝{g,h,i,j,k,l}。
步骤9，构建修正交流阻抗解析结果与测量结果的修正误差目标函数，再采用参数优化算法，使得误差目标函数最小，识别得到新能源发电并网装置(黑盒模型)电流环控制带宽、相位裕度、有源阻尼控制参数、虚拟阻抗控制参数。
修正误差目标函数为
其中，20log10|Zmod(fp,fc,θc,Dc,Dy)|为Zmod(fp,fc,θc,Dc,Dy)的阻抗幅值，∠Zmod(fp,fc,θc,Dc,Dy)为Zmod(fp,fc,θc,Dc,Dy)的阻抗相位。
通过采用参数优化算法，包括粒子群算法、退火算法、遗传算法等多种算法，在fc∈[fcmin,fmax]、θc∈(0°,90°)、a,b,c,d,e,f∈[0,1]、g,h,i,j,k,l∈[0,1]取值范围内，进行控制参数优化取值，使得函数关系Zmod(fp,fc,θc,Dc,Dy)与交流阻抗测量结果Zscan(fp)幅值之差的平方和以及相位之差的平方和最小，即修正误差目标函数取值最小为M，此时对应的电流环控制带宽fc和相位裕度θc、有源阻尼控制参数Dc＝{a,b,c,d,e,f}、虚拟阻抗控制参数Dy＝{g,h,i,j,k,l}即为新能源发电并网装置(黑盒模型)的控制结构和控制参数识别结果。
本发明根据新能源发电并网装置阻抗测量结果谐振频率点附近阻抗阻尼变化率的大小，判断黑盒装置的有源阻尼控制结构。
本发明建立电流环控制带宽、相位裕度与电流环控制器比例系数和积分系数与的映射关系，在极限取值范围内阻抗解析与测量结果的拟合误差大小，判断黑盒装置的虚拟阻抗控制结构。
本发明建立考虑有源阻尼控制、虚拟阻抗控制的整体控制结构的修正阻抗解析模型，采用参数优化算法，识别得到黑盒装置的电流环控制、有源阻尼控制、虚拟阻抗控制的控制参数。
实施例2
本发明提供一种新能源发电并网装置控制识别方法，对一台4MW直驱发电装置控制进行识别；滤波电感和滤波电容的电气参数分别为0.03mH和2.67mF，具体包括以下步骤：
首先，通过扫频测量直驱发电黑盒装置的交流阻抗，直驱发电装置交流阻抗测量结果Zscan(fp)如图5所示；根据公式(2)计算得到滤波器截止频率fLC为562Hz，然后根据公式(3)，获取562±281Hz频率范围内谐振频率点为fR为740Hz，对应的阻抗幅值Zmax(fR)为-5.745dB。fRw取为谐振频率点fR的1/10最接近整数为74Hz，阻尼变化率阈值αset取为0.01，根据公式(4)计算谐振频率点附近阻尼变化率α＝0.0053，满足α≤αset，判断出直驱发电黑盒装置采用了有源阻尼控制。
然后，建立考虑典型控制结构下的新能源发电并网装置交流阻抗解析结果Zcal(fp)，频率点fp取值范围为1～1000Hz，频率间隔步长为1Hz；建立新能源发电并网装置交流阻抗解析结果与电流环控制带宽和相位裕度间映射关系Zcal(fp,fc,θc)，电流环控制带宽极限取值范围为50～600Hz，相位取值范围为0～90°。构建交流阻抗解析与测量结果误差目标函数，在电流环控制参数极限取值范围内，采用参数优化算法，例如粒子群算法，使得误差目标函数取值最小。阻抗拟合结果与阻抗测量结果对比如图6所示。预设阈值Jset取为0.01，误差目标函数最小值为J＝0.1827，不满足J≤Jset，表明新能源发电黑盒装置在典型控制结构基础上采用虚拟阻抗控制。
考虑有源阻尼控制和虚拟阻抗控制，重新建立考虑图3所示整体控制结构的修正交流阻抗解析结果Zmod(fp,fc,θc,Dc,Dy)，其中，Dc＝{a,b,c,d,e,f}，Dy＝{g,h,i,j,k,l}。然后，构建修正交流阻抗解析结果与测量结果的修正误差目标函数，通过采用参数优化算法，例如粒子群算法，识别电流环控制带宽、相位裕度，以及有源阻尼控制参数和虚拟阻抗控制参数，使得修正误差目标函数取值最小。考虑整体控制结构后的阻抗拟合结果与阻抗测量结果对比如图7所示。误差目标函数最小值为M＝0.0011，小于0.01，表明采用所述方法识别出的控制结构及参数与实际装置基本一致，阻抗拟合效果更好，更能反映实际装置特性。识别出的电流环控制带宽fc和相位裕度θc分别为202Hz、46°，对应的比例系数kgip和积分系数kgii分别为4.6820×10-5、0.0574。识别出的有源阻尼控制系数分别为a＝-0.00002、b＝0、c＝2.2736×10-4、d＝1、e＝0、f＝1.5915×10-4。识别出的虚拟阻抗控制系数分别为g、h＝4.7883×10-7、i＝3.0086×10-9、j＝1、k＝4.7883×10-7、l＝3.0086×10-6。
实施例3
请参阅图8所示，本发明提供一种新能源发电并网装置控制结构识别方法，包括：
S1、扫频测量新能源发电并网装置的交流阻抗Zscan(fp)；S2、根据交流阻抗Zscan(fp)，计算判断新能源发电并网装置有无采用有源阻尼控制，获得第一控制结构识别结果；S3、建立典型控制结构下的新能源发电并网装置的模型，获取典型控制结构下的新能源发电并网装置的交流阻抗Zcal(fp)；S4、建立交流阻抗Zcal(fp)与电流环控制带宽和相位裕度间映射关系；S5、构建交流阻抗Zcal(fp)与测量结果误差目标函数，根据建立交流阻抗Zcal(fp)与电流环控制带宽和相位裕度间映射关系，获得误差目标函数最小值J；S6、比较误差目标函数最小值J与预设阈值Jset的关系，判断新能源发电并网装置虚拟阻抗控制采用情况，获得第二控制结构识别结果；S7、根据第一控制结构识别结果和第二控制结构识别结果，重新建立考虑整体控制结构下的新能源发电并网装置的模型，获取修正交流阻抗Zmod(fp)；S8、构建修正交流阻抗Zmod(fp)与测量结果的修正误差目标函数，再采用参数优化算法，使得误差目标函数最小，识别得到新能源发电并网装置的电流环控制带宽、相位裕度、有源阻尼控制参数和虚拟阻抗控制参数。
在一具体实施方式中，所述扫频测量新能源发电并网装置的交流阻抗Zscan(fp)的步骤，具体包括：
构建新能源发电单元拓扑结构；所述新能源发电单元拓扑结构包括依次连接的输入电流源1、直流母线电容2、并网逆变器3、滤波器4、断路器5、扰动电压源6和电网7；
闭合断路器5，并网逆变器3启动；扰动电压源6依次在各频率点fp下持续注入设定时长T秒的电压扰动信号，扰动幅值为电网7基频电压V1的k倍，相位为频率点fp取值范围为fmin～fmax，频率间隔步长为1Hz；各频率点下电压扰动信号表达为：
其中，vao为a相电压扰动信号，vbo为b相电压扰动信号，vco为c相电压扰动信号；fmin取值为1～10Hz；fmax取值为1000～2000Hz；
采集各频率点fp下注入电压扰动信号时的新能源发电并网装置三相并网电压va、vb、vc和三相并网电流ia、ib、ic，提取得到新能源发电并网装置正序电压分量Vp和正序电流分量Ip，计算得到频率点fp下交流阻抗Zscan(fp)，计算公式为Zscan(fp)＝-Vp/Ip。
在一具体实施方式中，所述根据交流阻抗Zscan(fp)，计算判断新能源发电并网装置有无采用有源阻尼控制，获得第一控制结构识别结果的步骤，具体包括：
计算谐振频率点fR附近阻抗测量结果的阻尼变化率α，判断新能源发电并网装置有无采用有源阻尼控制；所述阻尼变化率α根据谐振频率点fR两侧阻抗测量结果的相位变化加权计算得到，计算公式为：
fRw为计算阻尼变化率所需采用的谐振频率点fR两侧阻抗数据点数量，优选的，fRw的取值为fR的1/10；∠Zscan(fR-fRw)为fR-fRw频率下阻抗相位，∠Zscan(fR+fRw)为fR+fRw频率下阻抗相位；；fi是累计计数点；
根据阻尼变化率的大小，判断有源阻尼控制的采用情况，获得第一控制结构识别结果：
(1)当阻尼变化率α≤αset时，新能源发电并网装置在典型控制结构基础上采用有源阻尼控制；αset为阻尼变化率阈值；优选的，αset的取值为0.01。
(2)当阻尼变化率α>αset时，新能源发电并网装置没有采用有源阻尼控制。
在一具体实施方式中，谐振频率点fR通过以下步骤获得：
在滤波器(4)截止频率fLC附近选取fLC-fw～fLC+fw范围内的阻抗测量结果Zscan(fLC-fw)～Zscan(fLC+fw)作为获取谐振频率点的阻抗输入数据集；边带宽度fw选为滤波器截止频率fLC的1/2；
从阻抗输入数据集中获取谐振频率点fR，所述谐振频率点fR表示阻抗输入数据集中阻抗幅值最大值对应的频率，满足：
Zmax(fR)＝max{20log10|Zscan(fp)|}，fp＝fLC-fw～fLC+fw (3)
其中，max{}为求取最大值函数，Zmax(fR)为阻抗输入数据集中的阻抗幅值最大值，20log10|Zscan(fp)|为谐振频率点fp下阻抗幅值；Zmax(fR)是频率fLC-fw～fLC+fw范围内阻抗幅值的最大值。
在一具体实施方式中，所述建立典型控制结构下的新能源发电并网装置的模型，获取典型控制结构下的新能源发电并网装置的交流阻抗Zcal(fp)的步骤中，典型控制结构下的新能源发电并网装置的模型包括：直流电压环控制、锁相环、电流环控制；所述锁相环具体为三相并网电压va、vb、vc经由abc→dq的Park变换，得到d、q轴电压分量vd、vq，q轴电压分量输入到锁相环控制器HPLL(s)，产生锁相角θPLL；所述直流电压环控制具体为，直流电压vdc与直流电压参考指令Vdcref的差值，输入到直流电压环控制器Hvdc(s)，产生d轴电流参考指令idref；所述电流环控制具体为，并网逆变器三相交流电流iga、igb、igc经由abc→dq的Park变换，得到d、q轴电流分量igd、igq；d、q轴电流参考指令igdref、igqref与d、q轴电流分量igd、igq的差值，输入到电流环控制器Hgi(s)，并且经过电流解耦系数Kgd作用后，输出到dq→abc的反Park变换，经由PWM环节，产生PWM信号。
在一具体实施方式中，所述建立典型控制结构下的新能源发电并网装置的模型，获取典型控制结构下的新能源发电并网装置的交流阻抗Zcal(fp)的步骤，具体包括：
根据典型控制结构下的新能源发电并网装置的模型，获取调制小信号
其中，为直流电压小信号，为交流电流小信号，为交流电压小信号；Edc为直流电压控制5阶系数矩阵、Ei为交流电流控制5阶系数矩阵、Ev交流电压控制为5阶矩阵，除公式(6)-(8)所示元素外，矩阵其余元素均为零；
其中，s1＝j2π(fp-f1)，f1为基波频率50Hz，TPLL(s1)为锁相环控制器闭环传递函数，I1为电流基频分量，为电流基频分量的共轭，M1为调制信号基频分量，为调制信号基频分量的共轭；
其中，Km为调制系数且Km＝0.5，U为5阶单位矩阵，Vdc为直流电压稳态值，Ma为调制信号稳态值，ZL为滤波电感阻抗矩阵；
其中，Gi、Gv均为5阶矩阵；公式(11)-(12)的括号内数字表示矩阵中对应行和对应列的元素，除公式(11)-(12)所示元素外，矩阵其余元素均为零；
其中，s＝j2πfp，s2＝j2π(fp-2f1)，Cdc为直流母线电容，Lf为滤波电感，I0为输入电流源1的稳态电流，V1为电压基频分量，V1 *为电压基频分量的共轭；
根据公式(5)～(10)，计算得到新能源发电并网装置交流导纳解析模型，表达式为：
其中，YC为滤波器(4)的滤波电容导纳矩阵；
根据公式(13)，获得新能源发电并网装置交流阻抗Zcal(fp)＝Ycal(3,3)。
在一具体实施方式中，所述建立交流阻抗Zcal(fp)与电流环控制带宽和相位裕度间映射关系的步骤，具体包括：
推导得到电流环控制器比例系数和积分系数与电流环控制带宽和相位裕度的数学关系，满足：
其中，电流环控制器Hgi(s)的比例系数为kgip，积分系数为kgii，电流环控制带宽为fc，电流环控制相位裕度为θc；
电流环控制带宽取值极限范围为：
fc∈[fcmin,fmax] (15)
其中，fcmin为电流环带宽的下限值，fcmax为电流环带宽的上限值；
电流环控制相位裕度取值极限范围为：
θc∈(0°,90°) (16)
建立得到阻抗解析结果随频率、电流环控制带宽、相位裕度变化的函数关系Zcal(fp,fc,θc)。
在一具体实施方式中，所述构建交流阻抗Zcal(fp)与测量结果误差目标函数，根据建立交流阻抗Zcal(fp)与电流环控制带宽和相位裕度间映射关系，获得误差目标函数最小值J的步骤，具体包括：
误差目标函数为：
其中，20log10|Zcal(fp,fc,θc)|为Zcal(fp,fc,θc)的阻抗幅值，∠Zscan(fR+fRw)为Zcal(fp,fc,θc)的阻抗相位；
电流环控制器比例系数kgip和积分系数kgii对交流阻抗影响的频率范围为fcmin+f1～fcmax+f1，采用参数优化算法，在fc∈[fcmin,fmax]和θc∈(0°,90°)极限范围内，进行电流环控制带宽和相位裕度优化取值，使得函数关系Zcal(fp,fc,θc)与交流阻抗测量结果Zscan(fp)幅值之差的平方和以及相位之差的平方和最小，获得误差目标函数最小值J。
在一具体实施方式中，所述比较误差目标函数最小值J与预设阈值Jset的关系，判断新能源发电并网装置虚拟阻抗控制采用情况，获得第二控制结构识别结果的步骤，具体包括：
当误差目标函数J≥Jset时，表明新能源发电并网装置在典型控制结构基础上采用虚拟阻抗控制；
当误差目标函数J<Jset时，表明新能源发电并网装置没有采用虚拟阻抗控制。
在一具体实施方式中，新能源发电并网装置的修正交流导纳解析模型Y′cal(3,3)，修正交流阻抗Zmod(fp)＝Y′cal(3,3)；修正交流阻抗随频率、电流环控制带宽、电流环控制相位裕度、有源阻尼器控制参数、虚拟阻抗控制器参数变化的函数关系，表述为Zmod(fp,fc,θc,Dc,Dy)，其中Dc为有源阻尼器控制参数集，Dc＝{a,b,c,d,e,f}，Dy为虚拟阻抗控制器参数集，Dy＝{g,h,i,j,k,l}。
在一具体实施方式中，所述构建修正交流阻抗Zmod(fp)与测量结果的修正误差目标函数，再采用参数优化算法，使得误差目标函数最小，识别得到新能源发电并网装置的电流环控制带宽、相位裕度、有源阻尼控制参数和虚拟阻抗控制参数的步骤，具体包括：
修正误差目标函数为：
其中，20log10|Zmod(fp,fc,θc,Dc,Dy)|为Zmod(fp,fc,θc,Dc,Dy)的阻抗幅值，∠Zmod(fp,fc,θc,Dc,Dy)为Zmod(fp,fc,θc,Dc,Dy)的阻抗相位；
通过采用参数优化算法，在fc∈[fcmin,fmax]、θc∈(0°,90°)、a,b,c,d,e,f∈[0,1]、g,h,i,j,k,l∈[0,1]取值范围内，进行控制参数优化取值，使得函数关系Zmod(fp,fc,θc,Dc,Dy)与交流阻抗测量结果Zscan(fp)幅值之差的平方和以及相位之差的平方和最小，获得修正误差目标函数取值最小为M，此时对应的电流环控制带宽fc和相位裕度θc、有源阻尼控制参数Dc＝{a,b,c,d,e,f}、虚拟阻抗控制参数Dy＝{g,h,i,j,k,l}为新能源发电并网装置的控制结构和控制参数识别结果。
实施例4
请参阅图9所述，本发明提供一种新能源发电并网装置控制结构识别装置，包括：
第一扫频模块，用于扫频测量新能源发电并网装置的交流阻抗Zscan(fp)；第一识别模块，用于根据交流阻抗Zscan(fp)，计算判断新能源发电并网装置有无采用有源阻尼控制，获得第一控制结构识别结果；第二扫频模块，用于建立典型控制结构下的新能源发电并网装置的模型，获取典型控制结构下的新能源发电并网装置的交流阻抗Zcal(fp)；建立模块，用于建立交流阻抗Zcal(fp)与电流环控制带宽和相位裕度间映射关系；构建模块，用于构建交流阻抗Zcal(fp)与测量结果误差目标函数，根据建立交流阻抗Zcal(fp)与电流环控制带宽和相位裕度间映射关系，获得误差目标函数最小值J；第二识别模块，用于比较误差目标函数最小值J与预设阈值Jset的关系，判断新能源发电并网装置虚拟阻抗控制采用情况，获得第二控制结构识别结果；修正模块，用于根据第一控制结构识别结果和第二控制结构识别结果，重新建立考虑整体控制结构下的新能源发电并网装置的模型，获取修正交流阻抗Zmod(fp)；第三识别模块，用于构建修正交流阻抗Zmod(fp)与测量结果的修正误差目标函数，再采用参数优化算法，使得误差目标函数最小，识别得到新能源发电并网装置的电流环控制带宽、相位裕度、有源阻尼控制参数和虚拟阻抗控制参数。
实施例5
请参阅图10所示，本发明提一种实现新能源发电并网装置控制结构识别方法的电子设备100；所述电子设备100包括存储器101、至少一个处理器102、存储在所述存储器101中并可在所述至少一个处理器102上运行的计算机程序103及至少一条通讯总线104。
存储器101可用于存储所述计算机程序103，所述处理器102通过运行或执行存储在所述存储器101内的计算机程序，以及调用存储在存储器101内的数据，实现实施例1或2所述的新能源发电并网装置控制结构识别方法的步骤。所述存储器101可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据电子设备100的使用所创建的数据(比如音频数据)等。此外，存储器101可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card，SMC)，安全数字(Secure Digital，SD)卡，闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。
所述至少一个处理器102可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。处理器102可以是微处理器或者该处理器102也可以是任何常规的处理器等，所述处理器102是所述电子设备100的控制中心，利用各种接口和线路连接整个电子设备100的各个部分。
所述电子设备100中的所述存储器101存储多个指令以实现一种多区域电能与辅助服务联合出清方法，所述处理器102可执行所述多个指令从而实现：
扫频测量新能源发电并网装置的交流阻抗Zscan(fp)；根据交流阻抗Zscan(fp)，计算判断新能源发电并网装置有无采用有源阻尼控制，获得第一控制结构识别结果；建立典型控制结构下的新能源发电并网装置的模型，获取典型控制结构下的新能源发电并网装置的交流阻抗Zcal(fp)；建立交流阻抗Zcal(fp)与电流环控制带宽和相位裕度间映射关系；构建交流阻抗Zcal(fp)与测量结果误差目标函数，根据建立交流阻抗Zcal(fp)与电流环控制带宽和相位裕度间映射关系，获得误差目标函数最小值J；比较误差目标函数最小值J与预设阈值Jset的关系，判断新能源发电并网装置虚拟阻抗控制采用情况，获得第二控制结构识别结果；根据第一控制结构识别结果和第二控制结构识别结果，重新建立考虑整体控制结构下的新能源发电并网装置的模型，获取修正交流阻抗Zmod(fp)；构建修正交流阻抗Zmod(fp)与测量结果的修正误差目标函数，再采用参数优化算法，使得误差目标函数最小，识别得到新能源发电并网装置的电流环控制带宽、相位裕度、有源阻尼控制参数和虚拟阻抗控制参数。
实施例6
所述电子设备100集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器及只读存储器(ROM，Read-Only Memory)。
本领域内的技术人员应明白，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。
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，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：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，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (8)
1.一种新能源发电并网装置控制结构识别方法，其特征在于，包括：
扫频测量新能源发电并网装置的交流阻抗Zscan(fp)；
根据交流阻抗Zscan(fp)，计算判断新能源发电并网装置有无采用有源阻尼控制，获得第一控制结构识别结果；
建立典型控制结构下的新能源发电并网装置的模型，获取典型控制结构下的新能源发电并网装置的交流阻抗Zcal(fp)；
建立交流阻抗Zcal(fp)与电流环控制带宽和相位裕度间映射关系；
构建交流阻抗Zcal(fp)与测量结果误差目标函数，根据建立的交流阻抗Zcal(fp)与电流环控制带宽和相位裕度间映射关系，获得误差目标函数最小值J；
比较误差目标函数最小值J与预设阈值Jset的关系，判断新能源发电并网装置虚拟阻抗控制采用情况，获得第二控制结构识别结果；
根据第一控制结构识别结果和第二控制结构识别结果，重新建立考虑整体控制结构下的新能源发电并网装置的模型，获取修正交流阻抗Zmod(fp)；
构建修正交流阻抗Zmod(fp)与测量结果的修正误差目标函数，再采用参数优化算法，使得误差目标函数最小，识别得到新能源发电并网装置的电流环控制带宽、相位裕度、有源阻尼控制参数和虚拟阻抗控制参数；
所述扫频测量新能源发电并网装置的交流阻抗Zscan(fp)的步骤，具体包括：
构建新能源发电单元拓扑结构；所述新能源发电单元拓扑结构包括依次连接的输入电流源(1)、直流母线电容(2)、并网逆变器(3)、滤波器(4)、断路器(5)、扰动电压源(6)和电网(7)；
闭合断路器(5)，并网逆变器(3)启动；扰动电压源(6)依次在各频率点fp下持续注入设定时长T秒的电压扰动信号，扰动幅值为电网(7)基频电压V1的k倍，相位为频率点fp取值范围为fmin～fmax，频率间隔步长为1Hz；各频率点下电压扰动信号表达为：
其中，vao为a相电压扰动信号，vbo为b相电压扰动信号，vco为c相电压扰动信号；
采集各频率点fp下注入电压扰动信号时的新能源发电并网装置三相并网电压va、vb、vc和三相并网电流ia、ib、ic，提取得到新能源发电并网装置正序电压分量Vp和正序电流分量Ip，计算得到频率点fp下交流阻抗Zscan(fp)，计算公式为Zscan(fp)＝-Vp/Ip；
所述根据交流阻抗Zscan(fp)，计算判断新能源发电并网装置有无采用有源阻尼控制，获得第一控制结构识别结果的步骤，具体包括：
计算谐振频率点fR附近阻抗测量结果的阻尼变化率α，判断新能源发电并网装置有无采用有源阻尼控制；所述阻尼变化率α根据谐振频率点fR两侧阻抗测量结果的相位变化加权计算得到，计算公式为：
fRw为计算阻尼变化率所需采用的谐振频率点fR两侧阻抗数据点数量；∠Zscan(fR-fRw)为fR-fRw频率下阻抗相位，∠Zscan(fR+fRw)为fR+fRw频率下阻抗相位；fi是累计计数点；
根据阻尼变化率的大小，判断有源阻尼控制的采用情况，获得第一控制结构识别结果：
(1)当阻尼变化率α≤αset时，新能源发电并网装置在典型控制结构基础上采用有源阻尼控制；αset为阻尼变化率阈值；
(2)当阻尼变化率α>αset时，新能源发电并网装置没有采用有源阻尼控制；
所述建立典型控制结构下的新能源发电并网装置的模型，获取典型控制结构下的新能源发电并网装置的交流阻抗Zcal(fp)的步骤中，典型控制结构下的新能源发电并网装置的模型包括：直流电压环控制、锁相环、电流环控制；所述锁相环具体为三相并网电压va、vb、vc经由abc→dq的Park变换，得到d、q轴电压分量vd、vq，q轴电压分量输入到锁相环控制器HPLL(s)，产生锁相角θPLL；所述直流电压环控制具体为，直流电压vdc与直流电压参考指令Vdcref的差值，输入到直流电压环控制器Hvdc(s)，产生d轴电流参考指令idref；所述电流环控制具体为，并网逆变器三相交流电流iga、igb、igc经由abc→dq的Park变换，得到d、q轴电流分量igd、igq；d、q轴电流参考指令igdref、igqref与d、q轴电流分量igd、igq的差值，输入到电流环控制器Hgi(s)，并且经过电流解耦系数Kgd作用后，输出到dq→abc的反Park变换，经由PWM环节，产生PWM信号；
所述建立典型控制结构下的新能源发电并网装置的模型，获取典型控制结构下的新能源发电并网装置的交流阻抗Zcal(fp)的步骤，具体包括：
根据典型控制结构下的新能源发电并网装置的模型，获取调制小信号
其中，为直流电压小信号，为交流电流小信号，为交流电压小信号；Edc为直流电压控制5阶系数矩阵、Ei为交流电流控制5阶系数矩阵、Ev交流电压控制为5阶矩阵，公式(6)-(8)的括号内数字表示矩阵中对应行和对应列的元素，除公式(6)-(8)所示元素外，矩阵其余元素均为零；
其中，s1＝j2π(fp-f1)，f1为基波频率50Hz，TPLL(s1)为锁相环控制器闭环传递函数，I1为电流基频分量，为电流基频分量的共轭，M1为调制信号基频分量，为调制信号基频分量的共轭；
其中，Km为调制系数，U为5阶单位矩阵，Vdc为直流电压稳态值，Ma为调制信号稳态值，ZL为滤波电感阻抗矩阵；
其中，Gi、Gv均为5阶矩阵；公式(11)-(12)的括号内数字表示矩阵中对应行和对应列的元素，除公式(11)-(12)所示元素外，矩阵其余元素均为零；
其中，s＝j2πfp，s2＝j2π(fp-2f1)，Cdc为直流母线电容，Lf为滤波电感，I0为输入电流源1的稳态电流，V1为电压基频分量，V1 *为电压基频分量的共轭；
根据公式(5)～(10)，计算得到新能源发电并网装置交流导纳解析模型，表达式为：
其中，YC为滤波器(4)的滤波电容导纳矩阵；
根据公式(13)，获得新能源发电并网装置交流阻抗Zcal(fp)＝Ycal(3,3)；
所述建立交流阻抗Zcal(fp)与电流环控制带宽和相位裕度间映射关系的步骤，具体包括：
推导得到电流环控制器比例系数和积分系数与电流环控制带宽和相位裕度的数学关系，满足：
其中，电流环控制器Hgi(s)的比例系数为kgip，积分系数为kgii，电流环控制带宽为fc，电流环控制相位裕度为θc；
电流环控制带宽取值极限范围为：
fc∈[fcmin,fmax] (15)
其中，fcmin为电流环带宽的下限值，fcmax为电流环带宽的上限值；
电流环控制相位裕度取值极限范围为：
θc∈(0°,90°) (16)
建立得到阻抗解析结果随频率、电流环控制带宽、相位裕度变化的函数关系Zcal(fp,fc,θc)；
所述构建交流阻抗Zcal(fp)与测量结果误差目标函数，根据建立交流阻抗Zcal(fp)与电流环控制带宽和相位裕度间映射关系，获得误差目标函数最小值J的步骤，具体包括：
误差目标函数为：
其中，20log10|Zcal(fp,fc,θc)|为Zcal(fp,fc,θc)的阻抗幅值，∠Zscan(fR+fRw)为Zcal(fp,fc,θc)的阻抗相位；
电流环控制器比例系数kgip和积分系数kgii对交流阻抗影响的频率范围为fcmin+f1～fcmax+f1，采用参数优化算法，在fc∈[fcmin,fmax]和θc∈(0°,90°)极限范围内，进行电流环控制带宽和相位裕度优化取值，使得函数关系Zcal(fp,fc,θc)与交流阻抗测量结果Zscan(fp)幅值之差的平方和以及相位之差的平方和最小，获得误差目标函数最小值J；
所述比较误差目标函数最小值J与预设阈值Jset的关系，判断新能源发电并网装置虚拟阻抗控制采用情况，获得第二控制结构识别结果的步骤，具体包括：
当误差目标函数J≥Jset时，表明新能源发电并网装置在典型控制结构基础上采用虚拟阻抗控制；
当误差目标函数J<Jset时，表明新能源发电并网装置没有采用虚拟阻抗控制；
所述根据第一控制结构识别结果和第二控制结构识别结果，重新建立考虑整体控制结构下的新能源发电并网装置的模型，获取修正交流阻抗Zmod(fp)的步骤中，具体包括：
考虑整体控制结构下的新能源发电并网装置的模型包含直流电压环控制、锁相环、电流环控制、有源阻尼控制和虚拟阻抗控制；d、q轴电流分量igd、igq经过虚拟阻抗控制器Hy(s)后，叠加至电流环控制器Hgi(s)输出上；同时，滤波电容三相电流iCa、iCb、iCc经由abc→dq的Park变换，得到滤波电容d、q轴电流分量iCd、iCq，然后经由有源阻尼控制器Hc(s)后，叠加至电流环控制器Hgi(s)输出上；
所述有源阻尼控制器设置为二阶通用表达形式：
当判断新能源发电并网装置采用有源阻尼控制，需要识别的有源阻尼器控制参数包括阻尼系数a、分子二阶项系数b、分子一阶项系数c、分子常数项系数d、分母二阶项系数e、分母一阶项系数f；a,b,c,d,e,f∈[0,1]；当判断新能源发电并网装置没有采用有源阻尼控制时，阻尼系数a为0；
所述虚拟阻抗控制器设置为二阶通用表达形式：
当判断新能源发电并网装置采用虚拟阻抗控制，所述需要识别的虚拟阻抗控制器参数包括阻尼系数g、分子二阶项系数h、分子一阶项系数i、分子常数项系数j、分母二阶项系数k、分母一阶项系数l；g,h,i,j,k,l∈[0,1]；当判断新能源发电并网装置没有采用虚拟阻抗控制时，系数阻尼系数g为0；
整体控制结构下的修正调制小信号解析表达式为：
其中，E′i、E′v均为5阶矩阵，公式(21)和(22)括号内数字表示矩阵中对应行和对应列的元素，除公式(21)和(22)所示元素外，矩阵其余元素均为零；
将E′i、E′v代替公式(13)中的Ei、Ev矩阵后，得到新能源发电并网装置的修正交流导纳解析模型Y′cal(3,3)，修正交流阻抗Zmod(fp)＝Y′cal(3,3)；修正交流阻抗随频率、电流环控制带宽、电流环控制相位裕度、有源阻尼器控制参数、虚拟阻抗控制器参数变化的函数关系，表述为Zmod(fp,fc,θc,Dc,Dy)，其中Dc为有源阻尼器控制参数集，Dc＝{a,b,c,d,e,f}，Dy为虚拟阻抗控制器参数集，Dy＝{g,h,i,j,k,l}。
2.根据权利要求1所述的新能源发电并网装置控制结构识别方法，其特征在于，谐振频率点fR通过以下步骤获得：
在滤波器(4)截止频率fLC附近选取fLC-fw～fLC+fw范围内的阻抗测量结果Zscan(fLC-fw)～Zscan(fLC+fw)作为获取谐振频率点的阻抗输入数据集；边带宽度fw选为滤波器截止频率fLC的1/2；
从阻抗输入数据集中获取谐振频率点fR，所述谐振频率点fR表示阻抗输入数据集中阻抗幅值最大值对应的频率，满足：
Zmax(fR)＝max{20log10|Zscan(fp)|}，fp＝fLC-fw～fLC+fw (3)
其中，max{}为求取最大值函数，Zmax(fR)为阻抗输入数据集中的阻抗幅值最大值，20log10|Zscan(fp)|为谐振频率点fp下阻抗幅值；Zmax(fR)是频率fLC-fw～fLC+fw范围内阻抗幅值的最大值。
3.根据权利要求1所述的新能源发电并网装置控制结构识别方法，其特征在于，所述构建修正交流阻抗Zmod(fp)与测量结果的修正误差目标函数，再采用参数优化算法，使得误差目标函数最小，识别得到新能源发电并网装置的电流环控制带宽、相位裕度、有源阻尼控制参数和虚拟阻抗控制参数的步骤，具体包括：
修正误差目标函数为：
其中，20log10|Zmod(fp,fc,θc,Dc,Dy)|为Zmod(fp,fc,θc,Dc,Dy)的阻抗幅值，∠Zmod(fp,fc,θc,Dc,Dy)为Zmod(fp,fc,θc,Dc,Dy)的阻抗相位；
通过采用参数优化算法，在fc∈[fcmin,fmax]、θc∈(0°,90°)、a,b,c,d,e,f∈[0,1]、g,h,i,j,k,l∈[0,1]取值范围内，进行控制参数优化取值，使得函数关系Zmod(fp,fc,θc,Dc,Dy)与交流阻抗测量结果Zscan(fp)幅值之差的平方和以及相位之差的平方和最小，获得修正误差目标函数取值最小为M，此时对应的电流环控制带宽fc和相位裕度θc、有源阻尼控制参数Dc＝{a,b,c,d,e,f}、虚拟阻抗控制参数Dy＝{g,h,i,j,k,l}为新能源发电并网装置的控制结构和控制参数识别结果。
4.一种新能源发电并网装置控制结构识别装置，其特征在于，包括：
第一扫频模块，用于扫频测量新能源发电并网装置的交流阻抗Zscan(fp)；
第一识别模块，用于根据交流阻抗Zscan(fp)，计算判断新能源发电并网装置有无采用有源阻尼控制，获得第一控制结构识别结果；
第二扫频模块，用于建立典型控制结构下的新能源发电并网装置的模型，获取典型控制结构下的新能源发电并网装置的交流阻抗Zcal(fp)；
建立模块，用于建立交流阻抗Zcal(fp)与电流环控制带宽和相位裕度间映射关系；
构建模块，用于构建交流阻抗Zcal(fp)与测量结果误差目标函数，根据建立交流阻抗Zcal(fp)与电流环控制带宽和相位裕度间映射关系，获得误差目标函数最小值J；
第二识别模块，用于比较误差目标函数最小值J与预设阈值Jset的关系，判断新能源发电并网装置虚拟阻抗控制采用情况，获得第二控制结构识别结果；
修正模块，用于根据第一控制结构识别结果和第二控制结构识别结果，重新建立考虑整体控制结构下的新能源发电并网装置的模型，获取修正交流阻抗Zmod(fp)；
第三识别模块，用于构建修正交流阻抗Zmod(fp)与测量结果的修正误差目标函数，再采用参数优化算法，使得误差目标函数最小，识别得到新能源发电并网装置的电流环控制带宽、相位裕度、有源阻尼控制参数和虚拟阻抗控制参数；
第一扫频模块扫频测量新能源发电并网装置的交流阻抗Zscan(fp)的步骤，具体包括：
构建新能源发电单元拓扑结构；所述新能源发电单元拓扑结构包括依次连接的输入电流源(1)、直流母线电容(2)、并网逆变器(3)、滤波器(4)、断路器(5)、扰动电压源(6)和电网(7)；
闭合断路器(5)，并网逆变器(3)启动；扰动电压源(6)依次在各频率点fp下持续注入设定时长T秒的电压扰动信号，扰动幅值为电网(7)基频电压V1的k倍，相位为频率点fp取值范围为fmin～fmax，频率间隔步长为1Hz；各频率点下电压扰动信号表达为：
其中，vao为a相电压扰动信号，vbo为b相电压扰动信号，vco为c相电压扰动信号；
采集各频率点fp下注入电压扰动信号时的新能源发电并网装置三相并网电压va、vb、vc和三相并网电流ia、ib、ic，提取得到新能源发电并网装置正序电压分量Vp和正序电流分量Ip，计算得到频率点fp下交流阻抗Zscan(fp)，计算公式为Zscan(fp)＝-Vp/Ip；
第一识别模块根据交流阻抗Zscan(fp)，计算判断新能源发电并网装置有无采用有源阻尼控制，获得第一控制结构识别结果的步骤，具体包括：
计算谐振频率点fR附近阻抗测量结果的阻尼变化率α，判断新能源发电并网装置有无采用有源阻尼控制；所述阻尼变化率α根据谐振频率点fR两侧阻抗测量结果的相位变化加权计算得到，计算公式为：
fRw为计算阻尼变化率所需采用的谐振频率点fR两侧阻抗数据点数量；∠Zscan(fR-fRw)为fR-fRw频率下阻抗相位，∠Zscan(fR+fRw)为fR+fRw频率下阻抗相位；fi是累计计数点；
根据阻尼变化率的大小，判断有源阻尼控制的采用情况，获得第一控制结构识别结果：
(1)当阻尼变化率α≤αset时，新能源发电并网装置在典型控制结构基础上采用有源阻尼控制；αset为阻尼变化率阈值；
(2)当阻尼变化率α>αset时，新能源发电并网装置没有采用有源阻尼控制；
第二扫频模块建立典型控制结构下的新能源发电并网装置的模型，获取典型控制结构下的新能源发电并网装置的交流阻抗Zcal(fp)的步骤中，典型控制结构下的新能源发电并网装置的模型包括：直流电压环控制、锁相环、电流环控制；所述锁相环具体为三相并网电压va、vb、vc经由abc→dq的Park变换，得到d、q轴电压分量vd、vq，q轴电压分量输入到锁相环控制器HPLL(s)，产生锁相角θPLL；所述直流电压环控制具体为，直流电压vdc与直流电压参考指令Vdcref的差值，输入到直流电压环控制器Hvdc(s)，产生d轴电流参考指令idref；所述电流环控制具体为，并网逆变器三相交流电流iga、igb、igc经由abc→dq的Park变换，得到d、q轴电流分量igd、igq；d、q轴电流参考指令igdref、igqref与d、q轴电流分量igd、igq的差值，输入到电流环控制器Hgi(s)，并且经过电流解耦系数Kgd作用后，输出到dq→abc的反Park变换，经由PWM环节，产生PWM信号；
第二扫频模块建立典型控制结构下的新能源发电并网装置的模型，获取典型控制结构下的新能源发电并网装置的交流阻抗Zcal(fp)的步骤，具体包括：
根据典型控制结构下的新能源发电并网装置的模型，获取调制小信号
其中，为直流电压小信号，为交流电流小信号，为交流电压小信号；Edc为直流电压控制5阶系数矩阵、Ei为交流电流控制5阶系数矩阵、Ev交流电压控制为5阶矩阵，公式(6)-(8)的括号内数字表示矩阵中对应行和对应列的元素，除公式(6)-(8)所示元素外，矩阵其余元素均为零；
其中，s1＝j2π(fp-f1)，f1为基波频率50Hz，TPLL(s1)为锁相环控制器闭环传递函数，I1为电流基频分量，为电流基频分量的共轭，M1为调制信号基频分量，为调制信号基频分量的共轭；
其中，Km为调制系数，U为5阶单位矩阵，Vdc为直流电压稳态值，Ma为调制信号稳态值，ZL为滤波电感阻抗矩阵；
其中，Gi、Gv均为5阶矩阵；公式(11)-(12)的括号内数字表示矩阵中对应行和对应列的元素，除公式(11)-(12)所示元素外，矩阵其余元素均为零；
其中，s＝j2πfp，s2＝j2π(fp-2f1)，Cdc为直流母线电容，Lf为滤波电感，I0为输入电流源1的稳态电流，V1为电压基频分量，V1 *为电压基频分量的共轭；
根据公式(5)～(10)，计算得到新能源发电并网装置交流导纳解析模型，表达式为：
其中，YC为滤波器(4)的滤波电容导纳矩阵；
根据公式(13)，获得新能源发电并网装置交流阻抗Zcal(fp)＝Ycal(3,3)；
建立模块建立交流阻抗Zcal(fp)与电流环控制带宽和相位裕度间映射关系的步骤，具体包括：
推导得到电流环控制器比例系数和积分系数与电流环控制带宽和相位裕度的数学关系，满足：
其中，电流环控制器Hgi(s)的比例系数为kgip，积分系数为kgii，电流环控制带宽为fc，电流环控制相位裕度为θc；
电流环控制带宽取值极限范围为：
fc∈[fcmin,fmax] (15)
其中，fcmin为电流环带宽的下限值，fcmax为电流环带宽的上限值；
电流环控制相位裕度取值极限范围为：
θc∈(0°,90°) (16)
建立得到阻抗解析结果随频率、电流环控制带宽、相位裕度变化的函数关系Zcal(fp,fc,θc)；
构建模块构建交流阻抗Zcal(fp)与测量结果误差目标函数，根据建立交流阻抗Zcal(fp)与电流环控制带宽和相位裕度间映射关系，获得误差目标函数最小值J的步骤，具体包括：
误差目标函数为：
其中，20log10|Zcal(fp,fc,θc)|为Zcal(fp,fc,θc)的阻抗幅值，∠Zscan(fR+fRw)为Zcal(fp,fc,θc)的阻抗相位；
电流环控制器比例系数kgip和积分系数kgii对交流阻抗影响的频率范围为fcmin+f1～fcmax+f1，采用参数优化算法，在fc∈[fcmin,fmax]和θc∈(0°,90°)极限范围内，进行电流环控制带宽和相位裕度优化取值，使得函数关系Zcal(fp,fc,θc)与交流阻抗测量结果Zscan(fp)幅值之差的平方和以及相位之差的平方和最小，获得误差目标函数最小值J；
第二识别模块比较误差目标函数最小值J与预设阈值Jset的关系，判断新能源发电并网装置虚拟阻抗控制采用情况，获得第二控制结构识别结果的步骤，具体包括：
当误差目标函数J≥Jset时，表明新能源发电并网装置在典型控制结构基础上采用虚拟阻抗控制；
当误差目标函数J<Jset时，表明新能源发电并网装置没有采用虚拟阻抗控制；
修正模块根据第一控制结构识别结果和第二控制结构识别结果，重新建立考虑整体控制结构下的新能源发电并网装置的模型，获取修正交流阻抗Zmod(fp)的步骤中，具体包括：
考虑整体控制结构下的新能源发电并网装置的模型包含直流电压环控制、锁相环、电流环控制、有源阻尼控制和虚拟阻抗控制；d、q轴电流分量igd、igq经过虚拟阻抗控制器Hy(s)后，叠加至电流环控制器Hgi(s)输出上；同时，滤波电容三相电流iCa、iCb、iCc经由abc→dq的Park变换，得到滤波电容d、q轴电流分量iCd、iCq，然后经由有源阻尼控制器Hc(s)后，叠加至电流环控制器Hgi(s)输出上；
所述有源阻尼控制器设置为二阶通用表达形式：
当判断新能源发电并网装置采用有源阻尼控制，需要识别的有源阻尼器控制参数包括阻尼系数a、分子二阶项系数b、分子一阶项系数c、分子常数项系数d、分母二阶项系数e、分母一阶项系数f；a,b,c,d,e,f∈[0,1]；当判断新能源发电并网装置没有采用有源阻尼控制时，阻尼系数a为0；
所述虚拟阻抗控制器设置为二阶通用表达形式：
当判断新能源发电并网装置采用虚拟阻抗控制，所述需要识别的虚拟阻抗控制器参数包括阻尼系数g、分子二阶项系数h、分子一阶项系数i、分子常数项系数j、分母二阶项系数k、分母一阶项系数l；g,h,i,j,k,l∈[0,1]；当判断新能源发电并网装置没有采用虚拟阻抗控制时，系数阻尼系数g为0；
整体控制结构下的修正调制小信号解析表达式为：
其中，E′i、E′v均为5阶矩阵，公式(21)和(22)括号内数字表示矩阵中对应行和对应列的元素，除公式(21)和(22)所示元素外，矩阵其余元素均为零；
将E′i、E′v代替公式(13)中的Ei、Ev矩阵后，得到新能源发电并网装置的修正交流导纳解析模型Y′cal(3,3)，修正交流阻抗Zmod(fp)＝Y′cal(3,3)；修正交流阻抗随频率、电流环控制带宽、电流环控制相位裕度、有源阻尼器控制参数、虚拟阻抗控制器参数变化的函数关系，表述为Zmod(fp,fc,θc,Dc,Dy)，其中Dc为有源阻尼器控制参数集，Dc＝{a,b,c,d,e,f}，Dy为虚拟阻抗控制器参数集，Dy＝{g,h,i,j,k,l}。
5.根据权利要求4所述的新能源发电并网装置控制结构识别装置，其特征在于，谐振频率点fR通过以下步骤获得：
在滤波器(4)截止频率fLC附近选取fLC-fw～fLC+fw范围内的阻抗测量结果Zscan(fLC-fw)～Zscan(fLC+fw)作为获取谐振频率点的阻抗输入数据集；边带宽度fw选为滤波器截止频率fLC的1/2；
从阻抗输入数据集中获取谐振频率点fR，所述谐振频率点fR表示阻抗输入数据集中阻抗幅值最大值对应的频率，满足：
Zmax(fR)＝max{20log10|Zscan(fp)|}，fp＝fLC-fw～fLC+fw (3)
其中，max{}为求取最大值函数，Zmax(fR)为阻抗输入数据集中的阻抗幅值最大值，20log10|Zscan(fp)|为谐振频率点fp下阻抗幅值；Zmax(fR)是频率fLC-fw～fLC+fw范围内阻抗幅值的最大值。
6.根据权利要求4所述的新能源发电并网装置控制结构识别装置，其特征在于，第三识别模块构建修正交流阻抗Zmod(fp)与测量结果的修正误差目标函数，再采用参数优化算法，使得误差目标函数最小，识别得到新能源发电并网装置的电流环控制带宽、相位裕度、有源阻尼控制参数和虚拟阻抗控制参数的步骤，具体包括：
修正误差目标函数为：
其中，20log10|Zmod(fp,fc,θc,Dc,Dy)|为Zmod(fp,fc,θc,Dc,Dy)的阻抗幅值，∠Zmod(fp,fc,θc,Dc,Dy)为Zmod(fp,fc,θc,Dc,Dy)的阻抗相位；
通过采用参数优化算法，在fc∈[fcmin,fmax]、θc∈(0°,90°)、a,b,c,d,e,f∈[0,1]、g,h,i,j,k,l∈[0,1]取值范围内，进行控制参数优化取值，使得函数关系Zmod(fp,fc,θc,Dc,Dy)与交流阻抗测量结果Zscan(fp)幅值之差的平方和以及相位之差的平方和最小，获得修正误差目标函数取值最小为M，此时对应的电流环控制带宽fc和相位裕度θc、有源阻尼控制参数Dc＝{a,b,c,d,e,f}、虚拟阻抗控制参数Dy＝{g,h,i,j,k,l}为新能源发电并网装置的控制结构和控制参数识别结果。
7.一种电子设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述处理器用于执行存储器中存储的计算机程序以实现如权利要求1至3中任意一项所述的新能源发电并网装置控制结构识别方法。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有至少一个指令，所述至少一个指令被处理器执行时实现如权利要求1至3中任意一项所述的新能源发电并网装置控制结构识别方法。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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