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申请/专利权人：中国电力科学研究院有限公司;国家电网有限公司;国网河南省电力公司电力科学研究院

摘要：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。

主权项：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Zscanfp；根据交流阻抗Zscanfp，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Zcalfp；建立交流阻抗Zcalfp与电流环控制带宽和相位裕度间映射关系；构建交流阻抗Zcalfp与测量结果误差目标函数，根据建立的交流阻抗Zcalfp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Zmodfp；构建修正交流阻抗Zmodfp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Zscanfp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Zscanfp，计算公式为Zscanfp＝-VpIp；所述根据交流阻抗Zscanfp，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；∠ZscanfR-fRw为fR-fRw频率下阻抗相位，∠ZscanfR+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ααset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Zcalfp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HPLLs，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Hvdcs，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Hgis，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Zcalfp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＝j2πfp-f1，f1为基波频率50Hz，TPLLs1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＝j2πfp-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Zcalfp＝Ycal3,3；所述建立交流阻抗Zcalfp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Hgis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Zcalfp,fc,θc；所述构建交流阻抗Zcalfp与测量结果误差目标函数，根据建立交流阻抗Zcalfp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|Zcalfp,fc,θc|为Zcalfp,fc,θc的阻抗幅值，∠ZscanfR+fRw为Zcalfp,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Zcalfp,fc,θc与交流阻抗测量结果Zscanfp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JJset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Zmodfp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Hys后，叠加至电流环控制器Hgis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Hcs后，叠加至电流环控制器Hgis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′cal3,3，修正交流阻抗Zmodfp＝Y′cal3,3；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Zmodfp,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}。

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