构网型变流器的多环路控制参数整定值确定方法和系统与流程

本发明专利申请属于电力换流器控制方法与参数设计，具体涉及一种构网型变流器的多环路控制参数整定值确定方法和系统。

背景技术：

1、构网型技术是一种利用储能变流器建立电网稳定运行所需电压源的技术。与传统的跟网型技术相比，它提供了更强大的频率和电压支持，具有主动提供惯性支持的能力。这使得电网能够更好地接纳新能源，并有效提升电网对新型电力系统中高比例新能源和电力电子设备的适应能力。构网型技术对于确保大型电网的安全稳定运行具有重要意义，尤其在未来广泛应用于高比例新能源和电力电子设备的电力系统方面。因此，构网型技术具有巨大的应用前景。

2、然而构网型变流器多个控制环路交互影响，以及采样控制延时都会影响变流器的动稳态性能，控制参数往往需要反复试凑才能取得比较满意的结果。发明专利cn113962181 a于2021年公开的《构网型电压源换流器双环控制参数优化设计方法》，采用极点图和波特图设计内环控制参数，需要调整找到最靠近原点的主导极点对应的参数值。发明专利cn 116388214a于2022年公开的《构网型变流器控制参数整定方法及装置》，采用劳斯判据得到功率环参数的不等式约束，需要约束动态性能进行参数整定。以上方法没有实现构网型变流器多环路参数设计，也没有考虑采样控制延时和环路之间影响。

技术实现思路

1、为克服上述现有技术的不足，本发明专利申请提出一种构网型变流器的多环路控制参数整定值确定方法，包括：

2、基于获取的构网型变流器的电气回路参数，采用预先构建的电流环路数学模型，得到电流环控制参数最佳整定值；

3、根据所述电流环控制参数最佳整定值和预先构建的电压环路数学模型，得到电压环控制参数最佳整定值；

4、根据所述电流环控制参数最佳整定值、所述电压环控制参数最佳整定值和预先构建的功率环数学模型，得到功率环控制参数最佳整定值；

5、若所述功率环控制参数最佳整定值满足功率调节性能要求，则输出所述电流环控制参数最佳整定值、电压环控制参数最佳整定值和功率环控制参数最佳整定值；

6、若所述功率环控制参数最佳整定值不满足所述功率调节性能要求，则重新调整功率环控制参数最佳整定值，直到调整后的所述功率环控制参数最佳整定值满足功率调节性能要求，输出所述电流环控制参数最佳整定值、所述电压环控制参数最佳整定值和调整后的所述功率环控制参数最佳整定值。

7、优选的，所述电气回路参数包括：构网型变流器滤波电感、构网型变流器网侧线路电感、构网型变流器滤波电容、电流环比例项系数、电流环积分项系数、脉宽调制增益系数、电压环比例项系数、电压环积分项系数、电压调节系数、无功电压系数、无功功角系数、有功电压系数、有功功角系数、功率环阻尼系数、功率环虚拟惯量系数。

8、优选的，所述基于获取的构网型变流器的电气回路参数，采用预先构建的电流环路数学模型，得到电流环控制参数最佳整定值，包括：

9、基于获取的构网型变流器的电气回路参数，通过预先构建的电流环路数学模型，得出电流环控制参数随系统频率变化的函数；

10、在预先构建的第一平面坐标系上，根据所述电流环控制参数随系统频率变化的函数，绘制得到电流环控制参数可行域；

11、根据所述电流环控制参数可行域，在所述第一平面坐标系上绘制设定的幅值裕度指标区间和相位裕度指标区间，得到期望稳态性能指标区域；

12、获取所述期望稳态性能指标区域中心点对应的坐标值，作为电流环控制参数最佳整定值；

13、其中，所述第一平面坐标系以所述电流环比例项系数为横坐标，以所述电流环积分项系数为纵坐标进行构建。

14、优选的，所述电流环路数学模型的表达式如下：

15、gcurrent(s)＝lmlgcs5+(lm+lg)s3+kpwm(1-e-st)e-st(kp_currents+ki_current)(lgcs2+1)

16、其中，gcurrent(s)为电流环路数学模型的表达式，lm为构网型变流器滤波电感，lg为构网型变流器网侧线路电感，c为构网型变流器滤波电容，kp_current为电流环比例项系数、ki_current为电流环积分项比例系数，kpwm为脉宽调制增益系数，t为采样周期，s为拉普拉斯算子。

17、优选的，所述根据所述电流环控制参数最佳整定值和预先构建的电压环路数学模型，得到电压环控制参数最佳整定值，包括：

18、根据所述电流环控制参数最佳整定值和预先构建的电压环路数学模型，得到电压环控制参数随系统频率变化的函数；

19、在预先构建的第二平面坐标系上，根据所述电压环控制参数随系统频率变化的函数，绘制得到电压环控制参数可行域；

20、根据所述电压环控制参数可行域，在所述第二平面坐标系上绘制设定的带宽指标区间，得到期望动态性能指标区域；

21、获取所述期望动态性能指标区域最高点对应的坐标值，作为电压环控制参数最佳整定值；

22、其中，所述第二平面坐标系以所述电压环比例项系数为横坐标，以所述电压环积分项系数为纵坐标进行构建。

23、优选的，所述电压环路数学模型的表达式如下：

24、gvoltage(s)＝lmlgcs6+(lm+lg+kpwm(1-e-st)e-stlgc)s4+(kpwm(1-e-st)e-stki_currentlgc)s3+kp_currentkpwm(1-e-st)e-sts2e-stki_currents+kpwm(1-e-st)+kpwm(1-e-st)e-st(kp_currents+ki_current)(kp_voltages+ki_voltage)(lgcs2+1)

25、其中，gvoltage(s)为电压环路数学模型的表达式，lm为构网型变流器滤波电感，lg为构网型变流器网侧线路电感，c为构网型变流器滤波电容，kp_current为电流环比例项系数，ki_current为电流环积分项比例系数，kpwm为脉宽调制增益系数，t为采样周期，s为拉普拉斯算子，kp_voltage为电压环比例项系数，ki_voltage为电压环积分项系数。

26、优选的，所述根据所述电流环控制参数最佳整定值、所述电压环控制参数最佳整定值和预先构建的功率环数学模型，得到功率环控制参数最佳整定值，包括：

27、根据所述电流环控制参数最佳整定值、所述电压环控制参数最佳整定值和预先构建的功率环数学模型，得到功率环控制参数随系统频率变化的函数；

28、在预先构建的第三平面坐标系上根据所述功率环控制参数随系统频率变化的函数，绘制得到功率环控制参数可行域；

29、根据所述功率环控制参数可行域，在所述第三平面坐标系上绘制设定的功率调节系数区间，得到期望功率调节性能指标区域；

30、获取所述期望功率调节性能指标区域最高点对应的坐标值，作为功率环控制参数最佳整定值；

31、其中，所述第三平面坐标系以所述功率环虚拟惯量系数为横坐标，以所述功率环阻尼项系数为纵坐标进行构建。

32、优选的，所述功率环路数学模型的表达式如下：

33、

34、其中，gpower(s)为功率环路数学模型的表达式，s为拉普拉斯算子，kv为电压调节系数kqe为无功电压系数，kqd为无功功角系数，kpe为有功电压系数，kpd为有功功角系数，kd为功率环阻尼系数，ω0为基波频率，kω为无功调节系数，j为功率环虚拟惯量系数。

35、优选的，所述若所述功率环控制参数最佳整定值不满足所述功率调节性能要求，则重新调整功率环控制参数最佳整定值，直到调整后的所述功率环控制参数最佳整定值满足功率调节性能要求，包括：

36、若所述功率环控制参数最佳整定值不满足所述功率调节性能要求，则调整功率调节系数区间，并计算调整功率调节系数区间后的功率环控制参数最佳整定值，直到调整后的所述功率环控制参数最佳整定值满足功率调节性能要求。

37、基于同一发明构思，本发明专利申请还提供了一种大构网型变流器的多环路控制参数整定值确定系统，包括：电流环整定值确定模块、电压环整定值确定模块、功率环整定值确定模块和多环路整定值输出模块；

38、所述电流环整定值确定模块，用于基于获取的构网型变流器的电气回路参数，采用预先构建的电流环路数学模型，得到电流环控制参数最佳整定值；

39、所述电压环整定值确定模块，用于根据所述电流环控制参数最佳整定值和预先构建的电压环路数学模型，得到电压环控制参数最佳整定值；

40、所述功率环整定值确定模块，用于根据所述电流环控制参数最佳整定值、所述电压环控制参数最佳整定值和预先构建的功率环数学模型，得到功率环控制参数最佳整定值；

41、所述多环路整定值输出模块，用于若所述功率环控制参数最佳整定值满足功率调节性能要求，则输出所述电流环控制参数最佳整定值、电压环控制参数最佳整定值和功率环控制参数最佳整定值；若所述功率环控制参数最佳整定值不满足所述功率调节性能要求，则重新调整功率环控制参数最佳整定值，直到调整后的所述功率环控制参数最佳整定值满足功率调节性能要求，输出所述电流环控制参数最佳整定值、所述电压环控制参数最佳整定值和调整后的所述功率环控制参数最佳整定值。

42、优选的，所述电流环整定值确定模块的电气回路参数包括：构网型变流器滤波电感、构网型变流器网侧线路电感、构网型变流器滤波电容、电流环比例项系数、电流环积分项系数、脉宽调制增益系数、电压环比例项系数、电压环积分项系数、电压调节系数、无功电压系数、无功功角系数、有功电压系数、有功功角系数、功率环阻尼系数、功率环虚拟惯量系数。

43、优选的，所述电流环整定值确定模块，具体用于：

44、基于获取的构网型变流器的电气回路参数，通过预先构建的电流环路数学模型，得出电流环控制参数随系统频率变化的函数；

45、在预先构建的第一平面坐标系上，根据所述电流环控制参数随系统频率变化的函数，绘制得到电流环控制参数可行域；

46、根据所述电流环控制参数可行域，在所述第一平面坐标系上绘制设定的幅值裕度指标区间和相位裕度指标区间，得到期望稳态性能指标区域；

47、获取所述期望稳态性能指标区域中心点对应的坐标值，作为电流环控制参数最佳整定值；

48、其中，所述第一平面坐标系以所述电流环比例项系数为横坐标，以所述电流环积分项系数为纵坐标进行构建。

49、优选的，所述电流环整定值确定模块的电流环路数学模型的表达式如下：

50、gcurrent(s)＝lmlgcs5+(lm+lg)s3+kpwm(1-e-st)e-st(kp_currents+ki_current)(lgcs2+1)

51、其中，gcurrent(s)为电流环路数学模型的表达式，lm为构网型变流器滤波电感，lg为构网型变流器网侧线路电感，c为构网型变流器滤波电容，kp_current为电流环比例项系数，ki_current为电流环积分项比例系数，kpwm为脉宽调制增益系数，t为采样周期，s为拉普拉斯算子。

52、优选的，所述电压环整定值确定模块，具体用于：

53、根据所述电流环控制参数最佳整定值和预先构建的电压环路数学模型，得到电压环控制参数随系统频率变化的函数；

54、在预先构建的第二平面坐标系上，根据所述电压环控制参数随系统频率变化的函数，绘制得到电压环控制参数可行域；

55、根据所述电压环控制参数可行域，在所述第二平面坐标系上绘制设定的带宽指标区间，得到期望动态性能指标区域；

56、获取所述期望动态性能指标区域最高点对应的坐标值，作为电压环控制参数最佳整定值；

57、其中，所述第二平面坐标系以所述电压环比例项系数为横坐标，以所述电压环积分项系数为纵坐标进行构建。

58、优选的，所述电压环整定值确定模块的电压环路数学模型的表达式如下：

59、gvoltage(s)＝lmlgcs6+(lm+lg+kpwm(1-e-st)e-stlgc)s4+(kpwm(1-e-st)e-stki_currentlgc)s3+kp_currentkpwm(1-e-st)e-sts2e-stki_currents+kpwm(1-e-st)+kpwm(1-e-st)e-st(kp_currents+ki_current)(kp_voltages+ki_voltage)(lgcs2+1)

60、其中，gvoltage(s)为电压环路数学模型的表达式，lm为构网型变流器滤波电感，lg为构网型变流器网侧线路电感，c为构网型变流器滤波电容，kp_current为电流环比例项系数，ki_current为电流环积分项比例系数，kpwm为脉宽调制增益系数，t为采样周期，s为拉普拉斯算子，kp_voltage为电压环比例项系数，ki_voltage为电压环积分项系数。

61、优选的，所述功率环整定值确定模块，具体用于：

62、根据所述电流环控制参数最佳整定值、所述电压环控制参数最佳整定值和预先构建的功率环数学模型，得到功率环控制参数随系统频率变化的函数；

63、在预先构建的第三平面坐标系上根据所述功率环控制参数随系统频率变化的函数，绘制得到功率环控制参数可行域；

64、根据所述功率环控制参数可行域，在所述第三平面坐标系上绘制设定的功率调节系数区间，得到期望功率调节性能指标区域；

65、获取所述期望功率调节性能指标区域最高点对应的坐标值，作为功率环控制参数最佳整定值；

66、其中，所述第三平面坐标系以所述功率环虚拟惯量系数为横坐标，以所述功率环阻尼项系数为纵坐标进行构建。

67、优选的，所述功率环整定值确定模块的功率环路数学模型的表达式如下：

68、

69、其中，gpower(s)为功率环路数学模型的表达式，s为拉普拉斯算子，kv为电压调节系数kqe为无功电压系数，kqd为无功功角系数，kpe为有功电压系数，kpd为有功功角系数，kd为功率环阻尼系数，ω0为基波频率，kω为无功调节系数，j为功率环虚拟惯量系数。

70、优选的，所述多环路整定值输出模块若所述功率环控制参数最佳整定值不满足所述功率调节性能要求，则重新调整功率环控制参数最佳整定值，直到调整后的所述功率环控制参数最佳整定值满足功率调节性能要求，包括：

71、若所述功率环控制参数最佳整定值不满足所述功率调节性能要求，则调整功率调节系数区间，并计算调整功率调节系数区间后的功率环控制参数最佳整定值，直到调整后的所述功率环控制参数最佳整定值满足功率调节性能要求。

72、与最接近的现有技术相比，本发明专利申请具有的有益效果如下：

73、本发明专利申请提供了一种大构网型变流器的多环路控制参数整定值确定方法和系统，包括：基于获取的构网型变流器的电气回路参数，采用预先构建的电流环路数学模型，得到电流环控制参数最佳整定值；根据所述电流环控制参数最佳整定值和预先构建的电压环路数学模型，得到电压环控制参数最佳整定值；根据所述电流环控制参数最佳整定值、所述电压环控制参数最佳整定值和预先构建的功率环数学模型，得到功率环控制参数最佳整定值；若所述功率环控制参数最佳整定值满足功率调节性能要求，则输出所述电流环控制参数最佳整定值、电压环控制参数最佳整定值和功率环控制参数最佳整定值；若所述功率环控制参数最佳整定值不满足所述功率调节性能要求，则重新调整功率环控制参数最佳整定值，直到调整后的所述功率环控制参数最佳整定值满足功率调节性能要求，输出所述电流环控制参数最佳整定值、所述电压环控制参数最佳整定值和调整后的所述功率环控制参数最佳整定值；本发明分别通过电流环路数学模型、电压环路数学模型和功率环数学模型，实现了构网型变流器功率环、电压环和电流环的控制参数整定，有效解决构网型变流器多个控制环路交互影响导致参数整定困难的问题，提高了高比例新能源接入场景下构网型储能系统动静态性能。