多控制器显式建模的并网变换器频域模型与多机扩展方法

本发明涉及并网变换器小扰动频域建模、多变换器互联系统的小扰动频域建模和扫频测量，具体地说，涉及一种多控制器显式建模的并网变换器频域模型与多机扩展方法，同时涉及一种相应的系统、计算机终端和计算机可读存储介质。

背景技术：

1、风、光等可再生能源发电系统通常表现为多变换器并网系统。对于此类系统，近期研究表明与变换器多带宽控制相关的稳定性问题较为显著(如振荡问题)，而基于变换器端口电压与电流输入输出传函(即阻抗)表征的频域分析方法，由于其模块化、易测量、便于电路扩展等优点，受到了学术界和工业界的极大青睐。其中，并网变换器的阻抗建模及其多机互联形式是开展判稳分析与抑制策略设计的关键。

2、针对单变换器的阻抗建模，早期主要为dq域二维阻抗矩阵，稳定性分析多依赖于抽象的控制系统判据(如奈式轨迹)。同时期还存在一类序域阻抗建模方法，其将变换器阻抗表征为正序、负序两个解耦的一维阻抗以提高可解释性，但需要忽略序阻抗矩阵中的耦合项。由于实际振荡事件中发现了两个关于基频对称的“耦合振荡分量”，为探索其机理有学者借鉴故障分析的对称分量思想提出“改进序阻抗”概念，从dq不对称性角度直观阐明了前述振荡的“频率镜像耦合”产生机理。这一发现引发了对“频率耦合”问题的持续探索，涌现出等效单入单出(siso)阻抗、αβ阻抗等诸多派生模型。

3、针对多变换器的阻抗建模，当前基于单机阻抗表征的多机互联模型有两种主要形式，包括“广义源荷”模型和“节点导纳”模型。前者本质上是对多变换器系统的一种多入多出反馈控制系统描述，一般采用广义奈式判据进行稳定性量化分析；后者主要借鉴传统电力系统的节点网络形成方法，建立保留各变换器、无源元件及连接关系的频域网络矩阵，可通过计算该频域矩阵行列式的零点分布及其在参数影响下变化来对稳定性进行定量分析。

4、然而，变换器并网及其交互是由内部控制器驱动的，阻抗是一种等价的电路聚合表征。尽管该聚合形式带来了诸多便利，但也导致基于阻抗的分析仅能通过电路的聚合响应来间接反映其内部的控制效应，这使得病态控制器的诊断及跟踪较为困难。因此，亟需一个可以直观刻画复杂控制耦合及其在多机系统中相互作用的新模型，从而给当前多变换器系统的交互分析、控制器设计等开辟新思路。

5、目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种多控制器显式建模的并网变换器频域模型与多机扩展方法，同时提供了一种相应的系统、计算机终端和计算机可读存储介质。

2、为实现上述目的，本发明提供采用以下技术方案。

3、根据本发明的一个方面，提供了一种多控制器显式建模的并网变换器频域模型与多机扩展方法，包括：

4、提供一类偏差输入信号，该偏差输入信号用于将并网变换器的交流滤波器、直流侧电容以及不同控制环进行解耦并联扩展，并以前向对角矩阵g(s)的形式对交流滤波器、直流通道和控制器通道进行显式表征；

5、将并网变换器的剩余动态进行小信号化，并与所述偏差输入信号进行联立，建立并网变换器的自反馈矩阵f(s)；

6、将单并网变换器所连接交直流电网的等值阻抗-导纳混合矩阵，代入所述自反馈矩阵f(s)中消去并网电压和电流变量，建立对应所述前向对角矩阵g(s)结构的反馈矩阵h(s)，从而获得单并网变换器系统的多控制器显式型闭环模型l(s)；

7、将所述前向对角矩阵g(s)以及自反馈矩阵f(s)中的各个元素按对角形式展开排列，使得原先的标量元素扩展为对角阵形式，分别得到多机形式的前向对角矩阵和自反馈矩阵

8、将多变换器系统中交直流电网络的导纳矩阵，由全局参考系变换至各变换器的本地参考系，继而代入多机形式自反馈矩阵中，得到对应多机形式前向对角矩阵结构的多机形式反馈矩阵建立多并网变换器系统的多控制器显式型闭环模型

9、根据本发明的另一个方面，提供了一种多控制器显式建模的并网变换器频域模型与多机扩展系统，包括：

10、单机多控制器显式表征模块，该模块用于提供一类偏差输入信号，该偏差输入信号用于将并网变换器的交流滤波器、直流侧电容以及不同控制环进行解耦并联扩展，并以前向对角矩阵g(s)的形式对交流滤波器、直流通道和控制器通道进行显式表征；

11、单机自反馈矩阵构建模块，该模块用于将并网变换器的剩余动态进行小信号化，并与所述偏差输入信号进行联立，建立并网变换器的自反馈矩阵f9s)；

12、单机反馈矩阵构建模块，该模块用于将单并网变换器所连接交直流电网的等值阻抗-导纳混合矩阵，代入所述自反馈矩阵f(s)中消去并网电压和电流变量，建立对应所述前向对角矩阵g(s)结构的反馈矩阵h(s)，从而获得单并网变换器系统的多控制器显式型闭环模型l(s)；

13、多机形式前向矩阵及自反馈矩阵扩展模块，该模块用于将所述前向对角矩阵g(s)以及自反馈矩阵f(s)中的各个元素按对角形式展开排列，使得原先的标量元素扩展为对角阵形式，分别得到多机形式的前向对角矩阵和自反馈矩阵

14、多机形式反馈矩阵构建模块，该模块用于将多并网变换器系统的交直流电网的导纳矩阵，由全局参考系变换至各变换器的本地参考系，继而代入多机形式自反馈矩阵中，得到对应多机形式前向对角矩阵结构的多机形式的反馈矩阵建立多并网变换器系统的多控制器显式型闭环模型

15、根据本发明的第三个方面，提供了一种计算机终端，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，该处理器执行该计算机程序时可用于执行本发明上述中任一项所述的方法，或，运行本发明上述中任一项所述的系统。

16、根据本发明的第四个方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时可用于执行本发明上述中任一项所述的方法，或，运行本发明上述中任一项所述的系统。

17、由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比，具有如下至少一项的有益效果：

18、本发明提供的多控制器显式建模的并网变换器频域模型与多机扩展方法，得到的广义反馈控制型变换器模型属于反馈控制结构的一种推广，其中，前向矩阵均是真实的变换器控制器，反馈矩阵是剩余系统等效形成的被控对象。因此，通过计算反馈矩阵中耦合元素的频率响应，可直观展示各环路控制器之间的耦合路径及作用强度，揭示控制主导下多变换器系统的交互失稳机理。

19、本发明提供的多控制器显式建模的并网变换器频域模型与多机扩展方法，由于前向矩阵是由相同/不同控制簇所构成且具有严格对角结构，可实现对各个变换器中相同类型控制器的统一设计以及对不同类型控制器的同时协同设计；并且在工作点和电网短路比变化下仅有反馈矩阵变化，便于对前向矩阵中各控制器的结构与参数进行面向稳定性的鲁棒设计。

20、本发明提供的多控制器显式建模的并网变换器频域模型与多机扩展方法，基于多控制器显式型建模框架，通过对各个控制器的输入、输出端口进行扫频测量，可在黑箱条件下获得变换器内部多控制环路的频域响应信息，为黑箱分析与基于端口测量信息的稳定控制器设计(如控制阻尼设计)提供模型基础。