基于直驱风机宽频稳定域建模的控制参数确定方法和装置与流程
1.本技术涉及电力系统动态稳定性的分析与控制技术技术领域，具体涉及一种基于直驱风机宽频稳定域建模的控制参数确定方法和装置。
背景技术：
2.我国新能源发电装机(例如直驱风机)占比正逐年上升。然而在大规模可再生能源送出过程中出现了一系列的宽频振荡问题，这些问题极大地制约可再生能源的送出能力。可再生能源发电机组多经由电力电子变流器并入电网，由于电力电子变流器与电网相互作用，可能引发宽频振荡问题。目前并网风电的参数设计通常以强交流系统作为标准运行工况，以工频段运行性能作为主要优化目标，导致现有风机控制参数对弱电网工况的适应性不足，是风机在弱并网条件下次/超同步频段呈现弱阻尼，进而引发振荡的根本原因。为改善风机并网特性，使其在弱交流系统下具备稳定运行的能力，需提出弱电网工况下的参数协调设计方法。
3.为了解决这一问题，文献《直驱风电场经hvdc送出系统的次同步阻尼控制器优化设计》提出了一种增设次同步附加阻尼控制器的方法来抑制直驱风电场弱电网工况下的次同步振荡问题。通过对直驱风电场送出系统开展特征值分析以及分析系统振荡的主导振荡模态参与因子，确定了次同步附加阻尼控制器的最佳安装位置，并对附加阻尼控制参数提出了优化设计。然而，实际运行中，增设次同步附加阻尼控制器需对风电机组的控制装置进行硬件改造，受限于投资限制无法对风电场中所有装置进行开展。
技术实现要素：
4.有鉴于此，本技术实施例中提供了一种基于直驱风机宽频稳定域建模的控制参数确定方法和装置，以克服现有技术中无法对风电场中所有设备进行硬件改造以增设同步附加阻尼控制器，从而来解决直驱分机在弱电网下产生振荡的问题。
5.第一方面，本技术实施例提供了一种基于直驱风机宽频稳定域建模的控制参数确定方法，所述直驱风机通过网侧交流器进行并网，所述网侧交流器包括电流内环控制和电压外环控制，该方法包括：
6.获取系统最弱并网强度和第一电流内环频率的表达式；
7.根据所述系统最弱并网强度和所述第一电流内环频率的表达式计算出转换变比；
8.基于电流内环的动态响应要求，选择实际电流内环截止频率；
9.根据所述转换变比、所述实际电流内环截止频率代入所述第一电流内环频率的表达式，以计算出电流内环截止频率；
10.将所述电流内环截止频率代入第二电流内环频率的表达式，以计算出电流内环比例系数；
11.根据所述电流内环比例系数确定电流内环积分常数；
12.基于电压外环的动态响应要求，确定电压外环截止频率；
13.将所述电压外环截止频率代入电压外环的开环穿越频率的表达式，以计算出电压外环比例系数；
14.根据所述电压外环比例系数确定电压外环积分常数；
15.其中，所述第一电流内环频率的表达式是受并网影响后的电流内环截止频率的表达式；所述第二电流内环频率的表达式为电流内环的开环穿越频率的表达式；所述第一电流内环频率和所述第二电流内环频率是根据电流内环控制的传递函数模型确定；所述电压外环的开环穿越频率是根据电压外环控制的传递函数模型确定的。
16.第二方面，本技术实施例提供了一种基于直驱风机宽频稳定域建模的控制参数确定装置，所述直驱风机通过网侧交流器进行并网，所述网侧交流器包括电流内环控制和电压外环控制，该装置包括：
17.信息获取模块，用于获取系统最弱并网强度和第一电流内环频率的表达式；
18.转换变比计算模块，用于根据所述系统最弱并网强度和所述第一电流内环频率的表达式计算出转换变比；
19.频率选择模块，用于基于电流内环的动态响应要求，选择实际电流内环截止频率；
20.频率计算模块，用于根据所述转换变比、所述实际电流内环截止频率代入所述第一电流内环频率的表达式，以计算出电流内环截止频率；
21.内环比例系数计算模块，用于将所述电流内环截止频率代入第二电流内环频率的表达式，以计算出电流内环比例系数；
22.内环积分常数确定模块，用于根据所述电流内环比例系数确定电流内环积分常数；
23.频率确定模块，用于基于电压外环的动态响应要求，确定电压外环截止频率；
24.外环比例系数计算模块，用于将所述电压外环截止频率代入电压外环的开环穿越频率的表达式，以计算出电压外环比例系数；
25.外环积分常数确定模块，用于根据所述电压外环比例系数确定电压外环积分常数；
26.其中，所述第一电流内环频率的表达式是受并网影响后的电流内环截止频率的表达式；所述第二电流内环频率的表达式为电流内环的开环穿越频率的表达式；所述第一电流内环频率和所述第二电流内环频率是根据电流内环控制的传递函数模型确定；所述电压外环的开环穿越频率是根据电压外环控制的传递函数模型确定的。
27.第三方面，本技术实施例提供了一种终端设备，包括：存储器；一个或多个处理器，与所述存储器耦接；一个或多个应用程序，其中，一个或多个应用程序被存储在存储器中并被配置为由一个或多个处理器执行，一个或多个应用程序配置用于执行上述第一方面提供的基于直驱风机宽频稳定域建模的控制参数确定方法。
28.第四方面，本技术实施例提供了一种计算机可读取存储介质，计算机可读取存储介质中存储有程序代码，程序代码可被处理器调用执行上述第一方面提供的基于直驱风机宽频稳定域建模的控制参数确定方法。
29.本技术实施例提供的基于直驱风机宽频稳定域建模的控制参数确定方法和装置，首先获取系统最弱并网强度和第一电流内环频率的表达式；其中第一电流内环频率的表达式是受并网影响后的电流内环截止频率的表达式；根据系统最弱并网强度和第一电流内环
频率的表达式计算出转换变比；基于电流内环的动态响应要求，选择实际电流内环截止频率；根据转换变比、实际电流内环截止频率代入第一电流内环频率的表达式，以计算出电流内环截止频率；再将电流内环截止频率代入第二电流内环频率的表达式，以计算出电流内环比例系数；第二电流内环频率的表达式为电流内环的开环穿越频率的表达式；第一电流内环频率和第二电流内环频率是根据电流内环控制的传递函数模型确定；根据电流内环比例系数确定电流内环积分常数；基于电压外环的动态响应要求，确定电压外环截止频率；将电压外环截止频率代入电压外环的开环穿越频率的表达式，以计算出电压外环比例系数；根据电压外环比例系数确定电压外环积分常数；其中，电压外环的开环穿越频率是根据电压外环控制的传递函数模型确定的。
30.本技术实施例提供的基于直驱风机宽频稳定域建模的控制参数确定方法，针对风电机组开展适应弱电网工况的参数协调设计，可对减少风电场中硬件改造的情况，更具经济性；并且考虑不同并网强度的影响，提升了直驱风电机组在不同并网条件下宽频稳定特性。
附图说明
31.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
32.图1为本技术实施例提供的基于直驱风机宽频稳定域建模的控制参数确定方法的应用场景示意图；
33.图2为本技术一个实施例提供的基于直驱风机宽频稳定域建模的控制参数确定方法的流程示意图；
34.图3为本技术一个实施例提供的直驱风机的结构示意图；
35.图4为本技术一个实施例提供的直驱风机的网侧交流器的拓扑结构图；
36.图5为本技术一个实施例提供的网侧变流器(控制d轴)传递函数模型图；
37.图6为本技术一个实施例提供的电流内环积分时间常数图；
38.图7为本技术一个实施例提供的电压外环积分时间常数图；
39.图8为本技术一个实施例提供的考虑网络强度的网侧变流器(控制d轴) 传递函数模型图；
40.图9为本技术一个实施例提供的考虑网络强度的变流器控制化简后(d轴) 传递函数模型图；
41.图10为本技术一个实施例中提供的基于直驱风机宽频稳定域建模的控制参数确定装置的结构示意图；
42.图11为本技术一个实施例中提供的终端设备的结构示意图；
43.图12为本技术一个实施例中提供的计算机可读存储介质的结构示意图。
具体实施方式
44.下面将对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施
例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
45.为了更详细说明本技术，下面结合附图对本技术提供的一种基于直驱风机宽频稳定域建模的控制参数确定方法、装置、终端设备和计算机可读存储介质，进行具体地描述。
46.请参考图1，图1示出了本技术实施例提供的基于直驱风机宽频稳定域建模的控制参数确定方法的应用场景的示意图，该应用场景包括本技术实施例提供的终端设备100，终端设备100可以是具有显示屏的各种电子设备(如 102、104、106和108的结构图)，包括但不限于智能手机和计算机设备，其中计算机设备可以是台式计算机、便携式计算机、膝上型计算机、平板电脑等设备中的至少一种。终端设备100可以泛指多个终端设备中的一个，本实施例仅以终端设备100来举例说明。本领域技术人员可以知晓，上述终端设备的数量可以更多或更少。比如上述终端设备可以仅为几个，或者上述终端设备为几十个或几百个，或者更多数量，本技术实施例对终端设备的数量和类型不加以限定。终端设备100可以用来执行本技术实施例中提供的一种基于直驱风机宽频稳定域建模的控制参数确定方法。
47.在一种可选的实施方式中，该应用场景包括本技术实施例提供的终端设备100之外，还可以包括服务器，其中服务器与终端设备之间设置有网络。网络用于在终端设备和服务器之间提供通信链路的介质。网络可以包括各种连接类型，例如有线、无线通信链路或者光纤电缆等等。
48.应该理解，终端设备、网络和服务器的数目仅仅是示意性的。根据实现需要，可以具有任意数目的终端设备、网络和服务器。比如服务器可以是多个服务器组成的服务器集等。其中，终端设备通过网络与服务器交互，以接收或发送消息等。服务器可以是提供各种服务的服务器。其中服务器可以用来执行本技术实施例中提供的一种基于直驱风机宽频稳定域建模的控制参数确定方法的步骤。此外，终端设备在执行本技术实施例中提供的一种基于直驱风机宽频稳定域建模的控制参数确定方法时，可以将一部分步骤在终端设备执行，一部分步骤在服务器执行，在这里不进行限定。
49.基于此，本技术实施例中提供了一种基于直驱风机宽频稳定域建模的控制参数确定方法。请参阅图2，图2示出了本技术实施例提供的一种基于直驱风机宽频稳定域建模的控制参数确定方法的流程示意图，以该方法应用于图1 中的终端设备为例进行说明，直驱风机通过网侧交流器进行并网，网侧交流器包括电流内环控制和电压外环控制，包括以下步骤：
50.步骤s110，获取系统最弱并网强度和第一电流内环频率的表达式。
51.其中，第一电流内环频率的表达式是受并网影响后的电流内环截止频率的表达式，第一电流内环频率是根据电流内环控制的传递函数模型确定。
52.步骤s120，根据系统最弱并网强度和第一电流内环频率的表达式计算出转换变比。
53.步骤s130，基于电流内环的动态响应要求，选择实际电流内环截止频率。
54.步骤s140，根据转换变比、实际电流内环截止频率代入第一电流内环频率的表达式，以计算出电流内环截止频率。
55.在一个实施例中，第一电流内环频率的表达式为：
[0056][0057]
其中f'
ci
表示受到并网阻抗影响后的电流内环截止频率，也表示实际电流内环截止频率；f
ci
表示电流内环截止频率，lg为网侧变流器滤波电感；ls为并网系统等效电感；kf为转换变比。
[0058]
步骤s150，将电流内环截止频率代入第二电流内环频率的表达式，以计算出电流内环比例系数。
[0059]
其中，第二电流内环频率的表达式为电流内环的开环穿越频率的表达式；第二电流内环频率是根据电流内环控制的传递函数模型确定。
[0060]
在一个实施例中，第二电流内环频率的表达式为：
[0061][0062]
其中，kcon表示网侧变流器输出的电压增益，k
mi
表示电流采样环节的比例系数，k
ip
表示电流内环pi控制器的比例系数。
[0063]
步骤s160，根据电流内环比例系数确定电流内环积分常数。
[0064]
在一个实施例中，根据电流内环比例系数确定电流内环积分常数，包括：通过以下公式来计算电流内环积分常数：
[0065][0066]
其中，t
ii
表示电流内环积分常数，表示电流内环的开环所需的相位裕度，t
mi
表示电流采样环节的传递时延，t
con
表示网侧变流器输出的延迟时间常数。
[0067]
步骤s170，基于电压外环的动态响应要求，确定电压外环截止频率。
[0068]
步骤s180，将电压外环截止频率代入电压外环的开环穿越频率的表达式，以计算出电压外环比例系数。
[0069]
其中，电压外环的开环穿越频率是根据电压外环控制的传递函数模型确定的。
[0070]
在一个实施例中，电压外环的开环穿越频率的表达式为：
[0071][0072]
其中，f
cu
表示电压外环的开环穿越频率，k
up
表示电压外环比例系数、k
mu
表示直流电压采样环节的比例系数、c表示直流环节电容。
[0073]
在一个实施例中，电流内环控制的传递函数模型和电压外环控制的传递函数模型通过以下方法建立：
[0074]
s1：根据直驱风机的结构以及网侧变流器的结构，确定网侧变流器输入的直流电压方程和输出电压方程；s2：对直流电压方程和输出电压方程进行拉普拉斯变换，以得到电压外环和电流内环的控制传递函数；s3：分别对电压外环和电流内环的控制传递函数进行一阶传递函数等效，以得到直驱风电机组网侧变流器的传递函数模型；s4：根据直驱风电机
组网侧变流器的传递函数模型得到电流内环控制的传递函数模型和电压外环控制的传递函数模型。
[0075]
步骤s170，根据电压外环比例系数确定电压外环积分常数。
[0076]
在一个实施例中，根据电压外环比例系数确定电压外环积分常数，包括：通过以下公式来计算电压外环积分常数：
[0077][0078]
其中，t
ui
表示电压外环积分常数，t
mu
表示直流电压采样环节的传递时延，表示电压外环的开环所需的相位裕度。
[0079]
具体来说，请参照图3所示，直驱风机(即pmsg)包括由风力机、永磁同步发电机、全功率变换器和滤波电感，其中全功率变换器包括机侧变流器和网侧变流器。直驱风机主要是经由网侧变流器与电网连接，因此直驱风机并网特征主要与网侧变流器有关。图4为直驱风机网侧变流器拓扑结构图，根据图4所示对直驱风机进行宽频稳定域建模就是对直驱风机网侧变流器的各环节进行传递函数建模。
[0080]
进一步地，对直驱风机网侧变流器的各环节进行传递函数建模的具体过程如下：
[0081]
1)建立网侧变流器输入的直流电压方程，具体表达式为：
[0082][0083]
式中u
dc
为直流电压；io为机侧交流器的输入电流；i
dc
为网侧变流器输入的直流电流。
[0084]
2)确定网侧变流器(即在dq旋转坐标系下)输出电压方程，具体表达式为：
[0085][0086]
式中u
gcd
,u
gcq
分别为网侧变流器输出电压的dq分量；u
gd
,u
gq
,i
gd
,i
gq
分别为 pcc点的电压电流的dq分量；lg,rg分别为网侧变流器的网侧滤波电感和电阻。其中pcc点表示公共连接点，是指网侧变流器与电网的连接点，是lg 与ls间的母线。
[0087]
3)分别对式(1)和式(2)开展laplace(即拉普拉斯)变换，进而可以获得电压外环和电流内环的控制传递函数：
[0088][0089][0090]
那么网侧变流器的电压外环的(pi)控制传递函数为g
upi
(s)和电流内环的(pi) 控制传递函数为g
iui
(s)：
[0091]
[0092][0093]
其中k
up
,t
ui
分别为电压外环控制的比例系数和积分时间常数，k
ip
,t
ii
分别为电流内环控制的比例系数和积分时间常数。
[0094]
4)由于变流器调制信号到变流器输出电压的过程可以等效成一个简单的一阶传递函数来表示：
[0095][0096]
其中t
con
表示变流器输出的延迟时间常数，通常取开关时间的一半；k
con
表示变流器输出的电压增益。
[0097]
同样的对于网侧交流器的电流采样和直流电压采样过程，有可以分别可等效为一个一阶环节直流电压采样环节h
mu
(s)和电流采样环节h
mi
(s)：
[0098][0099][0100]
其中k
mi
,t
mi
分别为电流采样环节的比例系数和传递时延，k
mu
,t
mu
分别为直流电压采样环节的比例系数和传递时延。
[0101]
5)进而推导得直驱风电机的网侧变流器在d轴的传递函数模型，请参照图5所示，对于q轴的传递函数模型与d轴类似，在此不再赘述。其中传递函数模型可以包括流内环控制的传递函数模型和电压外环控制的传递函数模型。
[0102]
6)根据传递函数模型可知电流内环中的环路增益为ti(s)的表达式为：
[0103][0104]
为了确保电流内环的稳定性，对电流内环的环路增益如下的稳定性判据：
[0105][0106]
其中f
ci
为电流内环的开环穿越频率(即第二电流内环频率)；为所需的相位裕度。
[0107]
同时，由于积分环节1/t
ii
s对高于电流内环转折频率f
il
的频率段的系统幅频特性影响很小，通常设置电流内涵转折频率低于电流内环的开环穿越频率 f
ci
，因而在分析高于f
ci
的频段的电流环幅频特性时，g
ipi
(s)可以近似用k
ip
代替。相似的电流内环中的g
con
(s)和h
mi
(s)环节也可近似等效成的k
con
和k
mi
两个增益。
[0108]
7)式(11)中的幅值方程可改写为：
[0109]
[0110]
因此可推导的电流内环的开环穿越频率的表达式为：
[0111][0112]
由式(13)可知，电流内环的穿越频率f
ci
主要由k
ip
、k
con
、k
mi
和lg共同影响。一般而言对于一个确定系统，其参数k
con
、k
mi
和lg也是确地的。因此电流内环的k
ip
越大，电流环穿越频率f
ci
越高。而根据自控原理的理论可知，环路增益的穿越频率近似的与闭环传函的截止频率相等，因此穿越频率f
ci
越高，电流内环的带宽越高。
[0113]
8)将式(13)和式(10)代入式(11)可得电流环的相位方程：
[0114][0115]
对式(14)两边同取正切，可得电流内环积分时间常数t
ii
随着电流内环的开环穿越频率f
ci
和相位裕度的变化所取值的稳定域范围也会变化，具体表达式为：
[0116][0117]
其中:
[0118][0119]
根据式(15)画出电流内环积分时间常数t
ii
随着穿越频率变化的稳定取值域，如图6所示。由图6可知，随着电流内环的开环穿越频率f
ci
的增加，t
ii
的取值下限在先减小后增加，且当系统要求相位裕度变化时，t
ii
的取值下限也在变化。
[0120]
9)由上述分析可知，首先由电路内环的动态响应特性确定其所需的电流内环截止频率，一般选择在等效开关频率的1/10以内。由于开关过程存在高频响应特性，选择电流内环频率为开关过程的1/10,主要是保持电流内换截止频率与开关频率在一个数量级以上，使电流内环的响应特性不受开关频段的影响，但过低的截止频率会影响动态响应速度，故保持一个数量级即可。
[0121]
进一步可确定其相应的开环穿越频率f
ci
。进一步即可根据式(13)选择和计算电流内环pi控制器的比例系数k
ip
。同时根据满足系统相位裕度的要求，确定合适的pi控制器的积分时间常数t
ii
，根据式(15)以及图6中的稳定范围取合适的值。
[0122]
10)同样的根据图5的传递函数模型可以获得电压外环的传递函数模型，其中将电流内环等效成了一个传递函数，推导得到电压外环的环路增益为 tu(s)，其表达式为：
[0123][0124]
其中，gi(s)为电流内环的传递函数：
[0125][0126]
11)与电流环类似，为了确保电压外环的稳定性，电压外环的环路增益需满足如下的稳定性判据：
[0127][0128]
其中f
cu
为电压外环的开环穿越频率；为电压外环的开环所需的相位裕度。同样的将电压外环环路增益的表达式代入稳定判据，可得电压外环的模值方程为：
[0129][0130]
12)由于电压环节动态响应较电流环节要慢很多，电压外环的转折频率f
ul
较电流内环的转折频率f
il
要小一个数量级。所以在分析高于电压环穿越频率 f
cu
的频段的幅频特性时，g
ipi
(s)可以近似用k
ip
代替。同时由于变流器传递函数中的时间常数t
con
和采样环节传递函数中的t
mi
,t
mu
都很小，与前文分析类似可等效成k
con
和k
mi
,k
mu
几个增益。
[0131]
13)进而在电压环穿越频率f
cu
处，忽略滤波电阻rg，可得：
[0132][0133]
通过化简推导可得电压外环的开环穿越频率的表达式为：
[0134][0135]
14)根据分析可知，电压外环的穿越频率f
cu
主要由k
up
、k
mu
、k
mi
和c共同影响，一般而言一个确定系统的参数k
mu
、k
mi
和c也是确定的。因此电压外环的k
up
越大，电压外环的开环穿越频率f
cu
越高，进而电压外环的带宽越高。
[0136]
15)将式(22)电压外环的开环穿越频率表达式稳定判据方程，可得电压环的相位方程：
[0137][0138]
由于电流内环截止频率f
ci
远大于电压外环截止频率f
cu
，因此电流内环传递函数gi(s)在电压外环截止频率上引起的相移接近为零，可忽略不计。
[0139]
16)两边同取正切，可得电压外环积分时间常数t
ui
随着电压外环截止频率f
cu
和相位裕度p
mu
的变化所取值的稳定域范围：
[0140][0141]
经分析可画出电压外环时间常数t
ui
随着截止频率变化的稳定取值域，如图7所示。由图可知，随着电压环截止频率f
cu
的增加，t
ui
的取值下限在先减小后增加，且当系统要求
相位裕度变化时，t
ui
的取值下限也在变化。
[0142]
17)由于目前多数新能源装置的控制参数设计都是以强交流系统作为标准运行工况，而由于目前新能源发电装置都运行在弱交流并网系统中，因此在不同交流网络强度条件下，网侧变流器的控制参数的稳定域也在相应变化。考虑不同网络强度条件下，系统的参数优化设计方法也是需要进一步考虑。
[0143]
考虑网络强度的影响，可以获得如图8所示的控制框图。式中zs(s)为无穷大系统等效阻抗，zs(s)＝rs+sls，rs为无穷大系统等效电阻，ls为无穷大系统等效电感。将上述式子进行化简且忽略无穷大电网电压d轴分量的影响。可以获得如图9所示的控制框图，即网络强度scr将会影响变流器控制的特性。其中scr(short circuit ratio)短路比，是将表征系统强度的短路容量除以设备容量。最初短路比是用来衡量用电设备对接入点电压影响的一个实用指标。短路比大表明系统性能好；相反，短路比小意味着系统存在隐患。目前，通常根据短路比和有效短路比简单地分析直流功率传输与交流系统强弱之间关系。短路比表示系统短路容量除以直流功率。当系统的短路比较低时，为获得满意的系统动态特性，需要采取辅助的控制设备或特殊的控制技术。
[0144]
18)由式(22)可知考虑系统强度scr的影响后，当变流器控制参数不变时，电流内环的截止频率f
ci
表达式为：
[0145][0146]
由电流内环截止频率f
ci
的表达式可以知道，当系统变弱时，即无穷大系统等效电感增加时，电流内环截止频率f
ci
在减小。根据t
ii
的稳定取值域可知电流内环截止频率f
ci
变化后，稳定裕度也在发生变化，需对变化后的稳定裕度适应性进行分析。
[0147]
同时随着系统短路比的减小，进而电流内环截止频率f
ci
不断在接近电压外环截止频率f
cu
，电流内环闭环传递函数的相移频率在降低，进而对电压外环的相位裕度产生一定影响。
[0148]
19)当电流内环截止频率f
ci
不断在接近电压外环截止频率f
cu
时，电压外环的截止频率的将受到电流内环的影响，根据电压外环环路增益表达式为可进一步推导电压外环的截止频率表达式为：
[0149][0150][0151]
通过分析可知，当电流内环的开环穿越频率f
ci
大于电压外环的开环穿越频率f
cu
一个数量级时，km约等于1，电压外环的穿越频率近似的取决于电压开环比例系数k
up
的取值。而考虑系统短路比的影响时，当系统短路比scr 减小时，电流内环穿越频率f
ci
减小，进而km也在减小。相应的电压外环的截止频率f
cu
在减小。
[0152]
根据t
ui
的稳定取值域可知电流内环截止频率f
cu
变化后，稳定裕度也在发生变化，需对变化后的稳定裕度适应性进行分析。
[0153]
综上分析可知，网络强度的变化将会影响变流器内部控制的一些特性，如减小电
流内环的截止频率，以及会影响电压外环的相位裕度以及稳定性。因此在变流器参数设计过程中，需要考虑变流器可能运行的网络强度，在参数设计过程中给予一定的稳定性裕度，以确保变流器能够在不同并网强度条件下也能稳定运行。
[0154]
20)定义f
′
ci
为受到并网阻抗影响后的电流内环截止频率,其表达式为：
[0155][0156]
式中lg为网侧变流器的滤波电感；ls为并网系统等效电感；kf为转换变比。
[0157]
因此在选取电流内环的截止频率时，需将有电流内环动态响应要求和稳定性要求确定的实际电流内环截止频率f
′
ci
转换为参数优化设计的理论电流内环截止频率f
ci
，进而再计算确定电流内环其他参数的稳定范围取合适的值。当电流内环参数优化确定后再对电压外环进行参数优化设计。
[0158]
需要说明的是直驱风机宽频稳定域建模的控制参数包括电流内环截止频率、电流内环比例系数、电流内环积分常数、电压外环截止频率、电压外环比例系数和电压外环积分常数，电流内环截止频率又可以称为电流内环的开环穿越频率，电压外环截止频率又可以称为电压外环的开环穿越频率。
[0159]
在确定不同并网运行条件下的控制参数的具体步骤为：由系统最弱并网强度scr根据式(28)计算最大转换变比k
f，
确定所需电流内环的动态响应要求，选择合适的实际电流内环截止频率f
ci
；根据转换变比kf计算电流内环截止频率 f
ci
；根据式(13)选择合适的电流内环比例系数k
ip
；根据式(16)选择合适的电流内环积分常数t
ii
；确定所需电压外环的动态响应要求，选择合适的电压外环截止频率f
cu
；根据式(22)选择合适的电流内环比例系数k
up
；根据式(24)选择合适的电流内环积分常数t
ui
。
[0160]
本技术实施例提供的基于直驱风机宽频稳定域建模的控制参数确定方法，针对风电机组开展适应弱电网工况的参数协调设计，可对减少风电场中硬件改造的情况，更具经济性；并且考虑不同并网强度的影响，提升了直驱风电机组在不同并网条件下宽频稳定特性。
[0161]
应该理解的是，虽然图2的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且图2中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
[0162]
上述本技术公开的实施例中详细描述了一种基于直驱风机宽频稳定域建模的控制参数确定方法，对于本技术公开的上述方法可采用多种形式的设备实现，因此本技术还公开了对应上述方法的基于直驱风机宽频稳定域建模的控制参数确定装置，下面给出具体的实施例进行详细说明。
[0163]
请参阅图10，为本技术实施例公开的一种基于直驱风机宽频稳定域建模的控制参数确定装置，直驱风机通过网侧交流器进行并网，网侧交流器包括电流内环控制和电压外环控制，装置主要包括：
[0164]
信息获取模块210，用于获取系统最弱并网强度和第一电流内环频率的表达式；
[0165]
转换变比计算模块220，用于根据系统最弱并网强度和第一电流内环频率的表达式计算出转换变比；
[0166]
频率选择模块230，用于基于电流内环的动态响应要求，选择实际电流内环截止频率；
[0167]
频率计算模块240，用于根据转换变比、实际电流内环截止频率代入第一电流内环频率的表达式，以计算出电流内环截止频率；
[0168]
内环比例系数计算模块250，用于将电流内环截止频率代入第二电流内环频率的表达式，以计算出电流内环比例系数；
[0169]
内环积分常数确定模块260，用于根据电流内环比例系数确定电流内环积分常数；
[0170]
频率确定模块270，用于基于电压外环的动态响应要求，确定电压外环截止频率；
[0171]
外环比例系数计算模块280，用于将电压外环截止频率代入电压外环的开环穿越频率的表达式，以计算出电压外环比例系数；
[0172]
外环积分常数确定模块290，用于根据电压外环比例系数确定电压外环积分常数；
[0173]
其中，第一电流内环频率的表达式是受并网影响后的电流内环截止频率的表达式；第二电流内环频率的表达式为电流内环的开环穿越频率的表达式；第一电流内环频率和第二电流内环频率是根据电流内环控制的传递函数模型确定；电压外环的开环穿越频率是根据电压外环控制的传递函数模型确定的。
[0174]
在一个实施例中，第一电流内环频率的表达式为：
[0175][0176]
其中f'
ci
表示受到并网阻抗影响后的电流内环截止频率，也表示实际电流内环截止频率；f
ci
表示电流内环截止频率，lg为网侧变流器滤波电感；ls为并网系统等效电感；kf为转换变比。
[0177]
在一个实施例中，第二电流内环频率的表达式为：
[0178][0179]
其中，kcon表示网侧变流器输出的电压增益，k
mi
表示电流采样环节的比例系数，k
ip
表示电流内环pi控制器的比例系数。
[0180]
在一个实施例中，根据电流内环比例系数确定电流内环积分常数，包括：通过以下公式来计算电流内环积分常数：
[0181][0182]
其中，t
ii
表示电流内环积分常数，表示电流内环的开环所需的相位裕度，t
mi
表示电流采样环节的传递时延，t
con
表示网侧变流器输出的延迟时间常数。
[0183]
在一个实施例中，电压外环的开环穿越频率的表达式为：
[0184][0185]
其中，f
cu
表示电压外环的开环穿越频率，k
up
表示电压外环比例系数、k
mu
表示直流电压采样环节的比例系数、c表示直流环节电容。
[0186]
在一个实施例中，根据电压外环比例系数确定电压外环积分常数，包括：通过以下公式来计算电压外环积分常数：
[0187][0188]
其中，t
ui
表示电压外环积分常数，t
mu
表示直流电压采样环节的传递时延，表示电压外环的开环所需的相位裕度。
[0189]
在一个实施例中，装置还包括：传递函数模型建立模块，用于根据直驱风机的结构以及网侧变流器的结构，确定网侧变流器输入的直流电压方程和输出电压方程；对直流电压方程和输出电压方程进行拉普拉斯变换，以得到电压外环和电流内环的控制传递函数；分别对电压外环和电流内环的控制传递函数进行一阶传递函数等效，以得到直驱风电机组网侧变流器的传递函数模型；根据直驱风电机组网侧变流器的传递函数模型得到电流内环控制的传递函数模型和电压外环控制的传递函数模型。
[0190]
关于基于直驱风机宽频稳定域建模的控制参数确定装置的具体限定可以参见上文中对于方法的限定，在此不再赘述。上述装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于终端设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于终端设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
[0191]
请参考图11，图11其示出了本技术实施例提供的一种终端设备的结构框图。该终端设备110可以是计算机设备。本技术中的终端设备110可以包括一个或多个如下部件：处理器112、存储器114以及一个或多个应用程序，其中一个或多个应用程序可以被存储在存储器114中并被配置为由一个或多个处理器112执行，一个或多个应用程序配置用于执行上述应用于基于直驱风机宽频稳定域建模的控制参数确定方法实施例中所描述的方法。
[0192]
处理器112可以包括一个或者多个处理核。处理器112利用各种接口和线路连接整个终端设备110内的各个部分，通过运行或执行存储在存储器114 内的指令、程序、代码集或指令集，以及调用存储在存储器114内的数据，执行终端设备110的各种功能和处理数据。可选地，处理器112可以采用数字信号处理(digital signal processing，dsp)、现场可编程门阵列(field-programmable gate array，fpga)、可编程逻辑阵列(programmable logicarray，pla)中的至少一种硬件形式来实现。处理器112可集成中央处理器 (central processing unit，cpu)、图形处理器(graphics processing unit，gpu) 和调制解调器等中的一种或几种的组合。其中，cpu主要处理操作系统、用户界面和应用程序等；gpu用于负责显示内容的渲染和绘制；调制解调器用于处理无线通信。可以理解的是，上述调制解调器也可以不集成到处理器112 中，单独通过一块通信芯片进行实现。
[0193]
存储器114可以包括随机存储器(random access memory，ram)，也可以包括只读存储器(read-only memory)。存储器114可用于存储指令、程序、代码、代码集或指令集。存储器114可包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储用于实现操作系统的指
令、用于实现至少一个功能的指令 (比如触控功能、声音播放功能、图像播放功能等)、用于实现下述各个方法实施例的指令等。存储数据区还可以存储终端设备110在使用中所创建的数据等。
[0194]
本领域技术人员可以理解，图11中示出的结构，仅仅是与本技术方案相关的部分结构的框图，并不构成对本技术方案所应用于其上的终端设备的限定，具体的终端设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
[0195]
综上，本技术实施例提供的终端设备用于实现前述方法实施例中相应的基于直驱风机宽频稳定域建模的控制参数确定方法，并具有相应的方法实施例的有益效果，在此不再赘述。
[0196]
请参阅图12，其示出了本技术实施例提供的一种计算机可读取存储介质的结构框图。该计算机可读取存储介质120中存储有程序代码，程序代码可被处理器调用执行上述基于直驱风机宽频稳定域建模的控制参数确定方法实施例中所描述的方法。
[0197]
计算机可读取存储介质120可以是诸如闪存、eeprom(电可擦除可编程只读存储器)、eprom、硬盘或者rom之类的电子存储器。可选地，计算机可读取存储介质120包括非瞬时性计算机可读介质(non-transitorycomputer-readable storage medium)。计算机可读取存储介质120具有执行上述方法中的任何方法步骤的程序代码122的存储空间。这些程序代码可以从一个或者多个计算机程序产品中读出或者写入到这一个或者多个计算机程序产品中。程序代码122可以例如以适当形式进行压缩。
[0198]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0199]
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本技术。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
技术特征：
1.一种基于直驱风机宽频稳定域建模的控制参数确定方法，所述直驱风机通过网侧交流器进行并网，所述网侧交流器包括电流内环控制和电压外环控制，其特征在于，所述方法包括：获取系统最弱并网强度和第一电流内环频率的表达式；根据所述系统最弱并网强度和所述第一电流内环频率的表达式计算出转换变比；基于电流内环的动态响应要求，选择实际电流内环截止频率；根据所述转换变比、所述实际电流内环截止频率代入所述第一电流内环频率的表达式，以计算出电流内环截止频率；将所述电流内环截止频率代入第二电流内环频率的表达式，以计算出电流内环比例系数；根据所述电流内环比例系数确定电流内环积分常数；基于电压外环的动态响应要求，确定电压外环截止频率；将所述电压外环截止频率代入电压外环的开环穿越频率的表达式，以计算出电压外环比例系数；根据所述电压外环比例系数确定电压外环积分常数；其中，所述第一电流内环频率的表达式是受并网影响后的电流内环截止频率的表达式；所述第二电流内环频率的表达式为电流内环的开环穿越频率的表达式；所述第一电流内环频率和所述第二电流内环频率是根据电流内环控制的传递函数模型确定；所述电压外环的开环穿越频率是根据电压外环控制的传递函数模型确定的。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一电流内环频率的表达式为：其中f'
ci
表示受到并网阻抗影响后的电流内环截止频率，也表示实际电流内环截止频率；f
ci
表示电流内环截止频率，l
g
为网侧变流器滤波电感；l
s
为并网系统等效电感；k
f
为转换变比。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第二电流内环频率的表达式为：其中，kcon表示网侧变流器输出的电压增益，k
mi
表示电流采样环节的比例系数，k
ip
表示电流内环pi控制器的比例系数。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述电流内环比例系数确定电流内环积分常数，包括：通过以下公式来计算所述电流内环积分常数：其中，t
ii
表示电流内环积分常数，表示电流内环的开环所需的相位裕度，t
mi
表示电流采样环节的传递时延，t
con
表示网侧变流器输出的延迟时间常数。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述电压外环的开环穿越频率的表达式为：其中，f
cu
表示电压外环的开环穿越频率，k
up
表示电压外环比例系数、k
mu
表示直流电压采样环节的比例系数、c表示直流环节电容。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述电压外环比例系数确定电压外环积分常数，包括：通过以下公式来计算所述电压外环积分常数：其中，t
ui
表示电压外环积分常数，t
mu
表示直流电压采样环节的传递时延，表示为电压外环的开环所需的相位裕度。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述电流内环控制的传递函数模型和所述电压外环控制的传递函数模型通过以下方法建立：根据直驱风机的结构以及网侧变流器的结构，确定网侧变流器输入的直流电压方程和输出电压方程；对所述直流电压方程和所述输出电压方程进行拉普拉斯变换，以得到电压外环和电流内环的控制传递函数；分别对电压外环和电流内环的控制传递函数进行一阶传递函数等效，以得到直驱风电机组网侧变流器的传递函数模型；根据直驱风电机组网侧变流器的传递函数模型得到电流内环控制的传递函数模型和电压外环控制的传递函数模型。8.一种基于直驱风机宽频稳定域建模的控制参数确定装置，所述直驱风机通过网侧交流器进行并网，所述网侧交流器包括电流内环控制和电压外环控制，其特征在于，所述装置法包括：信息获取模块，用于获取系统最弱并网强度和第一电流内环频率的表达式；转换变比计算模块，用于根据所述系统最弱并网强度和所述第一电流内环频率的表达式计算出转换变比；频率选择模块，用于基于电流内环的动态响应要求，选择实际电流内环截止频率；频率计算模块，用于根据所述转换变比、所述实际电流内环截止频率代入所述第一电流内环频率的表达式，以计算出电流内环截止频率；内环比例系数计算模块，用于将所述电流内环截止频率代入第二电流内环频率的表达式，以计算出电流内环比例系数；内环积分常数确定模块，用于根据所述电流内环比例系数确定电流内环积分常数；频率确定模块，用于基于电压外环的动态响应要求，确定电压外环截止频率；外环比例系数计算模块，用于将所述电压外环截止频率代入电压外环的开环穿越频率的表达式，以计算出电压外环比例系数；外环积分常数确定模块，用于根据所述电压外环比例系数确定电压外环积分常数；
其中，所述第一电流内环频率的表达式是受并网影响后的电流内环截止频率的表达式；所述第二电流内环频率的表达式为电流内环的开环穿越频率的表达式；所述第一电流内环频率和所述第二电流内环频率是根据电流内环控制的传递函数模型确定；所述电压外环的开环穿越频率是根据电压外环控制的传递函数模型确定的。9.一种终端设备，其特征在于，包括：存储器；一个或多个处理器，与所述存储器耦接；一个或多个应用程序，其中，一个或多个应用程序被存储在存储器中并被配置为由一个或多个处理器执行，一个或多个应用程序配置用于执行如权利要求1-7任一项所述的方法。10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读取存储介质中存储有程序代码，所述程序代码可被处理器调用执行如权利要求1-7任一项所述的方法。
技术总结
本申请提供了一种基于直驱风机宽频稳定域建模的控制参数确定方法和装置，方法包括根据获取的系统最弱并网强度和第一电流内环频率的表达式计算出转换变比；根据转换变比、实际电流内环截止频率计算出电流内环截止频率；将电流内环截止频率代入第二电流内环频率的表达式，以计算出电流内环比例系数；第一电流内环频率和第二电流内环频率是根据电流内环控制的传递函数模型确定；根据电流内环比例系数确定电流内环积分常数；确定电压外环截止频率；将电压外环截止频率代入电压外环的开环穿越频率的表达式，以计算出电压外环比例系数；根据电压外环比例系数确定电压外环积分常数。该方法提升了直驱风电机组在不同并网条件下宽频稳定特性。宽频稳定特性。宽频稳定特性。
