一种直驱风电机组控制器参数辨识方法技术

本发明专利技术公开了一种直驱风电机组控制器参数辨识方法，其在直驱风电机组功率控制模型的基础上，进行了一定的模型简化并推导出其功率响应的时域数学模型，提出了基于该模型的控制参数辨识方法。本发明专利技术方法对辨识初值要求低，对较大范围内的辨识初值均能实现快速、准确的辨识，不需要多轮迭代搜索参数；本发明专利技术通过两轮辨识对控制内环和控制外环的参数均能实现高准确度的辨识，且辨识依据的测试数据获取方法简单，方法在实际工程应用中可操作性高。

【技术实现步骤摘要】
一种直驱风电机组控制器参数辨识方法
本专利技术属于电机控制
，具体涉及一种直驱风电机组控制器参数辨识方法。
技术介绍
随着近年来风力发电技术不断发展，风电渗透率不断提高，风力发电对电力系统动态性能的影响越来越重要，为了分析大规模风电接入对电网的影响，有必要建立准确的风电机组系统模型。由于风力机系统的网侧变流器与电网相连，控制着风力机系统与电网之间的功率转换，因此网侧变流器的建模在风力机系统建模中尤为重要；然而，在实际风电场中，风力机系统中并网侧变流器的控制模型通常为灰箱或黑箱。因此，大多数控制器参数未知或不准确，难以建立准确的模型，采用基于实测数据的参数辨识方法是获得精确控制器参数的有效方法之一。参数辨识方法主要包括频域辨识法和时域辨识法两类；M.Hasni等人在文献[Estimationofsynchronousmachineparameterbystandstillfrequencyresponsetests,2008IEEEInternationalConferenceonIndustrialTechnology,Chengdu,2008,pp.1-6.]中针对同步电动机的参数识别提出了一种频域辨识方法，将伪随机信号叠加在输入参考信号上，分析输入输出信号的自功率谱和互功率谱。潘雪萍等人在文献[双馈风电机组网侧控制器参数辨识的频域方法[J].电网技术,2015,39(03):634-638.]和文献[解耦辨识双馈风电机组转子侧控制器参数的频域方法[J].电力系统自动化,2015,39(20):19-25+108.]中通过频域辨识方法分别辨识了双馈风电机组网侧控制器的PI参数和机侧控制器的PI参数。频域辨识方法在很多情况下对参数辨识是有效的，但并不适用于实际工程应用中的直驱风电机组控制参数辨识，因为在实际工程应用中，风电机组已在风电场中安装运行，这使得频域辨识方法难以实现。时域辨识方法更加符合实际工程应用的需求，目前应用于电机系统参数辨识的时域辨识方法多用于辨识电机的电气参数，但由于时域辨识方法高度依赖于其数学模型，用于电机电气参数辨识的方法并不适用于数学模型完全不同的电机控制参数辨识中。在电机控制参数辨识领域，J.Rose等人在文献[Estimatingwindturbineparametersandquantifyingtheireffectsondynamicbehavior,2008IEEEPowerandEnergySocietyGeneralMeeting-ConversionandDeliveryofElectricalEnergyinthe21stCentury,Pittsburgh,PA,2008,pp.1-7.]中采用基于双闭环数学模型的电压扰动和风速扰动对双馈风力发电机系统的控制器参数进行辨识，该辨识方法为直驱风机功率控制双闭环模型的辨识提供了参考，但是如果双闭环控制的任一环节发生变化，这种辨识方法就不适用了，必须提出一种新的参数辨识方法来应用于新的双闭环控制；此外，该辨识方法中需要合适的初值进行辨识，而且对内环控制参数的辨识不够准确。因此，现有的辨识方法无法满足直驱风电机组控制参数辨识的需求，需要提出一种新的辨识方法。
技术实现思路
鉴于上述，本专利技术提供了一种直驱风电机组控制器参数辨识方法，根据功率指令扰动下的功率响应数据能够辨识直驱风电机组的功率控制参数，对功率外环和电流内环的控制参数均能实现准确的辨识，且能够承受较大范围的辨识初值，辨识方法简单，实际工程应用可操作性强。一种直驱风电机组控制器参数辨识方法，所述直驱风电机组整个系统由直驱风机、机侧变流器、直流电容、网侧变流器、网侧滤波电感、变压器依次连接组成并接入电网，所述控制器参数辨识方法包括如下步骤：(1)根据系统功率控制的原理和特点简化控制器模型，将其简化为网侧变流器的功率-电流双闭环控制模型；(2)根据所述功率-电流双闭环控制模型推导出系统功率响应的频域模型；(3)进而根据所述频域模型推导出系统功率响应的时域模型，作为后续参数辨识依托的数学模型；(4)对网侧变流器的有功功率指令和无功功率指令分别施加扰动，以系统有功功率和无功功率响应作为观测量对所述时域模型进行参数辨识，从而得到网侧变流器的控制参数。进一步地，所述步骤(1)中简化控制器模型的依据为：直驱风电机组通过网侧变流器输出功率，当直流电容足够大时，直流母线电压保持不变，机侧变流器的控制并不影响网侧变流器，分析直驱风电机组的功率控制可仅分析网侧变流器的功率控制模型。进一步地，所述步骤(2)中推导得到的频域模型表达式如下：其中：P(s)为系统有功功率频域信号，Q(s)为系统无功功率频域信号，s为拉普拉斯算子，P*和Q*分别为网侧变流器的有功功率指令值和无功功率指令值，ud为系统输出电压的d轴分量，kpd1和kid1分别为网侧变流器d轴内环PI控制器的比例系数和积分系数，kpd2和kid2分别为网侧变流器d轴外环PI控制器的比例系数和积分系数，kpq1和kiq1分别为网侧变流器q轴内环PI控制器的比例系数和积分系数，kpq2和kiq2分别为网侧变流器q轴外环PI控制器的比例系数和积分系数，Ld2＝kpd1kpd2/L，Ld1＝(kpd1kid2+kpd2kid1)/L，Ld0＝kid1kid2/L，Lq2＝kpq1kpq2/L，Lq1＝(kpq1kiq2+lpq2kiq1)/L，Lq0＝kiq1kiq2/L，L为网侧滤波电感的电感值。进一步地，所述步骤(3)中推导得到的时域模型表达式如下：其中：P(t)为系统有功功率时域信号，Q(t)为系统无功功率时域信号，t为时刻，sd1～sd3以及sq1～sq3均为中间变量。进一步地，所述中间变量sd1～sd3的表达式如下：其中：kd＝ud，i为虚数单位。进一步地，所述中间变量sq1～Sq3的表达式如下：其中：kq＝-ud，i为虚数单位。进一步地，所述步骤(4)中的参数辨识过程具体分两轮进行：第一轮：对系统有功功率和无功功率的时域响应曲线进行均匀采样，根据采样值运用参数辨识算法对时域模型进行参数辨识，得到网侧变流器的外环控制参数；第二轮：对系统有功功率和无功功率时域响应曲线中近似阶跃的曲线段进行单独采样，将第一轮辨识得到的外环控制参数作为已知量代入时域模型中，进而根据第二轮采样值运用参数辨识算法对时域模型进行参数辨识，得到网侧变流器的内环控制参数。近似阶跃的曲线段所占整个响应过程的时间比重极小在第一轮辨识度的均匀采样中往往被忽略，但由于其反应了极短时间内的功率响应，较慢的外环控制基本未发生作用，更能体现内环控制参数的特征。进一步地，所述参数辨识算法采用阻尼最小二乘法，辨识初值范围选取真实值的50％～200％。本专利技术是在直驱风电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种直驱风电机组控制器参数辨识方法，所述直驱风电机组整个系统由直驱风机、机侧变流器、直流电容、网侧变流器、网侧滤波电感、变压器依次连接组成并接入电网，其特征在于：所述控制器参数辨识方法包括如下步骤：/n(1)根据系统功率控制的原理和特点简化控制器模型，将其简化为网侧变流器的功率-电流双闭环控制模型；/n(2)根据所述功率-电流双闭环控制模型推导出系统功率响应的频域模型；/n(3)进而根据所述频域模型推导出系统功率响应的时域模型，作为后续参数辨识依托的数学模型；/n(4)对网侧变流器的有功功率指令和无功功率指令分别施加扰动，以系统有功功率和无功功率响应作为观测量对所述时域模型进行参数辨识，从而得到网侧变流器的控制参数。/n

【技术特征摘要】
1.一种直驱风电机组控制器参数辨识方法，所述直驱风电机组整个系统由直驱风机、机侧变流器、直流电容、网侧变流器、网侧滤波电感、变压器依次连接组成并接入电网，其特征在于：所述控制器参数辨识方法包括如下步骤：
(1)根据系统功率控制的原理和特点简化控制器模型，将其简化为网侧变流器的功率-电流双闭环控制模型；
(2)根据所述功率-电流双闭环控制模型推导出系统功率响应的频域模型；
(3)进而根据所述频域模型推导出系统功率响应的时域模型，作为后续参数辨识依托的数学模型；
(4)对网侧变流器的有功功率指令和无功功率指令分别施加扰动，以系统有功功率和无功功率响应作为观测量对所述时域模型进行参数辨识，从而得到网侧变流器的控制参数。


2.根据权利要求1所述的直驱风电机组控制器参数辨识方法，其特征在于：所述步骤(1)中简化控制器模型的依据为：直驱风电机组通过网侧变流器输出功率，当直流电容足够大时，直流母线电压保持不变，机侧变流器的控制并不影响网侧变流器，分析直驱风电机组的功率控制可仅分析网侧变流器的功率控制模型。


3.根据权利要求1所述的直驱风电机组控制器参数辨识方法，其特征在于：所述步骤(2)中推导得到的频域模型表达式如下：






其中：P(s)为系统有功功率频域信号，Q(s)为系统无功功率频域信号，s为拉普拉斯算子，P*和Q*分别为网侧变流器的有功功率指令值和无功功率指令值，ud为系统输出电压的d轴分量，kpd1和kid1分别为网侧变流器d轴内环PI控制器的比例系数和积分系数，kpd2和kid2分别为网侧变流器d轴外环PI控制器的比例系数和积分系数，kpq1和kiq1分别为网侧变流器q轴内环PI控制器的比例系数和积分系数，kpq2和kiq2分别为网侧变流器q轴外环PI控制器的比例系数和积分系数，Ld2＝kpd1kpd2/L，Ld1＝(kpd1kid2+kpd2kid1)/L，Ld0＝kid1kid2/L，...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔旻玥，孙丹，年珩，贺敬，
申请(专利权)人：浙江大学，中国电力科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33