本发明涉及海上风电场直驱风机，特别涉及一种直驱风机阻抗模型动态降阶方法、装置、设备和存储介质。
背景技术：
1、随着全球能源问题日益加剧，可再生能源的开发利用得到各国的重视。在双碳目标的引领下，加快电力系统低碳化转型是实现低碳发展的关键。与此同时高比例新能源大规模并网技术快速发展，陆上电网的趋近完善促进了海上风电场的发展，海上风电场目前主要使用的主流机型为永磁直驱风机。对风机的系统建模和计算是进行并网系统构建必不可少的一环。
2、在工程实际计算中，涉及设备庞多，且新能源并网加入大量电力电子非线性设备，计算数据量极大，求解阶次高，如何减少计算的繁重复杂程度，加快求解计算速度对并网系统的安全把控具有重要意义。
技术实现思路
1、为了能够解决上述现有技术中的问题，本发明提供了一种减少计算繁重复杂程度、加快计算收敛速度、适应性强、拟合度高的直驱风机阻抗模型动态降阶方法。
2、为了实现上述发明目的，本发明提供了一种直驱风机阻抗模型动态降阶方法，包括以下步骤：
3、获取直驱风机参数；获取扰动信号；
4、根据所述直驱风机参数和所述扰动信号获得初始控制传递函数、主电路表达式和滤波环节传递函数；
5、基于稳态状态，采用小信号法根据所述初始控制传递函数、所述主电路表达式和所述滤波环节传递函数构建直驱风机全阶阻抗模型；
6、基于信号传递路径，根据所述扰动信号和所述初始控制传递函数获得扰动控制传递函数；
7、基于典型环节对所述扰动控制传递函数进行分解因式；
8、根据分解因式后的扰动控制传递函数获得伯德图和转折角频率；
9、根据所述伯德图和所述转折角频率获得退化频率；
10、基于所述伯德图，根据分解因式后的扰动控制传递函数获得退化控制传递函数；
11、基于所述退化频率，根据所述初始控制传递函数、所述退化控制传递函数对所述直驱风机全阶阻抗模型进行动态降阶，获得宽频段阻抗降阶模型。
12、进一步地，所述初始控制传递函数包括初始内环传递函数、初始外环传递函数和初始锁相环传递函数，所述初始锁相环传递函数包括第一初始锁相环传递函数和第二初始锁相环传递函数；所述滤波环节传递函数包括功率滤波环节传递函数和dq轴电压滤波环节传递函数；所述直驱风机全阶阻抗模型为：
13、
14、k＝0.5kmvdc，
15、ki＝ωgl，
16、kout＝gvgium0，
17、kpll＝gvum0，
18、
19、式中，zinv为直驱风机全阶阻抗，s为频域中复变量，k为第一计算中间值，km为常系数，vdc是电容电压，hin为初始内环传递函数，hout为初始外环传递函数，j为虚数单位，ki为第二计算中间值，ωg为工频角频率，l为风机出口电感值，glpf为功率滤波环节传递函数，gi为电流标幺化的传递函数，gf为dq轴电压滤波环节传递函数，kout为第三计算中间值，gv为电压标幺化的传递函数，um0为稳态运行时的交流电压，im0为稳态运行时的电流量，为稳态运行时的相位差，hpll为第一初始锁相环传递函数，s0为工频下的复频率，kpll为第四计算中间值，gpll为第二初始锁相环传递函数。
20、进一步地，所述扰动控制传递函数包括内环扰动传递函数、外环扰动传递函数和锁相环扰动传递函数；所述伯德图包括内环伯德图、外环伯德图和锁相环伯德图；所述转折角频率包括内环转折角频率、外环转折角频率和锁相环转折角频率；
21、所述退化频率包括内环退化频率、外环退化频率和锁相环退化频率；
22、所述退化控制传递函数包括退化内环传递函数、退化外环传递函数和退化锁相环传递函数；
23、根据分解因式后的内环扰动传递函数获得内环伯德图和内环转折角频率，根据所述内环伯德图和所述内环转折角频率获得所述内环退化频率；基于所述内环伯德图，根据分解因式后的内环扰动传递函数获得所述退化内环传递函数；
24、根据分解因式后的外环扰动传递函数获得外环伯德图和外环转折角频率，根据所述外环伯德图和所述外环转折角频率获得所述外环退化频率；基于所述外环伯德图，根据分解因式后的外环扰动传递函数获得所述退化外环传递函数；
25、根据分解因式后的锁相环扰动传递函数获得锁相环伯德图和锁相环转折角频率，根据所述锁相环伯德图和所述锁相环转折角频率获得所述锁相环退化频率；基于所述锁相环伯德图，根据分解因式后的锁相环扰动传递函数获得所述退化锁相环传递函数。
26、进一步地，获得所述内环退化频率的步骤为：
27、基于信号传递路径，根据所述初始内环传递函数获得内环扰动传递函数；
28、基于所述典型环节，对所述内环扰动传递函数进行分解因式；分解因式后的内环扰动传递函数为：
29、
30、式中，g1为内环扰动传递函数，kp_in为电流内环比例参数，ki_in为电流内环积分参数，s为频域中复变量；
31、根据所述分解因式后的内环扰动传递函数获得所述内环伯德图和所述内环转折角频率；
32、根据所述内环伯德图和所述内环转折角频率获得内环转折频率；
33、根据所述分解因式后的内环扰动传递函数和所述内环转折频率获得所述退化内环传递函数；所述退化内环传递函数为：
34、hi'n＝kp_in；
35、式中，hi'n为退化内环传递函数；
36、基于裕度和频率位移，根据所述内环转折频率获得内环退化频率。
37、进一步地，获得所述外环退化频率的步骤为：
38、基于信号传递路径，根据所述初始内环传递函数和所述初始外环传递函数获得外环扰动传递函数；
39、基于所述典型环节，对所述外环扰动传递函数进行分解因式；分解因式后的外环扰动传递函数为：
40、
41、式中，g2为外环扰动传递函数，kp_out为功率外环比例参数，ki_out为功率外环积分参数，kp_in为电流内环比例参数，ki_in为电流内环积分参数，s为频域中复变量；
42、基于所述分解因式后的外环扰动传递函数获得所述外环伯德图和所述外环转折角频率；
43、根据所述外环伯德图和所述外环转折角频率获得外环转折频率；
44、根据所述分解因式后的外环扰动传递函数和所述外环转折频率获得所述退化外环传递函数；所述退化外环传递函数为：
45、h'out＝kp_out；
46、式中，ho'ut为退化外环传递函数；
47、基于裕度和频率位移，根据所述外环转折频率获得外环退化频率。
48、进一步地，获得所述锁相环退化频率的步骤为：
49、基于信号传递路径，根据所述扰动信号和所述第一初始锁相环传递函数获得锁相环扰动传递函数；
50、基于所述典型环节，对所述锁相环扰动传递函数进行分解因式；分解因式后的锁相环扰动传递函数为：
51、
52、式中，g2为锁相环扰动传递函数，kpp为锁相环比例参数，kpi为锁相环积分参数，vm为交流电压值，s为频域中复变量；
53、基于所述分解因式后的锁相环扰动传递函数获得所述锁相环伯德图和所述锁相环转折角频率；
54、根据所述锁相环伯德图和所述锁相环转折角频率获得锁相环转折频率；
55、根据所述分解因式后的锁相环扰动传递函数和所述锁相环转折频率获得所述退化锁相环传递函数；所述退化锁相环传递函数为：
56、
57、式中，g'pll为退化锁相环传递函数；
58、基于裕度和频率位移，根据所述锁相环转折频率获得锁相环退化频率。
59、进一步地，对所述直驱风机全阶阻抗模型进行动态降阶的步骤为：
60、根据所述退化频率获得退化频域；所述退化频域包括锁相环退化频域、内环退化频域和外环退化频域；所述锁相环退化频域位于所述锁相环退化频率之后，所述内环退化频域位于所述内环退化频率之后，所述外环退化频域位于所述外环退化频率之后；
61、所述宽频段阻抗降阶模型包括锁相环退化直驱风机降阶阻抗模型、内环退化直驱风机降阶阻抗模型和外环退化直驱风机降阶阻抗模型；
62、根据所述退化频率和所述退化频域获得退化频率轴；
63、基于所述退化频率轴，自所述锁相环退化频率起在所述锁相环退化频域内，将所述直驱风机全阶阻抗模型中的所述第二初始锁相环传递函数替换为所述退化锁相环传递函数、获得所述锁相环退化直驱风机降阶阻抗模型；
64、基于所述退化频率轴，自所述内环退化频率起在所述内环退化频域内将所述锁相环退化直驱风机降阶阻抗模型中的所述初始内环传递函数替换为所述退化内环传递函数、获得所述内环退化直驱风机降阶阻抗模型；
65、基于所述退化频率轴，自所述外环退化频率起在所述外环退化频域内，将所述内环退化直驱风机降阶阻抗模型中的所述初始外环传递函数替换为所述退化外环传递函数、获得所述外环退化直驱风机降阶阻抗模型。
66、一种存储介质，包括存储的程序，所述程序运行时控制所述存储介质所在的装置执行所述直驱风机阻抗模型动态降阶方法。
67、一种装置，用于实现所述直驱风机阻抗模型动态降阶方法，包括构建模块、计算模块和动态降阶模块；
68、所述构建模块：
69、用于输入所述直驱风机参数和所述扰动信号；
70、用于根据所述直驱风机参数和所述扰动信号获得初始控制传递函数、主电路表达式和滤波环节传递函数；
71、用于基于稳态状态、采用小信号法根据初始控制传递函数、所述主电路表达式和所述滤波环节传递函数构建直驱风机全阶阻抗模型；
72、用于基于信号传递路径，根据所述扰动信号和所述初始控制传递函数获得扰动控制传递函数；
73、所述计算模块：
74、用于基于典型环节对所述扰动控制传递函数进行分解因式；
75、用于根据分解因式后的扰动控制传递函数获得伯德图和转折角频率；
76、用于根据所述伯德图和所述获得转折角频率获得退化频率；
77、用于基于所述伯德图，根据分解因式后的扰动控制传递函数获得退化控制传递函数；
78、所述动态降阶模块用于基于所述退化频率，根据所述初始控制传递函数、所述退化控制传递函数对所述直驱风机全阶阻抗模型进行动态降阶，获得宽频段阻抗降阶模型。
79、进一步地，所述计算模块包括因式分解单元和退化数据获取单元；
80、所述因式分解单元：
81、用于基于典型环节对所述扰动控制传递函数进行分解因式；
82、用于根据分解因式后的扰动控制传递函数获得伯德图和转折角频率；
83、所述退化数据获取单元：
84、用于根据所述伯德图和所述获得转折角频率获得退化频率；
85、用于基于所述伯德图，根据分解因式后的扰动控制传递函数获得退化控制传递函数。
86、一种电子设备，包括处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机可读指令，所述处理器用于运行所述计算机可读指令，所述计算机可读指令运行时执行所述直驱风机阻抗模型动态降阶方法。
87、本发明的有益效果是：
88、(1)本发明提供的方法采用小信号法，推导得到直驱风机全阶阻抗模型，保证了直驱风机全阶阻抗表达式的正确性，并在此基础上提出基于典型环节对控制环节各传递函数进行灵活拆分，综合伯德图，既考虑了小信号在实际控制回路中的传递，也考虑了典型环节转折频率在实际工程中所需的裕度，实现拟合度高的直驱风机全阶阻抗模型的动态降阶。
89、(2)本发明提供的方法最终计算得到直驱风机的宽频段降阶阻抗模型，在不同频段经环节退化后得到降阶后不同阶次的直驱风机降阶阻抗模型，在实际工程应用中对应某些频段的计算，阶次的降低可以减轻高阶计算的繁重复杂，减少求解问题的复杂度，加快计算的收敛速度，能够尽快得到结果。
90、(3)本发明提供的方法具有一般性，适应性强，对于相似结构的非线性设备，完成线性化推导后均可以采用本方法进行环节拆分、进而动态降阶，获得宽频段误差允许范围内可接受的简化表达式。
1.一种直驱风机阻抗模型动态降阶方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的直驱风机阻抗模型动态降阶方法，其特征在于，所述初始控制传递函数包括初始内环传递函数、初始外环传递函数和初始锁相环传递函数，所述初始锁相环传递函数包括第一初始锁相环传递函数和第二初始锁相环传递函数；所述滤波环节传递函数包括功率滤波环节传递函数和dq轴电压滤波环节传递函数；所述直驱风机全阶阻抗模型为：
3.根据权利要求2所述的直驱风机阻抗模型动态降阶方法，其特征在于，所述扰动控制传递函数包括内环扰动传递函数、外环扰动传递函数和锁相环扰动传递函数；所述伯德图包括内环伯德图、外环伯德图和锁相环伯德图；所述转折角频率包括内环转折角频率、外环转折角频率和锁相环转折角频率；
4.根据权利要求3所述的直驱风机阻抗模型动态降阶方法，其特征在于，获得所述内环退化频率的步骤为：
5.根据权利要求3所述的直驱风机阻抗模型动态降阶方法，其特征在于，获得所述外环退化频率的步骤为：
6.根据权利要求3所述的直驱风机阻抗模型动态降阶方法，其特征在于，获得所述锁相环退化频率的步骤为：
7.根据权利要求3所述的直驱风机阻抗模型动态降阶方法，其特征在于，对所述直驱风机全阶阻抗模型进行动态降阶的步骤为：
8.一种存储介质，其特征在于，包括存储的程序，所述程序运行时控制所述存储介质所在的装置执行如权利要求1-7任一项所述的直驱风机阻抗模型动态降阶方法。
9.一种装置，用于实现权利要求1-7任一项所述的直驱风机阻抗模型动态降阶方法，其特征在于，包括构建模块、计算模块和动态降阶模块；
10.一种电子设备，包括处理器和存储器，其特征在于，所述存储器中存储有计算机可读指令，所述处理器用于运行所述计算机可读指令，所述计算机可读指令运行时执行如权利要求1-7任一项所述的直驱风机阻抗模型动态降阶方法。
