1.本发明涉及一种变流器参数自学习控制方法，属于电力电子技术领域，主要应用于电力电子变流器运行场景。
背景技术：
2.变流器作为直流侧电池系统与交流侧电网的接口，实现电池与电网/负载双向功率调节以及其他的辅助功能，是整个系统的核心与关键组成部分，其控制性能直接决定了整个储能系统的性能优劣。通常变流器采用双环进行控制，内环为电流环，外环为电压环。如果双环控制参数设置不当，可能会导致系统不稳定、振荡或失控等问题，从而对变流器运行造成严重影响。因此进行控制器参数整定是确保系统正常运行的关键步骤，通过优化控制器参数，可以实现更快的响应时间、更稳定的控制和更好的性能。
3.控制参数设计分为时域法和频域法。时域法是在时间域中设计参数，包括典型系统整定法、劳斯判据和根轨迹法。频域法主要有奈奎斯特图法和伯德图法，奈奎斯特图用于稳定性判断，伯德图可以求解相位裕度和幅值裕度。中国发明专利cn 113962181 a于2022年1月21日公布的《构网型电压源换流器双环控制参数优化设计方法》，给出一种内环比例参数和外环谐振参数的设计方法，利用波特图和极点图进行参数选取。
4.然而上述方法主要存在以下缺点：1）针对包含高阶、时滞环节的控制系统，采用近似等价或者线性处理的方式进行系统模型简化，很大程度降低了参数整定的准确性；2）考虑多个控制参数设计时，只能通过参数假定 循环迭代的方式来得到有限解集，无法实现参数最优化设计。
技术实现要素：
5.针对现有技术中存在的上述问题，现提供一种变流器参数自学习控制方法，应用于双环控制的变流器；所述变流器包括依次连接的驱动电路和lc滤波器，所述lc滤波器包括第一电感和电容；所述第一电感的一端连接所述驱动电路的三相输出端，用于采集所述输出电流；所述电容连接在所述第一电感的另一端和所述变流器的一次侧的耦合端之间；其中，所述变流器控制方法包括：根据所述变流器的双环控制系统中设置的谐振控制器的谐振参数稳定域确定所述双环控制系统中的设置的电流控制器的第一参数整定值以及所述谐振控制器的第二参数整定值；以及采用所述双环控制系统对所述变流器进行双环控制。
6.优选的，根据下述步骤确定所述第一参数整定值和所述第二参数整定值：步骤1：建立关联于所述变流器的电流内环控制过程的第一模型；步骤2：建立关联于所述变流器的双环控制过程的第二模型；步骤3：根据所述第一模型和所述第二模型确定所述第一参数整定值和所述第二参数整定值。
7.优选的，所述步骤1中，根据以下公式建立得到所述第一模型：
8.其中，表示为所述电流控制器的闭环传递函数；为所述第一电感的电感值，为所述一次侧与二次侧耦合的耦合电感的电感值，为所述电容的电容值，为拉普拉斯算子；为脉冲调制增益，为所述第一模型的采样周期；为所述电流控制器的内环比例项系数，为所述电流控制器的积分项系数。
9.优选的，其特征在于，所述步骤2中，根据以下公式建立得到所述第二模型：
10.其中，表示为所述谐振控制器的传递函数，为所述谐振控制器的谐振比例项系数，为所述谐振控制器的谐振项系数，为所述谐振控制器的截止频率，为所述谐振控制器的谐振频率。
11.优选的，所述步骤3中，所述第一参数整定值和所述第二参数整定值的确定过程如下：步骤31：根据所述第一模型确定关联于所述电流内环控制过程的第一参数稳定域的中心点，并将所述中心点确定为起始点；步骤32：根据所述起始点以及所述第二模型，确定关联于所述双环控制过程的第二参数稳定域；步骤33：以固定步长调整所述起始点，并返回所述步骤32，以分别确定多个所述第二参数稳定域，并进而根据所述第二参数稳定域的稳定域面积确定所述第一参数整定值和所述第二参数整定值。
12.优选的，所述步骤31中，所述起始点的获取过程如下：步骤311：建立以所述电流控制器的内环比例项系数为横轴，以所述电流控制器的积分项系数为纵轴的关联于所述电流内环控制过程的第一坐标系；步骤312：根据所述第一模型，于所述第一坐标系内绘制所述内环比例项系数和所述积分项系数构成的第一变化曲线；所述第一变化曲线与所述第一坐标系围成的封闭面积为所述第一参数稳定域；步骤313：选取所述第一参数稳定域的所述中心点确定为所述起始点。
13.优选的，所述步骤s32中，所述第二参数稳定域的建立过程如下：步骤321：建立以所述谐振控制器的谐振比例项系数为横轴，所述谐振控制器的谐振项系数为纵轴的关联于所述双环控制过程的第二坐标系；步骤322：根据所述第二模型，基于所述起始点处理得到对应的所述谐振比例项系数和所述谐振项系数；步骤s323：绘制所述谐振比例项系数和所述谐振项系数构成的第二变化曲线；所述第二变化曲线与所述第二坐标系围成的封闭面积为所述第二参数稳定域；步骤324：计算得到所述第二参数稳定域的面积。
14.优选的，建立以所述电流控制器的内环比例项系数为横轴，以所述电流控制器的积分项系数为纵轴的关联于所述电流内环控制过程的第一坐标系，所述起始点位于所述第
一坐标系中；所述步骤33中，根据所述第二参数稳定域的稳定域面积确定所述第一参数整定值和所述第二参数整定值的过程如下：步骤331：于所述第一稳定域内，保持所述起始点的所述积分项系数不变，以固定步长调节所述起始点的所述内环比例项系数，并分别计算对应的所述第二参数稳定域的面积；步骤s332，当所述第二参数稳定域的面积最大时，将对应的所述内环比例项系数确定为最大内环比例项系数；步骤333：于所述第一稳定域内，将所述起始点的横轴坐标值固定为所述最大内环比例项系数，以固定步长调节所述起始点的所述积分项系数，并分别计算对应的所述第二参数稳定域的面积；步骤 s334：当所述第二参数稳定域的面积最大时，将对应的所述积分项系数确定为最大积分项系数，以及将面积最大的所述第二参数稳定域确定为最终参数稳定域；步骤335：获取所述最终参数稳定域的中心点，将所述中心点对应的所述谐振比例项系数确定为最大谐振比例项系数，以及将所述中心点对应的所述谐振项系数确定为最大谐振项系数；所述第一参数整定值包括所述最大内环比例项系数和所述最大积分项系数；所述第二参数整定值包括所述最大谐振比例项系数和所述最大谐振项系数。
15.优选的，所述双环控制系统采用如权利要求1-8中任意一项所述的一种变流器参数自学习控制方法对所述变流器进行双环控制。
16.优选的，所述变流器依据如权利要求1-8中任意一项所述的一种变流器参数自学习控制方法进行双环控制。
17.上述技术方案具有如下优点或有益效果：解决现有方法难以实现高阶非线性控制系统的多个参数设计问题，提出一种基于精准模型的变流器多参数设计方法，可以适用于电力电子变流器运行场合，特别是可以实现包含谐振控制器和时滞环节的高阶非线性系统参数寻优，从而提高变流器的控制性能。
附图说明
18.参考所附附图，以更加充分的描述本发明的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。
19.图1为本实施例中，含谐振控制器的双环控制系统原理图；图2为本实施例中，变流器参数学习控制方法的整体步骤流程图；图3为本实施例中，包含谐振控制器的变流器双环控制系统结构框图；图4为本实施例中，准谐振控制器结构框图；图5为本实施例中，第一参数整定值和第二参数整定值的确定过程的步骤流程图；图6为本实施例中，起始点的获取过程的流程图；图7为本实施例中，电流内环控制过程参数稳定域示意图；图8为本实施例中，第二参数稳定域的建立过程的流程图；图9为本实施例中，谐振控制器参数稳定域示意图；图10为本实施例中，根据第二参数稳定域的稳定域面积确定第一参数整定值和第二参数整定值的过程的流程示意图；图11为本实施例中，双环控制过程进行参数寻优中电流环比例项系数以固定步长调节示意图；图12为本实施例中，双环控制过程进行参数寻优中电流环积分项系数以固定步长
调节示意图。
具体实施方式
20.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
21.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
22.为更好地说明本发明所提供的技术方案，下面将结合附图说明和具体实施案例做进一步地介绍。
23.本发明的较佳实施例中，提供一种变流器参数自学习控制方法，应用于双环控制的变流器；如图1所示，变流器包括依次连接的驱动电路1和lc滤波器3，lc滤波器3包括第一电感l1和电容c；第一电感l1的一端连接驱动电路1的三相输出端(a、b、c)，用于采集输出电流；电容c连接在第一电感l1的另一端和变流器的一次侧的耦合端4之间；其中，变流器控制方法包括：根据变流器的双环控制系统中设置的谐振控制器5的谐振参数稳定域确定双环控制系统中的设置的电流控制器6的第一参数整定值以及谐振控制器5的第二参数整定值；以及采用双环控制系统对变流器进行双环控制。
24.具体的，如图1所示，含谐振控制器5的双环控制系统包括硬件回路2和控制回路。其中硬件回路2包括驱动电路1和lc滤波器3，具体包括：储能电池、电压源型变流器7、lc滤波器3、电压互感器9和负载8；其中电压源型变流器7为三相桥式全控型电力电子器件构成。lc滤波器3又包括第一电感l1和电容c，第一电感l1用于采集变流器桥臂侧三相电流信号，电压互感器9用于采集负载侧三相电压信号，负载8可以为电阻、电容、电感或者非线性等负载。
25.双环控制系统由电流内环控制过程和电压外环控制过程组成；电流内环控制过程用于控制储能电池的充放电电流，以实现对储能电池的能量管理。电流内环控制过程接收来自来自第一电感l1的变流器桥臂侧三相电流信号并通过比较实际电流与设定电流之间的差异来调节电流输出。通过控制储能电池的充放电电流，可以实现对储能电池 的充电和放电过程的精确控制。
26.电压外环控制过程用于控制负载8侧的电压，以实现对负载8的稳定控制。电压外环控制过程接收来自电压互感器的负载侧三相电压的反馈信号，并通过比较实际电压与设定电压之间的差异来调节电压输出。通过控制负载8侧的电压，可以实现对负载的稳定供电，确保负载工作在设定的电压范围内。
27.双环控制系统通过协调电流内环和电压外环的工作，实现对含谐振控制器5的双
环控制系统的稳定运行。电流内环和电压外环之间通过反馈信号进行信息交流，以实现对储能电池和负载8的精确控制。通过双环控制回路的运行，可以有效地抑制系统中的谐振现象，提高系统的稳定性和可靠性。
28.优选的，如图2所示，根据下述步骤确定第一参数整定值和第二参数整定值：步骤1：建立关联于变流器的电流内环控制过程的第一模型；步骤2：建立关联于变流器的双环控制过程的第二模型；步骤3：根据第一模型和第二模型确定第一参数整定值和第二参数整定值。
29.具体的，步骤1：建立关联与变流器的内环控制过程的第一模型，在步骤1中，需要建立一个与变流器相关的电流内环控制过程的数学模型。通过这一数学模型可以描绘出变流器的工作原理以及电流控制的关系。
30.步骤2：建立关于变流器的双环控制过程的第二模型，在步骤2中，需要建立一个与变流器相关的双环控制过程的数学模型。双环控制指的是在电流内环控制的基础上，再加上一个外环控制来实现更高级别的控制。
31.步骤3：根据第一模型和第二模型确定第一参数整定值和第二参数整定值，在步骤3中确定第一参数整定值和第二参数整定值的过程是一个基于数学模型和实际需求的分析和优化过程。通过建立准确的模型和合理的参数选择，可以实现对变流器的精确控制和优化性能。
32.优选的，如图3所示，步骤1中，根据以下公式建立得到第一模型：
33.其中，表示为电流控制器6的闭环传递函数；为第一电感l1的电感值，为一次侧4与二次侧10耦合的耦合电感的电感值，为电容c的电容值，为拉普拉斯算子；为脉冲调制增益，为第一模型的采样周期；为电流控制器6的内环比例项系数，为电流控制器6的积分项系数。
34.具体的，第一模型是为了构建闭环传递函数，具体是根据输出电流对输出电压传递函数、时滞环节表达式以及开环函数一起建立的闭环传递函数，具体构建过程如下：首先，根据变流器的输出滤波参数，建立变流器的输出电流对输出电压传递函数，公式如下：
35.其中，为第一电感l1的电感值，为一次侧4与二次侧10耦合的耦合电感的电感值，为电容c的电容值，为拉普拉斯算子；然后，因为要考虑数字控制延时和脉冲调制延时，因此需要建立时滞环节，时滞环节表达式为：
36.其中，为脉冲调制增益，为第一模型的采样周期；接着根据输出电流对输出电压传递函数以及时滞环节表达式可以建立电流内环控制过程的开环传递函数，表达式为：
37.其中为电流控制器6的内环比例项系数；最后通过开环函数表达式建立电流内环控制过程的闭环传递函数的表达式：
38.其中，为电流控制器6的积分项系数。
39.优选，如图3和图4所示，步骤2中，根据以下公式建立得到第二模型：
40.其中，表示为谐振控制器5的传递函数，为谐振控制器5的谐振比例项系数，为谐振控制器5的谐振项系数，为谐振控制器5的截止频率，为谐振控制器5的谐振频率。
41.具体的，在本发明较佳实施例中，以准谐振控制器为例确认谐振控制器5的传递函
数，如图4所示，输入信号为设定电压，输出信号为反馈信号，为谐振控制器5的谐振比例项系数，为谐振控制器5的谐振项系数，为谐振控制器5的截止频率，为谐振控制器5的谐振频率。
42.其中，在本发明较佳实施例中，若对50hz频率信号进行控制，则。从图4中可知，控制系统中含有频率为的正弦信号s域模型，因此可以实现对给定信号中相应频率为的正弦信号的无静差跟踪。准谐振控制器的传递函数为：
43.在本发明较佳实施例中，双环闭环传递函数的构建过程如下：首先建立变流器输出电流对输出电压的传递函数：
44.其中，为准谐振控制器的传递函数，为闭环传递函数；然后根据变流器的负载传递函数，得到双环闭环传递函数:
45.其中，为负载传递函数，为变流器输出电流对输出电压的传递函数。
46.优选的，如图5所示，步骤3中，第一参数整定值和第二参数整定值的确定过程如下：步骤31：根据第一模型确定关联于电流内环控制过程的第一参数稳定域的中心点，并将中心点确定为起始点 ；步骤32：根据起始点以及第二模型，确定关联于双环控制过程的第二参数稳定域；步骤33：以固定步长调整起始点，并返回步骤32，以分别确定多个第二参数稳定域，并进而根据第二参数稳定域的稳定域面积确定第一参数整定值和第二参数整定值。
47.具体的，参数整定值的稳定性和第二参数稳定域的面积有关，第二参数稳定域的面积越大，对应的参数的稳定性越好，因此可以通过第二参数稳定域的面积来确定第一参数整定值和第二参数整定值即最佳参数整定值。
48.优选的，如图6和7所示，步骤31中，起始点的获取过程如下：步骤311：建立以电流控制器6的内环比例项系数为横轴，以电流控制器的积分项系数为纵轴的关联于电流内环控制过程的第一坐标系；步骤312：根据第一模型，于第一坐标系内绘制内环比例项系数和积分项系数构成的第一变化曲线；第一变化曲线与第一坐标系围成的封闭面积为第一参数稳定域；步骤313：选取第一参数稳定域的中心点确定为起始点。
49.具体的，第一参数稳定域的构建过程如下：1）根据闭环传递函数得到特征方程，特征方程为闭环传函数的分母；2）将带入特征方程，同时令特征方程为0，得到实部和虚部两个表达式，当特征方程为0时，参数属于稳定状态；3）推导出和与的关系式；4）在第一坐标系中根据和与的关系式构建第一变化曲线；5）第一变化曲线与第一坐标系围成的封闭面积为第一参数稳定域。
50.本发明中，第二稳定域的构建过程与第一稳定域的构建过程相同，仅特征方程选择不同，第二稳定域的特征方程为双环闭环函数的分母，下文将不再赘述。
51.如图7所示，描述了从0开始的变化过程，当增大的时候，会产生一个轨迹（曲线），该曲线是由多个（和）构成，满足公式，其中为自变量，为含（和）的表达式，表示复数单位，需要注意的是，虽然图7中描述了三个变量，但仍然为二维坐标系。
52.当电流内环控制参数从第一参数稳定域内取值时，能够保证电流内环是稳定的。
53.步骤313中取得的起始点为（0.4，500）。
54.优选的，如图8和9所示，步骤s32中，第二参数稳定域的建立过程如下：步骤321：建立以谐振控制器5的谐振比例项系数为横轴，谐振控制器的谐振项系数为纵轴的关联于双环控制过程的第二坐标系；步骤322：根据第二模型，基于起始点处理得到对应的谐振比例项系数和谐振项系数；步骤s323：绘制谐振比例项系数和谐振项系数构成的第二变化曲线；第二变化曲线与第二坐标系围成的封闭面积为第二参数稳定域；步骤324：计算得到第二参数稳定域的面积。
55.具体的，根据第二模型，电流内环控制过程的参数初始值选择起始点，绘制出第二参数稳定域，并得到第二参数稳定域的面积。
56.因为准谐振控制器的传递函数包含电流内环控制过程的参数，所以电流
内环控制过程参数变化也会对第二参数稳定域产生影响。
57.优选的，如图10、11和12所示，建立以电流控制器的内环比例项系数为横轴，以电流控制器的积分项系数为纵轴的关联于电流内环控制过程的第一坐标系，起始点位于第一坐标系中；步骤33中，根据第二参数稳定域的稳定域面积确定第一参数整定值和第二参数整定值的过程如下：步骤331：于第一稳定域内，保持起始点的积分项系数不变，以固定步长调节起始点的内环比例项系数，并分别计算对应的第二参数稳定域的面积；步骤s332，当第二参数稳定域的面积最大时，将对应的内环比例项系数确定为最大内环比例项系数；步骤333：于第一稳定域内，将起始点的横轴坐标值固定为最大内环比例项系数，以固定步长调节起始点的积分项系数，并分别计算对应的第二参数稳定域的面积；步骤 s334：当第二参数稳定域的面积最大时，将对应的积分项系数确定为最大积分项系数，以及将面积最大的第二参数稳定域确定为最终参数稳定域；步骤335：获取最终参数稳定域的中心点，将中心点对应的谐振比例项系数确定为最大谐振比例项系数，以及将中心点对应的谐振项系数确定为最大谐振项系数；第一参数整定值包括最大内环比例项系数和最大积分项系数；第二参数整定值包括最大谐振比例项系数和最大谐振项系数。
58.具体的，在本发明一个较佳实施例中，如图11所示，=0.4，=500，固定步长设置为0.1，算出内环比例项系数分别为0.3、0.4、0.5，对应的第二参数稳定域面积最大项的比例系数=0.5。
59.如图12所示，当最大内环比例项系数=0.5时，将固定步长设置为100，此时对应的积分项系数分别为400、500和600，计算出对应的第二参数稳定域面积。
60.从三个对应的第二参数稳定域面积中选出面积最大值，此时对应的最大内环比例项系数和最大积分项系数分别为=0.5，=500，最终参数稳定域的中心点对应的最大谐振比例项系数和最大谐振项系数分别为=0.9、=2500。
61.优选的，双环控制系统采用如权利要求1-8中任意一项的一种变流器参数自学习
控制方法对变流器进行双环控制。
62.优选的，变流器依据如权利要求1-8中任意一项的一种变流器参数自学习控制方法进行双环控制。
63.以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。