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控制与算法
★ 5.0
基于梯度的黑箱方法用于提升逆变器构建电站的稳定裕度而不暴露控制器细节
Gradient-Based Black-Box Method for Improving the Stability Margin of Power Station Constructed by Inverters Without Exposing Controller Details
| 作者 | Jiayu Fang · Shuying Yang · Zhen Xie · Xing Zhang · Liuchen Chang |
| 期刊 | IEEE Transactions on Power Electronics |
| 出版日期 | 2024年11月 |
| 技术分类 | 控制与算法 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 可再生能源电站 逆变器 黑箱建模 稳定性裕度 参数调优 |
语言:
中文摘要
基于可再生能源发电的电站(PS)中的逆变器可能由不同制造商生产,这些制造商的控制方案相互保密。因此,系统级稳定性预测和面向稳定性裕度提升的参数调整应采用黑箱方式完成。基于奈奎斯特定理和劳斯 - 赫尔维茨判据,本文针对电站中的逆变器提出了一种基于梯度的黑箱(GBBB)建模方法。GBBB 模型是一个以可调控制参数为输入的黑箱加密函数。其输出包含阻抗值、开环稳定性因子和阻抗的参数参与因子,用于基于奈奎斯特准则的电站稳定性判断和面向稳定性裕度提升的参数调整。基于逆变器的 GBBB 模型,电站的稳定性裕度由黑箱代价函数描述。然后,提出了一种基于梯度下降的参数调整方法,其中根据链式法则利用 GBBB 模型的输出计算梯度。理论上,可以迭代优化所有逆变器的参数,以提高电站的稳定性裕度。在给定的工作流程下,只需要 GBBB 模型和电站拓扑结构,这意味着逆变器的控制细节不会被暴露,即不会侵犯知识产权。
English Abstract
Inverters in a renewable-energy-generation based power station (PS) may be produced by different manufacturers whose control schemes cannot be exposed to each other. Hence, the system-level stability prediction and stability-margin-improvement-oriented parameter tuning should be completed in a black-box manner. Based on the Nyquist theorem and the Routh–Hurwitz criterion, a gradient-based black-box (GBBB) modeling method is proposed for the inverters in the PS. The GBBB model is a black-box encrypted function with tunable control parameters as inputs. Its outputs contain impedance values, open-loop-stability factors, and parameter-participation-factors of the impedance for Nyquist-based stability judgment and margin-improvement-oriented parameter tuning of the PS. Based on the GBBB models of the inverters, the PS's stability margin is described by black-box cost functions. Then, a gradient-descent based parameter tuning method is proposed where the gradients are calculated using the outputs of the GBBB models according to the chain rule. All the inverters’ parameters can be optimized in theory iteratively to improve the PS's stability margin. Under the given workflow, only the GBBB models and the PS topology are needed, which means the control details of the inverters are unexposed, i.e., the intellectual property would not be infringed.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这项基于梯度的黑箱建模技术具有重要的战略价值。在大型新能源电站项目中,阳光电源的逆变器常需要与其他品牌设备协同运行,而各厂商出于知识产权保护不愿公开控制算法细节,这给系统级稳定性分析和优化带来了长期困扰。该技术通过黑箱建模方法,在不暴露控制器内部参数的前提下,实现了多厂商设备的稳定裕度评估与参数优化,这正契合阳光电源在大型地面电站、储能系统集成等场景的实际需求。
该方法基于奈奎斯特定理和劳斯-赫尔维茨判据,将逆变器建模为可调参数输入、阻抗特性输出的黑箱函数,并通过梯度下降算法实现参数迭代优化。这为阳光电源提供了三方面价值:一是可在投标阶段快速评估系统稳定性,提升方案竞争力;二是在电站调试阶段能够系统化优化多台设备参数,缩短调试周期;三是为储能系统中PCS与电池管理系统的协同控制提供了新的技术路径。
技术成熟度方面,该方法理论基础扎实,但工程化应用仍面临挑战。关键在于如何构建准确的黑箱模型库,以及在复杂电网工况下算法的收敛性和计算效率。对阳光电源而言,机遇在于可将此技术整合到iSolarCloud等数字化平台中,开发系统级稳定性分析工具,形成差异化竞争优势。建议与高校合作开展实际电站验证,同时评估将该技术嵌入逆变器固件实现自适应参数调整的可行性,这将显著提升产品在弱电网环境下的适应能力。