基于等效开环过程的风火耦合系统稳定性判定与补偿方法

1.一种基于等效开环过程的风火耦合系统稳定性判定方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)通过等效开环过程对风火耦合系统进行解耦，得到计及虚拟惯量与下垂控制的风机与除去风机后的剩余子系统；(2)分别为计及虚拟惯量与下垂控制的风机和剩余子系统建立多变量的开环频域模型，将多变量的开环频域模型转换为单变量的闭环传递函数；(3)将闭环传递函数的倒数作为特征传递函数，通过特征传递函数判定风火耦合系统的稳定性；所述步骤(2)包括：计及虚拟惯量与下垂控制的风机组成开环子系统，其状态方程为 式中，ΔU g 和ΔI g 分别表示同步旋转坐标系下风机端口电压向量和电流向量；A g 、B g 、C g 和D g 分别为风机侧状态矩阵，输入矩阵，输出矩阵和直接传输矩阵，ΔX g 为风机的状态变量，下标g表示风机侧参数；风机的环频域模型由风机的状态方程推导得到：式中，I w 为风机的单位矩阵，s为拉普拉斯算子，g g11 (s)、g g12 (s)、g g21 (s)和g g22 (s)分别为风机的开环频域模型传递函数G g (s)转换为矩阵后矩阵中的元素；剩余子系统的状态方程为 式中，ΔX s 为剩余子系统的状态变量；A s 、B s 、C s 和D s 分别为剩余子系统状态矩阵，输入矩阵，输出矩阵和直接传输矩阵；下标s表示剩余子系统参数；剩余子系统的开环频域模型如下：式中，I s 为剩余子系统中的单位矩阵，g s11 (s)、g s12 (s)、g s21 (s)和g s22 (s)分别为剩余子系统开环频域模型传递函数G s (s)转换为矩阵后矩阵中的元素；最终，闭环传递函数为：其中，D(s)＝g g11 (s)g s11 (s)+g g12 (s)g s21 (s)+G i (s)[g g11 (s)g s12 (s)+g g12 (s)g s22 (s)]其中， 2.如权利要求1所述的一种基于等效开环过程的风火耦合系统稳定性判定方法，其特征在于，所述稳定性判定的具体方式为：将特征传递函数分为实部和虚部；当虚部的曲线在过零点处的斜率为负时，若实部小于零，则风火耦合系统稳定，若实部大于零，则风火耦合系统不稳定；当虚部的曲线在过零点处的斜率为正时，若实部大于零，则风火耦合系统稳定，若实部小于零，则风火耦合系统不稳定。 3.如权利要求1所述的一种基于等效开环过程的风火耦合系统稳定性判定方法，其特征在于，所述稳定性判定的具体方式为：绘制特征传递函数的伯德图；伯德图中次同步振荡频率范围内相角逆时针旋转通过实轴，角度增加，对应频段内风火耦合系统稳定；伯德图中次同步振荡频率范围内相角顺时针旋转通过实轴，角度减小，对应频段内风火耦合系统不稳定。 4.如权利要求2或3所述的一种基于等效开环过程的风火耦合系统稳定性判定方法，其特征在于，所述特征传递函数存在一对次同步频率范围内靠近虚轴的共轭零点，且风火耦合系统的振荡频率大于衰减系数。 5.一种基于等效开环过程的风火耦合系统的补偿方法，其特征在于，包括：当权利要求1-4任一项所述的一种基于等效开环过程的风火耦合系统稳定性判定方法判定风火耦合系统不稳定时，对风火耦合系统的锁相环进行相位补偿。 6.如权利要求5所述的一种基于等效开环过程的风火耦合系统的补偿方法，其特征在于，所述相位补偿过程中的补偿相角 其中， 为在频率f p 处取得的最大补偿相角，ω表示振荡频率。