Combined Data-knowledge-driven Impedance Acquisition Method for Grid-connected Inverter Under Multiple Operation Conditions

Binyuan WU; Jianwen LI; Yonggang LI; Yue WANG; Qiyu LIU; Yinan YANG

doi:10.7500/AEPS20210605001

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Combined Data-knowledge-driven Impedance Acquisition Method for Grid-connected Inverter Under Multiple Operation Conditions

Basic Research | 更新时间：2025-06-16

- Combined Data-knowledge-driven Impedance Acquisition Method for Grid-connected Inverter Under Multiple Operation Conditions
- Automation of Electric Power Systems Vol. 46, Issue 6, Pages: 83-91(2022)
- 作者机构：
  
  1.新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学),河北省保定市 071003
  2.国网安徽省电力公司肥东县供电公司,安徽省合肥市 231600
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  State Grid Corporation of China(SGJBTS00FZJS2100341)
- DOI：10.7500/AEPS20210605001
  CLC：
- Received：05 June 2021，
  
  Revised：2021-09-23，
  
  Published Online：24 January 2022，
  
  Published：25 March 2022
- 稿件说明：
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吴滨源,李建文,李永刚等.基于知识和数据联合驱动的并网逆变器多工况阻抗获取方法[J].电力系统自动化,2022,46(6):83-91.

WU Binyuan,LI Jianwen,LI Yonggang,et al.Combined Data-knowledge-driven Impedance Acquisition Method for Grid-connected Inverter Under Multiple Operation Conditions[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(6):83-91.
吴滨源,李建文,李永刚等.基于知识和数据联合驱动的并网逆变器多工况阻抗获取方法[J].电力系统自动化,2022,46(6):83-91. DOI： 10.7500/AEPS20210605001.

WU Binyuan,LI Jianwen,LI Yonggang,et al.Combined Data-knowledge-driven Impedance Acquisition Method for Grid-connected Inverter Under Multiple Operation Conditions[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(6):83-91. DOI： 10.7500/AEPS20210605001.

摘要

当大量逆变器接入电网时，会发生谐波不稳定问题。并网逆变器

阻抗的准确获取是分析该问题的关键前提之一。仅基于知识驱动的白箱建模方法难以适应工程现场信息保密的实际情况，黑箱或灰箱测量方法会向实际系统持续注入谐波扰动；仅基于数据驱动的方法难以合理确定输入变量。针对这些缺陷，提出了一种基于知识和数据联合驱动的并网逆变器多工况

阻抗获取方法。首先，基于知识驱动建立小信号模型以选取输入变量；然后，结合数据驱动具有较好拟合输入输出变量间非线性关系的优点，采用基于遗传算法的核极限学习机获取多工况

阻抗；最后，借助RT-LAB搭建半实物实时仿真平台，验证所提方法的有效性及优越性。

Abstract

When a large number of inverters are connected to power grids

the problem of harmonic instability will occur. Accurate

impedance acquisition of grid-connected inverters is one of the key preconditions to analyze the problem. The knowledge-driven white-box modeling methods are difficult to adapt to the actual situation that the information in the engineering field is confidential

but also the black box or grey box measurement methods will continually inject the harmonic disturbances into the actual power system

while the data-driven based methods are hard to determine the input variables reasonably. Aiming at these deficiencies

a combined data and knowledge-driven impedance acquisition method for grid-connected inverter under multiple operating conditions is proposed. Firstly

the knowledge-driven small-signal models are established to pick the input variables. Secondly

combined with the advantages that data-driven can better fit the nonlinear relationship between input and output variables

the kernel extreme learning machine is optimized by the genetic algorithm to obtain the

impedance under multiple operating conditions. Finally

with the help of RT-LAB

a semi-physical real-time simulation platform is built to verify the effectiveness and superiority of the proposed method.

关键词

Keywords

references

卓振宇，张宁，谢小荣，等 . 高比例可再生能源电力系统关键技术及发展挑战［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 9 ）： 171 - 191 .

ZHUO Zhenyu ， ZHANG Ning ， XIE Xiaorong ， et al . Key technologies and developing challenges of power system with high proportion of renewable energy ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 9 ）： 171 - 191 .

LI Z M ， XU Y . Optimal coordinated energy dispatch of a multi-energy microgrid in grid-connected and islanded modes ［J］. Applied Energy ， 2018 ， 210 ： 974 - 986 .

汪颖，罗代军，肖先勇，等 . 多逆变器并网下的超高次谐振特性分析［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 1 ）： 192 - 199 .

WANG Ying ， LUO Daijun ， XIAO Xianyong ， et al . Analysis on supraharmonic resonance characteristics with integration of multiple inverters ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 1 ）： 192 - 199 .

陈新，王赟程，龚春英，等 . 采用阻抗分析方法的并网逆变器稳定性研究综述［J］. 中国电机工程学报， 2018 ， 38 （ 7 ）： 2082 - 2094 .

CHEN Xin ， WANG Yuncheng ， GONG Chunying ， et al . Overview of stability research for grid-connected inverters based on impedance analysis method ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2018 ， 38 （ 7 ）： 2082 - 2094 .

李建文，吴滨源，李永刚，等 . 分析谐波劣化机理的逆变器灰箱宽频域矩阵模型及求解方法［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 18 ）： 155 - 163 .

LI Jianwen ， WU Binyuan ， LI Yonggang ， et al . Gray-box wide frequency domain matrix model of inverter for harmonic degradation mechanism analysis and its solution method ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 18 ）： 155 - 163 .

李奕欣，赵书强，马燕峰，等 . 三相LCL型并网逆变器的阻抗建模及特性分析［J］. 电力自动化设备， 2019 ， 39 （ 7 ）： 107 - 113 .

LI Yixin ， ZHAO Shuqiang ， MA Yanfeng ， et al . Impedance modeling and characteristic analysis of three-phase LCL-type grid-connected inverters ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2019 ， 39 （ 7 ）： 107 - 113 .

刘芳，张兴，石荣亮，等 . 大功率微网逆变器输出阻抗解耦控制策略［J］. 电力系统自动化， 2015 ， 39 （ 15 ）： 117 - 125 .

LIU Fang ， ZHANG Xing ， SHI Rongliang ， et al . An output impedance decoupled control strategy for high power microgrid inverter ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2015 ， 39 （ 15 ）： 117 - 125 .

于鸿儒，苏建徽，王一丁，等 . 并网逆变器降阶模型及其构建方法的分析与对比［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 10 ）： 155 - 165 .

YU Hongru ， SU Jianhui ， WANG Yiding ， et al . Analysis and comparison of reduced-order model and modeling method for grid-connected inverter ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 10 ）： 155 - 165 .

王赟程，陈新，陈杰，等 . 基于谐波线性化的三相LCL型并网逆变器正负序阻抗建模分析［J］. 中国电机工程学报， 2016 ， 36 （ 21 ）： 5890 - 5898 .

WANG Yuncheng ， CHEN Xin ， CHEN Jie ， et al . Analysis of positive-sequence and negative-sequence impedance modeling of three-phase LCL-type grid-connected inverters based on harmonic linearization ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2016 ， 36 （ 21 ）： 5890 - 5898 .

王晋宁，王磊，韩肖清，等 . 基于谐波状态空间建模的变换器交直流谐波耦合特性分析［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 4 ）： 159 - 167 .

WANG Jinning ， WANG Lei ， HAN Xiaoqing ， et al . Analysis on AC/DC harmonic coupling characteristics of converter based on harmonic state space modeling ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 4 ）： 159 - 167 .

WANG X F ， BLAABJERG F . Harmonic stability in power electronic-based power systems： concept， modeling， and analysis ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2019 ， 10 （ 3 ）： 2858 - 2870 .

VALDIVIA V ， BARRADO A ， LÁZARO A ， et al . Simple modeling and identification procedures for “black-box” behavioral modeling of power converters based on transient response analysis ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2009 ， 24 （ 12 ）： 2776 - 2790 .

SHAH S ， KORALEWICZ P ， GEVORGIAN V ， et al . Large-signal impedance-based modeling and mitigation of resonance of converter-grid systems ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2019 ， 10 （ 3 ）： 1439 - 1449 .

刘威，谢小荣，黄金魁，等 . 并网变流器的频率耦合阻抗模型及其稳定性分析［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 3 ）： 138 - 146 .

LIU Wei ， XIE Xiaorong ， HUANG Jinkui ， et al . Frequency-coupled impedance model and stability analysis of grid-connected converter ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 3 ）： 138 - 146 .

钟佩军，孙建军，司学振，等 . 基于电压扰动源的并网逆变器输出阻抗测量方法［J］. 电工技术学报， 2019 ， 34 （ 22 ）： 4739 - 4750 .

ZHONG Peijun ， SUN Jianjun ， SI Xuezhen ， et al . Measurement method of inverter output impedance based on voltage disturbance source ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2019 ， 34 （ 22 ）： 4739 - 4750 .

LIU W ， XIE X R ， SHAIR J ， et al . A nearly decoupled admittance model for grid-tied VSCs under variable operating conditions ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2020 ， 35 （ 9 ）： 9380 - 9389 .

李杨，帅智康，方俊彬，等 . 基于阻抗测量的多逆变器系统稳定性校验方法［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 11 ）： 95 - 101 .

LI Yang ， SHUAI Zhikang ， FANG Junbin ， et al . Stability check method for multi-inverter system based on impedance measurement ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 11 ）： 95 - 101 .

白杨，谢乐，夏清，等 . 中国推进售电侧市场化的制度设计与建议［J］. 电力系统自动化， 2015 ， 39 （ 14 ）： 1 - 7 .

BAI Yang ， XIE Le ， XIA Qing ， et al . Institutional design of Chinese retail electricity market reform and related suggestions ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2015 ， 39 （ 14 ）： 1 - 7 .

李永刚，王月，刘丰瑞，等 . 基于Stacking融合的短期风速预测组合模型［J］. 电网技术， 2020 ， 44 （ 8 ）： 2875 - 2882 .

LI Yonggang ， WANG Yue ， LIU Fengrui ， et al . Combination model of short-term wind speed prediction based on stacking fusion ［J］. Power System Technology ， 2020 ， 44 （ 8 ）： 2875 - 2882 .

WANG Y ， GAN D H ， SUN M Y ， et al . Probabilistic individual load forecasting using pinball loss guided LSTM ［J］. Applied Energy ， 2019 ， 235 ： 10 - 20 .

汤奕，崔晗，李峰，等 . 人工智能在电力系统暂态问题中的应用综述［J］. 中国电机工程学报， 2019 ， 39 （ 1 ）： 2 - 13 .

TANG Yi ， CUI Han ， LI Feng ， et al . Review on artificial intelligence in power system transient stability analysis ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2019 ， 39 （ 1 ）： 2 - 13 .

ZHANG M F ， WANG X F ， YANG D S ， et al . Artificial neural network based identification of multi-operating-point impedance model ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2021 ， 36 （ 2 ）： 1231 - 1235 .

曾志杰，肖华锋，高博，等 . 并网逆变器小信号建模简化方法与应用［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 21 ）： 7002 - 7012 .

ZENG Zhijie ， XIAO Huafeng ， GAO Bo ， et al . Simplified small-signal modeling method of grid-connected inverters and its applications ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 21 ）： 7002 - 7012 .

杨明，鲍靖雯，孙岩洲，等 . 弱电网下并网逆变器电容电压前馈控制策略［J］. 太阳能学报， 2021 ， 42 （ 7 ）： 94 - 102 .

YANG Ming ， BAO Jingwen ， SUN Yanzhou ， et al . Capacitor voltage feedforward control strategy of grid-connected inverter in weak grid ［J］. Acta Energiae Solaris Sinica ， 2021 ， 42 （ 7 ）： 94 - 102 .

杨苓，陈燕东，周乐明，等 . 弱电网下锁相环对三相LCL型并网逆变器小扰动建模影响及稳定性分析［J］. 中国电机工程学报， 2018 ， 38 （ 13 ）： 3792 - 3804 .

YANG Ling ， CHEN Yandong ， ZHOU Leming ， et al . Effect of phase locked loop on the small-signal perturbation modeling and stability analysis for three-phase LCL-type grid-connected inverter in weak grid ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2018 ， 38 （ 13 ）： 3792 - 3804 .

杨锡运，关文渊，刘玉奇，等 . 基于粒子群优化的核极限学习机模型的风电功率区间预测方法［J］. 中国电机工程学报， 2015 ， 35 （增刊1 ）： 146 - 153 .

YANG Xiyun ， GUAN Wenyuan ， LIU Yuqi ， et al . Prediction intervals forecasts of wind power based on PSO-KELM ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2015 ， 35 （ Supplement 1 ）： 146 - 153 .

汪颖，王欢，张姝 . 基于优化极限学习机的电压暂降源识别方法［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 9 ）： 135 - 143 .

WANG Ying ， WANG Huan ， ZHANG Shu . Recognition method of voltage sag source based on optimized extreme learning machine ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 9 ）： 135 - 143 .

侯庆春，杜尔顺，田旭，等 . 数据驱动的电力系统运行方式分析［J］. 中国电机工程学报， 2021 ， 41 （ 1 ）： 1 - 12 .

HOU Qingchun ， DU Ershun ， TIAN Xu ， et al . Data-driven power system operation mode analysis ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2021 ， 41 （ 1 ）： 1 - 12 .

陈剑，杜文娟，王海风 . 采用深度迁移学习定位含直驱风机次同步振荡源机组的方法［J］. 电工技术学报， 2021 ， 36 （ 1 ）： 179 - 190 .

CHEN Jian ， DU Wenjuan ， WANG Haifeng . A method of locating the power system subsynchronous oscillation source unit with grid-connected PMSG using deep transfer learning ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2021 ， 36 （ 1 ）： 179 - 190 .

年珩，李萌，陈亮，等 . 采用多正弦信号注入的宽频带并网逆变器频率耦合特性测量方法［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 22 ）： 7408 - 7420 .

NIAN Heng ， LI Meng ， CHEN Liang ， et al . Measurement method for broadband frequency coupling characteristics of grid-connected inverter using multi-sine signal injection ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 22 ）： 7408 - 7420 .

吴滨源，李建文，李永刚，等 . 并网逆变器 dq 阻抗灰箱辨识方法与应用［J/OL］. 中国电机工程学报： 1 - 15 ［ 2021-08-20 ］． https：//doi.org/10.13334/j.0258-8013.pcsee.210777 https://doi.org/10.13334/j.0258-8013.pcsee.210777 ．

WU Binyuan ， LI Jianwen ， LI Yonggang ， et al . Gray-box identification method of grid-connected inverters and its applications ［J/OL］. Proceedings of the CSEE ： 1 - 15 ［ 2021-08-20 ］. https：//doi.org/10.13334/j.0258-8013.pcsee.210777 https://doi.org/10.13334/j.0258-8013.pcsee.210777 ．

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