基于差分進化算法的光伏并網逆變器控制器參數(shù)辨識方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)建模技術領域，具體涉及一種基于差分進化算法的光伏并網 逆變器控制器參數(shù)辨識方法。
【背景技術】
[0002] 光伏發(fā)電技術具有不受地域條件限制、規(guī)模靈活、安全可靠、無污染等優(yōu)點，因而 在我國得到了迅速的發(fā)展和推廣，并網容量日益增長。但是，光伏電源復雜的故障電流特性 和間歇性、隨機性的出力特征也給傳統(tǒng)的保護原理和故障檢測方法帶來了巨大的挑戰(zhàn)，導 致其可能無法準確地判斷故障的位置，引起保護拒動或誤動。
[0003] 我們知道，繼電保護的基本任務是根據(jù)電網故障后產生的電氣量（或非電氣量） 變化特征，鑒別和隔離故障設備或元件，因此，電網故障特性分析是繼電保護研究領域的基 礎內容。
[0004] 由于光伏電源是通過并網逆變器與電網接口的，并網逆變器在電網故障期間的響 應特性決定了光伏電源的故障電流特性，而光伏并網逆變器的故障響應特性則取決于其控 制器參數(shù)的選擇。因此，準確辨識光伏并網逆變器的控制器參數(shù)（包括比例積分調節(jié)器的 比例系數(shù)、積分系數(shù)和限幅環(huán)節(jié)參數(shù)等），對于構建高可信度的光伏電源等效模型具有重要 意義，為研究含光伏電源接入的電網故障電流特性和保護原理研究奠定堅實的基礎。
[0005] 目前，關于光伏并網逆變器或其他類型的換流器的控制器參數(shù)辨識方法都旨在辨 識控制器內、外環(huán)比例積分調節(jié)器的比例系數(shù)和積分系數(shù)，并沒有辨識積分器的輸出限幅 值和控制器輸出限幅值等限幅環(huán)節(jié)的參數(shù)，具體介紹如下，
[0006] 如圖1所示，并網光伏電源由光伏陣列、直流側電容、并網逆變器、LC濾波器組成， 兩相同步旋轉dq坐標系下光伏并網逆變器的數(shù)學方程式如下，
[0008] 其中，ud、Uq為橋臂輸出電壓的d、q軸分量，u gd、Ugq為電網電壓的d、q軸分量，i d、 iq為逆變器輸出電流的d、q軸分量，《 i為同步角速度，L1為交流側濾波電感，R1S濾波電 感的等效電阻；
[0009] 采用電網電壓定向矢量控制，將d軸定向于電網電壓矢量，并采取前饋補償和PI 調節(jié)的控制方式時，光伏并網逆變器的雙環(huán)控制框圖如圖2所示，從圖2可以看出，系統(tǒng)采 用了雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，外環(huán)為功率電壓環(huán)，內環(huán)為電流環(huán)，為了實現(xiàn)光伏電源的單位功率因 數(shù)運行，一般取C= 0。外環(huán)指令與反饋值相比較、經過功率一電壓外環(huán)的PI控制器得到 電流內環(huán)指令g和& ^ 和&與反饋電流值相比較、經過電流內環(huán)的PI控制器，并進行 前饋補償、坐標變換之后得到逆變器所需的三相電壓控制指令
[0010] 當發(fā)生電網故障時，由于故障持續(xù)時間一般較短，且光伏電源一般配置有儲能裝 置，因此，可認為光伏并網逆變器直流側電流電容電壓U d。在故障期間基本保持不變。同時， 為了提高電網故障期間光伏電源的響應速度，可將功率電壓外環(huán)閉鎖，對電流內環(huán)進行直 接控制。因此，在故障暫態(tài)分析中，只需考慮電流內環(huán)控制器運行特性的影響，在圖2所示 的光伏并網逆變器的雙環(huán)控制框圖中，并沒有考慮光伏并網逆變器的輸出電流限制。然而， 由于受逆變器自身容量和過流保護等因素的影響，光伏并網逆變器的輸出電流必須受到限 制。因此，控制策略具體實現(xiàn)過程中，需要對控制器的輸出限幅。在對控制器輸出進行限幅 的情況下，若電網發(fā)生故障導致電流內環(huán)的指令值出現(xiàn)一個較大的階躍值時，控制器輸出 會受到飽和限制，這將使得實際閉環(huán)系統(tǒng)的性能下降，如超調量增大、穩(wěn)定時間增長等，嚴 重情況下甚至破壞控制系統(tǒng)穩(wěn)定性。這種由于控制器輸出限幅導致系統(tǒng)閉環(huán)響應變差的現(xiàn) 象，稱為windup現(xiàn)象。為了避免控制器windup現(xiàn)象的出現(xiàn)，最直觀有效的方法就是設計 anti-windup控制器，抑制控制器的飽和現(xiàn)象，并使得系統(tǒng)可以盡快退出飽和區(qū)。其中，最簡 單的anti-windup控制器設計方法是對PI控制器中的積分環(huán)節(jié)的輸出進行限幅。
[0011] 以d軸為例，考慮控制器輸出限幅和anti-windup設計（積分器輸出限幅）之后， 電流內環(huán)控制系統(tǒng)的具體實現(xiàn)環(huán)節(jié)如圖3所示，由于限幅環(huán)節(jié)的存在，電網發(fā)生故障后光 伏并網逆變器的控制器的輸入、輸出之間的關系無法用解析表達式描述。
[0012] 通過上述描述，當發(fā)生電網故障時，電網電壓的擾動可能使得光伏并網逆變器的 控制器進入非線性環(huán)節(jié)，影響積分器輸出和控制器輸出限幅，這將大大影響光伏電源的故 障暫態(tài)特性。因此，利用傳統(tǒng)光伏并網逆變器的控制器參數(shù)辨識方法構建出的光伏電源的 等效模型，無法準確反映光伏電源的故障暫態(tài)特性，如何彌補現(xiàn)有控制器參數(shù)辨識方法的 不足，準確辨識出控制器限幅環(huán)節(jié)的參數(shù)，是當前急需解決的問題。

【發(fā)明內容】

[0013] 本發(fā)明所解決的技術問題是克服利用傳統(tǒng)的光伏并網逆變器的控制器參數(shù)辨識 方法構建出的光伏電源的等效模型，無法準確反映光伏電源的故障暫態(tài)特性的問題。
[0014] 為了達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案是：
[0015] -種基于差分進化算法的光伏并網逆變器控制器參數(shù)辨識方法，其特征在于：包 括以下步驟，
[0016] 步驟（1)，設置種群規(guī)模NP = 50,根據(jù)公式⑴和公式⑵分別得到時刻tl、t2 的進化群體/^和戶^^ 4

[0019] 其中，4、4分別對應tl時刻第i個種群中d、q軸電流內環(huán)PI調節(jié)器的比例 系數(shù)1^、積分系數(shù)1^，1 = 1，2-，陬；4、4、4和禮分別對應〖2時刻第1個種群中(1、 q軸電流內環(huán)積分器輸出限幅值Lint_up、Lint_ lciw，以及電流內環(huán)控制器輸出限幅值LciK Lciut+ i〇w，i = 1，2...，NP ;
[0020] 令tl = 0, t2 = 0,設置初始種群M在區(qū)間[kP」/5,5kP 2]內取值， 在區(qū)間[ku/5，5kI 2]內取值，在區(qū)間（〇，2. 0]內取值，在區(qū)間 [-2. 0,0]內取值，根據(jù)公式（3)，計算得到kP1、kP 2、Ic11和k 12的取值，
[0022] w。為截止角頻率，取值為10? s，《s為同步旋轉角速度；I為阻尼比，《 n為自然 振蕩頻率，I = 0.707, On= 10? ^L1為光伏并網逆變器交流側的濾波電感，R1S濾波電 感1^的內阻；
[0023]根據(jù)公式（4)，列出匹配度函數(shù)JOfpl,X&im)，
[0025] 其中，id(k)和iq(k)為在電流內環(huán)指令值情況下，光伏并網逆變器電流內環(huán)控制 器的實際輸出；|獲)和為在相同的電流內環(huán)指令值情況下，光伏并網逆變器電流內環(huán) 控制器跟蹤模型的輸出：
為解向量；N = 48,為一個工頻周期的采樣點數(shù)；
[0026] 設置并網點電壓從1.0 pu跌落至0. 85pu，使得電流內環(huán)控制器工作在線性區(qū)域， 并執(zhí)行步驟（2);
[0027]步驟（2)，若tl>NG，NG為最大進化代數(shù)，則PI調節(jié)器的比例系數(shù)和積分系數(shù)的辨 識過程結束，種群/ 5Pt11中匹配度函數(shù)值最小的解向量為辨識出的PI調節(jié)器的比例系數(shù)和積 分系數(shù)，并執(zhí)行步驟（7);否則，執(zhí)行步驟（3);
[0028] 步驟（3)，利用匹配度函數(shù)J(<PI，xfUni)對種群尸//中的各個解向量進行評價，若 種群中存在解向量滿足如公式（5)所示的匹配條件，則參數(shù)辨識成功，
[0030] 其中，e取值為0.01 ;相應的解向量為辨識出的PI調節(jié)器的比例系數(shù)和積分系 數(shù)，并執(zhí)行步驟（7);若種群中的各個解向量均不滿足如公式（5)所示的匹配條件，則執(zhí) 行步驟（4);
[0031]步驟（4)，對種群1?1中的解向量，根據(jù)公式（6)進行變異操作，得到變異向
[0033] 其中，rl、r2、r3 G {1，2,3，…，NP}，均不等于i，且兩兩互不相等；F為縮放因子， 取值范圍為[0，1];
[0034] 步驟（5)，將種群中的解向量Xfpi與變異向量進行如公式（7)所示的交叉
[0036] 其中，rand(j) G [0，1]，為均勻分布的隨機數(shù)；j G {1，2}，表示第j個變量； randn(i) G {1，2}，為隨機選擇的維數(shù)變量索引；CR為交叉概率常數(shù)，取值范圍為[0，1];