本發(fā)明涉及逆變器控制領(lǐng)域，具體是一種基于分子動(dòng)理論的光伏并網(wǎng)三電平逆變器控制優(yōu)化平臺(tái)。

背景技術(shù)：

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，建設(shè)大規(guī)模光伏發(fā)電站是未來的發(fā)展趨勢(shì)，因此多電平逆變器在電力系統(tǒng)中的直流輸電等應(yīng)用的發(fā)展，符合高壓大功率交流電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速系統(tǒng)大量應(yīng)用的需求；三電平逆變器在如今已經(jīng)應(yīng)用到越來越多的高壓、大功率場合中，具有輸出諧波含量少、開關(guān)頻率較低、電磁干擾較小等優(yōu)點(diǎn)。

現(xiàn)代控制算法是目前研究的熱門，它的出現(xiàn)極大地提高了社會(huì)各方面的工作效率，同樣在本發(fā)明中，使用分子動(dòng)理論優(yōu)化算法符合現(xiàn)代控制的發(fā)展。在目前逆變器控制研究中，部分學(xué)者直接將輸入直流源視為恒壓源，然而在實(shí)際應(yīng)用中，由于光伏發(fā)電存在光照等因素的變化，導(dǎo)致光伏電池不能以恒定直流源的形式輸出一個(gè)穩(wěn)定值，因此在逆變器應(yīng)用中，逆變器需要滿足在直流源非穩(wěn)定狀態(tài)下工作。部分專利對(duì)智能算法的應(yīng)用中沒有抓住輸入端十分不穩(wěn)定的特性，不能很好地貼近實(shí)際情況。本文以此為研究重點(diǎn)，在逆變器仿真中將直流源設(shè)定在某固定值上下百分之十之間按照符合正態(tài)分布的隨機(jī)數(shù)輸出，采用分子動(dòng)理論優(yōu)化算法控制雙閉環(huán)參數(shù)時(shí)刻跟隨系統(tǒng)發(fā)生變化并控制開關(guān)管關(guān)斷，使系統(tǒng)輸出更優(yōu)化的波形。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為解決絕大多數(shù)學(xué)者在對(duì)逆變器進(jìn)行研究時(shí)將直流輸入端視為恒定值，與實(shí)際情況相差較大的問題而提出一種基于分子動(dòng)理論的光伏并網(wǎng)三電平逆變器控制優(yōu)化平臺(tái)。

本發(fā)明具體實(shí)施方案：種基于分子動(dòng)理論的光伏并網(wǎng)三電平逆變器控制優(yōu)化平臺(tái)，包括光伏電池輸出電壓模擬模塊、輸入電流測(cè)量模塊、輸入功率測(cè)量模塊、輸出電流電壓測(cè)量模塊、濾波模塊、電壓電流雙閉環(huán)控制模塊、控制算法模塊、信號(hào)脈沖驅(qū)動(dòng)模塊、坐標(biāo)變換模塊、逆變器模塊。所述的光伏電池輸出電壓模擬?？燧敵鼋虞斎腚娏鳒y(cè)量模塊及輸出功率測(cè)量模塊，輸入電流測(cè)量模塊及輸出功率測(cè)量模塊輸出接逆變器模塊，逆變器模塊輸出接電壓電流測(cè)量模塊，電壓電流測(cè)量模塊輸出接濾波模塊，電壓電流控制模塊輸出接控制算法模塊，控制算法模塊輸出接坐標(biāo)變化模塊，信號(hào)脈沖驅(qū)動(dòng)模塊輸出接逆變器模塊。

所述的控制算法模塊即基于分子動(dòng)理論優(yōu)化算法求解模型參數(shù)問題，流程圖如圖2所示,求解過程如下：

(1)對(duì)變量施加階躍擾動(dòng)記錄上述提及的量測(cè)量數(shù)據(jù)(iqd、uqc)，輸入控制變量、狀態(tài)變量的個(gè)數(shù)及其取值范圍；(2)對(duì)分子動(dòng)理論算法進(jìn)行初始化，在約束范圍內(nèi)隨機(jī)產(chǎn)生群體個(gè)體的初始速度及初始位置；(3)對(duì)群體中的個(gè)體，根據(jù)內(nèi)環(huán)、等效內(nèi)環(huán)、外環(huán)模型計(jì)算idq-cai(k)；(4)根據(jù)計(jì)算的結(jié)果，來計(jì)算種群個(gè)體的適應(yīng)值，并根據(jù)適應(yīng)值大小，選出種群中的最優(yōu)個(gè)體；(5)更新迭代次數(shù)k＝k+1；(6)根據(jù)種群個(gè)體與最優(yōu)個(gè)體距離，判斷其受力情況，計(jì)算個(gè)體的引力加速度、斥力加速度和擾動(dòng)加速度；(7)更新種群個(gè)體的速度、位置，如果個(gè)體速度越過邊界，則把邊界值賦值給當(dāng)前個(gè)體速度；(8)重新進(jìn)行模型計(jì)算，計(jì)算每個(gè)個(gè)體的適應(yīng)值，并根據(jù)每個(gè)個(gè)體的適應(yīng)值大小。若滿足停止標(biāo)準(zhǔn)，轉(zhuǎn)向(9)，否則轉(zhuǎn)向(5)；(9)輸出最優(yōu)解，算法結(jié)束。

所述的逆變器模塊包括：在simpowersystems——electricalsources中選擇選擇電壓源模塊；在powerelectronics庫中選擇universalbridge模塊，并設(shè)置橋臂數(shù)為3，開關(guān)器件選擇反并聯(lián)二極管igbt；在elements庫中選擇三相串聯(lián)rlc負(fù)載模塊，并設(shè)置為星形連接；其中inverter1的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下，即為三相橋電路；

所述的電壓電流控制模塊包括其中picontrol模塊，該模塊由坐標(biāo)變化模塊、分子動(dòng)理論優(yōu)化算法模塊、電壓外環(huán)模塊、電流內(nèi)環(huán)模塊及開關(guān)狀態(tài)模塊組成，其中優(yōu)化算法模塊根據(jù)實(shí)際電壓與參考電壓通過目標(biāo)函數(shù)的尋優(yōu)得到最優(yōu)的參數(shù)值，采用s-function模塊實(shí)現(xiàn)此功能，算法的實(shí)現(xiàn)過程按照以上提出的建模思路進(jìn)行；電壓外環(huán)及電流內(nèi)環(huán)模塊分別進(jìn)行內(nèi)外環(huán)控制；開關(guān)狀態(tài)模塊將輸出的開關(guān)狀態(tài)轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)開關(guān)管的波形。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果：

(1)解決了直流輸入端再去、之前的工作研究中將其視為恒定值的問題，是整體的逆變器仿真工作更接近于實(shí)際工作環(huán)境。

(2)控制算法采用雙閉環(huán)控制，同時(shí)使用優(yōu)化算法對(duì)雙閉環(huán)參數(shù)進(jìn)行辨識(shí)，解決了傳統(tǒng)的求解參數(shù)的大計(jì)算量的問題。

(3)諧波分析檢測(cè)逆變器效果是否達(dá)到。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)控制框圖；

圖2為分子動(dòng)理論優(yōu)化算法求解模型參數(shù)求解流程圖；

圖3為該平臺(tái)設(shè)計(jì)說明圖。

具體實(shí)施方案

以下參照附圖舉例說明該控制平臺(tái)在逆變器實(shí)際控制中的應(yīng)用。

圖1所示為該優(yōu)化控制平臺(tái)系統(tǒng)控制框圖，包括電流型雙閉環(huán)控制框圖，電壓型外環(huán)控制和電流型內(nèi)環(huán)控制。并網(wǎng)逆變器通常在單位功率因數(shù)下運(yùn)行，基于坐標(biāo)變換實(shí)現(xiàn)前饋解耦；圖中各個(gè)模塊解釋如下：udt_ref為直流參考電壓；id_ref、iq_ref為有功電流和無功電流的參考值；ud_ref、uq_ref為并網(wǎng)側(cè)三相電流基波的dq軸分量參考值；為并網(wǎng)側(cè)線路的電感；ed、eq、ud、uq為交流母線和換流橋側(cè)三相電壓基波的dq軸分量；為并網(wǎng)側(cè)三相電流基波的dq軸分量；kp1、ki1、k、p2ki2分別為內(nèi)環(huán)d軸和q軸控制器參數(shù)；kp3、ki3為外環(huán)控制器參數(shù)。在空間矢量脈寬調(diào)制(spacevectorpulsewidthmodulation,svpwm)的作用下得到控制功率開關(guān)管開斷的信號(hào)。

圖2所示分子動(dòng)理論控制模塊流程圖，包括對(duì)分子間存在以下規(guī)律：當(dāng)r＝r0時(shí)，分子所受合力為0，該位置為平衡位置。當(dāng)r＜r0時(shí)，此時(shí)分子合力為斥力，因?yàn)榉肿映饬Ρ纫ψ兓?。?dāng)r＞r0時(shí),此時(shí)分子合力為引力，同樣因?yàn)槌饬Ρ纫ψ兓?。針?duì)分子動(dòng)理論中分子間的引斥力規(guī)則，提出了分子受引力、斥力及不受力時(shí)所需滿足的條件；對(duì)于不受力的分子，通過模擬分子熱運(yùn)動(dòng)，使得個(gè)體能跳出局部解。當(dāng)r＞r0時(shí)，即分子受引力。

其中：g為引力常量，mi、mbest分別為個(gè)體xi最優(yōu)個(gè)體xbest的質(zhì)量，fi表示個(gè)體xi所受的引力。根據(jù)牛頓定理，由式可知個(gè)體xi的引力加速度。

當(dāng)r＜r0時(shí)，此時(shí)分子合力表現(xiàn)為斥力。種群個(gè)體向最優(yōu)個(gè)體方向運(yùn)動(dòng)，斥力計(jì)算公式為式：

fi＝-gmimbest(xbest-xi)

當(dāng)時(shí)，此時(shí)分子所受合力為零，處于平衡位置。個(gè)體的隨機(jī)擾動(dòng)加速度為aij＝a(xmaxj、xminj)，其中：aij為個(gè)體xi在j維的加速度，xmaxj、xminj分別為解空間第j維的上界、下界。a為振動(dòng)幅度，本文取其中t為當(dāng)前迭代次數(shù)，g為總迭代次數(shù)；n(0,1)為服從正態(tài)分布的隨機(jī)數(shù)。

群體中個(gè)體的速度更新公式：

vi(t+1)＝(0.9-0.5*t/t)*vi(t)+ai

個(gè)體的位置更新公式：

xi(t+1)＝xi(t)+vi(t+1)

基于分子動(dòng)理論優(yōu)化算法求解模型參數(shù)問題，求解過程如下：

(1)對(duì)變量施加階躍擾動(dòng)記錄上述提及的量測(cè)量數(shù)據(jù)(iqd、uqc)，輸入控制變量、狀態(tài)變量的個(gè)數(shù)及其取值范圍；

(2)對(duì)分子動(dòng)理論算法進(jìn)行初始化，在約束范圍內(nèi)隨機(jī)產(chǎn)生群體個(gè)體的初始速度及初始位置；

(3)對(duì)群體中的個(gè)體，根據(jù)內(nèi)環(huán)、等效內(nèi)環(huán)、外環(huán)模型計(jì)算iqd-cal(k)；

(4)根據(jù)計(jì)算的結(jié)果，來計(jì)算種群個(gè)體的適應(yīng)值，并根據(jù)適應(yīng)值大小，選出種群中的最優(yōu)個(gè)體；

(5)更新迭代次數(shù)k＝k+1；

(6)根據(jù)種群個(gè)體與最優(yōu)個(gè)體距離，判斷其受力情況，計(jì)算個(gè)體的引力加速度、斥力加速度和擾動(dòng)加速度；

(7)更新種群個(gè)體的速度、位置，如果個(gè)體速度越過邊界，則把邊界值賦值給當(dāng)前個(gè)體速度；

(8)重新進(jìn)行模型計(jì)算，計(jì)算每個(gè)個(gè)體的適應(yīng)值，并根據(jù)每個(gè)個(gè)體的適應(yīng)值大小。若滿足停止標(biāo)準(zhǔn)，轉(zhuǎn)向(9)，否則轉(zhuǎn)向(5)；

(9)輸出最優(yōu)解，算法結(jié)束。

圖3所示為該平臺(tái)設(shè)計(jì)說明圖，包括論述光伏發(fā)電逆變器的研究背景以及研究意義；分析逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特點(diǎn)，基于其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)建立三電平逆變器的數(shù)學(xué)模型；分析分子動(dòng)理論優(yōu)化算法的內(nèi)容及特性，直接根據(jù)目標(biāo)函數(shù)確定動(dòng)態(tài)過程中的電壓外環(huán)及電流內(nèi)環(huán)的參數(shù)值；當(dāng)逆變器直流側(cè)輸入端電壓變化時(shí)，電壓外環(huán)及電流內(nèi)環(huán)的參數(shù)也隨之改變適應(yīng)，建立三電平雙閉環(huán)控制模型及目標(biāo)函數(shù)，同時(shí)將分子動(dòng)理論優(yōu)化算法融入模型中；搭建仿真模型，對(duì)基于分子動(dòng)理論優(yōu)化算法的電壓電流雙閉環(huán)控制在理想電網(wǎng)下并網(wǎng)電流、電壓的控制效果進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。