基于分子动理论的光伏并网三电平逆变器控制优化平台制造技术

本发明专利技术涉及一种基于分子动理论的光伏并网三电平逆变器控制优化方法，它包括光伏电池输出电压模拟模块、电压电流双闭环控制模块、控制算法模块、逆变器模块、测量模块、信号输出模块等。通过对直流输入端实际情况的不稳定性进行模拟，采用基于分子动理论的双闭环逆变器跟踪输入端的变化，最终达到逆变效果。本发明专利技术的三个特点：1、很好的解决了输入端位变化值时逆变器跟踪随动达到逆变效果；2、在电压电流双闭环控制的基础上，利用分子动理论优化算法对控制器参数进行优化；3、利用谐波分析检测逆变效果。

Control optimization platform of grid connected three level inverter based on molecular dynamics theory

The invention relates to a molecular dynamic theory of three level photovoltaic grid connected inverter control based on optimization method, which includes the output voltage of the photovoltaic cell simulation module, voltage and current double closed-loop control algorithm module, control module, inverter module, measurement module, signal output module etc.. By simulating the instability of the DC input terminal, the double closed loop inverter based on the theory of molecular dynamics is used to track the input changes, and finally the inverter effect is achieved. Three features: 1, a good solution to the input change value of tracking servo inverter inverter to effect; 2, based on the voltage and current double closed-loop control, using the theory of molecular motion optimization algorithm to optimize the parameters of the controller; 3, using the harmonic analysis effect of inverter.

【技术实现步骤摘要】
基于分子动理论的光伏并网三电平逆变器控制优化平台
本专利技术涉及逆变器控制领域，具体是一种基于分子动理论的光伏并网三电平逆变器控制优化平台。
技术介绍
随着我国国民经济的高速发展，建设大规模光伏发电站是未来的发展趋势，因此多电平逆变器在电力系统中的直流输电等应用的发展，符合高压大功率交流电动机的变频调速系统大量应用的需求；三电平逆变器在如今已经应用到越来越多的高压、大功率场合中，具有输出谐波含量少、开关频率较低、电磁干扰较小等优点。现代控制算法是目前研究的热门，它的出现极大地提高了社会各方面的工作效率，同样在本专利技术中，使用分子动理论优化算法符合现代控制的发展。在目前逆变器控制研究中，部分学者直接将输入直流源视为恒压源，然而在实际应用中，由于光伏发电存在光照等因素的变化，导致光伏电池不能以恒定直流源的形式输出一个稳定值，因此在逆变器应用中，逆变器需要满足在直流源非稳定状态下工作。部分专利对智能算法的应用中没有抓住输入端十分不稳定的特性，不能很好地贴近实际情况。本文以此为研究重点，在逆变器仿真中将直流源设定在某固定值上下百分之十之间按照符合正态分布的随机数输出，采用分子动理论优化算法控制双闭环参数时刻跟随系统发生变化并控制开关管关断，使系统输出更优化的波形。
技术实现思路
本专利技术的目的是为解决绝大多数学者在对逆变器进行研究时将直流输入端视为恒定值，与实际情况相差较大的问题而提出一种基于分子动理论的光伏并网三电平逆变器控制优化平台。本专利技术具体实施方案：种基于分子动理论的光伏并网三电平逆变器控制优化平台，包括光伏电池输出电压模拟模块、输入电流测量模块、输入功率测量模块、输出电流电压测量模块、滤波模块、电压电流双闭环控制模块、控制算法模块、信号脉冲驱动模块、坐标变换模块、逆变器模块。所述的光伏电池输出电压模拟模快输出接输入电流测量模块及输出功率测量模块，输入电流测量模块及输出功率测量模块输出接逆变器模块，逆变器模块输出接电压电流测量模块，电压电流测量模块输出接滤波模块，电压电流控制模块输出接控制算法模块，控制算法模块输出接坐标变化模块，信号脉冲驱动模块输出接逆变器模块。所述的控制算法模块即基于分子动理论优化算法求解模型参数问题，流程图如图2所示,求解过程如下：(1)对变量施加阶跃扰动记录上述提及的量测量数据(iqd、uqc)，输入控制变量、状态变量的个数及其取值范围；(2)对分子动理论算法进行初始化，在约束范围内随机产生群体个体的初始速度及初始位置；(3)对群体中的个体，根据内环、等效内环、外环模型计算idq-cai(k)；(4)根据计算的结果，来计算种群个体的适应值，并根据适应值大小，选出种群中的最优个体；(5)更新迭代次数k＝k+1；(6)根据种群个体与最优个体距离，判断其受力情况，计算个体的引力加速度、斥力加速度和扰动加速度；(7)更新种群个体的速度、位置，如果个体速度越过边界，则把边界值赋值给当前个体速度；(8)重新进行模型计算，计算每个个体的适应值，并根据每个个体的适应值大小。若满足停止标准，转向(9)，否则转向(5)；(9)输出最优解，算法结束。所述的逆变器模块包括：在simpowersystems——electricalsources中选择选择电压源模块；在powerelectronics库中选择universalbridge模块，并设置桥臂数为3，开关器件选择反并联二极管IGBT；在elements库中选择三相串联RLC负载模块，并设置为星形连接；其中inverter1的内部结构如下，即为三相桥电路；所述的电压电流控制模块包括其中PIcontrol模块，该模块由坐标变化模块、分子动理论优化算法模块、电压外环模块、电流内环模块及开关状态模块组成，其中优化算法模块根据实际电压与参考电压通过目标函数的寻优得到最优的参数值，采用s-function模块实现此功能，算法的实现过程按照以上提出的建模思路进行；电压外环及电流内环模块分别进行内外环控制；开关状态模块将输出的开关状态转换成驱动开关管的波形。本专利技术与现有技术相比，具有以下有益效果：(1)解决了直流输入端再去、之前的工作研究中将其视为恒定值的问题，是整体的逆变器仿真工作更接近于实际工作环境。(2)控制算法采用双闭环控制，同时使用优化算法对双闭环参数进行辨识，解决了传统的求解参数的大计算量的问题。(3)谐波分析检测逆变器效果是否达到。附图说明图1为本专利技术的系统控制框图；图2为分子动理论优化算法求解模型参数求解流程图；图3为该平台设计说明图。具体实施方案以下参照附图举例说明该控制平台在逆变器实际控制中的应用。图1所示为该优化控制平台系统控制框图，包括电流型双闭环控制框图，电压型外环控制和电流型内环控制。并网逆变器通常在单位功率因数下运行，基于坐标变换实现前馈解耦；图中各个模块解释如下：Udt_ref为直流参考电压；id_ref、iq_ref为有功电流和无功电流的参考值；ud_ref、uq_ref为并网侧三相电流基波的dq轴分量参考值；为并网侧线路的电感；ed、eq、ud、uq为交流母线和换流桥侧三相电压基波的dq轴分量；为并网侧三相电流基波的dq轴分量；KP1、KI1、K、P2KI2分别为内环d轴和q轴控制器参数；KP3、KI3为外环控制器参数。在空间矢量脉宽调制(SpaceVectorPulseWidthModulation,SVPWM)的作用下得到控制功率开关管开断的信号。图2所示分子动理论控制模块流程图，包括对分子间存在以下规律：当r＝r0时，分子所受合力为0，该位置为平衡位置。当r＜r0时，此时分子合力为斥力，因为分子斥力比引力变化快。当r＞r0时,此时分子合力为引力，同样因为斥力比引力变化快。针对分子动理论中分子间的引斥力规则，提出了分子受引力、斥力及不受力时所需满足的条件；对于不受力的分子，通过模拟分子热运动，使得个体能跳出局部解。当r＞r0时，即分子受引力。其中：G为引力常量，Mi、MBest分别为个体Xi最优个体XBest的质量，Fi表示个体Xi所受的引力。根据牛顿定理，由式可知个体Xi的引力加速度。当r＜r0时，此时分子合力表现为斥力。种群个体向最优个体方向运动，斥力计算公式为式：Fi＝-GMiMBest(XBest-Xi)当时，此时分子所受合力为零，处于平衡位置。个体的随机扰动加速度为aij＝A(Xmaxj、Xminj)，其中：aij为个体Xi在j维的加速度，Xmaxj、Xminj分别为解空间第j维的上界、下界。A为振动幅度，本文取其中t为当前迭代次数，G为总迭代次数；N(0,1)为服从正态分布的随机数。群体中个体的速度更新公式：Vi(t+1)＝(0.9-0.5*t/T)*Vi(t)+ai个体的位置更新公式：Xi(t+1)＝Xi(t)+Vi(t+1)基于分子动理论优化算法求解模型参数问题，求解过程如下：(1)对变量施加阶跃扰动记录上述提及的量测量数据(iqd、uqc)，输入控制变量、状态变量的个数及其取值范围；(2)对分子动理论算法进行初始化，在约束范围内随机产生群体个体的初始速度及初始位置；(3)对群体中的个体，根据内环、等效内环、外环模型计算iqd-cal(k)；(4)根据计算的结果，来计算种群个体的适应值，并根据适应值大小本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于分子动理论的光伏并网三电平逆变器控制优化平台，其特征在于，包括光伏电池输出电压模拟模块、输入电流测量模块、输入功率测量模块、输出电流电压测量模块、滤波模块、电压电流双闭环控制模块、控制算法模块、信号脉冲驱动模块、坐标变换模块、逆变器模块；所述的光伏电池输出电压模拟模快输出接输入电流测量模块及输出功率测量模块，输入电流测量模块及输出功率测量模块输出接逆变器模块，逆变器模块输出接电压电流测量模块，电压电流测量模块输出接滤波模块，电压电流控制模块输出接控制算法模块，控制算法模块输出接坐标变化模块，信号脉冲驱动模块输出接逆变器模块。

【技术特征摘要】
1.一种基于分子动理论的光伏并网三电平逆变器控制优化平台，其特征在于，包括光伏电池输出电压模拟模块、输入电流测量模块、输入功率测量模块、输出电流电压测量模块、滤波模块、电压电流双闭环控制模块、控制算法模块、信号脉冲驱动模块、坐标变换模块、逆变器模块；所述的光伏电池输出电压模拟模快输出接输入电流测量模块及输出功率测量模块，输入电流测量模块及输出功率测量模块输出接逆变器模块，逆变器模块输出接电压电流测量模块，电压电流测量模块输出接滤波模块，电压电流控制模块输出接控制算法模块，控制算法模块输出接坐标变化模块，信号脉冲驱动模块输出接逆变器模块。2.根据权利要求1所述的逆变器模块，其特征在于：采用NPC型三电平逆变器作为本模型中的逆变环节，其中光伏电池输出电压模拟模块电压源采用受控电压源，其前端接入随机数生成模块，固定范围在450-550之间随机波动，经受控电压源模块处理后讲数值转化为电压值，即在450-550V之间按符合正态分布的随机数变化，完成对光伏电池输出不稳定的情况的模拟，使整个模型与实际情况更贴近。3.根据权利要求1所述的双闭环控制模块，其特征在于：该控制模块包括电压电流坐标变换模块，其采用dq坐标变化，输出到控制算法模块，电流内环通过接收外环产生的电流作为基准电流，经过前馈解耦环节，控制换流器的并网电流；电压外环外环控制常采用直流电压控制策略，以...

【专利技术属性】
技术研发人员：易灵芝，牛江奇，吴静平，丁姗，黄昊，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43