自适应谐波消除的准PR并网逆变器优化控制方法技术

本发明专利技术公开了一种自适应谐波消除的准PR并网逆变器优化控制方法，针对实际系统中，理想的PR控制器有着对参数精度要求高、对抗扰动能力差、难以实现等缺点，将准PR控制器应用在单相光伏逆变系统中，并且考虑到逆变器的带宽限制以及检测系统精度等因素，采用特征谐波检测，选择性地补偿含量较大、阶数较低的3、5、7次谐波，采用自适应学习率并附加动量因子的最速下降法，对BP神经网络改进，缩短了训练时间的同时克服了BP神经网络易得到局部最优解的缺点，解决了谐波补偿不准确，系统响应时间过长等问题。

Optimal Control Method of Quasi-PR Grid-connected Inverter with Adaptive Harmonic Elimination

The invention discloses an optimal control method for quasi-PR grid-connected inverters with adaptive harmonic elimination. In view of the shortcomings of ideal PR controller in practical system, such as high precision of parameters, poor anti-disturbance ability and difficulty in realization, the quasi-PR controller is applied to single-phase photovoltaic inverters, and the factors such as bandwidth limitation of inverters and accuracy of detection system are taken into account. The feature harmonic detection is used to selectively compensate the third, fifth and seventh harmonics with larger content and lower order. The steepest descent method with adaptive learning rate and additional momentum factor is adopted to improve the BP neural network, which shortens the training time and overcomes the shortcomings of the BP neural network that is easy to obtain local optimal solution, and solves the problems of inaccurate harmonic compensation and long response time of the system.

【技术实现步骤摘要】
自适应谐波消除的准PR并网逆变器优化控制方法
本专利技术属于电气控制
，具体涉及一种自适应谐波消除的准PR并网逆变器优化控制方法。
技术介绍
近些年来，电力系统中多种不同的分布式电源与电网连接，清洁能源带来便利的同时也有着消极的方面，谐波的影响越来越引起人们的重视。谐波含量的增加会给电力系统带来冲击，甚至摧毁整个电力网络，造成不可估计的损失，分布式光伏并网系统因其控制性能卓越、运行维护便捷，易于新能源发电的应用与推广，成为研究的热点之一。常用两级式单相光伏并网系统的前级可以实现对太阳能电池板的最大功率跟踪，后级则可以控制并网逆变器，降低并网电流谐波含量，使逆变器输出电流与电网电压同频同相。通过中国知网、WebOfScience、百度学术、专利网等数据库大量检索，发现一些专利或者期刊主要是解决单次谐波影响或者把已有算法应用于逆变器控制器中，如专利技术专利《减小单相光伏并网逆变器输出电流谐波的方法》，公开号CN103560656A；技术专利《一种谐波抑制单相光伏并网逆变器》，授权号CN205792212U；期刊论文由孟建辉、石新春、付超等发表的基于PR控制的光伏并网电流优化控制，电力自动化设备，2014,34(02)：42-47；彭咏龙、张坤锋、李亚斌等发表的基于自适应算法的谐波检测方法研究，电测与仪表，2018,55(09)：6-9等，这些专利或期刊论文补偿方式单一，有的补偿效果不明显，对谐波补偿不准确，系统响应时间过长等缺陷。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的技术问题，本专利技术的目的是提供一种自适应谐波消除的准PR并网逆变器优化控制方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的。一种自适应谐波消除的准PR并网逆变器优化控制方法，适用于依次连接有光伏阵列、Boost直流升压电路、单相全桥逆变器、LCL型滤波器、逆变控制器的两级式单相光伏并网逆变系统，所述单相全桥逆变器的优化控制方法包括以下步骤。步骤一：构造单相光伏逆变控制器：单相光伏逆变控制器是对逆变控制器进行构造，单相光伏逆变控制器采用电压电流双环控制，单相全桥逆变器直流侧电压与直流侧参考电压为电压外环给定值，电压外环给定值经过PI控制器跟踪控制后形成电流内环给定值；电流内环对电流内环给定值采用准PR原理跟踪控制输出电压控制信号，电流内环给定值经过准PR控制器跟踪控制后输出电压控制信号，电压控制信号进而通过PWM对单相全桥逆变器进行调制。步骤二：构造谐波补偿系统：对电流内环中的准PR控制器进行补充，首先，采用FFT变换提取并网电流中含量较高的3、5、7次谐波电流；其次，对提取出的特征谐波电流，构造出特征谐波准PR控制器的传递函数。步骤三：提取误差电流中的3、5、7次谐波电流作为输入，实际误差电流作为目标输出，应用改进BP神经网络对权值进行动态调整，调整权值达到补偿效果最优时收敛，得出BP神经网络输出的自适应补偿电流。步骤四：将自适应补偿电流经过特征谐波准PR控制器进行跟踪控制，产生对应的电压补偿信号，对步骤一中的电压控制信号进行补偿，进而对PWM调制波重构。优选的，所述步骤一的具体步骤为：单相全桥逆变器在系统中的传递函数可表示为：公式(1)中，KPWM为单相全桥逆变器输出电压的增益；Ts为单相全桥逆变器的延迟时间常数，通常取为一个采样周期；LCL滤波器在并网时近似表示为：公式(2)中，Rf为连接电抗器的电阻，Lf为电感L1和L2之和；在连续域下的准PR控制器传递函数表示为：公式(3)中，KP、KR分别为准PR控制器的比例和谐振参数；谐振频率为ω0，截止频率为ωc，影响带宽和开环增益；直流电压Udc与参考直流电压为电压外环给定值，经过PI控制器形成电流内环给定幅值I*，网侧电压经过锁相系统提取相位θ，合并为电流内环给定量电流内环对iα采用准PR原理跟踪控制输出uα，通过PWM对逆变器进行调制，实现逆变功能，公式表示为：公式(4)中，Kop、Koi分别为直流电压外环的PI控制器比例与积分系数。优选的，所述步骤二的具体步骤为：考虑到单相全桥逆变器的带宽限制以及检测系统精度等因素，选择性地补偿含量较大、阶数较低的3、5、7次谐波；检测系统采用基于锁相环的幅相合成的方法，采用FFT变换提取并网电流的第Ⅰ(Ⅰ＝1,2,3，…)次分量，求出对应分量的幅值和相位实现幅相合成，进而达到提取特征谐波的要求；对所提取的特征谐波，重新构造传递函数：公式(5)中，KhR为h(h＝3,5,7)次谐波对应谐振参数，hω0为h次谐波对应谐振频率；在针对3、5、7次谐波涉及的谐波补偿系统中，谐波补偿系统增加了新的传递函数；各次不同的谐波补偿系统都是独立设计的，完成后再与基础准PR控制器结合在一起，通过微调KhR以及ωc的值来获得补偿器的最佳补偿状态。优选的，所述步骤三的具体步骤为：由检测出的各次谐波作为网络输入的列向量，构成输入矩阵Yα；权向量Wα(n)，初始值为1；期望输出为iα，第n次误差信号可定义为：e(n)＝iα(n)-Wα(n)Yα(n)(7)公式(7)中n表示迭代次数；误差能量定义为：公式(8)中K为输出层神经元的长度；在误差反向传播过程中，权值调整量ΔW遵循以下通用公式：ΔW＝学习率η×局部梯度δ×上一层输出信号ν(9)应用自适应学习率并附带动量BP算法，使权向量权值变化量为：公式(10)中，a(0<a<1)为动量因子，使权值修正值有一定惯性，是e(n)的梯度，η为自适应学习率；自适应学习率η的迭代公式为：公式(11)中，kinc、kdec分别为增量因子与减量因子。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术提供了一种自适应谐波消除的准PR并网逆变器优化控制方法，针对实际系统中，理想的PR控制器有着对参数精度要求高、对抗扰动能力差、难以实现等缺点，将准PR控制器应用在单相光伏逆变系统中，并且考虑到逆变器的带宽限制以及检测系统精度等因素，采用特征谐波检测，选择性地补偿含量较大、阶数较低的3、5、7次谐波，采用自适应学习率并附加动量因子的最速下降法，对BP神经网络改进，缩短了训练时间的同时克服了BP神经网络易得到局部最优解的缺点，解决了谐波补偿不准确，系统响应时间过长等问题。附图说明图1是单相光伏并网逆变系统图。图2是PI、PR、与准PR控制频率特性比较图。图3是逆变控制系统结构图。图4是谐波补偿系统开环伯德图。图5是自适应的补偿增益调整原理图。图6是准PR控制仿真结果电压电流示意图。图7是准PR控制仿真结果实施例一谐波含量图。图8是准PR控制仿真结果实施例二谐波含量图。图9是改进型准PR控制仿真结果电压电流示意图。图10是改进型准PR控制仿真结果实施例一谐波含量图。图11是改进型准PR控制仿真结果实施例二谐波含量图。具体实施方式结合下面附图，对本专利技术的技术方案作进一步详细的描述。一种自适应谐波消除的准PR并网逆变器优化控制方法，适用于依次连接有光伏阵列、Boost直流升压电路、单相全桥逆变器、LCL型滤波器、逆变控制器的两级式单相光伏并网逆变系统，单相全桥逆变器的优化控制方法包括以下步骤。步骤一：构造单相光伏逆变控制器：单相光伏逆变控制器是对逆变控制器进行构造，单相光伏逆变控制器采用电压电流双环控制，单相全桥逆变器直流侧电压与直流侧参本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自适应谐波消除的准PR并网逆变器优化控制方法，适用于依次连接有光伏阵列、Boost直流升压电路、单相全桥逆变器、LCL型滤波器、逆变控制器的两级式单相光伏并网逆变系统，其特征在于：所述单相全桥逆变器的优化控制方法包括以下步骤：步骤一：构造单相光伏逆变控制器：单相光伏逆变控制器是对逆变控制器进行构造，单相光伏逆变控制器采用电压电流双环控制，单相全桥逆变器直流侧电压与直流侧参考电压为电压外环给定值，电压外环给定值经过PI控制器跟踪控制后形成电流内环给定值；电流内环对电流内环给定值采用准PR原理跟踪控制输出电压控制信号，电流内环给定值经过准PR控制器跟踪控制后输出电压控制信号，电压控制信号进而通过PWM对单相全桥逆变器进行调制；步骤二：构造谐波补偿系统：对电流内环中的准PR控制器进行补充，首先，采用FFT变换提取并网电流中含量较高的3、5、7次谐波电流；其次，对提取出的特征谐波电流，构造出特征谐波准PR控制器的传递函数；步骤三：提取误差电流中的3、5、7次谐波电流作为输入，实际误差电流作为目标输出，应用改进BP神经网络对权值进行动态调整，调整权值达到补偿效果最优时收敛，得出BP神经网络输出的自适应补偿电流；步骤四：将自适应补偿电流经过特征谐波准PR控制器进行跟踪控制，产生对应的电压补偿信号，对步骤一中的电压控制信号进行补偿，进而对PWM调制波重构。...

【技术特征摘要】
1.一种自适应谐波消除的准PR并网逆变器优化控制方法，适用于依次连接有光伏阵列、Boost直流升压电路、单相全桥逆变器、LCL型滤波器、逆变控制器的两级式单相光伏并网逆变系统，其特征在于：所述单相全桥逆变器的优化控制方法包括以下步骤：步骤一：构造单相光伏逆变控制器：单相光伏逆变控制器是对逆变控制器进行构造，单相光伏逆变控制器采用电压电流双环控制，单相全桥逆变器直流侧电压与直流侧参考电压为电压外环给定值，电压外环给定值经过PI控制器跟踪控制后形成电流内环给定值；电流内环对电流内环给定值采用准PR原理跟踪控制输出电压控制信号，电流内环给定值经过准PR控制器跟踪控制后输出电压控制信号，电压控制信号进而通过PWM对单相全桥逆变器进行调制；步骤二：构造谐波补偿系统：对电流内环中的准PR控制器进行补充，首先，采用FFT变换提取并网电流中含量较高的3、5、7次谐波电流；其次，对提取出的特征谐波电流，构造出特征谐波准PR控制器的传递函数；步骤三：提取误差电流中的3、5、7次谐波电流作为输入，实际误差电流作为目标输出，应用改进BP神经网络对权值进行动态调整，调整权值达到补偿效果最优时收敛，得出BP神经网络输出的自适应补偿电流；步骤四：将自适应补偿电流经过特征谐波准PR控制器进行跟踪控制，产生对应的电压补偿信号，对步骤一中的电压控制信号进行补偿，进而对PWM调制波重构。2.根据权利要求1所述的自适应谐波消除的准PR并网逆变器优化控制方法，其特征在于：所述步骤一的具体步骤为：单相全桥逆变器在系统中的传递函数可表示为：公式(1)中，KPWM为单相全桥逆变器输出电压的增益；Ts为单相全桥逆变器的延迟时间常数，通常取为一个采样周期；LCL型滤波器在并网时近似表示为：公式(2)中，Rf为连接电抗器的电阻，Lf为电感L1和L2之和；在连续域下的准PR控制器传递函数表示为：公式(3)中，KP、KR分别为准PR控制器的比例和谐振参数；谐振频率为ω0，截止频率为ωc，影响带宽和开环增益；直流电压Udc与参考直流电压为电压外环给定值，...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁改凤，杜帅，张朋飞，王文涛，彭飞，欧钰雷，张帅，贺佳琳，姜耀鹏，
申请(专利权)人：华北水利水电大学，
类型：发明
国别省市：河南,41