并网光伏逆变器控制参数优化方法技术

本发明专利技术公开了一种并网光伏逆变器控制参数优化方法，首先建立光伏发电系统小信号分析模型，利用特征值分析和灵敏度分析初步确定影响系统振荡的主要因素；对小信号模型进行多时间尺度降阶，基于降阶模型分析控制器参数对振荡模式的影响，确定需优化的主要控制器参数及其取值范围；最后建立综合考虑系统稳定性、阻尼比和振荡模态的目标函数，采用遗传算法进行参数寻优。本发明专利技术可以减少需优化的控制器参数，缩小参数的取值范围，能够有效改进光伏发电系统的振荡问题并简化参数设计的工作量。

Optimizing control parameters of grid-connected photovoltaic Inverters

【技术实现步骤摘要】
并网光伏逆变器控制参数优化方法
本专利技术涉及一种并网光伏逆变器控制参数优化方法，尤其涉及一种并网光伏逆变器控制参数优化方法，属于新能源并网发电

技术介绍
由于环境约束和能源可持续供应需求，光伏发电以其清洁、可再生、资源充足等优势，在世界范围内获得了高度关注，其在电力系统中的渗透率不断提高，大型化和规模化是目前光伏产业重要的发展趋势。一个稳定运行的光伏并网系统，首先必须是小信号稳定的。但随着光伏容量的不断增大，光伏系统和电网之间的相互影响日趋明显，使得系统振荡更易发生，严重时会威胁到电网的安全稳定运行，影响新能源发电的并网消纳。因此，提高光伏发电系统的小干扰稳定性具有重要意义。特征值分析法是目前研究电力系统小干扰稳定性的常用方法，能够得到描述系统稳定的信息，并为系统阻尼振荡特性分析及控制器参数设计奠定基础。但现有方法存在两点不足：一是优化对象为所有控制器参数，二是绘制特征值轨迹的方法均是令控制器参数在一定范围内以某一步长变化，计算并观察特征值随该参数变化的情况。这种传统的优化方法一方面需要对所有控制器参数进行寻优，增加了计算难度，另一方面在绘制特征值轨迹和执行寻优算法时均需要重复求解系统雅可比矩阵的特征值。若将其应用到较大的网络中，计算难度指数倍增大，随着雅可比矩阵维数增加很可能引起“维数灾”的问题。从以上分析可以看出，现有技术中出现的方法有一定的局限性，使用效果不好。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种并网光伏逆变器控制参数优化方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种并网光伏逆变器控制参数优化方法，包括如下步骤：步骤1：建立光伏发电系统小干扰分析模型：式中，x＝[x1,…,xn]T和z＝[z1,…,zq]T分别为系统第一至第二状态变量，u＝[u1,…,um]T为系统输入变量，为x的导数，A为系数状态矩阵，B为系统输入矩阵；ε为步骤2：分析光伏发电系统的稳定性：如果系数状态矩阵A各特征值λi均具有负实部，则光伏发电系统的运行点是小干扰稳定的；否则，伏发电系统的运行点是不稳定的；步骤3：计算系数状态矩阵的特征值λi对系统参数kj的灵敏度：式中，wi,ui分别为特征值λi的左右特征向量，n≥i≥0，n为特征值个数；如果特征值λi对系统参数kj的灵敏度为正实数，则光伏发电系统的运行点趋向不稳定状态变化；如果特征值λi对系统参数kj的灵敏度为负实数，则光伏发电系统的运行点趋向稳定状态变化；如果特征值λi对系统参数kj的灵敏度为复数，其实部代表着光伏系统中控制器参数变化对相应特征值振荡阻尼的影响，其虚部代表光伏系统中控制器变化对相应特征值振荡频率的影响；步骤4：对光伏发电系统小干扰分析模型进行多时间尺度降阶：式(3)的解X0为式(1)的退化解，其中步骤5：确定需优化的控制器参数及其取值范围：依次设定各控制器的参数为变量，令其在0.01倍至2倍初始值的范围内以0.01的步长变化,记录光伏发电系统在时间尺度降阶条件下随参数变化的振荡模式；观察特征值随控制器参数变化的轨迹，记录令特征值负实部绝对值增大和虚部绝对值减小的参数取值区间，记参数取值区间为[kjmin,kjmax]；步骤6：建立综合考虑系统稳定性、阻尼比和振荡模态的目标函数：如果各特征值均没有正实部；S1为所有位于复平面左半平面特征值的负实部绝对值之和，否则，将S1赋值为-10000；S2表示各特征值虚部的绝对值之和；S3等于共轭复根的个数m；在步骤4所确定的各控制器参数的范围内采用遗传算法求解最优解。进一步，遗传算法求解最优化参数，包括以下具体步骤：步骤A：设种群规模N、进化代数、交叉概率和变异概率；步骤B：对当前求解最优解的控制器参数进行编码；步骤C：计算群体中各个体的适应度fi；步骤D：计算群体中各个体被选择的概率Psi：步骤E：交叉：按照设定的交叉概率Pc在配对库中随机地选取两个个体，在个体串中随机地选定一个交叉点，两个个体在该点前或后进行部分互换；步骤F：变异：对交叉操作中产生的后代个体的每一基因值,产生一个[0,1]之间的伪随机数rand，如果rand<Pm，Pm为变异率，随机地将相应基因值取反,即“0”变成“1”，或“1”变为“0”；步骤G：越界处理：若取得极值的控制器参数不在步骤4确定的参数范围[kjmin,kjmax]内，则称之为越界，处理方法为设置新的控制器参数集T(i,j)：T(i,j)＝γrand(kjmax-kjmin)(12)其中，kjmax,kjmin分别为参数取值范围的上界和下界。采用上述技术方案所产生的有益效果在于：1、本专利技术能够筛选对振荡模式影响较大的控制器参数，确定其取值范围，最后经参数寻优改善系统振荡问题、提高系统的小干扰稳定性；2、本专利技术可以减少需优化的控制器参数，缩小了参数的取值范围，能够有效改进光伏发电系统的振荡问题并简化参数设计的工作量。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。图1是本专利技术实施例所述方法的流程图；图2是实例的特征值分布图；图3是特征值对状态变量的灵敏度分布图；图4a和图4b是特征值轨迹图；图5是适应度曲线图；图6是参数优化前后系统动态响应对比图。具体实施方式下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是本专利技术还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似推广，因此本专利技术不受下面公开的具体实施例的限制。理论分析：如图1所示，步骤1：建立光伏发电系统小干扰分析模型：式中，x＝[x1,…,xn]T和z＝[z1,…,zq]T分别为系统第一至第二状态变量，u＝[u1,…,um]T为系统输入变量，为x的导数，A为系数状态矩阵，B为系统输入矩阵；ε为步骤2：分析光伏发电系统的稳定性：如果系数状态矩阵A各特征值λi均具有负实部，则光伏发电系统的运行点是小干扰稳定的；否则，伏发电系统的运行点是不稳定的；步骤3：计算系数状态矩阵的特征值λi对系统参数kj的灵敏度：式中，wi,ui分别为特征值λi的左右特征向量，n≥i≥0，n为特征值个数；如果特征值λi对系统参数kj的灵敏度为正实数，则光伏发电系统的运行点趋向不稳定状态变化；如果特征值λi对系统参数kj的灵敏度为负实数，则光伏发电系统的运行点趋向稳定状态变化；如果特征值λi对系统参数kj的灵敏度为复数，其实部代表着光伏系统中控制器参数变化对相应特征值振荡阻尼的影响，其虚部代表光伏系统中控制器变化对相应特征值振荡频率的影响；步骤4：对光伏发电系统小干扰分析模型进行多时间尺度降阶：式(3)的解X0为式(1)的退化解，其中步骤5：确定需优化的控制器参数及其取值范围：依次设定各控制器的参数为变量，令其在0.01倍至2倍初始值的范围内以0.01的步长变化,记录光伏发电系统在时间尺度降阶条件下随参数变化的振荡模式；观察特征值随控制器参数变化的轨迹，记录令特征值负实部绝对值增大和虚部绝对值减小本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种并网光伏逆变器控制参数优化方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：建立光伏发电系统小干扰分析模型：

【技术特征摘要】
1.一种并网光伏逆变器控制参数优化方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：建立光伏发电系统小干扰分析模型：式中，x＝[x1,…,xn]T和z＝[z1,…,zq]T分别为系统第一至第二状态变量，u＝[u1,…,um]T为系统输入变量，为x的导数，A为系数状态矩阵，B为系统输入矩阵；ε为步骤2：分析光伏发电系统的稳定性：如果系数状态矩阵A各特征值λi均具有负实部，则光伏发电系统的运行点是小干扰稳定的；否则，伏发电系统的运行点是不稳定的；步骤3：计算系数状态矩阵的特征值λi对系统参数kj的灵敏度：式中，wi,ui分别为特征值λi的左右特征向量，n≥i≥0，n为特征值个数；如果特征值λi对系统参数kj的灵敏度为正实数，则光伏发电系统的运行点趋向不稳定状态变化；如果特征值λi对系统参数kj的灵敏度为负实数，则光伏发电系统的运行点趋向稳定状态变化；如果特征值λi对系统参数kj的灵敏度为复数，其实部代表着光伏系统中控制器参数变化对相应特征值振荡阻尼的影响，其虚部代表光伏系统中控制器变化对相应特征值振荡频率的影响；步骤4：对光伏发电系统小干扰分析模型进行多时间尺度降阶：式(3)的解X0为式(1)的退化解，其中步骤5：确定需优化的控制器参数及其取值范围：依次设定各控制器的参数为变量，令其在0.01倍至2倍初始值的范围内以0.01的步长变化,记录光伏发电系统在时间尺度降阶条件下随参数变化的振荡模式；观察特征值随控制器参数变化的轨迹...

【专利技术属性】
技术研发人员：周一辰，严风，李永刚，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，
类型：发明
国别省市：河北,13