基于NSGA-II算法的弱电网LCL型并网逆变滤波器参数优化方法技术

本发明专利技术公开了一种基于NSGA

【技术实现步骤摘要】
基于NSGA
‑
II算法的弱电网LCL型并网逆变滤波器参数优化方法


[0001]本专利技术属于逆变滤波器领域，尤其是涉及一种基于NSGA
‑
II算法的弱电网LCL型并网逆变滤波器参数优化方法。

技术介绍

[0002]并网逆变器是支撑新能源并网的关键设备，相比于L与LC型滤波器，LCL型对高频谐波有更好的抑制效果，其具体性能与主要取决于LCL参数，因此滤波器参数的设计十分重要。但滤波器的参数设计要求的限制更多，而且计算量更大、准确性差；此外，由于是弱电网的条件，更需要综合考虑系统多运行工况下的安全性和控制鲁棒性。
[0003]早期滤波器设计方法依据大量工程经验，结合电磁特性采取试凑法进行参数设计，经过充分的实验结果并结合图解法，形成了传统的滤波器参数设计方法，如文献“Xinbo Ruan.Control Techniques for LCL
‑
Type Grid
‑
Connected Inverters.Beijing,CN:Science Press,2015.”。
[0004]文献“S.Jayalath and M.Hanif,
″
An LCL
‑
Filter Design With Optimum Total Inductance and Capacitance,
″
in IEEE Transactions on Power Electronics,vol.33,no.8,pp.6687
‑
6698,Aug.2018.”中，对LCL滤波器中单个参数进行优化，但是无法保证整个系统的最优滤波效果。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种基于NSGA
‑
II算法的弱电网LCL型并网逆变滤波器参数优化方法，大大提高了滤波器的滤波效果与抗弱网能力。
[0006]一种基于NSGA
‑
II算法的弱电网LCL型并网逆变滤波器参数优化方法，包括：
[0007]对弱电网下的单相逆变系统进行建模，将逆变侧电感L1、网侧电感L2、滤波电容C以及无源阻尼的电阻R作为待优化参数；
[0008]设置电感总值L、逆变侧电感L1、网侧电感L2、滤波电容C的界限约束；
[0009]构建开关频次谐波衰减比η、逆变端电感电流纹波ΔI
ripple
、阻尼电阻功耗P
R_loss
和谐振频率f
r
的目标函数；
[0010]基于NSGA
‑
II算法模型，将待优化参数作为决策变量，根据界限约束，对多个目标函数通过迭代优化得到最优解的参数解集，并从参数解集中挑取一组典型值作为优化解。
[0011]基于NSGA
‑
II算法模型的决策变量为：
[0012]X＝[L1,L2,C,R][0013]该模型中对上述参数采用单一变量原则分析各个参数对系统的影响；参数变化均为线性增加，在传统试凑法的参数基础上进行变化。
[0014]界限约束中，电感总值L需要满足两个条件：第一，需要限制落在电感上的压降产生的最大电流；第二，需要削减电流的纹波，使其在允许范围内；即需要满足如下不等式约
束：
[0015][0016]式中，V
g_max
、I
g_max
为电网侧电压和电流峰值，V
dc
为直流侧电压，ΔI
ripple
‑
ma
为逆变侧最大电流纹波，f
s
为开关频率，ω0为电网频率。
[0017]逆变侧电感L1和网侧电感L2需满足以下约束：
[0018][0019]L1≥L2[0020]式中，T
s
为开关周期，为电流纹波系数，为电感压降系数，ω0为电网频率，V
in
表示滤波器输入电压(即逆变侧输出电压)，I
L1
表示逆变侧电感电流，V
C
表示滤波器电容节点电压，V
g
表示电网侧电压。
[0021]滤波电容C需满足以下约束：
[0022][0023]式中：P
O
为网侧输出额定功率；ω0为电网频率；λ
C
为电容无功功率对额定输出有功比；V
g
为电网侧电压。
[0024]目标函数中，开关频次谐波衰减比η是优先级最高的优化目标，如下式所示：
[0025][0026]式中，I
g
(s)为复频域下电网测电流表达式，I
L1
(s)为复频域下逆变侧电感电流表达式，ω
s
为开关角频率，s＝jω
s
表示条件是当频率为开关角频率时。
[0027]目标函数中，需要最小化逆变端电感电流纹波：
[0028][0029]式中，逆变端输出电压V
in
≈V
dc
，V
dc
为直流电压，L1为逆变侧电感，f
s
为开关频率。
[0030]目标函数中，需要最小化阻尼电阻功耗P
R_loss
：
[0031][0032]式中，V
g
表示电网侧电压，ω0为电网频率。
[0033]目标函数中，为了满足LCL滤波器的低通特性，谐振频率选择：
[0034][0035]式中，f
s
、f
r
分别为开关频率与谐振频率，f0表示电网频率；由于关系到三个变量的条件并非线性，因此，用两个需要最小化的目标函数保证谐振频率的取值在允许范围：
[0036]F1＝10f0‑
f
r
[0037]F2＝f
r
‑
0.5f
s
[0038]最终，总的目标函数为min[η,ΔI
ripple
,P
R_loss
,F1,F2][0039]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0040]本专利技术针对弱电网条件下的LCL型滤波器并网逆变系统的参数选择，采取了多目标优化的遗传算法(NSGA
‑
II)。首先对弱电网下的单相逆变系统进行建模，分析了不同滤波器参数对系统稳定性的影响，提出了为了增强系统稳定性的参数解的选择标准。基于传统试凑法给出了参数的界限约束，并给出了针对系统的多个优化目标，从得出的优化解集中选出典型解。免去了大量试凑过程，增强了系统对弱网条件的抗性，在满足并网要求情况下进一步降低了谐波畸变率。
附图说明
[0041]图1为本专利技术实施例中LCL型滤波器并网逆变拓扑结构；
[0042]图2为本专利技术实施例中LCL型并网逆变系统闭环控制框图；
[0043]图3为本专利技术实施例中NSGA
‑
I本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于NSGA
‑
II算法的弱电网LCL型并网逆变滤波器参数优化方法，其特征在于，包括：对弱电网下的单相逆变系统进行建模，将逆变侧电感L1、网侧电感L2、滤波电容C以及无源阻尼的电阻R作为待优化参数；设置电感总值L、逆变侧电感L1、网侧电感L2、滤波电容C的界限约束；构建开关频次谐波衰减比η、逆变端电感电流纹波ΔI
ripple
、阻尼电阻功耗P
R_loss
和谐振频率f
r
的目标函数；基于NSGA
‑
II算法模型，将待优化参数作为决策变量，根据界限约束，对多个目标函数通过迭代优化得到最优解的参数解集，并从参数解集中挑取一组典型值作为优化解。2.根据权利要求1所述的基于NSGA
‑
II算法的弱电网LCL型并网逆变滤波器参数优化方法，其特征在于，基于NSGA
‑
II算法模型的决策变量为：X＝[L1,L2,C,R]该模型中对上述参数采用单一变量原则分析各个参数对系统的影响；参数变化均为线性增加，在传统试凑法的参数基础上进行变化。3.根据权利要求1所述的基于NSGA
‑
II算法的弱电网LCL型并网逆变滤波器参数优化方法，其特征在于，界限约束中，电感总值L需要满足两个条件：第一，需要限制落在电感上的压降产生的最大电流；第二，需要削减电流的纹波，使其在允许范围内；即需要满足如下不等式约束：式中，V
g_max
、I
g_max
为电网侧电压和电流峰值，V
dc
为直流侧电压，ΔI
ripple
‑
ma
为逆变侧最大电流纹波，f
s
为开关频率，ω0为电网频率。4.根据权利要求1所述的基于NSGA
‑
II算法的弱电网LCL型并网逆变滤波器参数优化方法，其特征在于，界限约束中，逆变侧电感L1和网侧电感L2需满足以下约束：L1≥L2式中，T
s
为开关周期，为电流纹波系数，为电感压降系数，ω0为电网频率，V
in
表示滤波器输入电压，I
L1
表示逆变侧电感电流，V
C
表示滤波器电容节点电压，V
g
表示电网侧电压。5.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘展宁，刁瑞盛，郑外生，周保荣，李诗旸，毛田，姚文峰，
申请(专利权)人：南方电网科学研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：