[发明专利]一种光伏并网的配电网谐波检测控制方法

摘要

本发明提供一种光伏并网的配电网谐波检测控制方法，利用UPQC实施，所述的UPQC包括信号采集模块、信号调理模块、微控制器和驱动电路模块，包括以下步骤：第一步，电压电流信号检测：第二步，微处理器计算PI控制前补偿指令；第三步，对PI控制前补偿指令进行自适应遗传反馈PI控制，生成谐波补偿指令信号；第四步，利用谐波补偿指令信号生成相应的PWM控制信号并输出给驱动电路模块，通过驱动电路模块产生并对配电网输出电流谐波补偿分量。本发明通过采用基于自适应在线遗传算法整定UPQC的PI控制参数实施PI控制，能够对光伏并网的配电网谐波进行有效检测控制；为利用UPQC治理配电网电能质量提供了一种新方法。

主权项

1.一种光伏并网的配电网谐波检测控制方法，通过UPQC实施，所述的UPQC包括用于采集电网电压和负载电流信号的信号采集模块、用于调理所采集信号的信号调理模块、用于接收信号调理模块发送的信号并进行处理和控制的微控制器、用于执行微控制器所发控制指令并对配电网实施谐波补偿的驱动电路模块，其特征在于，包括以下步骤：第一步，电压电流信号检测：信号采集模块实时检测配电网母线电压u_a,u_b,u_c和负载电流i_a,i_b,i_c，经信号调理模块发送给微控制器；第二步，微处理器计算PI控制前补偿指令i_ah、i_bh、i_ch：①微控制器将三相负载电流i_a、i_b、i_c经派克变换得到i_α、i_β，变换公式如式(1)：②微控制器将将i_α、i_β根据瞬时功率理论计算出i_p、i_q，变换公式如式(2)：其中，ω为电网电压频率；③经过低通截止频率为50HZ的LPF低通滤波得出i_p、i_q的基波正序分量i_pf、i_qf；④微控制器根据基波正序分量i_pf、i_qf，进行C_ωt逆变换和派克变换C₃₂的逆变换运算，得出三相负载电流基波分量i_af、i_bf、i_cf，然后采用式(3)计算得出PI控制前补偿指令i_ah、i_bh、i_ch：第三步，对PI控制前补偿指令i_ah、i_bh、i_ch进行自适应遗传反馈PI控制，生成谐波补偿指令信号i_ah1、i_bh1、i_ch1：①建立性能指标函数：微处理器内置的PI控制单元表达式如式(4)：式中，e(t)为PI控制单元的输入，即所述的PI控制前补偿指令i_ah、i_bh、i_ch；u(t)为PI控制单元的输出；k_p和k_i为PI控制单元的控制参数，k_p取值范围为[1，20]，k_i取值范围为[0.1，1]；建立如式(5)的性能指标函数J：式中：e(t)即PI控制前补偿指令i_ah、i_bh、i_ch，u(t)为PI控制单元的输出，t_u为上升时间，取值为10ms；w₁、w₂和w₃为权值，取w₁＝0.999，w₂＝0.001，w₃＝4；②微处理器采用自适应在线遗传算法确定最优PI控制参数(k_p，k_i)，具体步骤是：Ⅰ、生成初始种群：将PI控制单元的PI控制参数k_p在[1，20]范围内产生均匀随机数，k_i在[0.1,1]范围内产生均匀随机数，每个参数采用5位无符号二进制码，生成种群规模为30的初始种群；Ⅱ、取自适应度函数f(i)为：f(i)＝1/(J+0.05)                    (6)式中，J为性能指标函数；选择概率P_s如式(7)：Ⅲ、交叉与变异：取交叉概率p_c＝0.9，采用两点交叉方式，在交叉过程中，先从(0,1)范围内产生随机数r_k与交叉概率p_c相比较，若随机数r_k<p_c，则进行交叉运算，否则不进入交叉运算；设参数k_p的父代个体为参数k_i的父代个体为则交叉后产生子代个体为式(8)：其中，c为比例因子，取值为0.6；交叉的结果是由父代生成子代将选择概率P_s按照式(9)变异PI两个控制参数k_p和k_i，采用高斯变异算子进行变异，子代个体的计算公式为(9)：式中：α取值为0.8，N(0,σ)为高斯分布；σ为方差，其中为了使变异步长随遗传代数的增加而减少，将σ设定为动态参数σ(t)，即σ(t)＝1‑0.9g/G                          (10)式中，g为当前进化代数，G为遗传代数，取值100；Ⅳ、重复步骤Ⅱ和Ⅲ，经过100代的进化交叉和变异对种群进行迭代，通过式(4)和式(5)计算，直至寻找到性能指标函数J最小值，微处理器将该性能指标函数J最小值时对应的PI控制参数(k_p，k_i)确定为PI控制单元的最优控制参数；③微处理器采用确定的最优PI控制参数(k_p，k_i)对PI控制前补偿指令i_ah、i_bh、i_ch进行PI控制，输出谐波补偿指令信号i_ah1、i_bh1、i_ch1；第四步，对配电网实施谐波电流的实时补偿：微控制器利用PI控制单元输出的谐波补偿指令信号i_ah1、i_bh1、i_ch1，生成相应的PWM控制信号并输出给驱动电路模块，通过驱动电路模块产生谐波补偿电流输入配电网。