基于差分进化算法的光伏并网逆变器控制器参数辨识方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力系统建模技术领域，具体涉及一种基于差分进化算法的光伏并网 逆变器控制器参数辨识方法。
【背景技术】
[0002] 光伏发电技术具有不受地域条件限制、规模灵活、安全可靠、无污染等优点，因而 在我国得到了迅速的发展和推广，并网容量日益增长。但是，光伏电源复杂的故障电流特性 和间歇性、随机性的出力特征也给传统的保护原理和故障检测方法带来了巨大的挑战，导 致其可能无法准确地判断故障的位置，引起保护拒动或误动。
[0003] 我们知道，继电保护的基本任务是根据电网故障后产生的电气量（或非电气量） 变化特征，鉴别和隔离故障设备或元件，因此，电网故障特性分析是继电保护研究领域的基 础内容。
[0004] 由于光伏电源是通过并网逆变器与电网接口的，并网逆变器在电网故障期间的响 应特性决定了光伏电源的故障电流特性，而光伏并网逆变器的故障响应特性则取决于其控 制器参数的选择。因此，准确辨识光伏并网逆变器的控制器参数（包括比例积分调节器的 比例系数、积分系数和限幅环节参数等），对于构建高可信度的光伏电源等效模型具有重要 意义，为研究含光伏电源接入的电网故障电流特性和保护原理研究奠定坚实的基础。
[0005] 目前，关于光伏并网逆变器或其他类型的换流器的控制器参数辨识方法都旨在辨 识控制器内、外环比例积分调节器的比例系数和积分系数，并没有辨识积分器的输出限幅 值和控制器输出限幅值等限幅环节的参数，具体介绍如下，
[0006] 如图1所示，并网光伏电源由光伏阵列、直流侧电容、并网逆变器、LC滤波器组成， 两相同步旋转dq坐标系下光伏并网逆变器的数学方程式如下，
[0008] 其中，ud、Uq为桥臂输出电压的d、q轴分量，u gd、Ugq为电网电压的d、q轴分量，i d、 iq为逆变器输出电流的d、q轴分量，《 i为同步角速度，L1为交流侧滤波电感，R1S滤波电 感的等效电阻；
[0009] 采用电网电压定向矢量控制，将d轴定向于电网电压矢量，并采取前馈补偿和PI 调节的控制方式时，光伏并网逆变器的双环控制框图如图2所示，从图2可以看出，系统采 用了双闭环控制系统，外环为功率电压环，内环为电流环，为了实现光伏电源的单位功率因 数运行，一般取C= 0。外环指令与反馈值相比较、经过功率一电压外环的PI控制器得到 电流内环指令g和& ^ 和&与反馈电流值相比较、经过电流内环的PI控制器，并进行 前馈补偿、坐标变换之后得到逆变器所需的三相电压控制指令
[0010] 当发生电网故障时，由于故障持续时间一般较短，且光伏电源一般配置有储能装 置，因此，可认为光伏并网逆变器直流侧电流电容电压U d。在故障期间基本保持不变。同时， 为了提高电网故障期间光伏电源的响应速度，可将功率电压外环闭锁，对电流内环进行直 接控制。因此，在故障暂态分析中，只需考虑电流内环控制器运行特性的影响，在图2所示 的光伏并网逆变器的双环控制框图中，并没有考虑光伏并网逆变器的输出电流限制。然而， 由于受逆变器自身容量和过流保护等因素的影响，光伏并网逆变器的输出电流必须受到限 制。因此，控制策略具体实现过程中，需要对控制器的输出限幅。在对控制器输出进行限幅 的情况下，若电网发生故障导致电流内环的指令值出现一个较大的阶跃值时，控制器输出 会受到饱和限制，这将使得实际闭环系统的性能下降，如超调量增大、稳定时间增长等，严 重情况下甚至破坏控制系统稳定性。这种由于控制器输出限幅导致系统闭环响应变差的现 象，称为windup现象。为了避免控制器windup现象的出现，最直观有效的方法就是设计 anti-windup控制器，抑制控制器的饱和现象，并使得系统可以尽快退出饱和区。其中，最简 单的anti-windup控制器设计方法是对PI控制器中的积分环节的输出进行限幅。
[0011] 以d轴为例，考虑控制器输出限幅和anti-windup设计（积分器输出限幅）之后， 电流内环控制系统的具体实现环节如图3所示，由于限幅环节的存在，电网发生故障后光 伏并网逆变器的控制器的输入、输出之间的关系无法用解析表达式描述。
[0012] 通过上述描述，当发生电网故障时，电网电压的扰动可能使得光伏并网逆变器的 控制器进入非线性环节，影响积分器输出和控制器输出限幅，这将大大影响光伏电源的故 障暂态特性。因此，利用传统光伏并网逆变器的控制器参数辨识方法构建出的光伏电源的 等效模型，无法准确反映光伏电源的故障暂态特性，如何弥补现有控制器参数辨识方法的 不足，准确辨识出控制器限幅环节的参数，是当前急需解决的问题。
【发明内容】
[0013] 本发明所解决的技术问题是克服利用传统的光伏并网逆变器的控制器参数辨识 方法构建出的光伏电源的等效模型，无法准确反映光伏电源的故障暂态特性的问题。
[0014] 为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
[0015] -种基于差分进化算法的光伏并网逆变器控制器参数辨识方法，其特征在于：包 括以下步骤，
[0016] 步骤（1)，设置种群规模NP = 50,根据公式⑴和公式⑵分别得到时刻tl、t2 的进化群体/^和户^^ 4
[0019] 其中，4、4分别对应tl时刻第i个种群中d、q轴电流内环PI调节器的比例 系数1^、积分系数1^，1 = 1，2-，陬；4、4、4和禮分别对应〖2时刻第1个种群中(1、 q轴电流内环积分器输出限幅值Lint_up、Lint_ lciw，以及电流内环控制器输出限幅值LciK Lciut+ i〇w，i = 1，2...，NP ;
[0020] 令tl = 0, t2 = 0,设置初始种群M在区间[kP」/5,5kP 2]内取值， 在区间[ku/5，5kI 2]内取值，在区间（〇，2. 0]内取值，在区间 [-2. 0,0]内取值，根据公式（3)，计算得到kP1、kP 2、Ic11和k 12的取值，
[0022] w。为截止角频率，取值为10? s，《s为同步旋转角速度；I为阻尼比，《 n为自然 振荡频率，I = 0.707, On= 10? ^L1为光伏并网逆变器交流侧的滤波电感，R1S滤波电 感1^的内阻；
[0023]根据公式（4)，列出匹配度函数JOfpl,X&im)，
[0025] 其中，id(k)和iq(k)为在电流内环指令值情况下，光伏并网逆变器电流内环控制 器的实际输出；|获)和为在相同的电流内环指令值情况下，光伏并网逆变器电流内环 控制器跟踪模型的输出：
为解向量；N = 48,为一个工频周期的采样点数；
[0026] 设置并网点电压从1.0 pu跌落至0. 85pu，使得电流内环控制器工作在线性区域， 并执行步骤（2);
[0027]步骤（2)，若tl>NG，NG为最大进化代数，则PI调节器的比例系数和积分系数的辨 识过程结束，种群/ 5Pt11中匹配度函数值最小的解向量为辨识出的PI调节器的比例系数和积 分系数，并执行步骤（7);否则，执行步骤（3);
[0028] 步骤（3)，利用匹配度函数J(<PI，xfUni)对种群尸//中的各个解向量进行评价，若 种群中存在解向量满足如公式（5)所示的匹配条件，则参数辨识成功，
[0030] 其中，e取值为0.01 ;相应的解向量为辨识出的PI调节器的比例系数和积分系 数，并执行步骤（7);若种群中的各个解向量均不满足如公式（5)所示的匹配条件，则执 行步骤（4);
[0031]步骤（4)，对种群1?1中的解向量，根据公式（6)进行变异操作，得到变异向
[0033] 其中，rl、r2、r3 G {1，2,3，…，NP}，均不等于i，且两两互不相等；F为缩放因子， 取值范围为[0，1];
[0034] 步骤（5)，将种群中的解向量Xfpi与变异向量进行如公式（7)所示的交叉
[0036] 其中，rand(j) G [0，1]，为均匀分布的随机数；j G {1，2}，表示第j个变量； randn(i) G {1，2}，为随机选择的维数变量索引；CR为交叉概率常数，取值范围为[0，1];